Vijf atoomkernen hebben er ooit bestaan van het zwaarste bekende chemische element, met atoomnummer 118. Binnen minder dan een milliseconde vielen ze weer uit elkaar. Maar dat was genoeg om het te vernoemen naar Joeri Tsolakovitsj Oganessian, wetenschappelijk directeur van het Verenigd Instituut voor Kernonderzoek (JINR) in het Russische Doebna bij Moskou. De 91-jarige, nog altijd werkzaam, is de enige nog levende wetenschapper met een eigen element: oganesson, element 118. Wetenschappers als Albert Einstein, Marie Curie en Dmitri Mendelejev viel die eer pas na hun dood te beurt.
„Iedereen vraagt me altijd wat ik daarvan vind”, mailt Oganessian terug in het Russisch, „maar voordat ik antwoord, leg ik uit hoe nieuwe elementen aan hun naam komen: ze vragen de auteurs [van de publicatie]. Dat is geweldig omdat de auteurs meer dan ieder ander de ‘ongeziene tranen’ kennen die met zulk onderzoek gepaard gaan. Maar natuurlijk ben ik vereerd.” Eerder meldde Oganessian dat zijn dochters van het nieuws niet konden slapen, maar dat hij het zelf best normaal vindt: bijna dagelijks worden er immers ziektes en wiskundige bewijzen genoemd naar hun ontdekkers.
Toch greep zijn instituut vroeger vaak mis bij het uitdelen van namen aan superzware elementen. Dat zijn atomen zwaarder dan uranium, met atoomnummer 92. Dat wil zeggen dat er 92 protonen in een uraniumkern zitten (naast 140 tot 146 neutronen). Nóg zwaardere elementen komen in de natuur vrijwel niet voor, maar wereldwijd zijn er vier laboratoria die ze kunstmatig maken. Meestal gebeurt dat door atoomkernen in een bundel met grote snelheid af te schieten op een doelwit gemaakt van andere atomen, zodat de atoomnummers optellen tot het doelelement. De meeste atoomkernen missen elkaar, of ketsen op elkaar af, maar heel af en toe smelten ze samen tot een nieuwe kern, die wegschiet en gedetecteerd kan worden.
Zo maakte het JINR, toen nog in de Sovjet-Unie, in 1958 voor het eerst element 102, al claimde het Nobel-Instituut in Zweden die ontdekking eerder. Onterecht, naar later bleek, maar toen was de naam Nobelium al ingeburgerd. Het JINR trok ook aan het kortste eind bij de naamgeving van elementen 103 tot en met 112. Alleen dubnium, genoemd naar de stad Doebna, viel in Russische handen.
Onder leiding van de Oganessian, die Armeense wortels heeft, werd dat rechtgezet. Met nieuwe technieken en bundel-doelwitcombinaties wist het JINR element 114 tot en met 118 te creëren, in samenwerking met Amerikaanse laboratoria die het doelwit-element leverden: flerovium (genoemd naar Oganessians voorganger Georgi Fljorov), moscovium (spreekt vanzelf), livermorium en tenessine (vanwege de Amerikaanse bijdragen) en uiteindelijk die vijf atomen oganesson, gemaakt door een paar triljoen californium-249-kernen af te schieten op een doelwit van calcium-48.
Hoe groter de zo ontstane atoomkern, hoe onstabieler: de protonen en neutronen in het klontje kernmaterie trekken elkaar op korte afstanden aan met de ‘sterke kernkracht’, maar in grotere klontjes gaat de afstoting tussen positief geladen protonen overheersen. Zo blijft flerovium nog seconden bestaan, maar oganesson heeft een geschatte halfwaardetijd van 0,7 milliseconden.
Het vaststellen van chemische eigenschappen is daarmee lastig, maar Oganessian verwacht veel van de Superzware Elementenfabriek, een nieuwe opstelling die sinds 2020 online is, en die ook uitzicht moet bieden op element 119 en hoger. Natuurkundigen vermoeden dat er een ‘eiland van stabiliteit’ bestaat, waardoor zulke kernen stabieler zullen blijken.
De edelgassen
„Ik denk dat het niet moeilijk zal zijn om tussen de 50 en 100 atomen oganesson te produceren, en we bereiden ook experimenten voor over de chemische eigenschappen van superzware kortlevende elementen, inclusief oganesson”, schrijft Oganessian.
De meeste elementnamen eindigen in -ium, maar oganesson valt in het periodiek systeem van de elementen onder de edelgassen, zoals helium, neon, xenon, krypton en argon, die nauwelijks chemisch reageren met andere atomen. Vandaar de uitgang -on.
Maar volgens berekeningen van de Nieuw-Zeelandse natuurkundigen in 2018 is oganesson geen edelgas, maar een vaste stof. Oganesson-atomen zouden bovendien gemakkelijk elektronen kunnen afpikken van andere atomen, en daardoor chemisch agressief zijn. Deze afwijkingen hangen samen met Einsteins relativiteitstheorie: doordat de kern zo zwaar is, bewegen elektronen rond de kern met snelheden in de buurt van de lichtsnelheid.
„Maar er zijn ook theoretisch natuurkundigen die geloven dat oganesson voor 94 procent een klassiek edelgas zal blijken te zijn”, werpt Oganessian tegen. Hij wil graag optimistisch blijven, ondanks de „recente ontwikkelingen in de wereld”. „Als ik u zeg dat die een zeer negatieve invloed gehad hebben, niet alleen op dit onderzoek maar op veel zaken in onze levens, zou u niet verbaasd zijn, toch?”
