Transuraner, fellesbetegnelse for de kjemiske grunnstoffene som har høyere atomnummer enn 92, uran. Grunnstoffer som følger etter actinoidene, kalles også transactinoider. Hypotetiske grunnstoffer med atomnummer vesentlig høyere enn de til nå kjente grunnstoffer, kalles supertunge grunnstoffer. For hypotetiske grunnstoffer med atomnummer 122–153 blir også betegnelsen superactinoider brukt. Av transactinoider mener man (2006) med sikkerhet å ha fremstilt og identifisert isotoper av grunnstoffene med atomnummer 104–116. Forsøk på å fremstille isotoper av grunnstoffer med enda høyere atomnummer har i utgangspunktet vært basert på teoretiske beregninger som har gitt grunn til å tro at bestemte kombinasjoner av protoner og nøytroner gir enkelte, særlig stabile atomkjerner. En slik atomkjerne skal foreligge hvis den inneholder såkalte «magiske tall», dvs. tall som angir avsluttede og derfor stabile protonskall og nøytronskall. Eksempel på slike atomkjerner er grunnstoffer med atomnummer 126 og atomnummer 164. I siste tilfelle består kjernen av 164 protoner og 318 nøytroner. Alle forsøk på å fremstille kunstig eller påvise slike supertunge grunnstoffer i naturen har hittil vært forgjeves.

Transuranene er sølvhvite, uedle, reaktive metaller som anløper i luft. Det er bare transuraner til og med fermium (100) som har latt seg fremstille i veibare mengder. Plutonium fremstilles i tonnevis, neptunium, americium og curium i kilogrammengder, berkelium i 100 milligrammengder, californium i grammengder, einsteinium i milligrammengder og fermium i mikrogrammengder. De transuranene som følger etter fermium er bare blitt fremstilt i spormengder eller atomære mengder.

Av transuranene er det blitt fremstilt tallrike isotoper, totalt over 200. De er alle radioaktive. Generelt avtar den radioaktive halveringstid med voksende atomnummer. For transuraner med atomnummer større enn 100 er halveringstiden så liten at en kjemisk identifisering er meget vanskelig, og man er henvist til å bruke radioaktive eller andre fysikalske egenskaper for identifisering.

Neptunium og plutonium er blitt påvist i små mengder i uranmineraler, de andre transuraner er bare kjent som kunstig fremstilte grunnstoffer. Også neptunium og plutonium ble fremstilt kunstig før de ble påvist i naturen.

Kunstig fremstilling av transuraner foregår ved at atomkjerner av uran eller et transuran omdannes til en ny atomkjerne enten ved innfangning av nøytroner eller ved bombardement med syklotronakselererte atomkjerner. Fremstillingen av transuraner ved innfangning av nøytroner foregår i kjernereaktorer eller ved atombombeeksplosjoner. Men innfangningen fører ikke direkte til dannelse av et nytt grunnstoff siden nøytronet er elektrisk nøytralt og derfor ikke endrer atomets ladning (protontallet). Et nytt grunnstoff oppstår først når antallet opptatte nøytroner er så stort at et nøytron omdannes til et proton under utsendelse av en β-partikkel \(\ce{^1_0n -> ^1_1p + ^0_{-1}e}\). Dette fører til at kjerneladningen øker med én enhet, og det dannes da et grunnstoff som står én plass etter det opprinnelige i grunnstoffenes periodesystem. Neptunium ble første gang fremstilt av uran 238 på denne måten: \[\ce{^238_92U + ^1_0n -> ^239_92U -> ^239_93Np + ^0_{-1}e}\] Dannelsen av transuraner ved atombombeeksplosjoner beror på den kortvarige, men meget intense strømmen av nøytroner som oppstår ved en slik eksplosjon. Både einsteinium og fermium ble første gang oppdaget i spaltningsprodukter fra atombombeeksplosjoner.

Fremstillingen av transuraner ved beskytning av kjente atomkjerner med syklotronakselererte atomkjerner er basert på at de beskutte atomkjerner får en ladningstilvekst som er lik prosjektilets ladning. Samtidig med innfangningen av prosjektilet blir ett eller flere nøytroner sendt ut slik at nukleontallet for den nye atomkjernen blir mindre enn summen av nukleontallene til den beskutte atomkjernen og prosjektilet. På den måten kan man omdanne uran til neptunium, plutonium, californium, einsteinium, fermium og nobelium ved beskytning med henholdsvis deuteroner, heliumkjerner (α-partikler), karbonkjerner, nitrogenkjerner, oksygenkjerner og neonkjerner, f.eks.: \(\ce{^239_92U + ^12_6C -> ^246_98Cf + 4^1_0n}\) og \(\ce{^238_92U + ^16_8O -> ^250_100Fm + 4^1_0n}\). De russiske forskerne (G. N. Flerov og medarbeidere) som mente å ha fremstilt grunnstoff 104 rutherfordium, beskjøt plutonium med neonkjerner: \(\ce{^242_94Pu + ^22_10Ne -> ^260_104Rf + 4^1_0n}\). Amerikanske forskere (A. Ghiorso og medarbeidere) kunne ikke bekrefte de russiske resultatene, men fremstilte andre isotoper av samme grunnstoff ved å beskyte californium med karbonkjerner og curium med oksygenatomer:

A) \(\ce{^249_98Cf + ^12_6C -> ^257_104Rf + 4^1_0n}\)

B) \(\ce{^249_98Cf + ^12_6C -> ^259_104Rf + 3^1_0n}\)

C)\(\ce{^248_96Cm + ^18_8O -> ^261_104Rf + 5^1_0n}\)

På tilsvarende måte ble grunnstoff 105, dubnium, fremstilt ved å beskyte californium med nitrogenkjerner: \(\ce{^249_98Cf + ^15_7N -> ^260_105Db + 4^1_0n}\) mens grunnstoff 106, seaborgium, ble fremstilt ved å beskyte californium-249 med oksygenkjerner: \(\ce{^249_98Cf + ^18_8O -> ^263_106Sg + 4^1_0n}\) og samme år av den russiske gruppen ved å beskyte bly-207 eller bly-208 med krom-54: \(\ce{^207_82Pb + ^54_24Cr -> ^259_106Sg + 2^1_0n}\). Grunnstoff 107, bohrium ble fremstilt av den russiske gruppen ved å bombardere vismut-209 med krom-54: \(\ce{^209_83Bi + ^54_24Cr -> ^261_107Bh + 2^1_0n}\). Senere er grunnstoff med atomnummer til og med 118, unntatt 117, fremstilt ved tilsvarende metoder. Se også grunnstoff (nye grunnstoffer) og supertunge kjerner.

For å skille transuranene fra andre ledsagende grunnstoffer og for å skille dem innbyrdes, benytter man seg av ionebytterkromatografi, ekstraksjon med egnede løsemidler, de forskjellige oksidasjonstrinns ulike stabilitet og fraksjonerte fellinger. Ved hjelp av ionebyttingsreaksjoner har det f.eks. vært mulig å isolere transuraner selv om de bare har foreligget i form av noen få atomer.

Metallisk form av grunnstoffene er blitt fremstilt ved elektrolyse av saltsmelter eller ved reduksjon av metallfluorider, MeF3, med litium eller jordalkalimetaller, f.eks. 2MeF3 + 3Ba = 2Me + 3BaF2.

I kjemisk henseende forholder transuranene fra neptunium (93) til lawrencium (103) seg stort sett som lantanoidene, noe som kunne forventes ut fra den analoge sammensetning av elektronskallene. Oksidasjonstall mellom +II og +VIII er kjent, men i likhet med lantanoidene er transuranene overveiende treverdige i sine kjemiske forbindelser. I vandig løsning danner de stabile treverdige ioner, og stabiliteten vokser med voksende atomnummer. For nobelium er oksidasjonstrinn +II mest stabilt. Transuranene viser en større mangfoldighet i sine kjemiske forbindelser og oksidasjonstall enn lantanoidene. Neptunium og plutonium opptrer med alle oksidasjonstall fra +II til +VII, for plutonium er +VIII også rapportert. Lawrencium er det eneste actinoide-transuran som utelukkende har oksidasjonstallet +III. Om andre likheter mellom lantanoidene og de transuraner som hører til actinoidene, se actinoider.

De transuranene som følger etter lawrencium, må forventes å ha lignende egenskaper som grunnstoffene i den tilsvarende gruppe i grunnstoffenes periodesystem. Grunnstoffet rutherfordium (104) må derfor antas å slutte seg til titan, zirkonium og hafnium i gruppe 4, grunnstoffet dubnium (105) til vanadium, niob og tantal i gruppe 5 osv. Den siste edelgass som er fremstilt, er grunnstoff 118, ununoctium (Uuo).

Det er først og fremst plutonium som har fått anvendelse, og best kjent er bruken av plutoniumisotopen 239 som eksplosiv bestanddel i kjernevåpen og som brensel i kjernereaktorer for produksjon av varme til elektriske anlegg i elektrisitetsforsyningen. Varmen som utvikles ved radioaktiv spalting, utgjør for plutoniumisotopen 238 ca. 0,56 watt per gram. Denne isotopen og curiumisotopene 242 og 244 benyttes til produksjon av varme til elektrisk energi i små, termoelektriske enheter. Slike kjernefysiske atombatterier ble benyttet bl.a. under Apollo-romferdene. En annen anvendelse er i hjertepacemakere.

Americium-241 har lang halveringstid (433 år) og en meget energirik γ-stråling (60 keV) som gjør at den blir brukt for industrielle måle- og kontrollformål og ved diagnose av forstyrrelser i skjoldbruskkjertelen. I blanding med beryllium produserer hvert gram americium-241 ca. ti millioner nøytroner per sekund og blir under betegnelsen 241Am-Be i stor utstrekning brukt i forbindelse med oljevirksomhet, f.eks. for å bestemme hvor mye olje en oljebrønn produserer i et gitt tidsrom.

Californium-252 er en kraftig nøytronkilde, ett gram emitterer 2,4·1012 nøytroner per sekund og blir brukt i nøytronaktiveringsanalyse, i nøytronradiografi, ved leting etter mineraler og olje m.m.

Fremstillingen av transuraner kom først i gang ved at E. M. McMillan og P. H. Anbelson fremstilte neptunium i 1940. Imidlertid antok den italienske fysiker E. Fermi at han hadde fremstilt transuraner 1934 ved å beskyte uran med nøytroner. Forsøk av O. Hahn, L. Meitner og F. Strassmann og andre syntes å bekrefte disse resultatene. Etter Hahns og Strassmanns oppdagelse 1938 av uranatomets fisjon viste det seg at de radioaktive grunnstoffer som man hadde ment var «transuraner», i virkeligheten var spaltningsprodukter av uran.

Atom- nummer Navn Kjemisk symbol Oppdagelses- år
93 Neptunium Np 1940
94 Plutonium Pu 1940
95 Americium Am 1944
96 Curium Cm 1944
97 Berkelium Bk 1949
98 Californium Cf 1950
99 Einsteinium Es 1952
100 Fermium Fm 1953
101 Mendelevium Md 1955
102 Nobelium No 1958
103 Lawrencium Lr 1961
104 Rutherfordium Rf 1964
105 Dubnium Db 1968
106 Seaborgium Sg 1974
107 Bohrium Bh 1976
108 Hassium Hs 1984
109 Meitnerium Mt 1982
110 Darmstadtium Ds 1994
111 Røntgenium Rg 1994
112 Ununbium Uub 1996
113 Ununtrium Uut 2003
114 Ununkvadium Uuq 19991
115 Ununpentium Uup 20041
116 Ununheksium Uuh 2000

1Resultater først publisert

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.