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2026-01-31T16:59:04Z

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Die '''Transurane''' oder die ''schweren Elemente'' sind die chemischen [[Chemisches Element|Elemente]] mit einer höheren [[Ordnungszahl]] als [[Uran]] (Z > 92).<ref>{{Literatur |Titel=Transuranium Elements and the _Physical Review_ |Sammelwerk=Physical Review Letters |Datum=2019-04-10 |Sprache=en |Online=https://journals.aps.org/prl/transuranium-elements-and-the-physical-review |Abruf=2025-12-23}}</ref> Bis einschließlich des Elements [[Lawrencium]]s (103) gehören sie zusammen mit [[Thorium]] (90), [[Protactinium]] (91) und Uran (92) zur Gruppe der '''[[Actinoide]]'''.

Im [[Periodensystem]] der Elemente beginnt nach dem [[Uran]] mit der Ordnungszahl 92 die Reihe der Transurane mit dem [[Neptunium]] (Element 93). Neben dem für die [[Kernspaltung]] bedeutenden Element [[Plutonium]] (94) gehören auch [[Americium]] (95), [[Curium]] (96), [[Berkelium]] (97), [[Californium]] (98), [[Einsteinium]] (99), [[Fermium]] (100), [[Mendelevium]] (101), [[Nobelium]] (102) und [[Lawrencium]] (103) sowie alle weiteren „superschweren“ Elemente (auch bekannt als '''[[Transactinoide]]''') zu den Transuranen.

Die Transurane wurden ab den [[1940er]] Jahren im Rahmen der [[Radiochemie]], [[Kernchemie]], [[Kernphysik]] und [[Kerntechnik]] umfangreich erforscht.

== Eigenschaften ==
Alle bekannten Transurane sind [[Radioaktivität|radioaktiv]] mit [[Halbwertszeit]]en zwischen einigen 10 Millionen Jahren (selten, z. B. [[Plutonium|Plutonium-244]]) über Minuten bis zu Bruchteilen einer Sekunde (häufig). Einige [[Isotop]]e der leichteren Transurane von Neptunium bis Curium haben Halbwertszeiten von einigen Jahrmillionen, Jahrtausenden oder Jahrhunderten. Sie entstehen beispielsweise in [[Kernreaktor]]en und machen einen Teil der langlebigen radioaktiven Abfälle aus. Element 99 und 100 wurden in der „[[Radioaktiver Niederschlag|radioaktive Asche]]“ des [[Thermonukleare Reaktion|thermonuklearen]] explosiven Geräts und Tests [[Ivy Mike|Mike]] entdeckt.<ref>{{Literatur |Autor=A. Ghiorso, S. G. Thompson, G. H. Higgins, G. T. Seaborg, M. H. Studier, P. R. Fields, S. M. Fried, H. Diamond, J. F. Mech, G. L. Pyle, J. R. Huizenga, A. Hirsch, W. M. Manning, C. I. Browne, H. L. Smith, R. W. Spence |Titel=New Elements Einsteinium and Fermium, Atomic Numbers 99 and 100 |Sammelwerk=Physical Review |Band=99 |Nummer=3 |Datum=1955-08-01 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.99.1048 |Seiten=1048–1049 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.99.1048 |Abruf=2025-12-23}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=P. R. Fields, M. H. Studier, H. Diamond, J. F. Mech, M. G. Inghram, G. L. Pyle, C. M. Stevens, S. Fried, W. M. Manning, A. Ghiorso, S. G. Thompson, G. H. Higgins, G. T. Seaborg |Titel=Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris |Sammelwerk=Physical Review |Band=102 |Nummer=1 |Datum=1956-04-01 |Sprache=en |ISSN=0031-899X |DOI=10.1103/PhysRev.102.180 |Seiten=180–182 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRev.102.180 |Abruf=2025-12-23}}</ref> Die Bildung der Elemente (viz. [[Kernreaktion]]) war dem extrem hohen (und prompten) [[Neutronenfluss]] geschuldet.

Transurane, welche gleichzeitig ''Actinoide'' sind, sind chemisch sehr ähnlich zueinander und auch zu den [[Lanthanoide]]n. Diese Eigenschaft hat unmittelbar Einfluss auf die Verfahren der Trennung oder Separation dieser Elemente voneinander.

Bei der zivilen Nutzung von [[Kernenergie]] spielt die großtechnische extraktive [[Wiederaufarbeitung]] eine gewisse Rolle, wobei viele [[Spaltprodukt]]e Lanthanoide sind. Die dabei auftretenden Probleme konnten jedoch durch den PUREX-Prozess und mehrfache Reinigungs- und Abtrennzyklen größtenteils gelöst werden. So kann Uran von Plutonium und den Spaltprodukten abgetrennt werden. Letztere können in weiteren geeigneten Verfahren entsorgt oder für die Endlagerung aufbereitet werden.

Die chemischen und makroskopischen physikalischen Eigenschaften der kurzlebigen schwereren Elemente sind zum Teil nur wenig bekannt, da deren Herstellung aufwendig und teuer ist und die kurze Halbwertszeit verbunden mit der [[Zerfallswärme]] Beobachtungen erschwert. Die Entdeckung längerlebiger Isotope mit höherem [[Neutronenüberschuss]], welche von einigen Wissenschaftlern postuliert wird, könnte derartige Beobachtungen künftig erleichtern.

== Erzeugung ==
[[Datei:Nuklearer Brennstoffverbrauch.png|mini|401x401px|Schematische Darstellung des [[Abbrand (Kerntechnik)|Abbrands]] eines Brennelements in einem Leichtwasserreaktor. Es entstehen Transurane und Spaltprodukte.]]
Transurane lassen sich technisch aus Uran oder anderen Elementen mit hoher Ordnungszahl herstellen. Dazu werden solche [[Atomkern]]e mit [[Neutron]]en oder anderen Atomkernen in [[Forschungsreaktor]]en beschossen bzw. bestrahlt; dabei auftretende Neutroneneinfänge und anschließender [[Betastrahlung|Beta]]- und [[Gammastrahlung|Gamma]]-Zerfall ergeben einige der Transurane.

Eine typische Kernreaktion, welche zu dem Transuran Plutonium-239 führt ist
:<math>\mathrm{^{238}_{\ 92}U \ + \ ^{1}_{0}n \ \longrightarrow \ ^{239}_{\ 92}U \ \xrightarrow [23\ min]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 93}Np \ \xrightarrow [2,4\ d]{\beta^-} \ ^{239}_{\ 94}Pu}</math>

:Die angegebenen Zeiten sind [[Halbwertszeit]]en.
Noch bevor Kernreaktoren verfügbar waren, wurden Teilchenbeschleuniger ([[Zyklotron]]e) genutzt. Die Elemente ab 101 wurden im Rahmen der [[Schwerionenbeschleuniger|Schwerionenforschung]] mit anderen [[Teilchenbeschleuniger]]n entdeckt.

Aufgrund der geologisch gesehenen kurzen Halbwertszeiten kommen Transurane in der Natur nicht oder nur in Spuren vor, die durch [[Neutroneneinfang]] und nachfolgenden [[Betazerfall|Beta-Zerfall]] des Urans entstehen. Die einzige Ausnahme bildet das Plutonium 244Pu, das noch aus der Entstehungszeit des Sonnensystems stammt.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=D. C. Hoffman, F. O. Lawrence, J. L. Mewherter, F. M. Rourke |Titel=Detection of Plutonium-244 in Nature |Sammelwerk=Nature |Band=234 |Nummer=5325 |Datum=1971-11 |Sprache=en |ISSN=1476-4687 |DOI=10.1038/234132a0 |Seiten=132–134 |Online=https://www.nature.com/articles/234132a0 |Abruf=2023-06-05}}</ref>

== Geschichte ==
[[Datei:Periodensystem Mendelejews.jpg|mini|hochkant=1.25|Mendelejews Periodensystem von 1871 mit einer Lücke für [[Neptunium]] am unteren Rand, hinter Uran (''U = 240'')]]
Schon in [[Dmitri Iwanowitsch Mendelejew|Dimitri Mendelejews]] [[Periodensystem|Periodensystem der Elemente]] von 1871 fand sich hinter Uran, dem damals schwersten bekannten Element, eine Lücke.

Über sechzig Jahre später äußerte sich [[Ida Noddack]] im Mai 1934 zu den damals bestehenden Lücken in Mendelejews Periodensystem und stellte am Ende ihrer Arbeit Überlegungen über die Möglichkeit von Transuranen an.<ref>{{Literatur |Autor=Ida Noddack |Titel=Das Periodische System der Elemente und seine Lücken |Sammelwerk=Angewandte Chemie |Band=47 |Nummer=20 |Datum=1934-05-19 |DOI=10.1002/ange.19340472002 |Seiten=301–305 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.19340472002 |Abruf=2023-06-05}}</ref> Wenige Wochen später veröffentlichte [[Enrico Fermi]] drei Arbeiten zu diesem Thema.<ref>{{Literatur |Autor=Enrico Fermi |Titel=Radioactivity Induced by Neutron Bombardment |Sammelwerk=Nature |Band=133 |Nummer=3368 |Datum=1934-05 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/133757a0 |Seiten=757–757 |Online=https://www.nature.com/articles/133757a0 |Abruf=2023-06-05}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Element No. 93 |Sammelwerk=Nature |Band=133 |Nummer=3371 |Datum=1934-06 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/133863e0 |Seiten=863–864 |Online=https://www.nature.com/articles/133863e0 |Abruf=2023-06-05}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=E. Fermi |Titel=Possible Production of Elements of Atomic Number Higher than 92 |Sammelwerk=Nature |Band=133 |Nummer=3372 |Datum=1934-06 |Sprache=en |ISSN=0028-0836 |DOI=10.1038/133898a0 |Seiten=898–899 |Online=https://www.nature.com/articles/133898a0 |Abruf=2023-06-05}}</ref> Noddack setzte sich im September 1934 kritisch mit der vermeintlichen Entdeckung des Elements 93 durch Fermi auseinander. In ihren Ausführungen nahm sie u. a. die Entdeckung der [[Kernspaltung#Spaltbarkeit|neutroneninduzierten Kernspaltung]] vorweg: „Es wäre denkbar, daß bei der Beschießung schwerer Kerne mit Neutronen diese Kerne in mehrere größere Bruchstücke zerfallen, die zwar Isotope bekannter Elemente, aber nicht Nachbarn der bestrahlten Elemente sind.“<ref>{{Literatur |Autor=Ida Noddack |Titel=Über das Element 93 |Sammelwerk=Angewandte Chemie |Band=47 |Nummer=37 |Datum=1934-09-15 |DOI=10.1002/ange.19340473707 |Seiten=653–655 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.19340473707 |Abruf=2023-06-05}}</ref> Ungeachtet Noddacks Einwendungen verfolgten damals alle Arbeitsgruppen die Hypothese, dass bei der Bestrahlung von Uran mit Neutronen stets schwerere Elemente als Uran entstehen.

Am [[Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft|Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie]] in Berlin machten sich [[Otto Hahn]], [[Fritz Straßmann]] und [[Lise Meitner]] in dieser Zeit ebenfalls auf die Suche nach Transuranen. In jahrelanger Arbeit versuchten sie, die bei Fermis Versuchen beobachteten Vorgänge aufzuklären. Auf der Suche nach schwereren Elementen fanden sie einige Substanzen, die sie als Nachweise von Transuranen beschrieben.

Unabhängig hiervon widmeten sich von 1937 an auch [[Irène Joliot-Curie]] und [[Pavle Savić|Paul Savitch]] in Paris der Suche nach Transuranen. 1937/1938 führte ihre Arbeitsgruppe Versuche durch, bei dem ein dem [[Lanthan]] ähnliches Element freigesetzt wurde, dessen chemische Identifizierung sich als außerordentlich schwierig erwies und das sie aufgrund der damaligen Annahmen über chemische Verwandtschaften als einen möglichen Nachweis des Elements 93 deuteten. Sie hielten es für möglich, dass die entdeckte Substanz „die Kernladungszahl 93 hat und es sich bei den von Hahn, Meitner und Straßmann bisher gefundenen Transuranen um die Elemente 94 bis 97 handelt.“<ref>{{Literatur |Autor=Irène Curie, P. Savitch |Titel=Sur les radioéléments formés dans l'uranium irradié par les neutrons |Sammelwerk=Journal de Physique et le Radium |Band=8 |Nummer=10 |Datum=1937-10-01 |Sprache=fr |ISSN=0368-3842 |DOI=10.1051/jphysrad:01937008010038500 |Seiten=385–387}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Irène Curie, Paul Savitch |Titel=Sur les radioéléments formés dans l'uranium irradié par les neutrons. II |Sammelwerk=Journal de Physique et le Radium |Band=9 |Nummer=9 |Datum=1938-09-01 |Sprache=fr |ISSN=0368-3842 |DOI=10.1051/jphysrad:0193800909035500 |Seiten=355–359}}</ref>

Tatsächlich handelte es sich bei den von Hahn, Straßmann, Meitner, Joliot-Curie und Savitch gemachten Beobachtungen nicht um Nachweise der gesuchten Transurane, sondern um die damals noch [[Entdeckung der Kernspaltung#Die unerkannte Kernspaltung des Urans bei der Suche nach Transuranen|unerkannte Kernspaltung des Urans]]. Zum Wissen über das später ''Neptunium'' genannte chemische Element trugen ihre Forschungen daher nur vergleichsweise wenig bei, da sie die zahlreichen bei der Kernspaltung von Uran entstehenden Spaltprodukte für Nachweise der gesuchten Transurane hielten und in ihren Publikationen auch als solche beschrieben.

Einige Transurane, speziell das [[Entdeckung von Plutonium|Plutonium]], wurden ab 1942 durch Forscher um [[Glenn T. Seaborg]] (vgl. ''Metallurgical Project'' des [[Manhattan-Projekt]] und danach als Teil der [[Kernphysik|Kernforschung]] der [[United States Atomic Energy Commission|Atomic Energy Commission]]) hergestellt und charakterisiert; Seaborg erhielt dafür 1951 den [[Nobelpreis]] für [[Chemie]]. Die Nachweise und chemischen Eigenschaften der Elemente wurden durch die [[Radiochemie]] erbracht. Die metallisch-physikalischen Eigenschaften waren Teil einer umfangreichen [[Metallurgie]]forschung die bis heute andauert.

Ursprünglich war ''Transuran'' eine kürzere Bezeichnung für ein ''künstliches superschweres Element''. Das in winzigsten Spuren vorkommende Plutonium-244 aus der Entstehungszeit des Sonnensystems wurde erst 1971, lange nach der Prägung des Begriffes ''Transuran'', entdeckt.<ref name=":0" />

== Siehe auch ==
* [[JRC Karlsruhe]]
* [[Kernbrennstoff]]
* [[Liste der Isotope]]
* [[Nuklidkarte]]
* [[Periodensystem]]
* [[Metalle der Seltenen Erden|Seltene Erden]]
* [[Transuranabfall]]

== Literatur ==
{{Siehe auch|Radiochemie|Kernchemie}}

=== Fachartikel oder Aufsätze ===

* {{Literatur |Autor=G T Seaborg |Titel=Transuranium elements: A half century |Datum=1990-08 |Sprache=en |Online=https://www.osti.gov/biblio/6604648}}
* {{Literatur |Autor=Kit Chapman |Titel=The transuranic elements and the island of stability |Sammelwerk=Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences |Band=378 |Nummer=2180 |Datum=2020-09-18 |Sprache=en |DOI=10.1098/rsta.2019.0535 |Seiten=20190535}}

=== Fachbücher und Kapitel ===
* {{Literatur |Autor=[[Glenn T. Seaborg]] |Titel=The Transuranium Elements |Verlag=Addison-Wesley Publishing Company |Datum=1958 |Sprache=en |Reihe=[[Atoms for Peace]] |Online=https://archive.org/details/transuraniumelem0000glen}}
* {{Literatur |Autor=[[Cornelius Keller]] |Titel=The Chemistry of the Transuranium Elements |Verlag=Verlag Chemie |Ort=Weinheim |Datum=1971 |Sprache=en |ISBN=3-527-25389-0 |Kommentar=Vorgänger: Seaborg/Katz ; Nachfolger: Morss et al.}}
* {{Literatur |Autor=V. I. Gol’danskii, S. M. Polikanov |Titel=The Transuranium Elements |Verlag=Springer US |Ort=Boston, MA |Datum=1995 |Sprache=en |ISBN=978-1-4684-8383-3 |DOI=10.1007/978-1-4684-8381-9}}
* {{Literatur |Autor=[[Darleane C. Hoffman]] |Titel=The Transuranium Elements: From Neptunium and Plutonium to Element 112 |Verlag=LLNL |Ort=Livermore, CA |Datum=1996 |Sprache=en |Online=https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc687661/}}
* {{Literatur |Autor=[[Gottfried Münzenberg]], Matthias Schädel |Titel=Moderne Alchemie: die Jagd nach den schwersten Elementen |Verlag=Vieweg |Ort=Braunschweig Wiesbaden |Datum=1996 |Reihe=Facetten |ISBN=978-3-528-06474-7}}
* {{Literatur |Autor=Walter D. Loveland, David J. Morrissey, Glenn T. Seaborg |Titel=The Transuranium Elements |Sammelwerk=Modern Nuclear Chemistry |Verlag=John Wiley & Sons, Inc. |Ort=Hoboken, NJ, USA |Datum=2005 |Sprache=en |ISBN=978-0-471-76862-3 |DOI=10.1002/0471768626.ch15 |Seiten=429–464}}
* {{Literatur |Titel=Transuranium Elements |Hrsg=Glenn D. Considine |Sammelwerk=Van Nostrand’s Encyclopedia of Chemistry |Verlag=John Wiley & Sons, Inc. |Ort=Hoboken, NJ, USA |Datum=2005 |Sprache=en |ISBN=978-0-471-74003-2 |DOI=10.1002/0471740039.vec2544 |Seiten=vec2544}}
* {{Literatur |Titel=The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements |Hrsg=Lester R. Morss, Norman M. Edelstein, Jean Fuger |Verlag=Springer Netherlands |Ort=Dordrecht |Datum=2011 |Sprache=en |ISBN=978-94-007-0210-3 |DOI=10.1007/978-94-007-0211-0 |Kommentar=6 Bände}}
* {{Literatur |Autor=Helge Kragh |Titel=From Transuranic to Superheavy Elements |Verlag=Springer International Publishing |Ort=Cham |Datum=2018 |Sprache=en |Reihe=SpringerBriefs in History of Science and Technology |ISBN=978-3-319-75812-1 |DOI=10.1007/978-3-319-75813-8}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Nukleares Material]]
[[Kategorie:Gruppe des Periodensystems]]

Transurane - Versionsgeschichte

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