Einsteinium ist ein ausschließlich künstlich erzeugtes chemisches Element mit dem Elementsymbol Es und der Ordnungszahl 99. Im Periodensystem steht es in der Gruppe der Actinoide (7. Periode, f-Block) und zählt zu den Transuranen. Einsteinium ist ein radioaktives Metall, welches nur mit hohem Aufwand in gerade noch wägbaren Mengen herstellbar ist. Es wurde 1952 nach dem Test der ersten amerikanischen Wasserstoffbombe entdeckt und Albert Einstein zu Ehren benannt, der jedoch persönlich mit der Entdeckung bzw. Forschung an Einsteinium nichts zu tun hatte. Es entsteht in sehr geringen Mengen in Kernreaktoren. Das Metall wie auch seine Verbindungen werden in geringen Mengen in erster Linie zu Studienzwecken gewonnen.
Geschichte mini|links|Einsteinium wurde nach der Explosion von Ivy Mike entdeckt. mini|links|Elutionskurven:chromatographische Trennung von Fm (100), Es (99), Cf, Bk, Cm, Am. mini|links|Albert Einstein, 1921, Fotografie von Ferdinand Schmutzer Einsteinium wurde zusammen mit Fermium nach dem Test der ersten amerikanischen Wasserstoffbombe, Ivy Mike, am 1. November 1952 auf dem Eniwetok-Atoll gefunden. Erste Proben erhielt man auf Filterpapieren, die man beim Durchfliegen durch die Explosionswolke mitführte. Größere Mengen isolierte man später aus Korallen. Aus Gründen der militärischen Geheimhaltung wurden die Ergebnisse zunächst nicht publiziert.
Eine erste Untersuchung der Explosionsüberreste hatte die Entstehung eines neuen Plutoniumisotops 244Pu aufgezeigt, dies konnte nur durch die Aufnahme von sechs Neutronen durch einen Uran-238-Kern und zwei folgende β-Zerfälle entstanden sein.
Zu der Zeit nahm man an, dass die Absorption von Neutronen durch einen schweren Kern ein seltener Vorgang wäre. Die Identifizierung von 244Pu ließ jedoch den Schluss zu, dass Urankerne viele Neutronen einfangen können, was zu neuen Elementen führt.
Die Trennung der gelösten Actinoid-Ionen erfolgte in Gegenwart eines Citronensäure/Ammoniumcitrat-Puffers im schwach sauren Medium (pH ≈ 3,5) mit Ionenaustauschern bei erhöhter Temperatur. Element 99 (Einsteinium) wurde schnell nachgewiesen; man fand zuerst das Isotop 253Es, einen hochenergetischen α-Strahler (6,6 MeV). Es entsteht durch Einfangen von 15 Neutronen aus 238U, gefolgt von sieben β-Zerfällen.
Diese Bildung durch fortgesetzten Neutroneneinfang war möglich, weil im Moment der Detonation die Neutronenflussdichte so hoch war, dass die meisten der zwischenzeitlich gebildeten – radioaktiven – Atomkerne bis zum jeweils nächsten Neutroneneinfang noch nicht zerfallen waren. Bei sehr hohem Neutronenfluss steigt also die Massenzahl stark an, ohne dass sich die Ordnungszahl ändert. Erst anschließend zerfallen die entstandenen instabilen Nuklide über viele β-Zerfälle zu stabilen oder instabilen Nukliden mit hoher Ordnungszahl:
Im September 1953 war noch nicht abzusehen, wann die Ergebnisse der Teams in Berkeley, Argonne und Los Alamos veröffentlicht werden könnten. Man entschied sich dazu, die neuen Elemente durch Beschussexperimente herzustellen; gleichzeitig versicherte man sich, dass diese Ergebnisse nicht unter Geheimhaltung fallen würden und somit veröffentlicht werden konnten. Einsteiniumisotope wurden kurz danach am University of California Radiation Laboratory durch Beschuss von Uran (238U) mit Stickstoff (14N) hergestellt. Dabei merkte man an, dass es Forschungen zu diesem Element gebe, die bislang noch unter Geheimhaltung stehen.Albert Ghiorso, G. Bernard Rossi, Bernard G. Harvey, Stanley G. Thompson: Reactions of U238 with Cyclotron-Produced Nitrogen Ions, in: Physical Review, 1954, 93 (1), S. 257–257 (doi:10.1103/PhysRev.93.257). Isotope der beiden neu entdeckten Elemente wurden durch Bestrahlung des Plutoniumisotops 239Pu erzeugt, die Ergebnisse wurden in fünf kurz aufeinander folgenden Publikationen veröffentlicht.S. G. Thompson, A. Ghiorso, B. G. Harvey, G. R. Choppin: Transcurium Isotopes Produced in the Neutron Irradiation of Plutonium, in: Physical Review, 1954, 93 (4), S. 908–908 (doi:10.1103/PhysRev.93.908).B. G. Harvey, S. G. Thompson, A. Ghiorso, G. R. Choppin: Further Production of Transcurium Nuclides by Neutron Irradiation, in: Physical Review, 1954, 93 (5), S. 1129–1129 (doi:10.1103/PhysRev.93.1129).M. H. Studier, P. R. Fields, H. Diamond, J. F. Mech, A. M. Friedman, P. A. Sellers, G. Pyle, C. M. Stevens, L. B. Magnusson, J. R. Huizenga: Elements 99 and 100 from Pile-Irradiated Plutonium, in: Physical Review, 1954, 93 (6), S. 1428–1428 (doi:10.1103/PhysRev.93.1428).P. R. Fields, M. H. Studier, J. F. Mech, H. Diamond, A. M. Friedman, L. B. Magnusson, J. R. Huizenga: Additional Properties of Isotopes of Elements 99 and 100, in: Physical Review, 1954, 94 (1), S. 209–210 (doi:10.1103/PhysRev.94.209).G. R. Choppin, S. G. Thompson, A. Ghiorso, B. G. Harvey: Nuclear Properties of Some Isotopes of Californium, Elements 99 and 100, in: Physical Review, 1954, 94 (4), S. 1080–1081 (doi:10.1103/PhysRev.94.1080). Die letzten Reaktionen ausgehend von Californium sind:
Das Team in Berkeley war zudem besorgt, dass eine andere Forschergruppe die leichteren Isotope des Elements 100 durch Ionenbeschuss entdecken und veröffentlichen könnte, bevor sie ihre unter Geheimhaltung stehende Forschung hätten veröffentlichen können. Denn im ausgehenden Jahr 1953 sowie zu Anfang des Jahres 1954 beschoss eine Arbeitsgruppe des Nobel-Instituts für Physik in Stockholm Urankerne mit Sauerstoffkernen; es bildete sich das Isotop mit der Massenzahl 250 des Elements 100 (250Fm).Hugo Atterling, Wilhelm Forsling, Lennart W. Holm, Lars Melander, Björn Åström: Element 100 Produced by Means of Cyclotron-Accelerated Oxygen Ions, in: Physical Review, 1954, 95 (2), S. 585–586 (doi:10.1103/PhysRev.95.585.2).
Das Team in Berkeley veröffentlichte schon einige Ergebnisse der chemischen Eigenschaften beider Elemente.G. T. Seaborg, S. G. Thompson, B. G. Harvey, G. R. Choppin: Chemical Properties of Elements 99 and 100 (Abstract; Maschinoskript (23. Juli 1954), Radiation Laboratory, University of California, Berkeley, UCRL-2591 (Rev.)).S. G. Thompson, B. G. Harvey, G. R. Choppin, G. T. Seaborg: Chemical Properties of Elements 99 and 100, in: J. Am. Chem. Soc., 1954, 76 (24), S. 6229–6236 (doi:10.1021/ja01653a004). Schließlich wurden die Ergebnisse der thermonuklearen Explosion im Jahr 1955 freigegeben und anschließend publiziert.A. Ghiorso, S. G. Thompson, G. H. Higgins, G. T. Seaborg (Radiation Laboratory and Department of Chemistry, University of California, Berkeley, California), 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 (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois), C. I. Browne, H. L. Smith, R. W. Spence (Los Alamos Scientific Laboratory, Los Alamos, New Mexico): New Elements Einsteinium and Fermium, Atomic Numbers 99 and 100, in: Physical Review, 1955, 99 (3), S. 1048–1049 (doi:10.1103/PhysRev.99.1048; Maschinoskript (9. Juni 1955), Lawrence Berkeley National Laboratory. Paper UCRL-3036).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 (Argonne National Laboratory, Lemont, Illinois); A. Ghiorso, S. G. Thompson, G. H. Higgins, G. T. Seaborg (University of California, Berkeley, California): Transplutonium Elements in Thermonuclear Test Debris, in: Physical Review, 1956, 102 (1), S. 180–182 (doi:10.1103/PhysRev.102.180).
Letztlich war die Priorität des Berkeley-Teams allgemein anerkannt, da ihre fünf Publikationen der schwedischen Publikation vorausgingen, und sie sich auf die zuvor noch geheimen Ergebnisse der thermonuklearen Explosion von 1952 stützen konnten. Damit war das Vorrecht verbunden, den neuen Elementen den Namen zu geben. Sie entschieden sich, diese fortan nach berühmten, bereits verstorbenen Wissenschaftlern zu benennen. Man war sich schnell einig, die Namen zu Ehren von Albert Einstein und Enrico Fermi zu vergeben, die beide erst vor kurzem verstorben waren: „We suggest for the name for the element with the atomic number 99, einsteinium (symbol E) after Albert Einstein and for the name for the element with atomic number 100, fermium (symbol Fm), after Enrico Fermi.“ Die Bekanntgabe für die beiden neu entdeckten Elemente Einsteinium und Fermium erfolgte durch Albert Ghiorso auf der 1. Genfer Atomkonferenz, die vom 8. bis 20. August 1955 stattfand. Das Elementsymbol für Einsteinium wurde später von E auf Es geändert.
Isotope Sämtliche bisher bekannten 17 Nuklide und 3 Kernisomere sind radioaktiv und instabil.G. Pfennig, H. Klewe-Nebenius, W. Seelmann-Eggebert (Hrsg.): Karlsruher Nuklidkarte, 7. Aufl., 2006. Die bekannten Massenzahlen reichen von 241 bis 258. Die längste Halbwertszeit hat das Isotop 252Es mit 471,7 TagenIrshad Ahmad, Frank Wagner, Jr.: Half-life of the longest-lived Einsteinium Isotope-252Es, in: J. Inorg. Nucl. Chem., 1977, 39 (9), S. 1509–1511 (doi:10.1016/0022-1902(77)80089-4)., so dass es auf der Erde keine natürlichen Vorkommen mehr geben kann. 254Es hat eine Halbwertzeit von 275,7 TagenWilliam McHarris, F. S. Stephens, F. Asaro, I. Perlman: Decay Scheme of Einsteinium-254, in: Physical Review, 1966, 144 (3), S. 1031–1045 (doi:10.1103/PhysRev.144.1031)., 255Es von 39,8 Tagen und 253Es von 20,47 Tagen. Alle weiteren radioaktiven Isotope haben Halbwertszeiten unterhalb von 40 Stunden, bei der Mehrzahl von ihnen liegt diese unter 30 Minuten. Von den 3 Kernisomeren ist 254mEs das stabilste mit t½ = 39,3 Stunden.G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties, in: Nuclear Physics A, 729, 2003, S. 3–128. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. (PDF; 1,0 MB).
→ Liste der Einsteiniumisotope
Gewinnung und Darstellung Einsteinium wird durch Beschuss von leichteren Actinoiden mit Neutronen in einem Kernreaktor erzeugt. Die Hauptquelle ist der 85 MW High-Flux-Isotope Reactor am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, USA, der auf die Herstellung von Transcuriumelementen (Z > 96) eingerichtet ist.High Flux Isotope Reactor, Oak Ridge National Laboratory; abgerufen am 23. September 2010.
Im Jahr 1961 wurde genügend Einsteinium synthetisiert, um eine wägbare Menge des Isotops 253Es zu erhalten. Diese Probe wog etwa 0,01 mg und wurde zur Herstellung von Mendelevium eingesetzt. Weiteres Einsteinium wurde am Oak Ridge National Laboratory durch Beschuss von 239Pu mit Neutronen hergestellt.Darleane C. Hoffman, Albert Ghiorso, Glenn Theodore Seaborg: The Transuranium People: The Inside Story, Imperial College Press, 2000, ISBN 978-1-86094-087-3, S. 190–191 (). Ungefähr 3 Milligramm wurden in einer vierjährigen Dauerbestrahlung aus einem Kilogramm Plutonium und anschließender Trennung erhalten.
Gewinnung von Einsteiniumisotopen Geringe Mengen an Einsteinium und Fermium wurden aus Plutonium isoliert und abgetrennt, welches mit Neutronen bestrahlt wurde. Vier Einsteiniumisotope wurden gefunden (mit Angabe der damals gemessenen Halbwertszeiten): 253Es: α-Strahler mit t½ = 20,03 Tagen sowie mit einer Spontanspaltungs-Halbwertszeit von 7×105 Jahren 254mEs: β-Strahler mit t½ = 38,5 Stunden 254Es: α-Strahler mit t½ ≈ 320 Tagen 255Es: β-Strahler mit t½ = 24 Tagen Zwei Fermiumisotope wurden gefunden: 254Fm: α-Strahler mit t½ = 3,24 Stunden sowie mit einer Spontanspaltungs-Halbwertszeit von 246 Tagen 255Fm: α-Strahler mit t½ = 21,5 StundenM. Jones, R. P. Schuman, J. P. Butler, G. Cowper, T. A. Eastwood, H. G. Jackson: Isotopes of Einsteinium and Fermium Produced by Neutron Irradiation of Plutonium, in: Physical Review, 1956, 102 (1), S. 203–207 (doi:10.1103/PhysRev.102.203).