Stavební kamínky Vesmíru

Snad vás moc nezklamu, pokud jste očekávali nějako mystiku nebo něco podobného. Bude totiž řeč o atomech; a to jsou přece základní kamínky, bez kterých by nebyl Vesmír Vesmírem ... ne?

Copak nám to tam přibylo?

Když jsem v roce 1975 začínal studovat pražskou VŠCHT, museli jsme se hned zpočátku naučit celou Mendělejevovu tabulku nazpaměť. Jak jdou prvky za sebou a v jaké je který periodě a skupině. Ono to má něco do sebe, tyhle věci znát - člověk si pak leccos dokáže odvodit. No a na písemku jsem tabulku ofotil, zmenšil a malé fotečky dal k dispozici spolužákům. Dneska to mají študáci jednodušší; moje dcera si před podobnou písemkou stáhla obrázek z Internetu, hezky zmenšila a vytiskla - dokonce barevně - za několik málo minut. Pokrok se nedá popřít. že ...

Pokud by se ale někdo musel tabulku šprtat nazpaměť dnes, tak by to měl trochu těžší než my. Tehdy bylo prvků 105; dnes jich pár přibylo - momentálně končíme u prvku s číslem 116, ale další budou jistě následovat. O objevech nových prvků se příliš nehovoří. Snad jen někde v televizním zpravodajství probleskne větička a zanikne v zívání diváka čekající na svou porci seriálů, vražd a krve - snad ani to ne. Podívejme se, jak mám tedy Mendělejevova tabulka narostla za posledních 25 let. Prvky s čísly 104 a 105 uvádím také; ty sice již byly "tehdy" známé, ale pod jinými jmény.

Pár informací k jednotlivým prvkům

Rutherfordium je z dále probíraných prvků nejstabilnější. Jeho poločas rozpadu je totiž plných 70 sekund. Název dostalo na počest britského vědce, lorda Rutherford of Nelson. Původní název ovšem měl být Kurčatovium (se značkou Ku) na počest sovětského nukleárního vědce Igora Vasiljeviče Kurčatova (1903-1960), Tento prvek byl připraven roku 1964 v Dubně bombardováním atomů plutonia neonovými ionty urychlenými při 113 až 115 MeV. O pět let později byl tento prvek připraven na  University of California v Berkeley kolizemi atomů california ²⁴⁹Cf s uhlíkem ¹²C za velmi vysokých energií. Rutherfordium, jako většina dále popisovaných prvků, by mělo zřejmě kovový vzhled, barvy šedé až stříbřité.  Předpokládá se, že chemie rutherfordia by byla podobná chemii hafnia Hf.

Dubnium s protonovým číslem 105 dostalo název po ruském městě Dubno, v jehož blízkosti je umístěn ruský (původně sovětský) ústav pro jaderný výzkum. Ještě za dob mých studií se pro tento prvek předpokládal název Hahnium (na počest německého vědce Otto Hahna (a značka Ha). Dubnium bylo připraveno roku 1967 v sovětském Dubně jako směs izotopů ²⁶⁰Db a ²⁶¹Db bombardování americia neonem ²²Ne. V dubnu roku 1970 byl připraven izotop ²⁶⁰Db s poločasem rozpadu 1,6 sekundy na  University of California v Berkeley. týmem vedeným Albertem Ghiorsem. Zde ostřelovali californium ²⁴⁹Cf dusíkovými jádry v urychlovači o 84 MeV. Dubnium by mělo být ve viditelném množství pevnou látkou kovového vzhledu, barvy šedé až stříbřitě bílé. Zajímavé je, že u izotopu ²⁶⁸Db by se dal předpokládat poločas rozpadu až 16 hodin (!); to by mělo souviset s vysokým počtem neutronů, které by bránily spontánnímu rozpadu jádra. Předpokládá se, že chemie dubnia by byla podobná chemii tantalu.

Seaborgium má rovněž zajímavou historii - bylo také připraveno téměř současně na dvou místech. V červnu 1974 seaborgium připravil sovětský tým vedený G. N. Flerovem v Dubně; jednalo se o izotop ²⁵⁹Sg s poločasem rozpadu 7 ms. V září téhož roku připravil izotop ²⁶³Sg s poločasem rozpadu  0.9 s americký výzkumný tým vedený Albertem Ghiorsem v Lawrence Radiation Laboratory na University of California v Berkeley. Nejstabilnějším izotopem se předpokládá ²⁶⁶Sg s poločasem rozpadu 21 sekund. Chemie seaborgia by připomínala chemii wolframu; pokud by se prvek připravil ve viditelném množství, pravděpodobně by se jednalo o  pevnou látku kovového vzhledu, stříbřitě bílou nebo šedou. Jméno dostal tento prvek na počest amerického chemika Glenna T. Seaborga.

Bohrium bylo připraveno sovětským týmem vedeným Y. Oganessianem v ústavu pro jaderný výzkum  v Dubně. Izotop ²⁶¹Bh s poločasem rozpadu odhadovaným na 10 ms vznikl bombardováním vizmutu ²⁰⁴Bi těžkými jádry chrómu ⁵⁴Cr. Původně bylo navrženo jméno nielsbohrium, později byl akceptován kratší tvar bohrium na počest dánského fyzika Nielse Bohra. Také Bohrium je pravděpodobně pevná látka kovového vzhledu, barvy stříbřitě bíloé nebo šedé. Předpokládá se, že chemie bohria by byla podobná chemii rhenia.

Hassium bylo připraveno roku 1984 německou výzkumnou skupinou pod vedením Petera Armbrustera a Gottfrieda Münzenberga z Ústavu pro výzkum těžkých intů (GSI) v Darmstadtu. název Hassium byl navržen od latinského pojmenování německého státu Hessensko, ve kterém leží město Darmstadt. Pravděpodobně se jedná o pevnou látku kovového vzhledu, stříbřitě bílou nebo šedou; nejstabilnějším izotopem je pravděpodobně nejvíce stabilní izotop je ²⁶⁵Hs s poločasem rozpadu 2 ms. Předpokládá se, že chemie hassia by byla podobná chemii osmia Os.

Meitnerium bylo připraveno bombardováním vizmutu  zrychlenými jádry železa (58).  Nejvíce stabilní izotop je ²⁶⁶Mt s poločasem rozpadu 3,4 ms. Název Meitnerium byl navržen na počest Rakousko-švédského fyzika a matematika Lise Meitnera. Předpokládá se, že chemie meitneria by byla podobná chemii iridia.

Darmsatdtium je pojmenováno po místě vzniku; vědci však s humorem novému prvku navrhli  jméno policium , protože 110 je telefonní číslo německé policie. Pravděpodobně se jedná o pevnou látku kovového vzhledu, stříbřitě bílou nebo šedou. Bylo vytvořeno v množství několika atomů v urychlovači jadernou fúzí při ostřelování olova atomy niklu. Předpokládá se, že chemie tohoto prvku by byla podobná chemii platiny.

Röntgenium poprvé uměle připravili v roce 1994 němečtí vědci ze Ústavu pro výzkum těžkých intů (GSI) v Darmstadtu. Od té doby se ho podařilo experimentálně získat víckrát. Návrh GSI na pojmenování nového prvku schválil také mezinárodní svaz chemiků. Stojedenáctý prvek vznikl jadernou fúzí při ostřelování vismutové fólie ionty niklu. Rozpadá se už po zlomcích sekundy (poločas rozpadu 15 ms) a dá se dokázat jen citlivými přístroji. Předpokládá se, že chemie tohoto prvku by byla podobná chemii zlata.

Ununbium (dočasný název) patří mezi prvky s extrémně krátkým životem - jeho atomy se za vzniku alfa-částic rozpadají s poločasem 240 mikrosekund. Zřejmě se nesplnilo očekávání, že u prvků kolem protonového čísla 112 vznikne tzv. ostrov satbility.Prvek byl připraven 9. února 1996 v  Ústavu pro výzkum těžkých intů (GSI) v Darmstadtu bombardováním zinkových atomů atomy olova v urychlovači částic. Jednalo by se pravděpodobně o kapalný kov podobný rtuti - proto se také někdy nazývá jménem eka-rtuť.

Další prvky s atomovými čísly 113 až 116 mají obdobnou charakteristiku - pokud by byly připraveny ve viditelném mnmožství, jednalo by se o pevné látky kovového vzhledu stříbříté až našedlé bavy. Jejich názvy začínající "UN" napovídají, že se jedná o názvy dočasné a teprve budou trvale pojmenovány, jakmile se najde vhodná osobnost nebo jiný podnět. Prvek č. 117 by se lišil ve vzhledu - zřejmě by byl sice kovový, ale tmavý. Ununoctium založené na radonu by naproti tomu za normálních podmínek bylo plynem.

Ničemu nerozumíte? ... to je normální!

Snad vás ty informace moc nevyděsily. Pokud vám to připadá psané čínsky, nic si z toho nedělejte - pokusíme se v pár větách oprášit školní znalosti.

Začneme tvrzením, že všechno kolem (osoby, zvířata a věci ... :-))) se skládá z molekul. Molekuly se skládají z atomů a ty zase z elementárních částic. Základní elementární částice jsou proton (s kladným nábojem), neutron (bez náboje) a záporně nabitý elektron. Atom se skládá z jádra tvořeného protony a neutrony a elektronového obalu. Částic je mnohem víc, ale těch dalších si teď nemusíme všímat.

Mimochodem, představte si, že hmotnost protonu (1.673 x 10^-27 kg) je zhruba 1837x větší než hmotnost elektronu (9.109 x 10^-31 kg) - přesto mají stejný náboj. Kdysi jsem slušel pěkný příměr na "prostorové uspořádání" atomu. Atom vodíku se skládá z jednoho protonu a jednoho elektronu - nic víc. Kdybychom si ten proton představili jako hrášek zavěšený uprostřed hlediště Národního divadla, pak by elektron velký jako zrnko máku obíhal někde v úrovni lóží. Fyzik by asi na vás vychrlil poučky o tom, že se jedná vlastně o hmotné vlnění s tím, že celé je to dáno pravděpodobností, kde "je ta hmota nejhmotnější" - ale hrášek a máček jsou lepší na představu, ne?

To, co dělá atom atomem, jsou protony v jádře. Ty jej dělají jedinečným. Tak třeba atom, který má šest protonů v jádru, to je uhlík. A naopak - pokud chceme vidět uhlík, musí mít atomy příslušné látky šest a pouze šest protonů. Protože kdyby těch protonů bylo o jeden víc, tedy sedm, byl by to již dusík a kdyby o jeden méně, tedy pět, byl by to bór. A to jsou opravdu rozdíly dost velké, že? Takže teď již víme, co je to v tabulce ono protonové číslo (dříve atomové číslo).

Aby atom mohl existovat samostatně, musí být elektricky neutrální - nesmí mít náboj - jinak by to byl iont. To znamená, že kolik má protonů, tolik musí mít i elektronů. Takže již zmíněný uhlík musí k šesti protonům mít hezky také šest elektronů.

Jiné je to s neutrony. ty jsou neutrální a v atomu jich může být různě - obvykle jich však bývá tolik, kolik má atom protonů (ale neplatí to obecně!!!). Protože v protonech a neutronech je soustředěna většina "hmotnosti" atomu, označuje se jejich součet (viz tabulka) jako atomová hmotnost (dříve atomová váha).

Atomy, které se vyskytují v několika modifikacích, lišících se počtem neutronů, se jmenují izotopy; o těch byla také řeč. Izotopy mohou mít vzájemně velmi různorodé vlastnosti. Vezměme si již známý uhlík. Ten, který je v přírodě (a tedy i v nás) má 6 protonů, 6 neutronů a 6 elektronů. Je to tedy ¹²C - dvanáctka jako horní index udává atomovou hmotnost - protony+neutrony. Existuje ale také uhlík s 8 neutrony - tedy ¹⁴C. To je ten známý radioizotop (tedy radioaktivní izotop) uhlíku, který se užívá k zjišťování stáří v archeologii.

Látka složená z radioaktivních atomů, ponechaná bez zásahů zvenčí, se bude postupně rozpadat - jádra atomů budou vyzařovat radioaktivní částice a měnit se na jádra lehčích prvků. Rychlost rozpadu je charakterizována dobou, za kterou se rozpadne právě polovina vzorku - a to je ten zmiňovaný poločas rozpadu.

A ještě - proč se v článku hovoří o vlastnostech, které by ten a ten prvek měl, kdyby ... ? To je proto, že tyhle prvky prakticky neexistují. Tedy v přírodě - v našich podmínkách. Jinde ve Vesmíru ... kdo ví. Ale zde je vědci připravují v množstvích třeba jen několika atomů. Ty se v pár milisekundách rozpadnou a zbude po nich jen záření a jiné atomy, již stabilnější. A vědci jsou z toho všeho schopni vyskočit metr vysoko, protože právě objevili nový atom. Proč to vlastně dělají? Člověk je tvor zvídavý, ne? Chce vědět, jak to ten PánBůh vlastně dokázal ... a pokud to někdo platí ... Horší je, když pak jejich výzkum (a je to právě tato oblast) zneužije. Hirošima a Nagasaki jsou němým svědectvím, kam vede zneužití síly v atomech skryté. A Černobyl zase varuje, jak to  vypadá, když se síla skrytá ve hmotě vymkne z ruky. Kéž jsou tato varování poslední a postačující.

JL

... zpět na Úvahy a zamyšlení