Podivný svět na konci chemické tabulky

Periodická soustava prvků má 7 řádků, kterým se říká periody, a 18 sloupců neboli skupin. Obsahuje všechny prvky známé z přírody, například vodík, dusík, železo nebo zlato, ale i uměle vytvořené prvky jako například dubnium, kopernicium nebo livermonium.

Byly to právě prvky připravené uměle v laboratořích, které postupně doplnily zbývající volná okýnka v tabulce. Každý prvek má číslo určující počet protonů v jádře atomu, tzv. protonové číslo. Prvkům s protonovým číslem vyšším než 100 se říká supertěžké prvky. Mezi ty se řadí i nová čtveřice prvků, které byly loni v prosinci oficiálně potvrzeny.

Jepičí život supertěžkých prvků

Kdyby si však chtěl někdo nové prvky prohlédnout, má smůlu. „V tuto chvíli, pokud nemáme opravdu veliké štěstí, tak na světě ty prvky nejsou. Mají velmi krátkou dobu života. Byly tady jen nějakou tu mikrosekundu, než je chemici změřili,“ uvedl v Meteoru chemik Petr Slavíček z Vysoké školy chemicko-technologické v Praze.

Prvky 114 a 116 novou čtveřici předběhly

Nově uznané, zatím bezejmenné prvky mají protonová čísla 113, 115, 117 a 118. Řeknete si, kam se vytratila 114 a 116? Jde o to, že všechny tyto prvky byly „objeveny“ zhruba ve stejnou dobu, někdy kolem roku 2010. Jenže prvky s čísly 114 a 116 se podařilo dříve experimentálně potvrdit a prokázat jejich existenci.

„Uznání prvků, to je byrokratický proces. Jde o velmi obtížné experimenty, které není možné jen tak nezávisle zopakovat. Existuje jen pár laboratoří na světě, které experimenty tohoto druhu dělají. Takže uznat, že ten prvek existuje a že to je opravdu ten prvek, prostě zabere nějaký čas,“ vysvětlil Petr Slavíček.

Nové prvky uznává podle předem daných kritérií Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii. „Až na konci roku 2015 unie uznala, že skutečně existují čtyři nové prvky a jejich autoři tak mají šanci, aby je pojmenovali,“ doplnil Slavíček.

Prvek jako hvězda heavy metalu?

Nově vyrobené prvky často nesou jména po význačných osobnostech. Například prvek 112 se nazývá kopernicium podle astronoma Mikuláše Koperníka. Také prvky 114 a 116 už mají svá jména. Říká se jim flerovium (podle ruského fyzika Flerova) a livermorium (podle sídla laboratoře ve městě Livermore, kde prvek vznikl).

Jak se budou jmenovat prvky 113, 115, 117 a 118, to je zatím ve hvězdách. Vyloučit nelze ani to, že by se jeden z prvků, ten s nejvyšším číslem 118, mohl jmenovat „lemium“ podle nedávno zesnulého zpěváka a baskytaristy Lemmyho Kilmistera z heavymetalové kapely Motörhead. Už kvůli tomu dokonce vznikla petice.

A vlastně, proč ne? Anglický výraz „heavy metal“ by se dal do češtiny přeložit jako „těžký kov“. A to už nemá daleko k „supertěžkému prvku“ (v angličtině super-heavy element). Ostatně, s nadsázkou řečeno, zvuky heavy metalu si můžeme představovat jako vhodný doprovod při výrobě supertěžkých prvků, které vznikají prudkými srážkami atomů jiných těžkých prvků, například atomů železa a olova.

Supertěžký vývoj supertěžkých prvků

Výroba supertěžkých prvků je velmi náročná. Vyrábějí se jadernými reakcemi za použití urychlovače. Jedině ve vysoké rychlosti se totiž podaří prorazit obranný mechanismus atomů. „Překonává se bariéra elektrostatického odpuzování jader,“ popsal Petr Slavíček.

Supertěžké prvky se vytvářejí za použití urychlovače|foto:Český rozhlas

„Každé jádro je kladně nabité. Vy srazíte dvě kladně nabitá jádra, která pochopitelně k sobě nijak blízko přijít nechtějí. Nicméně v okamžiku, kdy je dostatečná energie, se ta jádra jakoby políbí, a vlivem silné jaderné interakce k sobě začnou pociťovat silnou náklonnost. Jádra se spojí a vznikne nějaké, většinou metastabilní jádro,“ vysvětlil dále v Meteoru chemik.

Jádro se po nějaké době rozpadne. Poločasy rozpadu se u prvků s vysokým protonovým číslem pohybují nejčastěji v rozmezí několika sekund až mikrosekund. I to ale vědcům stačí na prokázání existence takového prvku.

Platí, že čím těžší je jádro, tím ochotněji se rozpadá. Vyvíjet supertěžké prvky tak asi nepůjde donekonečna. Jaderná síla neudrží extrémně velké množství protonů těsně u sebe, ty se rozpadnou na menší, lehčí prvky. To je ostatně princip radioaktivity. O mnoho těžší prvky než ty nejnověji objevené ale možná nepůjdou vytvořit ještě z jiného důvodu. Kvůli elektronům.

Kolaps elektronů

„Pro ty velmi těžké prvky se začnou v atomech uplatňovat relativistické efekty. Elektrony, které jsou nejblíže jádru, se začnout pohybovat velmi rychle, začne prudce růst hmotnost elektronů a začne se měnit struktura elektronového obalu. Může nastat kolaps elektronů. V tuto chvíli se předpokládá, že by to mohlo nastat u protonového čísla 170, čili máme ještě dlouhou cestu kam jít,“ míní Slavíček.

Osmý řádek periodické tabulky prvků

Prvkem s protonovým číslem 118 se uzavírá sedmá, zatím poslední řada soustavy prvků. Je však jen otázkou času, kdy se tabulka prodlouží o další řádek. Už teď se připravují experimenty na vývoj prvku 119, 120 nebo 121. „Věřím, že periodická tabulka, která je teď tak krásně uzavřená, se v nejbližším desetiletí zase otevře několika dalšími prvky,“ uzavřel chemik Petr Slavíček.

Kdy se tabulka prvků rozšíří o osmý řádek?|foto:Český rozhlas

Tento i ostatní záznamy pořadu Meteor najdete v našem audioarchivu iRadio.