Transurany, nejtěžší z nejtěžších

Sdílej
 
Má Mendělejevova tabulka prvků hranice, nebo se bude rozrůstat donekonečna? V 70. letech 20. století vědci předpověděli, že posledním možným stabilním prvkem je ununquadium, prvek s atomovým číslem 114. V roce 1999 byla tato teorie popřena, když byly vyrobeny prvky s atomovými čísly 116 a 118. Zůstane ununoctium s atomovým číslem 118 opravdu tím posledním?

NOVÉ PRVKYV roce 1869 odhalil významný ruský vědec D. I. Mendělejev vzájemné souvislosti mezi chemickými prvky, známými v jeho době a sestavil periodickou soustavu prvků. Řada prvků nebyla tehdy ještě známa, ale Mendělejev s tím počítal a ve své soustavě vynechal prázdná políčka tam, kde mu některý v logické posloupnosti chyběl. V průběhu dalších let byly postupnými objevy mezery vyplňovány a nakonec chyběl jen prvek s atomovým číslem 43. Atomové neboli protonové číslo určuje počet kladně nabitých protonů v jádru atomu.

První umělé prvky

Cyklotron z německého Darmstadtu, na němž se podařilo vyrobit prvky s atomovými čísly 107, 108 a 109Bylo tedy známo celkem 91 prvků vyskytujících se v přírodě, počínaje vodíkem (at. č. 1) a konče uranem (at. č. 92). Fyzikové a chemici však již v prvních desetiletích dvacátého století odhalili existenci a vzápětí i podstatu radioaktivního rozpadu uranu. Studium tohoto jevu vyžadovalo konstrukci zařízení k urychlování částic, zvaného cyklotron. V něm jsou atomy jednoho prvku použity jako terč, který se bombarduje paprskem atomů druhého prvku. Rychlost paprsku musí být tak vysoká, aby při nárazu na terč byly překonány odpudivé síly jader atomů a došlo tak ke spojení letících a dopadajících částic. Výsledkem pak může být zvýšení hmotnosti atomů terče a vytvoření zcela nového prvku. Jeden z prvních cyklotronů postavil fyzik E. G. Segré na univerzitě v kalifornském Berkeley. V něm se v polovině 30. let pokusil ozařovat molybden (at. č. 42) deuteriem, což je těžší vodík (at. č. 1). Výsledkem pokusu byl nový, uměle vytvořený prvek, který dokonale zapadal do mezery pro atomové č. 43. Dostal název technecium.

Výroba transuranů

Vznik prvku s at. číslem 112 a jeho rozpad na dceřinné produkty (1 = neutron; 4 = částice alfa, jádro helia). Konečným prvkem je fermium s at. číslem 100V roce 1940 vznikl na stejném cyklotronu prvek neptunium (at. č. 93). Později byl objeven i v přírodě, a je tedy nejtěžším přirozeným prvkem. V průběhu 40. let skupina amerických vědců vedená G. T. Seabor-gem, která pracovala na výrobě atomové bomby, současně prováděla i výzkum na cyklotronu. Vyrobila hned několik umělých prvků: plutonium (at. č. 94), americium (at. č. 95), curium (at. č. 96), berkelium (at. č. 97), californium (at. č. 98), einsteinium (at. č. 99) a fermium (at. č. 100). Tyto uměle vytvořené supertěžké prvky byly nazvány transurany. Pokusy o výrobu těžších prvků už byly neúspěšné a bylo nutné vypracovat nový postup. Stavěly se mohutnější cyklotrony a byl konstruován i první lineární urychlovač. V něm se částice neurychlují v postupně se rozvíjející spirále, jako je tomu v cyklotronu, ale v přímočarém směru. Předpokládané využití transuranů jako terčů navíc vyžadovalo provoz nukleárního reaktoru, který byl jen v zemích disponujících jadernými zbraněmi, tedy v USA a SSSR.

Kdo je pojmenuje?

Nejnovější verze Mendělejevovy tabulky obsahuje 115 chemických prvků. Prvky s at. čísly 113, 115 a 117 se ještě nepodařilo vyrobitV roce 1955 vyrobila americká skupina bombardováním einsteinia heliem prvek mendelevium (at. č. 101). V letech 1958 až 1974 obě vědecká centra, americké i sovětské, připravila prvky s at. č. 102 až 106. Vznikl však problém, komu bude určitý prvek přiřčen a kdo bude mít právo jej pojmenovat. Dlouhé spory se vedly především o prvky s at. č. 104 a 105. Až v roce 1997 ustanovila mezinárodní komise jejich závazné pojmenování, jak je uvedeno v současné tabulce. Prvkem s at. č. 106, seaborgiem, skončila možnost přípravy těžkých prvků ozařováním proudem neutronů. V německém Darmstadtu byl zbudován nový Ústav pro výzkum těžkých ionů pod vedením P. Armbrustera. V roce 1975 tam začal pracovat urychlovač těžkých částic UNILAC, který umožňoval urychlovat i jádra uranu. Hlavním záměrem bylo připravit prvky s at. č. 107 až 114. Počítalo se s tím, že prvek s at. č. 114 bude posledním stálým prvkem, se zaplněnou elektronovou slupkou a vyrovnaným stabilním počtem protonů a neutronů v jádře. Transurany se totiž vlivem své velké hmotnosti rychle rozpadají na prvky s nižšími atomovými čísly.

Sto čtrnáct a dost

V Darmstadtu se podařilo připravit bohrium (at. č. 107), hassium (at. č. 108) a meitnerium (at. č. 109). Současně se ale ukazovalo, že k pokračování bude třeba zdokonalit urychlovač, protože pro vyrobení jednoho atomu meitneria musel dosavadní urychlovač pracovat dva týdny. Cyklotron z německého DarmstadtuV roce 1994 se na vylepšeném urychlovači UNILAC, který produkoval paprsek ionů o rychlosti až 32 000 km/s, podařilo bombardováním olova (at. č. 82) niklem (at. č. 28) objevit prvek se 110 protony a poločasem rozpadu 170 mikrosekund. Byl identifikován podle toho, jak se samovolně rozpadal až na konečný prvek s at. č. 104. Tentýž rok byl ozařováním vizmutu (at. č. 83) niklem (at. č. 28) vyroben prvek s at. č. 111. V únoru 1998 při bombardování olova zinkem (at. č. 30) následoval prvek s at. č. 112. Příprava dvou atomů tohoto prvku trvala 24 dní a jeho určení opět vyšlo z analýzy jeho rozpadové řady, protože také není stabilní. Ununquadium, prvek s at. č. 114, bylo vyrobeno v roce 1998 v ruské Dubně. Teoreticky mělo být posledním. V roce 1999 se však americkým vědcům podařilo ozařováním olova (at. č. 82) kryptonem (at. č. 36) vyrobit prvky s at. č. 116 a 118. Byly vyrobeny tři atomy prvku s at. č. 118, ty se však samovolným rozpadem postupně změnily na prvek s at. č. 116, pak 112 a nakonec na 106. Prvky s atomovými čísly 113, 115 a 117 nebyly nikdy vytvořeny, předpokládá se však, že je možné je vyrobit.

Marné počínání?

Tvorba supertěžkých prvků je výsledkem nákladné a dlouhotrvající práce vědeckých týmů a samotný produkt se přitom během okamžiku rozpadne. K čemu je tedy všechno toto snažení dobré? Zatím nelze očekávat žádné technické aplikace u prvků s vyšším atomovým číslem, než má plutonium (94). Ani ve vědě se tyto prvky nejspíš neuplatní, jejich výroba je časově náročná, a navíc se většina z nich rychle samovolně rozpadá. Nicméně vědce zajímají, chtějí totiž znát hranice stability atomového jádra, objasnit, kdy ještě bude po měřitelný časový úsek držet pohromadě poslední sestava protonů a neutronů a jak bude vypadat poslední prvek Mendělejevovy tabulky.

MENDĚLEJEV

Dmitrij Ivanovič MendělejevZakladatel periodické soustavy prvků Dmitrij Ivanovič Mendělejev se narodil v Tobolsku na Sibiři v roce 1834. Roku 1855 vystudoval Fakultu fyziky a matematiky v Petro-hradě. V letech 1864 až 66 vyučoval chemii na Technologickém institutu a později na univerzitě v Petrohradě. Pro potřeby své výuky napsal učebnici Základy chemie, která později vyšla v mnoha jazycích. V roce 1869 formuloval periodický zákon, ve kterém seřadil všechny tehdy známé prvky podle jejich atomové hmotnosti a také předvídal existenci prvků ještě neobjevených. Tento zákon byl odbornou veřejností přijat až téměř po dvaceti letech, kdy už byly objeveny tři prvky, které do tabulky dokonale zapadaly. Roku 1906 byl Mendělejev navržen na Nobelovu cenu za chemii, ale o jediný hlas ji nezískal. O rok později zemřel.

 

Hry