Jak bude vypadat skutečně nejtěžší chemický prvek vesmíru?
Problém supertěžkých atomových jader
Dnešní fyzika má v rukou mocné zbraně. Existují teorie a simulace, s jejichž pomocí se dnes dají vlastnosti prvků periodické tabulky více či méně jednoduše vypočítat.
U lehčích prvků je takový výpočet poměrně jednoduchý, u těch těžkých a supertěžkých ovšem začíná mít vliv teorie relativity a s ní spojené relativistické jevy, což celou věc značně komplikuje. Jsou to právě podobné vlivy, kterým vděčíme na tekutost rtuti (která by měla být teoreticky pevným kovem) nebo specifickou zlatou barvu zlata.
V jádrech atomů se koncentrují na poměrně malém prostoru protony a neutrony. Není to zase až tak samozřejmé, protony jsou totiž kladně nabité částice a kvůli elektromagnetismu se musí navzájem odpuzovat. Za to, že jádra prvků vůbec mohou existovat, může silná jaderná síla, která je drží pohromadě navzdory vzájemnému odpuzování. Svou roli tu hrají také neutrony, které fungují jako nárazníky nebo lepidlo mezi jednotlivými protony.
Tak to ovšem samozřejmě nemůže fungovat do nekonečna. U velice těžkých prvků se může stát, že je odpudivá síla tak velká, že se jádro stává nestabilní - a nezachrání to ani větší množství neutronů.
Rozpad
Jádra těžkých prvků se rozpadají dvěma různými způsoby. Při jednom z nich se z těžkého jádra oddělí jádro helia (alfa-záření) a samo těžké jádro pak “poskočí” v tabulce chemických prvků o dvě místa směrem k lehčím prvkům.
Má ovšem ještě druhou možnost. Může se spontánně rozdělit na dva podobně těžké fragmenty. Tím vzniknou dva daleko lehčí chemické prvky.
Čím těžší je původní (rozpadající se) prvek, tím kratší doba života ho čeká. Nejstabilnější izotop plutonia má například poločas rozpadu 80 milionů roků, u následujících prvků je to už jen pouhých několik tisíc let. Einsteinium s atomovým číslem 99 má poločas rozpadu více než jeden rok a u fermia (prvek č. 100) se poločas rozpadu měří už jen v sekundách a milisekundách. Supertěžké prvky se proto rozpadají tak rychle, že některé z nich lze detekovat pouze nepřímo díky rozpadu jejich dceřiných produktů - viz objev oganessonu.
Hranice, za kterou nelze jít
Na hranice platné fyziky tu narazí prvek, který se rozpadá tak rychle, že se jeho jádro po vzniku už ani nestihne spojit s potřebným množstvím elektronů - nevytvoří tedy skutečnou atomovou strukturu.
Chemické prvky na to mají jen přibližně za 10^-14 s. Pokud tedy těžké jádro existuje kratší dobu, atom s elektronovým obalem se z něj fyzikálně ani vytvořit nemůže. V takovém případě nemá smysl mluvit o chemickém prvku. Jsou to totiž právě elektrony, kdo způsobují svou existencí a chováním chemické vlastnosti.
Ani to ale není ještě všechno. Další omezení vyplývá z výše zmiňovaných relativistických efektů.
Einsteinův limit
Pokud přirovnáme elektrony, obíhající kolem jádra, k planetám a měsícům, je problém zjevný. Čím blíže se nacházejí a čím těžší je hmotné centrum (zde jádro atomu), tím rychleji se musí pohybovat, aby zůstaly na stabilní dráze. I když je u elektronů situace poněkud komplikovanější, dá se na takovém příkladu jednoduše ukázat, že hmotnost jádra se nedá stupňovat donekonečna. Elektrony totiž nesmí překročit známý fyzikální limit - rychlost světla.
A té se některé z elektronů skutečně blíží - například v atomu zlata mají některé z nich poloviční rychlost světla.
Velice rychlé elektrony v supertěžkých chemických prvcích tak pociťují to, čemu vědci říkají relativistické efekty. Patří mezi ně například ztěžknutí elektronů. Výsledkem jsou pak orbitaly (místa výskytu elektronů), které mají jiný tvar než by teoreticky měly mít.
Odlišnosti pak způsobují různé “divoké” vlastnosti daných chemických prvků - u zlata je to například jeho zvláštní barva.
Tohoto limitu - vědci mu říkají einsteinův - by měly z principu věci dosáhnout chemické prvky č. 170 - 172, tedy ty, které by měly v jádru 170 nebo možná 172 protonů.
Jejich elektrony nebudou moci vyvinout dostatečnou rychlost, aby se udržely na “oběžné dráze” kolem atomového jádra - potřebovaly by na to totiž nadsvětelnou rychlost.
Logicky pak musí takový atom zkolabovat, když se některé jádru blízké elektrony do jádra zřítí, místo aby ho obíhaly.
Interakcí elektronu s protonem v jádře vznikne neutron. Tím se logicky sníží počet protonů a chemický prvek “poskočí” v mendělejevově tabulce směrem dolů k lehčím prvkům. Nově vzniklý neutron pak navíc může hrát roli lepidla a pozměněné jádro se díky němu stabilizuje. Takovýmto způsobem by se fyzika mohla postarat o skutečnou a neoddiskutovatelnou hranici periodické tabulky chemických prvků…
Příště: Nejtěžší známý chemický prvek - proč má jiné vlastnosti než ostatní prvky?
Dana Tenzler
Hledání helia v exosférách exoplanet
Kolem hvězd v naší Galaxii krouží velké množství různých planet. Vědci se nyní věnují jejich atmosférám. Nová studie zaznamenala 17 planet s heliovou atmosférou a 40 planet bez ní. (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Biologické stopy na exoplanetách
Jak se pozná, že se na cizí a slibně vypadající exoplanetě skutečně nachází život? Exoplanety jsou příliš daleko. Zbývá jen pozorování teleskopy. (délka blogu 4 min.)
Dana Tenzler
Jakou barvu budou mít rostliny na exoplanetách?
Na exoplanetách může mít biosféra jinou barvu než je tomu na Zemi. Vědci našli argumenty pro existenci exoplanet s fialovými rostlinami. Jakou barvu mají rostliny na jiných planetách? (délka blogu 3 min.)
Dana Tenzler
Co způsobuje barvu minerálů (4) - klamání tělem a přibarvování reality
Poslední část malého blogového seriálu o tom, proč jsou vlastně horniny barevné a proč je zbarvení minerálů podobné chování třídy plné dětí.
Dana Tenzler
Co způsobuje barvu minerálů (3) - co nutí děti zlobit?
Když rozebereme případ dětí z úplně zlobivé třídy (idiochromatismus - název si můžete zapamatovat podle toho, že se z takových dětí člověk musí zbláznit), zjistíme, že mají ke zlobení (a minerály k zabarvení) jen několik důvodů.
Další články autora |
Královna fetiše rozdráždila Ameriku. Její fotografce se klaní i feministky
Seriál „Nejkrásnější fotografka“ či „nejlepší pin-up fotografka na světě“. Taková čestná přízviska si...
„Krok ke třetí světové.“ Ukrajinci zasáhli klíčovou ruskou radarovou stanici
Ukrajinská armáda zřejmě tento týden zasáhla významnou ruskou radarovou stanici, která je součástí...
Turek: Z Nerudové mi bývá špatně, o hlasy komoušů a progresivistů nestojím
Bývalý automobilový závodník a lídr Přísahy s Motoristy Filip Turek patří mezi černé koně...
Česko explodovalo zlatou hokejovou radostí, fanoušci v Praze kolabovali
Česko v neděli zažilo hokejový svátek. Fanoušci vyrazili sledovat finále mistrovství světa na...
Pavel se zranil na motorce. V nemocnici na pozorování zůstane několik dní
Prezident Petr Pavel se zranil při jízdě na motorce. Zranění nejsou vážná, ale vyžádají si...
Poslanci chtějí vysvětlení od Jurečky, že mají lidé v penzi trávit 21,5 roku
V diskusi o návrhu důchodové reformy, která má zvýšit věk odchodu důchodu nad 65 let podle doby...
V Gaze se 70 procent pomoci z moře ukradlo. Hamásu se „odklánění“ hodí
Premium Plán amerického prezidenta Joea Bidena nakrmit Gazu pomocí plovoucích přístavů dostal ránu...
Poslední šance dostat dítě na tábor. Co se letos mění a kde ještě hledat místo
Premium Čarodějnickými hábity, klobouky a nezbytnými hůlkami se děti z Teplic na rozdíl od filmového...
Rusko je agresor, připustil lídr SPD Mach. Chce zrušit Green Deal
Stanovuje si troufalý cíl zrušit Green Deal, zpochybňuje závazek přijmout euro a připouští, že...
- Počet článků 979
- Celková karma 18,74
- Průměrná čtenost 1286x