Nejtěžší známý chemický prvek

Oganesson, jak se zdá, vybočuje z naší představy o chemických prvcích. Jako by ani nepatřil do Mendělejevovy tabulky. Čím to je způsobeno? (délka blogu 5 min.) 

Objev prvku č. 118 (tj. chemického prvku, který má 118 protonů) ukončil celou éru zkoumání chemických prvků. Jeho nálezem je Mendělejevova tabulka kompletní - alespoň co se týká sedmé periody. 

align="justify"S tím se samozřejmě lidská zvědavost nesmíří. A tak okamžitě vzniká množství dalších otázek. 

Existují ještě těžší prvky? Budou stabilní nebo nestabilní? A nakonec… budou mít vůbec takové chemické vlastnosti, jaké by jim podle Mendělejevovy tabulky příslušely? 

Poslední otázka se zdá být tak trochu zvláštní - ovšem jen na první pohled… 

Výjimečný prvek, pojmenovaný na počest výjimečného vědce

Jurij Zolakovič Oganesjan je jeden ze zakladatelů vědy o extrémně těžkých chemických prvcích. Je vědeckým ředitelem laboratoře pro jaderné reakce v Dubně. Byl to právě on, kdo vyvinul nové postupy při výrobě prvků 102 - 118. Díky jeho práci byly objeveny prvky jako rutherfordium, dubnium, seaborgium, bohrium, nihonium, flerovium a livermorium - i když se jedná samozřejmě o mezinárodní spolupráci několika zemí - především USA, Ruska, Japonska a Německa. 

Prvek č. 118, který byl na počest Oganesjana pojmenován názvem oganesson, by měl být teoreticky vzácným plynem, má totiž tolik elektronů, že zcela zaplní všechna volná místa v jeho elektronovém obalu. 

Takové prvky jsou chemicky netečné - jinými slovy, jejich elektrony jsou spokojené samy se sebou a nehledají další dobrodružství a spojení s cizími elektrony jiných chemických prvků (nevyhledávají cizí společnost, tedy nerady tvoří chemické vazby). 

Skutečné a reálné chemické vlastnosti oganessonu nejsou zatím prozkoumány - na to se ho zatím nepodařilo vyrobit dostatečné množství. 

Objev oganessonu

V roce 2006 byla oznámena výroba několika atomů oganessonu v Dubně. Povedlo se to bombardováním terče z kalifornia pomocí speciálních iontů vápníku (viz jeden z minulých blogů - blog o magických jádrech). 

align="justify"Vzniklý izotop prvku oganesson-294 je samozřejmě radioaktivní. Rozpadá se po 0,89 milisekundách alfa rozpadem (tedy rozdělením jádra na lehčí prvek, v tomto případě livermorium a heliové jádro). Livermorium se také dále rozpadá alfa rozpadem a dokonce ani jeho produkt není stabilní a podléhá dalšímu takovému rozpadu. 

Vědci tak na detektoru zachytili hned celou řadu typických efektů - což je potvrzení vzniku a krátké existence několika jader tohoto nejtěžšího chemického prvku.

To je také zároveň vysvětlením pro fakt, proč neznáme chemické vlastnosti oganessonu. Vzhledem k tomu, že se oganesson sice podařilo vyrobit a sledovat jeho rozpad - ovšem nelze jej zatím přímo pozorovat během jeho vlastní existence - se také dnes nedá zjistit, jak se reálně chová. 

Existují ovšem způsoby, jak jeho vlastnosti předpovědět. Dnešní fyzika je totiž dobře vybavená - existují teorie, které umožňují vlastnosti chemických prvků z mendělejevovy tabulky … více nebo méně jednoduše spočítat. 

Oganesson a relativistické jevy

Jsou to právě (v minulém blogu) zmiňované relativistické jevy, které se mají podle vědců zasloužit o zvláštní vlastnosti oganessonu. 

Teoreticky sice patří do skupiny vzácných plynů, výpočty vědců ale naznačují, že bude mít jako jediný z nich určitou elektronovou afinitu - jinými slovy jeho elektrony nebudou se svým aktuálním stavem tak spokojené, jak to pozorujeme u jeho kolegů ze stejné skupiny chemických prvků. A tak zatímco jsou helium, argon, neon, krypton a xenon skutečně neutrálním plynem, může být oganesson pevnou látkou. 

Vědci vypočítali vlastnosti jeho elektronů a došli k závěru, že vedou k zajímavému jevu. U oganessonu se má vytrácet struktura vnějšího elektronového obalu. Připomeňme si, že za chemické vazby jsou u všech prvků zodpovědné právě tyto vnější elektrony ve vnějších částech obalu. 

Když se tedy struktura obalu rozmývá a stává se difuzní, začíná tu být prostor pro nové vlastnosti. Tou by měla být například vysoká teplota tání. Oganesson by mohl být zároveň pevnou látkou i vzácným plynem - respektive vzácným plynem, který bude v běžných podmínkách zamrzat v podobě pevné látky. 

Co se týká vodivosti, mělo by se jednat o polovodič. 

Okamžitě vás jistě napadne další otázka: Jak budou vypadat a jak si budou vést ostatní supertěžké prvky? Na to odpoví budoucnost. 

Další výzkumy

Průzkum a výroba supertěžkých prvků samozřejmě pokračuje i nadále. V Dubně byl v roce 2019 uveden do provozu nový typ urychlovače. 

Američtí vědci se mezi tím věnují výrobě supertěžkých prvků, které se pak budou dále zpracovávat na speciální terče, které se budou v Dubně ostřelovat jádry různých “magických” prvků. Plánuje se využití Cm-248, Bk-249 a Cf-251 coby terčů - a Ca-48, Ti-50 a Ni-64 coby nábojů. 

Cílem není jen nález dalších supertěžkých chemických prvků. Ten je samozřejmě zajímavý a důležitý - vědci mají ale ještě jeden další (a komplexnější) sen: objev tzv. ostrova stability. 

To by měla být skupina izotopů, které mají oproti všeobecným očekáváním přece jen delší dobu života. Mělo by to fungovat podobně jako u “magických” atomových jader lehčích prvků. Určitá specifická stavba atomového jádra by mohla umožňovat existenci enormně těžkých chemických prvků, které by ovšem mohly být stabilní - a to nejen po dobu několika milisekund - ale dokonce v řádu milionů roků. 

O záhadném ostrovu stability - více v dalším blogu.

Zdroj:https://physics.aps.org/articles/v11/10