Chybějící prvky v periodické tabulce prvků aneb Historie, kterou většinou alespoň trochu známe

Ida Eva Tackeová (1896 ─ 1978) vystudovala chemii v Berlíně a později působila ve vědeckých ústavech a na univerzitách ve Freiburgu, Štrasburku a v Bambergu. Od roku 1924 se věnovala s dr. Walterem Noddackem (1893 – 1960), tehdy již svým manželem, hledání dvou chybějících prvků, a to pořadových čísel 43 a 75. Ve dvacátých letech minulého století totiž měla periodická tabulka ještě několik mezer, zčásti určených též chemickým prvkům, jejichž vlastnosti Mendělejev předpověděl. Jedním byl dvimangan, v autorově názvosloví prvek následující jako druhý po manganu, tedy pod ním ve svislém sloupci tabulky. Tehdy chyběl i ten první následující, ekamangan, ale ten můžeme zatím pominout.

Do hledání dvimanganu se pustila řada vědců navíc povzbuzených tím, že vlastnosti tohoto prvku byly předpověděny, takže se zdálo, že to přímo navádí na správnou cestu. Vlastnosti jsou jedna stránka, otázka kde a jakými metodami prvek hledat je druhá. V peripetiích hledání vystupují také čeští vědci profesoři Jaroslav Heyrovský (1890 – 1967) a Václav Dolejšek (1895 – 1945, byl popraven nacisty), kteří byli jedni z těch, kdo ohlásili roku 1925 objev tohoto prvku. Byl to omyl; zmýlit se může každý, jak nás o tom přesvědčí následující historie.

Objev dvimanganu, rovněž mylný, ohlásili totiž téhož roku Angličané F. H. Loring a J. G. F. Druce. Konečně ve stejném roce se s dvimanganem přihlásila dvojice Noddack, Noddacková, a nový prvek od nich dostal název rhenium, podle Rýna. Dnes historikové prokázali, že ve skutečnosti německý tým onoho roku žádný prvek neobjevil. I tentokrát to byl omyl. Přání bylo otcem myšlenky, ale napravili to o dva roky později, kdy skutečně dospěli k objevu a jejich název prvku zůstal.

Foto: Rhenium je prvkem, který se vyznačuje mimořádně nízkým výskytem na Zemi i ve vesmíru. Společně s uhlíkem a wolframem patří mezi nejobtížněji tavitelné prvky. Zdroj: Wikipedie.

Dr. Noddacková, jejíž znalosti chemie byly znamenité, se živě zajímala o bádání spojené s radioaktivitou a se stavbou atomu. První polovina minulého století byla převratná doba, na jejímž počátku stál objev přirozené radioaktivity, postupně následovaný objevy částic jako neutron, pozitron, a roku 1934 též umělé radioaktivity, jenž přinesl Nobelovu cenu (1935) dceři paní Curieové, Irène Joliot-Curieové (1897 – 1956) a jejímu manželovi Frédéricovi (1900 – 1958).

Foto: Dcera slavné maminky, Irène Joliot-Curie se svým manželem Frédéricem.

Článek dr. Noddackové z května 1934 se dále zaměřil na trojici prvků, které rovněž v  periodické tabulce chyběly. Šlo o prvky čísel 61, 85 a 87. Německý tým samozřejmě usiloval o to objevit i tyto prvky, takže mimo jiné opakoval některé pokusy, které údajně dokazovaly jejich existenci. V té době se však zmýlili všichni. U prvku 61 to začalo už roku 1922, kdy byl ohlášen objev, ale prvek zatím nedostal jméno, což bylo prozíravé. Objev to skutečně nebyl. O čtyři roky později si byla trojice amerických vědců tak jista, že prvek nazvala illinium, podle státu Illinois, načež krátce poté byl ohlášen v Itálii jako florentium. Názvy jsou výmluvné, ale i tentokrát to byly mýlky. Ve stejném roce byl chybějící prvek oznámen ještě dvakrát, vždy jako „61“, potom se jako cyklonium se objevil nakrátko roku 1941. Mezitím byl uveden ve třicátých letech jako rigium.  

Dr. Noddacková, která přiznala, že také vůbec neuspěla, mohla ve svém článku právem napsat: „Docházíme k závěru, že tento prvek ještě rozhodně nebyl objeven“. Dál pokračuje, že je to záhadné, a po důkladném rozboru dosavadních znalostí uzavírá, že „další možná příčina toho, že tento prvek chybí, by mohla spočívat v jeho nestálosti“. V tom se německá vědkyně nemýlila – prvek 61, promethium, objevila skupina amerických vědců v  rozpadových produktech uranu v atomovém reaktoru, což je spojeno s rokem 1945. Zde ale především zdůrazněme správné tušení dr. Noddackové o nestálosti onoho prvku. Nebylo to jediné správné tušení, které vyslovila, což dokládá vysoké odborné kvality této badatelky.

Prvek 85 dnes známe jako astat a jeho první domnělý objev oznámila roku 1925 dvojice Loring a Druce. O pět let později se vynořil tento prvek ve Spojených státech pod názvem alabamium, ve třicátých letech to bylo ještě dacinum, helvetium, roku 1942 anglohelvetium, o rok později leptine. Skutečný důkaz se datuje rokem 1940, ale tento objev, dílo skupiny vědců z University of  California, byl oznámen až po válce roku 1947, a prvek dostal název podle řeckého slova pro „nestálý“. Také je radioaktivní.

Konečně prvek čísla 87 vstoupil na scénu roku 1930 jako virginium, opět podle amerického federálního státu, o rok později jen ekacesium, a roku 1936 následovalo v Rumunsku domněle objevené moldavium. Sérii omylů ukončila Marguerite Pereyová (1909 – 1975), která začínala svou vědeckou dráhu jako osobní asistentka paní Curieové. Nový prvek prokázala tehdy třicetiletá badatelka roku 1939 (někdy se uvádí rok 1938), ale až o sedm let později navrhla jeho název: francium. Mezery v periodické tabulce, nad nimiž se zamýšlela dr. Noddacková, zaplnily radioaktivní, tedy nestálé prvky.

Foto: Další žena na radioaktivní scéně - Marguerite Pereyová, asistenka madame Curie.

Co dál?

Ve svém článku probírá dr. Noddacková tyto chybějící prvky a na závěr své úvahy klade velmi zásadní otázku: „Jak to nyní stojí s  k o n c e m   p e r i o d i c k é   s o u s t a v y?“ Otázka byla v té době již velmi naléhavá. Periodická tabulka tehdy končila uranem a stále více vědců se ptalo, zda tam opravdu končí, či snad pokračuje dál, potom ale jakým prvkem? Pro první z možností svědčila jedna z dobových teorií, že následující prvek by měl už tak hmotné jádro, že by do sebe obrazně řečeno „vtáhlo“ elektrony, které jsou mu nejblíže, takže takový prvek by prostě nemohl existovat. Další představa připouštěla možnost existence prvků těžších než uran, přičemž vycházela z teorií o vzniku Země ─ podle tohoto názoru se v ještě roztavené planetě hromadily těžké kovy blízko jádra, tedy ve velké hloubce. Tam se prý mohou očekávat prvky následující v periodické tabulce za uranem.

Co soudila dr. Noddacková? „Náhlý konec periodického systému není slučitelný s představou společného vzniku prvků. Zdá se být možné, že prvky následující za uranem, tak zvané transurany, mají s rostoucím pořadovým číslem stále kratší životnost, a proto jsou pořád vzácnější …“ Tato vědkyně se opět nemýlila. Svou pozoruhodnou jasnozřivost osvědčila znovu téhož roku v jednom z dalších čísel časopisu Angewandte Chemie, kde se objevil její článek „O prvku 93“. Připomeňme, že uran je prvek 92, tento tedy následuje hned za ním. Byla to reakce na jeho nedávno ohlášený zdánlivě docela spolehlivě podložený objev.

Foto: Kdy budete mít svůj článek v časopise Angewandte Chemie vy? :-)

V dalším chemicko-historickém dílu se dočtete o omylu profesora Fermiho!