Nově pojmenované prvky a něco málo o nich

Tolik stručné oznámení ze sdělovacích prostředků. Podívejme se však, co všechno tato zpráva znamená a kolik úsilí muselo být vynaloženo, aby mohly být objeveny další nové, samozřejmě už uměle vyrobené prvky.

Samotná jejich příprava je nesmírně složitá a drahá. Využívá se při ní nejvýkonnějších urychlovačů, kde spolu reagují poměrně těžké atomy – přičemž pravděpodobnost srážky správných jader, navíc s takovou energií, aby došlo k jejich spojení, je mizivá.

Takto připravovaných prvků se v každém experimentu získá většinou jenom několik jader, která jsou radioaktivní, a navíc mají velice krátký poločas rozpadu. O nějaké fyzické izolaci prvků tedy nelze ani uvažovat. Důkaz jejich vzniku se provádí analýzou rozpadových řad a jejich produktů. Objevy nových prvků jsou proto spojeny se spoluprací významných vědců na špičkových pracovištích.

S tím také souvisí metodika uznání objevu a zavedení oficiálního názvu. Během výzkumu jsou nové prvky pojmenovávány na základě svého protonového čísla. Například moscovium s protonovým číslem 115 bylo označováno jako ununpentium (1+1+5+ium).

Přiřazení konkrétního názvu potom přísluší orgánům Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii (IUPAC) jako základnímu článku pro nomenklaturu a standardizaci v chemii. Tato organizace má právo i povinnost zhodnotit a uznat objev nového prvku.

Zároveň určuje prioritu objevu – tedy komu se prvek podařilo nalézt jako prvnímu. Priorita nemá jen prestižní význam, ale také umožňuje objevitelům navrhnout název nového prvku. Pravidlem přitom je, že název vychází buď z pojmenování regionu, se kterým je objev spojen, nebo ctí jméno některého význačného vědce z oblasti jaderných věd, případně člena objevitelského týmu.

Návrh je potom předán k obecné diskusi. Posuzují se mimo jiné i otázky výslovnosti a překladu názvu do jiných jazyků. U prvků, o nichž teď mluvíme, byly například diskuse ohledně značky Ts pro tennessin. Ta se totiž v organické chemii běžně používá jako zkratka pro p-toluensulfonyl. Výzkumníky navržená značka ale byla nakonec potvrzena.

Není to ostatně první případ konfliktu – obdobně je značka praseodymu (Pr) shodná se zkratkou pro propyl. Mezinárodní unie má právě za úkol všechny námitky, návrhy a komentáře posoudit, zvážit a vydat závazné stanovisko. V případě výše uvedených čtyř prvků se tak stalo 30. listopadu 2016.

Nyní by bylo slušné se s novými prvky seznámit. Už jsme si řekli, že během jejich přípravy se získává pouze několik málo atomů, takže makroskopická pozorování jsou vyloučena.

Experimentálně získaná data pocházejí z měření radioaktivních rozpadů. Předpokládané chemické vlastnosti nebo elektronové konfigurace se pak odvozují podle pozice v Mendělejevově periodické tabulce prvků.

Nihonium (Nh) je radioaktivní prvek s protonovým číslem 113. Vyrobil jej tým profesora Kosuke Mority v japonském institutu RIKEN Nishina Center for Accelerrator-Based Science v roce 2012. Principem přípravy jsou srážky atomů zinku a bismutu. Důkaz existence byl poté proveden analýzou postupných alfa rozpadů na mendělevium.

Dnes známe čtyři izotopy nihonia (278, 282, 283 a 284) s poločasy rozpadu od 0,34 ms až po 0,49 s. Z chemického hlediska se předpokládá analogie s thaliem. Je zajímavé, že nihonium pravděpodobně připravil už v roce 2004 tým ruských a amerických vědců – důkaz existence nového prvku však tehdy nebyl úplný a tím pádem nebyl uznán. Další zajímavostí je, že se jedná o první prvek objevený v Asii.

Název nihonium nám zní poněkud exoticky. Vychází z japonského ni hon koku, což znamená „země vycházejícího slunce“ neboli Japonsko. Byly navrženy i jiné názvy jako japonium, rikenium či becquerelium, ale přednost dostalo právě nihonium.

Moscovium (Mc) je rovněž radioaktivní prvek. Má protonové číslo 115 a vyznačuje se velmi krátkým poločasem rozpadu. Podle umístění v periodické soustavě by mělo jít o homolog bismutu.

Historie moscovia sahá do roku 2003, kdy rusko-americký tým připravil na urychlovači v Dubně (severně od Moskvy) čtyři atomy ununpentia bombardováním americia vápníkem. Existence prvku byla potom spolehlivě prokázána až v roce 2013 na urychlovači částic v Helmholzzentrum für Schwerionenforschung v německém Darmstadtu.

Objev byl přiznán spolupracujícímu týmu ze Spojeného ústavu jaderných výzkumů v Dubně (Rusko), Lawrence Livermore National Laboratory (Kalifornie, USA) a Národní Laboratoře Oak Ridge (Tennessee, USA). Prvek je pojmenován na počest Moskevské oblasti, což je územně-správní jednotka Ruska, ve které leží město Dubna. V současnosti jsou známy dva izotopy moscovia – ²⁸⁷Mc a ²⁸⁸Mc s poločasy rozpadu 32 ms a 87,5 ms.

Protonové číslo 117 patří prvku pojmenovanému tennessin (Ts). Opět se jedná o radioaktivní prvek; z hlediska pozice v periodické soustavě by měl být homologem astatu. Tým vědců z Ruska a USA jej získal roku 2009 na urychlovači v ruské Dubně. Reakcí mezi atomovými jádry vápníku-48 a berkelia-249 se podařilo vyrobit celkem šest jader tohoto prvku.

Pojmenován byl podle amerického státu Tennessee, kde sídlí Národní laboratoř Oak Ridge, Vanderbildt University a University of Tennesee – jako projev uznání těmto institucím za jejich přínos k výzkumu supertěžkých prvků. Dosud objevené izotopy ²⁹³Ts a ²⁹⁴Ts mají poločasy rozpadu 27 a 50 ms.

Posledním z nově pojmenovaných prvků je oganesson (Og) s protonovým číslem 118, který by měl být homologem radonu. Vědci ho možná připravili už v roce 2002, nicméně experiment se tehdy nepodařilo reprodukovat.

Za rok objevu se proto považuje rok 2006, kdy spolupracující ruští a američtí badatelé oznámili definitivní přípravu oganessonu (tehdy ununoctia) ostřelováním jader kalifornia atomy vápníku. Byla získána tři jádra, jejichž existenci potvrdila detekce alfa rozpadu na livermorium.

Prvek je pojmenován na počest ruského jaderného vědce Jurije Colakoviče Oganesjana. Zatím víme o jediném izotopu ²⁹⁴Og s poločasem rozpadu 0,89 ms.

Jaký význam vlastně mají objevy nových prvků? Z technologického hlediska v současné době žádný. Jedná se o základní výzkum, který studuje základní principy stavby hmoty, umožňuje hlubší poznání okolního světa a dotýká se otázek vzniku vesmíru i jeho existence.

Někteří vědci ovšem předpokládají, že po skupině supertěžkých, extrémně nestabilních jader může následovat ostrov jaderné stability. Mohli bychom tak získat prvky či materiály s velmi zajímavými a neobvyklými vlastnostmi.

Je rovněž otázkou, nakolik budou nově připravené prvky sledovat periodicitu vlastností, jak ji známe z periodické tabulky. Dá se předpokládat, že dojde k odchylkám, neboť supertěžká jádra obsahují obrovské množství protonů a neutronů. Jsou navíc obklopena velkým počtem elektronů. Fyzikálně-chemické vlastnosti takových seskupení se mohou dost výrazně lišit v porovnání s menšími atomy.

Otázek zůstává mnoho, jejich řešení nás však přibližuje k poznání samotné podstaty existence hmoty. Supertěžká jádra ostatně s velkou pravděpodobností vznikala při zrodu vesmíru, mohou se tvořit při explozích supernov a také – což je méně optimistické – při výbuchu jaderné bomby.

Ještě poznámka na závěr. Možná se ptáte, kam z našeho článku zmizely prvky 114 (flerovium) a 116 (livermorium). Není to žádná záhada. Vědci je objevili o něco dříve a názvy už jim byly přiděleny v roce 2012.