5.10.2022 | Svátek má Eliška


VĚDA: Rodné listy chemických prvků

8.8.2022

V názvech chemických prvků se skrývají četná dramata z vědy, historie i politiky.

Růže bude vonět stejně, když jí dáme jiné jméno, říká Shakespeare, a totéž můžeme říct o chemických prvcích. Budou sice stejně vonět, ale budou jinak znít. Dodnes bylo poznáno 118 chemických prvků, a teprve nedávno byla oficiálně uznána jména několika posledních. V roce 2016 schválila Mezinárodní unie pro čistou a aplikovanou chemii (IUPAC) jména nihonium (Nh), moscovium (Mc), tenessin (Ts) a organesson (Og) pro prvky 113, 115, 117 a 118. Nazvány byly na počest objevitelů nových prvků z Japonska (japonsky Nihon), z Moskvy a z Tennessee, a poslední na počest rusko-arménského fyzika Jurije Organesjana. Tabulka je dnes krásně zarovnaná a upravená a vypadá takto:

tab

Připomínám, že atomové číslo 118 udává počet protonů v jádře; všechny stabilní prvky kromě vodíku mají v jádře navíc na každý proton 1 až 1,5 neutronů (176 neutronů pro Og). Dnes řadíme prvky v tabulce podle počtu protonů, a ne podle atomové váhy, takže atomové číslo udává pořadí prvku v periodické tabulce. Mendělejev řadil prvky podle rostoucí atomové váhy. Seřadíme-li prvky podle atomové váhy, nebude u některých prvků jejich chemický charakter odpovídat očekávané periodicitě podle polohy. Například jod (I, prvek 53) má atomovou váhu zhruba 127 a telur (Te, prvek 52) má asi 128, takže by telur měl v tabulce seřazené podle vah být za jodem, a tak by se octl pod bromem ve skupině halogenů místo jodu (dnes víme, že váha teluru 127,6 je průměrná váha šesti různých izotopů, z nichž 4 jsou lehčí než jod a 2 těžší). Proto Mendělejev odmítl přijmout pro telur naměřenou hodnotu 128, jelikož by poloha teluru v tabulce odporovala požadavku, aby atomová váha v řadě prvků systematicky rostla.

Jde o zajímavý případ, kdy realita je odmítána, protože nepasuje do teorie. Podobně byly odmítány malé odchylky od kruhové dráhy Země kolem slunce, protože by to narušilo krásu předpokládaných kruhových drah, až dokud Kepler neukázal, že elipsy jsou blíže skutečnosti. Podobně se nechtělo Mendelovi přijmout výsledky některých genetických pokusů, v nichž se vlastnosti rostlin dědily jinak, než předpokládal, tj. jinak než „mendelovsky“. Mírné skřípání dosavadní teorie vždy ukazuje na nové skryté skutečnosti. Telur se choval jinak než „mendělejevsky“ proto, že chemické vlastnosti prvků souvisí s počtem elektronů, kterých je stejně jako protonů, ale atomová váha neroste s počtem protonů rovnoměrně, to ale Mendělejev vědět nemohl.

Prvky s atomovým číslem vyšším než uran (U, 92), nazývané transurany, byly po Druhé světové válce připravovány především v kalifornském institutu zvaném Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), a později od něj odštěpeného institutu Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), též v Berkeley. O krásné poloze LBNL uprostřed přírody na svazích s výhledem na San Francisco jsem na Neviditelném psu po své návštěvě městečka Berkeley psal (zde). V tomto institutu se narodily ve čtyřicátých až sedmdesátých letech minulého století transurany 93 až 106, a navíc nový halogen astat (85). Štafetu po Američanech převzali Němci v Darmstadtu, kteří v ústavu Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) v osmdesátých až devadesátých letech vytvořili prvky 107 až 112. K nim se přidali Rusové ze Spojeného ústavu jaderných výzkumů (SÚJV) v Dubně u Moskvy, kteří ve spolupráci se západními vědci vytvořili v prvním desetiletí tohoto století prvky 113 až 118, předtím se ovšem již podíleli na charakterizaci prvků 102 až 105.

Vědci, kteří se podíleli na vývoji atomové bomby, pracovali v době studené války na přípravě nových prvků na obou stranách barikády. Účastník projektu Manhattan a nositel Nobelovy ceny Glenn Seaborg přispěl k objevení deseti prvků. Georgij Flerov, nositel dvou Stalinových cen a vedoucí pracovník SÚJV, spolu s mladším kolegou Jurijem Organesjanem, přispěli k objevení šesti prvků. Flerov napsal v roce 1942 Stalinovi a upozornil ho na publikační ticho o jaderném štěpení, objeveném v roce 1939 Hahnem a Meitnerovou, což podle něho ukazovalo, že se na Západě tajně pracuje na vývoji atomové zbraně, a Stalin vzal jeho upozornění velice vážně.

Vedoucím sovětského jaderného programu za Stalina se stal Flerův šéf Igor Kurčatov, kolegy považován za zázračného genia, neboť na počkání řešil i nejkomplexnější teoretické a technické problémy, s nimiž si v jeho kolektivu nevěděli rady ani slavní vědci. Po otevření sovětských archivů o půl století později se ukázalo, že Kurčatov ona zázračná řešení dostával od západních špionů přes NKVD, ale svůj zdroj informací měl za úkol před kolegy tajit. Po jeho předčasné smrti navrhli Sověti pojmenovat prvek číslo 104 jako kurchatovium, a v mnoha tabulkách vyrobených ve východní Evropě lze tento prvek nalézt. Pro prvek 105 navrhli Rusové jméno nielsbohrium, ale Američané již začali používali jméno hahnium. Periodické tabulky z různých zemí se od sebe lišily. Různé neshody ohledně jmen se měly vyřešit na setkání v Dubně u Moskvy v roce 1975, kterého se zúčastnili Seaborg, Flerov a Organesjan. Projednávané problémy se sice nevyřešily, ale všichni zúčastnění se nakonec dostali do periodické tabulky, včetně měst Dubny a Moskvy, pod názvy seaborgium, flerovium, organesson, dubnium a moscovium.

Po skončení studené války se všechny strany dohodly. Jako k dětem se IUPAC obrátila na Američany, ať Rusům v něčem ustoupí, jelikož již mají hodně názvů vázaných na LBNL a LLNL, včetně jmen americium (95), berkelium (97), californium (98) a lawrencium (103), a tak byly schváleny názvy související se SÚJV: dubnium (105), flerovium (114), moscovium (115) a organesson (118). Za to bylo vymazáno kurchatovium a Rusové uznali rutherfordium (104), seaborgium (106) a tennessin (117). Němcům byly schváleny prvky hassium (108) a darmstadtium (110) pro jejich GSI v Hesensku. Na změny doplatil kromě Kurčatova také fyzik Hahn, který pracoval na Hitlerově jaderném programu a kterému jeho prvek přejmenovali na dubnium; místo něho se do tabulky dostala s meitneriem (109) jeho celoživotní spolupracovnice a blízká přítelkyně Lise Meitnerová, která musela před Hitlerem z Německa uprchnout (viz můj minulý článek o tabulce zde).

Po významných lidech je pojmenováno 14 ze 118 prvků; potěší, že všichni byli fyzikové nebo chemici a nikdo psycholog nebo politik. Curium (96), einsteinium (99), fermium (100), mendelevium (101), nobelium (102), lawrencium (103), rutherfordium (104), seaborgium (106), bohrium (107), meitnerium (109), roentgenium (111), copernicium (112), flerovium (114), a organesson (118) byly syntetizovány v letech 1944, 1952, 1953, 1955, 1958, 1961, 1964, 1974, 1981, 1982, 1994, 1996, 1998 a 2002, v tomto pořadí. Jedině seaborgium a organesson byly pojmenovány po žijících lidech; Organesjanovi je dnes 89. Po bozích, nadpřirozených bytostech a nebeských tělesech se jmenuje 17 prvků. Své místo mají i Slunce (2) a Měsíc (34), stejně jako i Uran (92), Neptun (93) a Pluto (94). Je třeba si uvědomit, že názvy prvků jsou názvy chemikálií, a jako takové se mají psát s malým písmenem, a to dokonce i v angličtině.

Zeměpisné názvy připomíná 27 ze 118 prvků. Snadno lze uhodnout jaké země jsou spojeny s prvky zvanými galium (31), germanium (32), ruthenium (44), polonium (84), francium (87) a americium (95); megalomani jsou přítomni dvakrát. Nelatiníkům jsou méně jasná jména měst jako holmium (67) pro Stockholm, lutecium (71) pro Paříž a hafnium (72) pro Kodaň. Nejvíc prvků, 52 ze 118, bylo pojmenováno podle zdrojů a vlastností prvku, a podle okolností jejich nálezu. Vodík (1), uhlík (6), kyslík (8) a křemík (14) ukazují na původ ve vodě, uhlí, kyselině a křemeni; jejich latinské názvy jsou analogicky překládány různými obrozenci do dalších jazyků, včetně češtiny a hebrejštiny. Helium však bylo objeveno až po vymření obrozenců, a proto se nejmenuje sluník. Prvky chlor (17), rubidium (37), rhodium (45), indium (49), jod (53) a cesium (55) nesou v rodných listech stopy svých barev nebo barev svých spektrálních čar v latině a řečtině: žlutou, rudou, růžovou, indigo, fialovou a modrou. Neon (10) byl nový, argon (18) byl netečný (řecky „argon“), krypton (36) byl skrytý a osmium (76) po oxidaci páchlo (řecky „osme“).

Některé prvky byly jako materiály známy odpradávna a jako chemikálie uznány za prvky od počátku chemie v 18. století, příkladem jsouce železo (26), měď (29), stříbro (47), cín (50), zlato (79), rtuť (80) a olovo (82). Populární zlato (aurum, gold) odvozuje svůj název od slova žlutý v indoevropských jazycích („ausom“ etrusky, „gelb“ německy), ale i v hebrejštině („zahav“ je zlato a „cahov“ je žlutý). Latinský název ferrum asi souvisí se starým kořenem „FAR“ či „PAR“ pro oheň a s ním spojené jevy; slyšíme ho v anglickém „fire“, českém „pára“ nebo hebrejském „afar“ (popel). Aramejsky je železo „par-zel“; z toho zůstalo v hebrejštině „bar-zel“, v lotyštině „dzels“ a v češtině „železo“.

Výše zmínění vědci Seaborg nebo Organesjan syntetizovali ve 20. století nové prvky s pomocí rozsáhlých týmů a komplexní technologie. První chemici objevovali 200 let před nimi nové prvky sami a téměř na koleně. Geniální Humphry Davy například objevil a pojmenoval v letech 1807 až 1808 prvky sodík (11), hořčík (12), draslík (19), vápník (20) a stroncium (38); Davy také rozpoznal jako nový prvek chlor (17) a pojmenoval ho. Žádný prvek se však nejmenuje davyum. Žádný prvek není pojmenován ani po Williamu Ramsayovi, který se podílel na přelomu 19. a 20. století na objevu a izolaci inertních plynů helia (2), neonu (10), argonu (18), kryptonu (36) a xenonu (54).

V roce 1835 předpověděl francouzský filozof Auguste Comte, všeobecně vážený jako zakladatel filozofie vědy a jako jeden ze zakladatelů sociologie, že člověk nebude moct nikdy určit chemické složení nebeských těles, neboť jsou pro nás fyzicky nedosažitelná. Avšak v tomtéž roce 1835 zveřejnil britský vědec Charles Wheatstone spektroskopickou metodu identifikace prvků ze spekter, což vedlo během několika let k určení chemického složení mimozemských těles, a k objevu například helia (2) na Slunci. Tento příklad ukazuje, že věda může zajistit neomezený rozvoj lidstva, ale nesprávná filozofie ho může zpomalit. Prostě přes překážky ke hvězdám (per aspera ad astra), avšak cestou musíme nejen rozvíjet nové vědecké metody, ale i bojovat s pavědeckými překážkami.

https://www.hegaion.cz/