Ostrov stability na obzore

, Autor: 16cmfan

Periodickú tabuľka chemických prvkov si mnohí z nás pamätáme zo školských čias. Vieme, že končí ťažkými a nestabilnými prvkami. Čo však ak existujú ešte ťažšie, dodnes neobjavené stabilné prvky? A prečo je táto možnosť zaujímavá?

Stabilita a nestabilita


Len pre zopakovanie, periodickú tabuľku chemických prvkov prvý krát zostavil ruský vedec Dmitrij Ivanovič Mendelejev, ktorý zistil, že prvky sú zoradené v tabuľke podľa istého vzoru a tak sa mu podarilo ešte v dobe, keď ľudia poznali len 64 chemických prvkov, predpovedať objav a vlastnosti ďalších. Chcelo to len čas a nové prvky v tabuľke utešene pribúdali. Dnes ich už poznáme oveľa viac, presne 112. Tieto prvky sa delia na tri hlavné skupiny, kovy (napr. železo), polokovy (napr. kremík) a nekovy (napr. vodík).
 

Otec periodickej tabuľky prvkov.


Prvky sú v tabuľke zoradené podľa viacerých parametrov, nám pre vysvetlenie toho o čo nám ide budú stačiť tzv. protónové a nukleónové číslo niekedy nazývané aj hmotnostné číslo. Číselná hodnota protónového čísla vyjadruje počet Protónov v jadre atómu. Pre ilustráciu takéhoto označenia si predstavme napríklad Urán 238. Je to rádioaktívny prvok, používaný v jadrovom priemysle pri výrobe energie štiepnou reakciou. Má 92 Protónov (Protónové číslo) a 146 Neutrónov. Protóny a Neutróny označujeme jednotným názvom Nukleóny. Ak spočítame Protóny a Neutróny v jadre Uránu dostaneme 238 Nukleónov a teda nukleónové číslo. Urán je ťažkým prvkom, pričom skoro všetky ťažké prvky sa rozpadajú na stabilnejšie prvky a tie opätovne na ešte stabilnejšie až pokiaľ sa nerozpadnú na stabilné prvky. Je ťažké v prírode nájsť prirodzene sa vyskytujúce prvky, ktoré sú ťažké a zároveň stabilné. Takéto prvky by boli zaujímavé zo štúdijných, ale najmä praktických dôvodov.

Stabilita

Dnes vieme, že do protónového čísla 83 sú všetky prvky stabilné (presnejšie majú aspoň jeden stabilný izotop) a nepodliehajú žiadnemu druhu rádioaktívneho rozpadu. Prvky s protónovým číslom nad 83 sú už rádioaktívne. Niektoré majú polčas rozpadu niekoľko milión rokov, iné s protónovými číslami nad 108 sú extrémne nestabilné a vydržia len pár mikro či nanosekúnd v lepšom prípade sekúnd. Práve tieto prvky môžu mať unikátne vlastnosti a vedci ich usilovne študujú, žiaľ to je tým ťažšie, čím je prvok nestabilnejší. Predpokladá sa, že nad protónovým číslom 111 (tj. pre čísla 112 až 126) by mohol existovať Ostrov Stability s veľmi ťažkými prvkami, ktoré by boli stabilné „v mori“ nestabilných susedov. Niektoré pár sekúnd, iné pár minút a niektoré dokonca tak stabilné ako napríklad Kyslík, čo by umožnilo ich použitie na ďalšie experimentovanie a pozorovanie. Neskôr využitie ich unikátnych vlastností v elektrotechnike, medicíne a ďalších oblastiach vedy a techniky.

Nestabilita

Polčas premeny alebo polčas rozpadu je charakteristický parameter popisujúci nestabilitu každého prvku vo vesmíre.

Polčas premeny úzko súvisí s kvantovou mechanikou, riadi sa podľa jej zákonov. Pri určovaní polčasu rozpadu prvku sa zisťuje čas za ktorý sa rozpadne polovica jeho atómov. Napríklad za aký čas sa nám rozpadne polovica atómov Uránu 210. Konkrétne pri tomto izotope Uránu je to 22.3 roku. Ak teda položíte na poličku kilo Uránu 210 a vrátite sa ho skontrolovať o 22 rokov, zistíte, že máte už len pol kilogramu Uránu, druhá polovička sa rozpadla na ľahšie prvky. Pri inom izotope Uránu si počkáte iný čas, napríklad pri izotope 205 to bude 15 miliónov rokov. Rozpad konkrétneho jedného jadra však nevieme presne predpovedať. Vieme povedať len pravdepodobnosť s ktorou sa rozpadne. Rôzne jadrá toho istého prvku sa nám rozpadnúť zakaždým v inom čase. To čo vieme je za aký čas sa nám rozpadne veľký počet jadier.

Čím je jadro atómu zložené z viacerých Neutrónov, resp. pomer medzi Protónmi a Neutrónmi je väčší v prospech Neutrónov, ako napríklad u Uránu 238, ktorý má 92 Protónov a 146 Neutrónov, tým viac rastie pravdepodobnosť, že sa jadro rozpadne.

Nestabilnosť prvkov má svoje využitie. Napríklad céziové atómové hodiny fungujú na princípe rozpadu jadra Cézia. Ďalšie využitie nájdeme v jadrových elektrárňach, kde využívame nestabilné jadrá na výrobu energie.
 

Čo drží jadro atómu po kope?

Poznáme štyri druhy interakcii. Tie rôznou mierou zodpovedajú za chemické a fyzikálne vlastnosti prvkov.

Gravitácia je sila výhradne príťažlivá, jej dosah je nekonečný, pôsobí na všetkých a na všetko, avšak na atomárnej úrovni je v porovnaní s ostatnými pôsobiacimi silami veľmi malá, v podstate zanedbateľná. Dominantná je gravitácia až na veľkých škálach.

Elektromagnetická sila, je na rozdiel od gravitácie aj odpudivá. Elektrický náboj určuje, či sa objekty priťahujú alebo odpudzujú. Časticu, ktorá elektromagnetickú interakciu „prenáša“ poznáme ako fotón. Elektromagnetizmus sa prejavuje v rôznych formách. Napríklad ako obyčajné viditeľné svetlo, či ako rádiové vlny, vďaka ktorým sa šíri rádiový signál. Elektromagnetická sila taktiež spája molekuly do väzieb, kde vznikajú zložité reťazce molekúl.

Slabá jadrová sila je zodpovedná za beta rozpad nestabilných jadier a ich premeny na iné častice. Častice zodpovedné za túto silu voláme W‘ a Z‘ kalibračné Bozóny. Napríklad Neutrón sa rozpadá na Protón pomocou kalibračného W‘ bozónu. Bozón sa následne rozpadá na Elektrón a elektrónové Antineutríno.

Posledná známa sila v prírode, silná jadrová interakcia, alebo silná sila udržuje po hromade kvarky, ktoré tvoria samotné Protóny a Neutróny. Kvarky delíme na skupiny U ako Up (horný) a d ako Down (dolný), c ako Charming (pôvabný), s ako Strange (podivný), t ako Top (vrchný) a nakoniec b ako Beauty (krásny). Neutrón je zložený z troch kvarkov (u, d, d). Protón z troch kvarkov (u, u, d). Každá rozličná kombinácia vytvára inú časticu. Kvarky držia v jadre Neutrónu práve vďaka Gluónom, čo je prenášač silnej interakcie (podobne ako Fotón u EM sily). Zbytková silná sila potom udržuje aj samotné častice ako Neutrón a Protón spolu a tak nám vzniká jadro atómu. Jej dosah je konečný, veľmi krátky, podobný rozmeru Protónu.

 

Pridať komentár

Posledné komentáre

Predmet Autor Dátum
Re: Ostrov stability na obzore sucho13 19. marec 2014 - 16:22
Re: Ostrov stability na obzore bledos 6. august 2011 - 15:28
Chyba v deleni quarkov doCHtor 6. august 2011 - 9:15
Re: Ostrov stability na obzore passco 5. august 2011 - 21:31
Re: Ostrov stability na obzore Ondro1 5. august 2011 - 15:52
Re: Ostrov stability na obzore 16cmfan 5. august 2011 - 15:05
Re: Ostrov stability na obzore bledos 5. august 2011 - 14:44
Re: Ostrov stability na obzore pilgrim 5. august 2011 - 12:27
Re: Ostrov stability na obzore 16cmfan 5. august 2011 - 10:16
Re: Ostrov stability na obzore pilgrim 5. august 2011 - 9:36
TOPlist