Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Alchymie 21. století: vědci přinutili helium, aby se chovalo jako vodík

  0:01aktualizováno  12:55
Kanadským vědcům se podařil nebývalý kousek. Přinutili atom helia, aby se choval jako atom vodíku, a to tak dokonale, že při tom obelstili i skutečné vodíkové atomy. Tomu se říká alchymie moderního věku.

Ilustrační foto | foto: Profimedia

Nově vytvořený "hybridní" atom vodíku, jehož hmotnost je zhruba čtyřikrát vyšší než hmotnost běžného vodíkového atomu, vědcům posloužil při experimentálním ověření jedné z předpovědí kvantové chemie. Vědci zjišťovali, jak atomová hmotnost ovlivňuje průběh chemických reakcí.

Helium, vodík a jeho izotopy

V každé učebnici chemie či fyziky se dočteme, že atom helia se skládá z atomového jádra (jež tvoří čtyři nukleony: dva kladně nabité protony a dva neutrony) a elektronového obalu, ve kterém se pohybují dva záporně nabité elektrony.

Atom vodíku je naproti tomu tvořen pouze jedním protonem a jedním elektronem. Vědci ale znají ještě dva jiné izotopy vodíku: deuterium, které má v jádře proton a neutron, a tritium, jehož jádro obsahuje dokonce nukleony tři (proton a dva neutrony).

Chemické chování atomů mnohem více než na jejich hmotnostech závisí na počtu elektronů, takže všechny tři druhy vodíku jsou z hlediska chemie téměř identické.

Odlišné hmotnosti atomů ale podle kvantové teorie mohou přece jen způsobit určité rozdíly v průběhu jejich chemických reakcí. A právě tohle se rozhodl prozkoumat Donald Fleming z Univerzity Britské Kolumbie v kanadském Vancouveru.

Hybridní atomy vodíku

Pro testování Fleming ale potřeboval ještě i jiné formy atomů vodíků, a když je nikde nenašel, tak si je "jednoduše" vyrobil. Výsledkem byly hned dvě nové formy vodíku: vodík ultralehký a hybridní ultratěžký vodík.

Ten druhý vychází z jádra helia, ve kterém je ovšem jeden z elektronů nahrazen jinou elementární částicí – mionem. Miony mají v podstatě stejné vlastnosti jako elektrony jen s tím rozdílem, že jejich hmotnosti jsou mnohem těžší. (Mion je asi desetkrát lehčí než proton a asi dvěstěkrát těžší než obyčejný elektron, někdy se mu proto říká těžký elektron.)

Formy vodíku

Formy vodíku

Díky své velké hmotnosti se mion posune blíž k jádru helia, o hodně blíž než se pohyboval elektron, který jím byl nahrazen, čímž dojde k odstínění kladného náboje jednoho z protonů v jádře.

Zbývající elektron pak krouží dokola, jakoby obíhal kolem jádra tvořeného pouze jedním jediným protonem. Výsledný hybridní atom se tedy chová "skoro" stejně jako atom vodíku, až na to skoro. Existuje totiž jeden významný rozdíl: jádro hybridního atomu vodíku je asi 4,1× těžší než jádro normálního vodíku.

Chemické reakce a kvantové tunelování

Flemingův tým zkoumal, jak snadno a rychle je nová forma atomu vodíku schopna se účastnit chemických reakcí.

Konkrétně reakcí, při kterých se ultratěžký atom vodíku navazuje na jiný vodíkový atom z molekuly H2 a vytváří s ním zcela novou molekulu. Tyto reakce patří mezi z nejjednodušší chemické reakce vůbec.

Rozbití chemické vazby v původní molekule H2 ale brání jistá energetická bariéra, kterou je třeba překonat. Podle kvantové teorie k něčemu takovému ale vůbec nemusí dojít, kvantové částice se totiž mohou skrz tuto bariéru "protunelovat".

Kvantová mechanika dále tvrdí, že čím je částice hmotnější, tím je pro ni kvantové tunelování obtížnější, z čehož vyplývá, že reakce ultratěžkého vodíku by ve srovnání s jeho lehčími formami měly probíhat pomaleji.

Přesně podle předpovědi

A přesně to prokázaly experimenty, které Fleming provedl. Aby dosáhl ještě přesvědčivějších výsledků, uskutečnil své pokusy nejen s obyčejným a ultratěžkým vodíkem, ale i s vodíkem ultralehkým.

K jeho přípravě opět využil mionu, resp. jeho antičástice – antimionu, kterým nahradil proton v jádře normálního vodíkového atomu. Tak vznikla další forma vodíku, ultralehký vodík, asi desetkrát lehčí než obyčejný vodík.

Obrovské penzum práce, kterou Fleming při svých pokusech odvedl, snad nejlépe zhodnotil jeho kolega Paul Percival z kanadské Univerzity Simona Frasera: "Já sám bych se do ničeho tak obtížného nepustil," tvrdí odborník na pokusy s miony, který se od počátku k Flemingovu výzkumu stavěl značně skepticky. "Jenže Don Fleming mi ukázal, že jsem se mýlil."

Zdroj:  www.nature.com

Autor:



Nejčtenější

Bitcoin ztrácí. Ze 150 na 1 000 dolarů jej přitom dostal jeden člověk

(Ilustrační snímek)

Začátek třetího týdne nového roku není pro kryptoměny vůbec příznivý. Prakticky všechny ztrácejí na své hodnotě....

Odtud prý NASA vysílala falešné záběry z přistání na Měsíci

Lunar Crater

K nejbližšímu městu je to téměř 130 kilometrů. Okolo není nic než poušť a pár kusů dobytka, který se popásá na...



Prchající migy mířily na ostrov dánský. Američané jim chtěli dát letiště

MiG-15bis (s číslem 346 na přídi) na ostrově Bornholm. S letounem uprchl...

Během studené války se u Američanů vyvinula intenzivní touha po sovětských stíhačkách mig. Ne snad, že by je chtěli...

Jak ulovit patnáctku. Američané nabídli sto tisíc dolarů a marně čekali

MiG-15bis, se kterým ulétl severokorejský stíhač No Kum-sok do Jižní Koreje,...

Během korejské války chtěli Američané vypsáním vysoké finanční odměny zlákat některého z pilotů MiGu-15 k úletu na svou...

Proč na faktech nezáleží? Náš mozek panikaří a brání se cizím názorům

Souboj racionality a emocí (ilustrační foto)

Dohodnout se s tím, kdo s vámi nesouhlasí, je nesmírně těžké. Fakta budou dost možná překřičena emocionální reakcí....

Další z rubriky

Praha poprvé přivítá světový festival novodobých kutilů: Maker Faire

Maker Faire (San Mateo 2016)

Přijďte se podívat nebo i sami předvést. Festival Maker Faire je pro všechny. Poprvé v Česku se sejdou kutilové a...

Trump zakázal slova „založeno na vědě“, „transgender“ nebo „diverzita“

Z rozpočtu CDC má prý zmizet spojení „založeno na vědě“

Trumpova administrativa předala americkému Centru pro kontrolu a prevenci chorob seznam zakázaných slov, která se...

Dinosaurus „zrozený z exploze“ má jméno ekrixinatosaurus

Porovnání velikosti ekrixinatosaura a dospělého člověka. Tento rod patřil mezi...

Jižní kontinenty v období střední jury až nejsvrchnější křídy obývala zvláštní skupina dravých dinosaurů Aabelisauridní...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Najdete na iDNES.cz