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

Vdechl život zapomenuté technologii, na jeho hodiny je pořadník

Moderní digitrony jsou nádherným designovým prvkem.

Historická technologie ve zcela moderním precizním provedení. Digitronové hodiny „Nixie Clock“ Dalibora Farného slaví...

Byl to nejbohatší šlechtic své doby, teď archeologové objevili jeho hrobku

Díváte se na takzvaný radarogram. To je výstup z měření georadarem na profilu...

V následujících dnech se dozvíme, zda tušení týmu českých archeologů, že objevili dosud neznámou hrobku nejbohatšího...



Fascinující paradox: český kutil vyrábí funkční parní stroje ze skla

Skleněné parní stroje z dílny Michala Zahradníka

Michal Zahradník je český sklář osmé generace. Od roku 1991 kromě obvyklých sklářských výrobků ve své dílně vyrábí i...

Eurotank bude německo-francouzský hybrid. Demonstrátor už jezdí a střílí

EMBT je hybrid mezi tanky Leopard 2 a Leclerc

Až 5000 tanků v hodnotě 75 miliard eur by měly dle německých prognóz nakoupit v příštích 20 až 30 letech evropské...

YouTube jako továrna na peníze. Jak na tomto portálu funguje reklama?

YouTube jako továrna na peníze

Vše se točí kolem peněz a na YouTube to není jinak. Jenže když se do reklamního kolotoče zamotají morálka a etika, může...

Další z rubriky

Stěna ohně a kyselý déšť. Výbuch islandské sopky Laki změnil klima na Zemi

Pohled do středu jednoho ze sopečných kuželů vzniklých na přibližně 27...

Výbuch islandské sopky Laki před 235 lety byl tak silný, že na mnoho let změnil klima na celé Zemi. Nad Evropu poslal...

V EU začíná debata o miliardách na vědu. Rozpočet má být rekordní

Vlajka EU. Ilustrační snímek

Nový rozpočet pro vědu v EU se bude muset obejít bez příspěvků z Velké Británie.

Může „mina“, ve které udeří stovky pístů naráz, vyrábět elektřinu?

Fúzní zařízení společnosti General Fusion

Společnost General Fusion chce vyvinout a prodávat zcela nový zdroj elektřiny. Plánuje k tomu využít velmi nezvyklý...

Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Najdete na iDNES.cz