Čtvrtek 21. ledna 2021, svátek má Běla
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 21. ledna 2021 Běla

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

Android TV mizí z televizorů. Podívejte se, co jej letos mnohde nahradí

Operačnímu systému Android TV zřejmě začíná poslední sezóna. Jak se ukázalo na veletrhu CES 2021, již letošní novinky...

Válka v jednom čísle. Jak Sověti na papíře vyhráli nad Západem

Sověti vyvinuli na přelomu 60. a 70. let analytickou metodu, která měla umožnit snadné srovnání vojenské techniky...

Rezervace očkování je plná zbytečných chyb. Způsobila i pád celého systému

Státní web na rezervaci očkování proti covidu-19 byl plný úplně základních chyb a zbytečných komplikací. Navíc začal...

Čest, talent i služba Hitlerovi. Nejlepší tankista války byl z Jesenicka

Během druhé světové války vznikla po vzoru leteckých es nová kasta es tankových. Patrně nejlepším tankistou 2. světové...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Operaci Pouštní bouře zahájily vrtulníky US Army úderem na radary

První letecký úder proti Iráku neprovedly před třiceti lety „neviditelné bombardéry“ USAF, ale vrtulníky Apache US...

Kdo staví vilu na Babě? Muž s vazbami na sponzory Zemanovy kampaně

Premium Nová prosklená vila na vrchu Baba v Praze budí zájem místních i turistů. Dům patří firmě Luboše Paška, který je...

Ano, Češi byli nejlepší! říká zámořský expert o časech, kdy i Kanada žárlila

Premium Omlouvá se při vzpomínce na nezdar Pavla Patery v Dallasu. Zápasy proti Buffalu s Dominikem Haškem v brance přirovnává...

TEST olejů: nejhorší je kokosový, zdravější je i sádlo

Premium Na smažení a fritování, do salátů, omáček i dresinků... Do velkého srovnání olejů a tuků jsme vybrali dvacet výrobků....

  • Další z rubriky

Covidový rok očima vědce: Ukázalo se, co v běžných dobách zůstává skryto

Nejviditelnějším projevem pokroku vědy v boji proti viru SARS-CoV-2 je vakcína. Ale důvtip a vynalézavost se ukázaly i...

STO OBJEVŮ: Spor o ruchadlo se táhl roky. I kvůli naivitě vynálezců

Seriál Nástroj, který přinesl revoluci v zemědělství, vymysleli bratranci Veverkové, o tom už dnes není sporu. Zastánci jejich...

Aligátor na héliu, nůž z exkrementů. Ohlédnutí za nevážnými „nobelovkami“

Nejprve rozesmát a pak se kriticky zamyslet. K tomuto mottu se již od roku 1991 hlásí Ig Nobelovy ceny, nevážná variace...

Podíl pozitivních je vysoký, trasování nestíhá. Úmrtí prudce porostou

Česká republika se opět ocitá v situaci, kdy je epidemie covid-19 v plném proudu. Kvůli nedostatečnému testování a...

PŘÍBĚH ZE ŽIVOTA: Těhotenství bylo bezproblémové, později měl malý Honzík epileptické záchvaty i 30krát denně
PŘÍBĚH ZE ŽIVOTA: Těhotenství bylo bezproblémové, později měl malý Honzík epileptické záchvaty i 30krát denně

Šestiletý Honzík Hanuš se narodil s vrozenou vývojovou vadou pravé ruky. Když bylo malému půl roku, lékaři mu diagnostikovali opoždění...

Vytetovaná sexuální instrukce zaráží i mého gynekologa, líčila dívka

Nesedí k ní, ale onen vulgární sexuální povel má na podbřišku opravdu vytetovaný. Vznikl jako rozpustilá, hrdá,...

Analytik: Evropa byla od blackoutu setiny. Bez ČR by to Rakousko nezvládlo

8. leden 2021 se mohl stát skutečným „černým dnem”. Evropě totiž hrozil blackout, tedy masivní výpadek dodávek...

Dalibor Janda leží ve vážném stavu v nemocnici na koronární jednotce

Dalibor Janda (67) byl hospitalizován v pražské Fakultní nemocnici Královské Vinohrady. Zpěvák leží ve vážném stavu na...

PŘEHLEDNĚ: Od ledna kartou online postaru nezaplatíte. Jaké podmínky má vaše banka?

Otisk prstu či scan obličeje při placení kartou na internetu již dávno není sci-fi. Možná je po vás vaše banka chce...

Bezplatné jezdění po dálnici? Elektronické známky téměř nikdo nehlídá

Premium Druhý týden platí na českých dálnicích novinka v­ podobě elektronické dálniční známky. Zatímco lidé takzvané viněty...