Gamma č. 032 (Výpravy do mikrosvěta (V.))

Naposledy tady byla řeč o tom, jak se skládají atomy - jádro z odpuzujících se protonů a neutrálních neutronů, všechny tyto nukleony se navzájem přitahují silnou jadernou silou; a kolem toho všeho krouží elektrony - tolik, kolik je v jádře protonů. Řekli jsme si také, že druh chemického prvku (vodík, kyslík, dusík, ...) je dán počtem elektronů v obalu, který je zase určen počtem protonů; základní identifikační kartou každého prvku je tedy protonové číslo.

Viděli jsme tady jádro vodíku, představované jediným protonem, a jak z takového jádra přidáním dalšího protonu a jednoho stabilizačního neutronu vznikne atom hélia. Co se ale stane, když k jednomu protonu přidáme jen samotný neutron? Proton s neutronem se ochotně spojí silnou jadernou silou a vznikne něco velmi zajímavého - atom deutéria (D), známého spíše pod názvem ?těžký vodík?. Z hlediska chemie se jedná o normální vodík s jedním elektronem, který je schopen vstupovat do vazby s kyslíkem a vytvářet ?těžkou vodu? D2O (k čemu je taková voda užitečná, si povíme později). Těžký vodík se liší od normálního jen fyzikálními vlastnostmi, zejména měrnou hmotností; těžká voda má proto například o deset procent větší hustotu než H2O a o čtyři stupně vyšší bod tuhnutí.


Jelikož jsou tedy vodík a deuterium z chemického hlediska stejné prvky, patří v Mendělejevově periodické tabulce prvků na stejné místo; a protože řecky ?místo? je ?topos? a ?stejný? je ?iso?, označujeme takové atomy jako izotopy téhož prvku a zapisujeme je s nukleonovým číslem (protony+neutrony) nahoře a protonovým číslem dole:

?lehký vodík? s jádrem z jediného protonu:

1
  H
1

a ?těžký vodík? s přidaným neutronem:

2
  H (= D)
1

Deutérium je stabilní izotop běžně se vyskytující v přírodě; na každých deset tisíc atomů lehkého vodíku připadá jeden atom deutéria.

Přidáme-li k jádru deutéria ještě jeden neutron, vznikne atom tritia [čti: tricia]:

3
  H (= T)
1

Tritium je nestabilní, radioaktivní izotop, který se samovolně rychle rozpadá; lze ho vyrobit pouze uměle a v přírodě se nevyskytuje. (Vodík je jediný prvek, pro jehož různé izotopy se používají samostatné názvy; u všech ostatních prvků se izotopy označují pouze čísly).

Minule jsme tady sestavili atom hélia skládající se z dvou protonů a jednoho neutronu, takzvaný izotop "hélium tři":

3
  He
2

(zkráceně to budeme ve Wordu zapisovat 3/2/He)


To byla popravdě trochu lajdácká práce; tenhle izotop se sice v přírodě vyskytuje, ale jen ve stopovém množství (jeden atom z miliardy), protože jeden neutron jen stěží stačí k připoutání dvou odpuzujících se protonů. Stabilnější a proto daleko hojnější (miliardkrát víc než 3/2/He) je izotop 4/2/He, obsahující dva protony a dva neutrony. Možná si vzpomenete na nedávnou zmínku o tom, že jednou ze složek slunečního větru jsou mimo jiné i takzvané alfa-částice: to není nic jiného než takovéhle čtyřnukleonové jádro hélia, tj. atom hélia zbavený elektronového obalu (skládajícího se v tomto případě z dvou elektronů).


Některé měsíční a planetární sondy byly vybaveny alfa-zářiči: to jsou přístroje, které ostřelují zkoumaný vzorek proudem alfa-částic (=héliových jader) a podle druhu částic vyletujících z takto rozbíjených atomů usuzují na složení analyzované látky.


Alfa-částice je zároveň také iont: iontem je každý atom, jehož počet elektronů není roven počtu protonů a který proto není elektricky neutrální. Přebývá-li atomu jeden nebo více elektronů, mluvíme o (záporném) aniontu; pokud atomu naopak jeden nebo více elektronů schází, jedná se o (kladný) kationt. Nejjednodušším (kladným) iontem je pak opět samotné jádro vodíku neboli osamocený proton.


Co se protonů (=vodíkových iontů) týče, jejich přítomnost v chemické látce je zdrojem kyselosti (teď se dopouštím velmi hrubého zjednodušení; je-li mezi vámi nějaký chemik, ať zbytek článku radši přeskočí). Takzvaná molární koncentrace H+ neboli počet vodíkových iontů v litru roztoku je měřítkem kyselosti, která se vyjadřuje záporným logaritmem této veličiny a označuje se symbolem pH. Je-li tedy například pH=2, pak ve vodném roztoku na jeden vodíkový iont připadá jen 10na2 (=100) neutrálních molekul vody a zkoumaná látka je kyselá jak šťovík. A až zase budete děvčata kupovat nějakou mastičku na ruce nebo na tvářičky, o které výrobce prohlašuje, že je zaručeně chemicky neutrální, protože má pH=5.5, pak vězte, že je to jako obvykle podvod, jelikož neutrální roztok má pH=7 a ten váš kosmetický zázrak je tedy ve skutečnosti lehce kyselý.

No vidíte, kam až nás ty atomy přivedly. A příště už se podíváme na radioaktivitu.