Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Sir Ernest Rutherford

.časopis .veda

Jadro hélia objavil Rutherford v

Jadro hélia objavil Rutherford v roku 1902, ale nebolo mu jasné, že ide o jadro hélia. To, že atómy majú jadrá, zistil až v roku 1910, keď objavil jadro zlata. Pomocou jadra hélia, o ktorom ešte stále nevedel, že je to jadro hélia.

Ernest Rutherford, jeden z najväčších experimentálnych fyzikov všetkých čias, nikdy nezískal Nobelovu cenu za fyziku. V roku 1908 však získal Nobelovu cenu za chémiu. Chemici jednoducho nemohli odolať (oprávnenému) nutkaniu udeliť Nobelovu cenu človeku, ktorý presvedčivo dokázal, že v pradávnom spore medzi chemikmi a alchymistami mali pravdu – alchymisti.

.od alfa lúčov k alfa časticiam
Koncom devätnásteho storočia sa roztrhlo vrece so všelijakými záhadnými lúčmi. Všetko to začali takzvané katódové lúče, o ktorých sme písali v .týždni 19/2007. Keď nechal Wilhelm Conrad Röntgen dopadať tieto lúče na kovovú platničku, objavil ďalšie lúče, ktoré dodnes nesú jeho meno. Keď sa potom Henri Becquerel snažil získať röntgenové lúče inou metódou, objavil iné lúče. Dnes im hovoríme rádioaktívne žiarenie.
Hlavným predmetom Rutherfordovho výskumu bolo práve toto rádioaktívne žiarenie. Experimenty vyzerali napríklad takto: zobral kus uránovej rudy, zabalil ju do alobalu, potom pridal ešte jednu vrstvu alobalu, potom ešte jednu a tak ďalej, pričom stále meral, aké vlastnosti má žiarenie, ktoré cez alobal prešlo. Zistil, že vlastnosti sa s počtom vrstiev alobalu výrazne menia. To ho priviedlo k záveru, že rádioaktívne žiarenie obsahuje dva rôzne typy lúčov, ktoré nazval alfa a beta. Alfa lúče alobal pomerne účinne pohlcoval, beta lúče boli oveľa prenikavejšie. Jednotlivé vrstvy alobalu menili pomer alfa a beta lúčov vo výslednom žiarení, a tým výrazne ovplyvňovali jeho vlastnosti. Po nejakom čase sa ukázalo, že v hre je ešte aj tretí typ lúčov, ktorému prischlo meno gama.
Všetky tieto lúče zohrali obrovskú úlohu pri našom postupnom pochopení štruktúry hmoty. Napríklad o beta lúčoch sa ukázalo, že sú v podstate rovnaké ako katódové lúče a že v oboch prípadoch nejde vlastne o lúče, ale o prúd nabitých častíc, ktoré dostali meno elektróny. O gama lúčoch sa zas ukázalo, že sú v podstate rovnaké ako röntgenové lúče, a že v oboch prípadoch ide o lúče elektromagnetickej povahy. A ako dopadli alfa lúče?
Niekoľko vecí naznačovalo, že alfa lúče by mohli byť, podobne ako lúče beta, tvorené prúdom nabitých častíc. Bol tu však jeden významný rozdiel. Smer prúdu nabitých častíc je možné jednoducho meniť vonkajším magnetickým poľom a v prípade beta lúčov to naozaj fungovalo. Ale odkloniť magnetickým poľom aj alfa lúče, to sa dlho nikomu nepodarilo. Napokon sa malý, ale predsa len odklon podarilo dosiahnuť práve Rutherfordovi. Tým definitívne dokázal, že alfa lúče sú prúdom častíc, ktoré nazval alfa časticami.


.od transmutácie k dezintegrácii
Prečo sa alfa častice odkláňali v magnetickom poli tak neochotne? Ďalšie experimenty ukázali, že príčiny sú dve – veľká rýchlosť a veľká hmotnosť. Čím rýchlejšie a čím hmotnejšie sú častice, tým ťažšie sa odkláňajú pomocou magnetického poľa. Pomerne dobre sa odkláňajú veľmi rýchle, ale ľahké elektróny. Podobné je to s oveľa ťažšími, ale podstatne pomalšími elektricky nabitými atómami (iónmi). Alfa častice vyletujúce z rádioaktívneho materiálu sa ukázali rýchle ako elektróny v beta lúčoch a zároveň ťažké ako atómy. Nameranie ich odklonu v magnetickom poli preto vyžadovalo naozaj veľkú tvorivosť a zručnosť.
Keď povieme, že alfa častice mali veľkú hmotnosť aj rýchlosť, tak to nevyzerá nijako šokujúco, v skutočnosti to však bolo mimoriadne zvláštne. Veľká hmotnosť totiž naznačovala, že ide o nejaké atómy, ktoré sa zrejme uvoľňujú z molekúl rádioaktívnej látky. Veľká rýchlosť však takejto interpretácii odporovala. Energie uvoľňované v chemických reakciách boli o mnoho rádov menšie, než bola kinetická energia alfa častíc. Kde sa teda alfa častice berú?
Rutherford a Frederick Soddy prišli s takouto kacírskou myšlienkou: čo ak alfa častice nevznikajú pri rozpade molekúl na atómy, ale pri rozpade samotných atómov. Čo ak je rádioaktivita spôsobovaná premenou jedného atómu na iným atóm, pričom rozdiel v hmotnostiach týchto atómov je daný práve hmotnosťou alfa častice? V takomto prípade by nešlo o chemickú reakciu medzi atómami a energia vyletujúcich alfa častíc by teda nijako nemusela súvisieť s typickou energiou chemických reakcií.
V čom bola táto myšlienka kacírska? V tom, že dávala za pravdu alchymistom. Ak by to totiž bolo takto, tak potom by alchymistická transmutácia, čiže premena jedného chemického prvku na iný, nielenže bola v princípe možná, ale dokonca by sa odohrávala priamo pred našimi očami. Rutherford a Soddy síce nehovorili o transmutácii, ale o takzvanej dezintegrácii, ale v podstate išlo o to isté. Obe veci boli v priamom rozpore so základnou dogmou vtedajšej chémie, podľa ktorej sú prvky absolútne stabilné a nemôžu sa nijako meniť.
Chémia však pád tejto svojej dogmy s prehľadom ustála a dokonca sa z toho dokázala veľmi veľa naučiť. A vďační chemici udelili Nobelovu cenu nielen Rutherfordovi, ale aj Soddymu. Hoci tomu až v roku 1921.

.od atómu hélia k jadru hélia
Ďalší Rutherfordov výskum čoraz zjavnejšie poukazoval na to, že alfa častice sú vlastne atómy hélia, ktorým chýbajú dva elektróny (dnes vieme, že to znamená, že ide o jadrá atómu hélia, ale vtedy o pojme atómového jadra nikto ani nechyroval). Dokonca sa zdalo, že hélium sa v prírode vyskytuje len v blízkosti rádioaktívnych hornín. A zdanie neklamalo. Za všetko hélium, ktoré máme na Zemi k dispozícii, vďačíme rádioaktivite.
Minule sme si povedali, že ak sa hélium dostane do zemskej atmosféry, po čase sa z nej nenávratne stratí, pretože odletí do vesmíru. Kde okrem atmosféry by sa mohlo nachádzať? Skoro nikde. V kvapalnom ani tuhom skupenstve v pozemských podmienkach existovať nemôže, nemôže sa nachádzať ani v zlúčeninách, pretože nijaké zlúčeniny netvorí. Vlastne sa môže nachádzať len v podzemných zásobách zemného plynu. A do zemného plynu sa dostáva v stopových množstvách práve ako produkt rozpadu rádioaktívnych prvkov.
No ale vráťme sa k Rutherfordovi a k alchýmii. Čo už by to len bolo za alchymistu, keby sa mu nepodaril nejaký husársky kúsok priamo so zlatom. A to sa veru Rutherfordovi podarilo. Práve pri ostreľovaní tenkej zlatej fólie alfa časticami objavil, už ako nositeľ Nobelovej ceny, atómové jadro. Ale o tom tu teraz nebudeme hovoriť. Musíme myslieť aj na budúcnosť a nechať si niečo aj do série päťkrát o zlate.

.martin Mojžiš
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.posledné
.neprehliadnite