Stabilní těžké prvky s magickými čísly

Nejtěžší přírodní prvek je uran s 92-mi protony v jádru a nejtěžší člověkem na 47 milisekund vytvořený prvek je prozatímně pojmenované ununhexium s 116 protony. Bylo by možné vytvořit prvek třeba se 126 protony na dost dlouhou dobu, abychom z nich mohli něco mít?

Magická čísla

Na začátek těch čísel bylo moc. Jsou ta uvedená magická? Magická čísla jsou 2, 8, 20, 28, 50, 82 a 126. To, že je číslo magické, neznamená, že byste po jeho vsazení automaticky vyhráli v jakékoliv loterii. Avšak pro neutrony a protony v jádru atomu mají význam. Pokud je počet protonů nebo neutronů roven jednomu z magických čísel, vzniká magické jádro. Je-li magický počet neutronů a protonů zároveň, vzniká dvojitě magické jádro. Všechna magická jádra jsou výrazně stabilnější než ostatní. To znamená, že hůře podléhají radioaktivnímu rozpadu. Jako příklad uvedu jádro hélia se dvěmi protony a neutrony – také je nazýváno α-částice a to proto, že díky své vysoké stabilitě se nerado dělí, takže při různých rozpadech větších jader z nich vylétávají právě α-částice častěji než cokoliv jiného (a tvoří tzv. α-záření). Dalším příkladem může být nejtěžší zatím známý prvek s dvojitě magickým jádrem, kterým je olovo s 82 protony a 126 neutrony.

Proč jsou magická jádra stabilní

Magická jádra jsou (velmi vzdálenou) obdobou elektronových obalů netečných plynů. V nich jsou všechny slupky plně obsazeny elektrony, takže se takové prvky téměř vůbec nezúčastňují chemických reakcí. V jádru je to podobné. Protony a neutrony jsou k sobě poutány "silnou silou" (to je skutečně víceméně odborný výraz), která působí na velmi krátkou vzdálenost, a tudíž si ji můžeme představit jako lepidlo, kterým jsou protony a neutrony k sobě slepeny. Však se také virtuální částice zprostředkovávající tuto interakci (sílu) nazývá gluon – z anglického glue, čili lepidlo. Takto slepené protony se odpuzují elektrickou silou, která má daleký dosah, a tak se snaží jádro roztrhnout. V takto vytvořeném elektrickém poli se protony nemohou pohybovat libovolně. To je dáno zákony kvantové fyziky. Navíc je to zkomplikováno tím, že si protony sami tvoří elektrické pole, ve kterém jsou "uvězněny", což následující pokus o výklad dále znepřesňuje. Takže, podobně jako elektrony, tvoří energiové slupky – ty mohou být obsazeny úplně nebo jen částečně – ve kterých se mohou nacházet jen v omezeném množství stavů. A právě počty protonů resp. neutronů odpovídající magickým číslům, tvoří uzavřené stabilní slupky.

Přiznám se, že nerozumím tomu, z jakého důvodu mají magická čísla vliv na neutrony, které nepodléhají elektrickým silám. Vím jen, že neutron nemůže existovat sám, ale potřebuje k tomu proton, tudíž by to mohlo souviset s tím. Horší možnost je ta, že můj pokus o vysvětlení jde zcela mimo realitu. :-)

Vliv tvaru jádra na jeho stabilitu

Nedávné výpočty a experimenty ukázaly, že jádra sto dvanáctého prvku jsou stabilní po dobu zlomků sekundy až po půl minuty. Takový velký rozdíl nemůže vysvětlit ani neutronová magičnost některých izotopů. Déle stabilní jádra mají údajně protáhlý tvar a více neutronů. To zeslabí odpudivé síly mezi protony, a tak zvýší stabilitu.

Dosud bylo vytvořeno deset dvojitě magických prvků. Naposledy to byl nikl-48. Teoreticky nejtěžším dvojitě magickým prvkem by mohl být sto dvacátý šestý prvek s nuklenovým číslem 310.

Bohužel se nemůžeme těšit, že by nové těžké prvky přinesly převrat mezi materiály. Budou to pouze zajímavé pokusy, které nám mohou pomoci porozumět chování jader všech atomů, a tak snad v budoucnu i praktické využití.