Po 69 rokoch sme ho prvýkrát namerali. Einsteinium je vzácnosť fyziky, čo obsahuje a ako vzniká?

Presne pred sto rokmi známky fyzik Albert Einstein postavil na nohy celú vedeckú komunitu svojim objavom fotoelektrického javu, ktorý ukázal, že svetlo sa správa ako častica a aj ako vlna, za čo si v roku 1921 vyslúžil Nobelovu cenu. Einstein neskôr svojou prácou prispel k teóriám týkajúcim sa jadrovej fúzie a jadrového štiepenia, čím otvoril ľudstvu nové možnosti, upozorňuje portál TheConversation.

Einsteinium, vzácny prvok objavený pri výbuchu termonukleárnej bomby

Jadrové štiepenia a fúzia však neviedli len k prospešnému využitiu jadrovej energie, ale taktiež k vynájdeniu prvej americkej termonukleárnej bomby s kódovým označením Ivy Mike. K detonácii tejto 10,4 megatonovej bomby došlo presne 1. novembra 1952 o 07:15, pričom na mieste výbuchu vznikla obrovská ohnivá guľa s priemerom asi 3 kilometre. Vzniknutý hríbovitý oblak sa len za necelých 90 sekúnd zdvihol do výšky 17 kilometrov a o ďalšiu minútu neskôr dorástol až na hrôzostrašných 33 kilometrov.

Wikipedia

Približne o hodinu neskôr, za účelom odobratia vzoriek, vzlietli piloti amerických vzdušných síl z atolu Eniwetok a vleteli priamo do atómového mraku. Nasledovná analýza odhalila stopy po izotopoch plutónia-246 a plutónia-244, ale taktiež potvrdila existenciu predpokladaných, ale dovtedy neobjavených prvkov známych ako einsteinium a fermium.

Einsteinium (Es) je 99 prvok v Periodickej tabuľke, pričom pri výbuchu Ivy Mike bolo detegovaných len asi 200 atómov tohto prvku. Ide teda o nesmierne vzácny prvok, ktorý sa po prvýkrát podarilo syntetizovať v laboratórnych podmienkach až v roku 1961, teda o 9 rokov neskôr od výbuchu Ivy Mike.

Keďže einsteinium sa zrodilo v termonukleárnom výbuchu, nie je žiadnym prekvapením, že ide o vysoko rádioaktívny kovový prvok, ktorý do dnešných dní nebol izolovaný v dostatočne veľkom množstve, aby sa dalo určiť všetky jeho fyzikálne konštanty. Vieme o ňom toľko, že vyžaruje žiarenie alfa a gama a je silným zdrojom neutrónov. O jeho zlúčeninách a ich chemickom správaní sa až doposiaľ vedelo len žalostne málo.

Prvá detailná analýza od 70. rokov

Všetko sa však mení vďaka výskumu publikovanom v prestížnom žurnále Nature, v ktorom sa vedcom z Lawrence Berkeley National Laboratory podarilo zmerať vzdialenosť väzby, ktorá určuje, ako sa prvok viaže s inými atómami, informoval portál DailyMail.

Ako píše portál LiveScience, fyzici zatiaľ o einsteiniu takmer nič nevedia. Samotné einstenium, tak ako aj ďalšie prvky patriace do skupiny aktinoidov (prvky s protónovým číslom 89 až 103) sa vyrába bombardovaním cieľového prvku, v tomto prípade curia (curium – Cm), neutrónmi a protónmi, čím sa spustí dlhý reťazec jadrových reakcií. Výsledkom však nie je samotné einsteinium, ale kalifornium (Cf), z ktorého sa einsteinium musí extrahovať.

Vedcom na vytvorenie einsteinia poslúžil špecializovaný jadrový reaktor nachádzajúci sa v Národnom laboratóriu Oak Ridge v Tennessee. Einsteinium sa vyrába v tomto vysoko energetickom izotopovom reaktore, ako vedľajší produkt pri produkcii prvku známeho ako kalifornium-252, upozorňuje web Gizmodo.

Extrahovanie čistej vzorky einsteinia z kalifornia je nesmierne náročná úloha, čo v podstate vysvetľuje, prečo autori vo svojej štúdii pracovali len s veľmi malým množstvom tohto vzácneho prvku.

Presnejšie sa vedcom podarilo extrahovať menej ako 200 nanogramov (to je zhruba 300-krát menej ako je váha zrnka soli) einsteinia-254, jedného z najstabilnejších izotopov tohto nepolapiteľného prvku.

Problematické sa javí nielen extrahovanie einsteinia, ale aj jeho uchovania. Len pre zaujímavosť, najbežnejšie vyskytujúca forma einsteinia je einsteinium-253, ktorá ma polčas rozpadu iba 20 dní. To znamená, že po 20 dňoch sa rozpadne polovica daného prvku a po niekoľkých mesiacoch zmizne úplne.

Einsteinium-254 je však na tom podstatne lepšie, einsteinium-254 je veľmi vzácna forma einsteinia s polčasom rozpadu 276 dní. Znamená to teda, že každý mesiac vedci stratili 7 % hmotnosti už beztak malého množstva tohto unikátneho prvku.

Štúdia priniesla prekvapivé výsledky

Ako sme uviedli už vyššie, hlavným cieľom štúdie bolo meranie vzdialenosti einsteiniovej väzby, základnej chemickej vlastnosti, ktorá pomáha určiť, ako daný prvok interaguje s inými prvkami. Merania boli uskutočnené pomocou röntgenovej absorpčnej spektroskopie, pri ktorej je daná vzorka bombardovaná röntgenovými lúčmi.

Zobraziť celú galériu (4)

US Deparment of Energy

Ako píše web ExtremeTech, vzorka vo vyžarovanom svetle vykazovala tzv. modrý posun, čo bolo v rozpore so všetkými očakávaniami (predpokladal sa červený posun – predĺženie vlnovej dĺžky). To znamená, že vzdialenosti einsteiniových väzieb sú o niečo kratšie, ako sa doposiaľ predpokladalo na základe iných blízkych prvkov nachádzajúcich sa v Periodickej tabuľke.

Inými slovami, výsledky výskumu naznačujú, že einsteiniové elektróny sa pravdepodobne párujú iným spôsobom ako prvky v jeho blízkosti.

Predtým sa tiež predpokladalo, že je možné extrapolovať určité javy pozorované pri ľahších prvkoch, na ťažšie aktinoidové prvky, napríklad ako absorbujú svetlo, a ako sa veľkosť atómov a iónov ďalších prvkov nazývaných lantanoidy zmenšuje, keď stúpa ich atómové číslo. Nové výsledky však naznačujú, že táto extrapolácia nemusí vždy platiť.

Ďalším plánovaným experimentom bolo aj získanie údajov z röntgenových difrakčných testov, ktoré by nám povedali viac o elektrónových a molekulárnych väzbových štruktúrach einsteinia. Experiment však vedci kvôli pandémii Covid-19 nestihli uskutočniť a po návrate do laboratória bola väčšia einsteinia už dávno rozpadnutá.

Čítajte viac z kategórie: Novinky