From alchemy to super-actinides. The preparation, physical-chemical properties and the limits of ...

48 Pages·2017·7.6 MB·English

Autor: doc. RNDr. Jozef Kuruc, CSc. – Seminár pri príležitosti 50. výročia založenia
Katedry jadrovej chémie.
Východzou ideou prípravy tejto prednášky bolo poskytnúť prehľad aplikácií
aktinoidov a transaktinoidov spolu s prehľadom ich prípravy. Tým, že 8. júna 2016
Divízie anorganickej chémie IUPAC v tomto roku priznala syntézu štyroch
transaktiinidov: 113, 115, 117 a 118 a schválila ich predbežné názvy (Nihhonium, Nh;
Moscovium, Mc; Tennessine, Ts a Oganesson, Og - zodpovedajúco) [1] a vyzvala
vedeckú komiuntu na ich pripomienkovanie (definitívne majú byť schválené na
zasadaní IUPAC Divízie anorganickej chémie 8. novembra 2016).
V tejto prednáške autor používa už predbežne navrhované (zatiaľ však definitívne
ešte neschválené) názvy týchto štyroch prvkov. Cieľom tohto postupu bolo to, aby
prednáška nestratila aktuálnosť už asi po poldruha mesiaci. Ostáva len dúfať, že
Divízia anorganickej chémie IUPAC schváli tieto navrhované názvy (ohľadne názvu
prvku 117 (Ts) pozri poznámku pod slejdom Tenessine.

[1] IUPAC is naming the four new elements nihonium, moscovium, tennessine, and
oganesson. https://iupac.org/iupac-is-naming-the-four-new-elements-nihonium-
moscovium-tennessine-and-oganesson/
1
Alchýmia podľa autora zohrala významnú úlohu v rozvoji poznatkov o charakteristikách,
štruktúre a vlastnostiach rôznych látok, vo vývoji rôznych nielen laboratórnych metód ich
úprav a výroby rôznych produktov. Tieto poznatky a metódy sa stali základom vedeckého
skúmania – novodobej chémie, ktorá sa intenzívne začala rozvíjať začiatkom 19. storočia.
Alchymisti nepoužívali vedecké metódy. Všetky ich „poznatky“ neskôr materialistická veda
označila za banálne, obmedzené, nesprávne alebo aspoň nezmyselné. Napriek tomu alchýmia
predstavovala jednu z hlavných predchodcov moderných vied a alchymistom vďačíme za
objavenie mnohých látok a procesov, ktoré sú dnes dôležité pre modernú chémiu a
kovospracujúci priemysel. Dnes je alchýmia zaujímavá predovšetkým pre historikov vedy a
filozofie, kvôo jej mystickému, ezoterickému a umeleckýému aspektu.
Alchymisti všeobecne vnímali ako podvodníkov, bláznov a šarlatánov, ktorí sa snažili
zmeniť olovo (a iné ťaké kovy) na zlato a verili, že vesmir sa skladá zo štyroch základných
prvkov – zeme, vzduchu, ohňa a vody. Väčšinu svojho času venovali vytváraniu zázračných
liekov (všeliekov), jedov a magických elixírov.
Podrobnejšie o alchýmii pozri [2. 3]:
[2] Giua M (1962) Storia della chimica. Union Tipografico - Editrice Torinese. 246 p.; Džua
M (1975) Istorija chimii. Mir, Moskva. 479 p.
[3] Alchýmia. https://sk.wikipedia.org/wiki/Alch%C3%BDmia
2
Alchemists-Laboratory_jewelpedia.net
Svetské príspevky alchýmie boli pre dobový „chemický“ priemysel, testovanie a rafináciu rúd,
spracovanie kovov, výroba atramentu, rôznych farieb, kozmetických prípravkov, pokroky pri
výrobe keramiky a v sklenárstve, výťažkov z rastlín, nápoje, a podobne.
Na začiatku 18. storočia alchýmiu v Európe považovali za serióznu vedu. Isaac Newton strávil
podstatne väčšiu časť svojho života skúmaním a opisovaním alchýmie než venovaním sa
optike alebo fyzike. Ďalší vynikajúci alchymisti západného sveta boli napríklad Roger Bacon,
Saint Thomas Aquinas, Tycho de Brahe, Thomas Browne a Parmigianino. Zánik alchýmie začal
v 19. storočí zrodom modernej chémie, ktorá poskytovala presnejšie a spoľahlivejšie
vysvetlenia pre zmeny látok.
K najvýznamnejším príspevkom alchýmie sú: napríklad medený nástroj datovaný do obdobia
Egyptskej alchýmie, ktorý sa používal na chemické experimenty; taktiež proces spracovania
zvieracích koží bol známy už z pred-dynastického Egypta, aj keď možno bol objavený
náhodne; alchymisti v Egypte objavili maltu asi 4 tisíc rokov pred n. l., a hrnčiarske techniky
asi 1500 rokov pred n. l. Chemická reakcia prebiehajúca pri výrobe oxidu vápenatého je
pravdepodobne najstaršou známou reakciou. V starovekom Egypte už vyrábali kozmetiku,
cement, fajansovú keramiku a smolu pre stavbu lodí. Papysrus používali v Egypte už 3000
rokov pred n. l. Čierny prach bol dôležitý vynález čínskych alchymistov.
Islamský alchymisti prispeli kľúčovými chemickými znalosťami, napríklad technikou destilácie,
objavením síry, dusičnatých kyselín, sódy, potašu, lúčavky kráľovskej a inými.

3
V roku 1919 Ernest Rutherford dokázal ako prvý na svete transmutovať jeden chemický
prvok na iný. Podarilo sa mu iniciovať jadrovú reakciu dusíku s alfa časticou a premeniť dusík
na kyslík:

Už v rokoch 1900 až 1903 spolupracoval s Frederickem Soddym z Mcgillovej univerzity na
transmutácii prvkov, za tieto práce dostal v roku 1921 Nobelovu cenu za chémiu. Po ňom je
pomenovaný chemický prvok rutherfordium, Rf, Z=104 (bol objavený v r. 1969, definitívne
pomenovaný v r. 1997). Celkovo za posledných 50 rokov Periodická sústava prvkov bola
doplnená 17 novými prvkami, vrátane tých, ktoré uzatvárajú 7. periódu Periodickej sústavy
prvkov.
Zlato (vytúžený cieľ alchemikov) možno pripraviť viacerými cestami. Zlato bolo po prvý krát
pripravené z ortuti bombardovaním neutrónmi v roku 1941, ale všetky vznikajúce izotopy boli
rádioaktívne. Zlato je v súčasnosti vyrábané v jadrových reaktoroch ožarovaním neutrónmi
platiny alebo ortuti [2].
[2] R. Sherr; K. T. Bainbridge & H. H. Anderson (1941). Transmutation of Mercury by Fast
Neutrons. Physical Review. 60 (7): 473–479. doi:10.1103/PhysRev.60.473
V roku 1980 Glenn Seaborg premenil niekoľko tisíc atómov bizmutu na zlato v Lawrence
National Berkeley Laboratory [3]. Jeho experimentálna technika bola schopná odstrániť
protóny a neutróny z atómov bizmutu. Avšak Seaborgova technika by bola príliš drahá aby sa
dala použiť na rutinnú výrobu zlata.
[3] Aleklett, K.; Morrissey, D.; Loveland, W.; McGaughey, P.; Seaborg, G. (1981). Energy
dependence of 209Bi fragmentation in relativistic nuclear collisions. Physical Review C. 23
(3): 1044. doi:10.1103/PhysRevC.23.1044
4
Použitie fúzie ľahkých jadier deutéria a trícia ako zdroj veľkého množstva energie
(princíp termonukleárnej bomby a TOKAMAK-ov) navrhol akademik Andrej
Dmitrijevič Sacharov (laureát Nobelovej ceny za mier, 1975).
[4] Nuclear explosion. https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_explosion
]5] ITER. https://www.iter.org/
Spaľovacia komora zariadenia pre laserovú fúziu Nova (Lawrence Livermore
Laboratory, USA).[6]
[6] Nova laser fusion facility (Lawrence Livermore Laboratory, USA).
http://www.fusion-eur.org/fusion_cd/inertial.htm

5
[2] Newlands, John A. R. (1865-08-18). "On the Law of Octaves". Chemical News.
12: 83.

V tomto stručnom historickom prehľade si autor nekladie za cieľ detailne poukázať na
na jednotlivé etapy vývoja Perodického zákona. Takýto prehľadov bolo
publikovaných niekoľko, napríklad:
Scerri Eric R. (on January 21, 2011) The Evolution of the Periodic System.
https://www.scientificamerican.com/article/the-evolution-of-the-periodic-system/

Patrí sa uviesť aspoň knihu (zobrané spisy) samotného objaviteľa Periodického
zákona:
Менделеев Д.И. (1958) Периодический закон. Moсква, Изд-во АН СССР. 830 с.
(Mendeleev D. I. (1958) Periodicheskii zakon. Moskva, Izd-vo AN SSSR. 830 s.)

6
Bola publikovaná história objavov prvkov [7] a pôvod ich medzinárodných názvov až po
posledný aktinoid (okrem prvkov 113, 115 a 117) [8].
[7] História objavov chemických prvkov.
http://naturescience.fhpv.unipo.sk/chemia/objav.htm
[8] Jirkovský R, Tržil J, Mažáriová G (1980) Abeceda chemických prvkov. 2. vyd.
Bratislava, Alfa.
Na obrázku je faksimile pôvodného variantu Periodického zákona, podľa prvého záznamu,
zobrazeného na známke ZSSR z roku 1969 (pri stom výročí objavu Periodického zákona).
Práve neskoršie objavy Mendelejevom predpovedanej existencie dovtedy neznámych prvkov
priniesli D. I. Menedelejevovi všeobecné uznanie jeho objavu. V rokоch 1905, 1906 a 1907
bol nominovaný na udelene Nobelovej ceny za chémiu [9].
[9] Менделеев, Дмитрий Иванович.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%B5%D0%B2,_%D0%94%D0%BC%D0%B8%D1%82
%D1%80%D0%B8%D0%B9_%D0%98%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%87#.D0.9D.D0.BE.D0.B1.D0.B5.D0.BB.D0.B5.D0.B
2.D1.81.D0.BA.D0.B0.D1.8F_.D1.8D.D0.BF.D0.BE.D0.BF.D0.B5.D1.8F
V roku 1906 ho navrhlo na Nobelovu cenu veľký počet zahraničných vedcov (ruskí nikdy).
Nobelov výbor navrhol udelenie ceny D. I. Mendelejevovi, avšak Švédska kráľovská
akadémia vied zamietla toto rozhodnutie, v čom zohral rozhodujúcu úlohu S. Arrhenius
(laureát z roku 1903 года za teóriu elektrolytickej disociácie), existovala mýlna mienka o tom,
že D. I. Mendelejev neuznal túto teóriu; laureátom sa stal francúzsky vedec F. Moissan — за
открытие fluóru. V roku 1907 navrhli „rozdeliť“ prémiu medzi Taliana S. Canniccaro a D. I.
Mendelejeva, avšak 20. januára (2. februára) 1907 Mendelejev zomrel [10].
[10] А. М. Блох. «Нобелиана» Дмитрия Менделеева. — «Природа» № 2, 2002

7
V roku 1869, kedy D. I. Mendelejev objavil Periodický zákon, ktorý vyjadril vo forme
Periodickej tabuľky prvkov, bolo ich známych 63.
V roku 1951, v ktorom som sa narodil, ľudstvo už poznalo 98 prvkov, z toho bolo 6
nových prvkov, ktoré nie sú na Zemi prítomné (okrem stôp Np a Pu).
Objavy ďalších prvkov, o ktorých sa často písalo, ma fascinovalo (aj keď som
pôvodne študoval organickú chémiu a fotochémiu, možno práve preto som nakoniec
„zakotvil“ na Katedre jadrovej chémie...).
V čase, keď som začal študovať na Leningradskej štátnej univerzite (1970) už sme
poznali 105 prvkov a kým som tamtiež ukončil vedeckú ašpirantúru dokázali pripraviť
ďalší prvok – Sg.
Odvtedy bolo syntetizovaných ešte 13 dovtedy neznámych prvkov (!)
O histórii objavov týchto aktinoidov a transaktinoidov práve pojednáva táto
prednáška.

Doteraz bolo publikovaných vyše tisíc alternatívnych Periodických tabuliek [1] a
veľký počet ich klonov.

[1] The INTERNET Database of Periodic Tables.
http://www.meta-synthesis.com/webbook/35_pt/pt_database.php?Button=All

8
Foto: J. Kuruc, 2005

Toto je historická Аula Mendelejevovho centra v Sankt-Peterburgskej štátnej
univerzite. V tejto budove sídli aj Knižnica Mendelejevovej Ruskej chemickej
spoločnosti a Katedra rádiochémie.
V tejto aule prednášal aj D. I. Mendelejev. Osobne považujem za česť, v tejto
historickej aule, v ktorej doteraz vládne Mendelejevov duch, sme tu v roku 1973
absolvovali prednášky z rádiochémie, o rok neskôr aj prednášky z vedeckého
komunizmu („stihol“ som iba jednu, aj na tú som meškal... ).
Fotografia je zo zahájenia konferencie v roku 2005, kedy som sa tu zúčastnil na 4.
Medzinárodnej konferencii mladých vedcov z organickej chémie. Konferencia bola
zahájená koncertom kvarteta (kvarteto sa nachádzalo na balkóne s dvomi bočnými
schodiskami).
9
Foto: J. Kuruc, 2005

Historická Mendelejevova periodická tabuľka prvkov (vyhotovená v roku 1976 pod
osobným vedením D. I Mendelejeva) v Аule Mendelejevovho centra v Sankt-
Peterburgskej štátnej univerzite. Vľavo je busta A. M. Butlerova, vpravo busta D. I
Mendelejeva.
10