WEBVTT

00:00:00.000 --> 00:00:04.740
Znáte tu věc, co vás může proměnit
v superhrdinu nebo v mutanta?

00:00:04.750 --> 00:00:09.440
Alespoň ve většině sci-fi filmů natočených
v posledních 60 letech to tak bývá.

00:00:09.440 --> 00:00:15.600
Ta věc je dokonce v názvu písně, která nás
vítá v nové éře (od Imagine Dragons)

00:00:15.600 --> 00:00:18.580
V nové éře pravděpodobně
po nějaké apokalypse.

00:00:18.580 --> 00:00:23.640
Jen málo věcí z oblasti chemie bývá tolik
skloňováno, jako je právě radioaktivita.

00:00:23.640 --> 00:00:27.760
Avšak některé její vlastnosti bývají
chápány naprosto mylně.

00:00:27.760 --> 00:00:33.200
Většina si ji představuje jako nástroj
pro mutaci genů a roztékání obličejů.

00:00:33.200 --> 00:00:36.600
A musím uznat, že některé formy
radioaktivity toto dokáží udělat.

00:00:36.600 --> 00:00:38.660
Ale o to spíš je dobré ji
rozumět, nebo ne?

00:00:38.660 --> 00:00:45.340
Zároveň ale umí vyrábět elektřinu pro náš
pohodlný život bez globálního oteplování.

00:00:45.350 --> 00:00:49.500
Přestože Fukušima nám ukázala,
že to není úplně bez rizika.

00:00:49.500 --> 00:00:51.170
Ale o tom si
povíme v příštím díle.

00:00:51.170 --> 00:00:54.370
Než se ale pustíme do tajů jaderné
chemie jako je jaderné štěpení,

00:00:54.370 --> 00:01:00.900
jaderné fúze a jejich úskalí, nejprve
si přesně vysvětlíme radioaktivitu.

00:01:00.900 --> 00:01:05.590
Co to vlastně je, jaké existují druhy
a proč se jí vlastně nemusíme bát.

00:01:05.590 --> 00:01:07.890
Tedy alespoň ne
ve všech případech.

00:01:07.890 --> 00:01:17.440
Jaderná chemie - radioaktivita

00:01:17.440 --> 00:01:21.199
Radioaktivita je takovým
speciálním tématem v chemii,

00:01:21.199 --> 00:01:23.580
když ji porovnáme s tím,
co jsme probírali doposud.

00:01:23.580 --> 00:01:27.159
Chemické reakce jsou založeny na
různých kejklích vnějších elektronů.

00:01:27.160 --> 00:01:32.250
Protony, neutrony, a dokonce i vnitřní
elektrony se jimi prakticky nemění.

00:01:32.250 --> 00:01:36.840
Protony a neutrony jsou ale stále
součástí atomu a také sloučenin

00:01:36.840 --> 00:01:39.100
a jejich interakce
jsou také důležité.

00:01:39.100 --> 00:01:42.810
Pokud se účastní reakce i protony a
neutrony a mění se u toho jejich počet,

00:01:42.810 --> 00:01:44.950
často se tím uvolní
obrovské množství energie.

00:01:44.950 --> 00:01:48.729
Mnohem více, než jen z pouhého přesunu
elektronů, o kterém jsme se bavili dříve.

00:01:48.729 --> 00:01:53.960
Jelikož se tyto změny dějí přímo v jádře,
pojmenovala se daná oblast Jaderná chemie.

00:01:53.960 --> 00:02:00.180
Teď si říkáte, že změníme-li jádro atomu,
úplně se tím změní celá jeho podstata.

00:02:00.180 --> 00:02:02.660
Počtem protonů je
přeci dán prvek.

00:02:02.660 --> 00:02:08.479
Změnou počtu protonu se proto
změní prvek na úplně jiný.

00:02:08.479 --> 00:02:11.000
O tom snili alchymisté,
přeměnit olovo ve zlato.

00:02:11.000 --> 00:02:15.320
Jak si asi dokážete představit, toto se
v běžné chemické reakci ale neděje.

00:02:15.320 --> 00:02:18.880
To samé platí i pro druhou
jadernou částici, neutrony.

00:02:18.880 --> 00:02:24.480
Atomům se stejným protonovým, ale různým
neutronovým číslem říkáme izotopy.

00:02:24.480 --> 00:02:28.960
Při změně počtu protonů získáme
jiný izotop stejného prvku.

00:02:28.960 --> 00:02:35.850
Oběma těmto dějům, kdy se mění počet
částic v jádru, říkáme transmutace.

00:02:35.850 --> 00:02:39.690
Vyplývá z toho také, že je možné
přetvořit olovo na zlato.

00:02:39.690 --> 00:02:45.040
Celý ten proces je ale natolik drahý,
že by se to vůbec nevyplatilo.

00:02:45.040 --> 00:02:51.560
Ale dává nám to jasně najevo, že jaderná
chemie je úplně jiné chemické kafe.

00:02:51.560 --> 00:02:56.000
I když něco má jaderná chemie
s tou obyčejnou společného,

00:02:56.000 --> 00:03:01.940
stejně jako my, i všechny
atomy touží po stabilitě.

00:03:01.940 --> 00:03:06.860
Stejně jako atomy jsou nejstabilnější,
pokud mají plně zaplněnou valenční slupku,

00:03:06.860 --> 00:03:10.450
jádra také upřednostňují určité
kombinace protonů a neutronů.

00:03:10.450 --> 00:03:15.160
A stejně jako když atomy přijímají nebo
odevzdávají elektrony kvůli stabilizaci,

00:03:15.170 --> 00:03:21.360
při nestabilním počtu protonů a neutronů
se jádro stabilizuje jejich odevzdáním.

00:03:21.360 --> 00:03:27.120
Procesu, při kterém se jádro takto
rozpadne, říkáme radioaktivní rozpad.

00:03:27.120 --> 00:03:29.709
A stejně jako u jakékoli
jiné chemické reakce,

00:03:29.709 --> 00:03:34.920
i u této je třeba znát více informací
než jen reaktanty a produkty.

00:03:34.920 --> 00:03:40.340
V tomto případě je nejdůležitější vědět,
kolik produktu vznikne a jak rychle.

00:03:40.340 --> 00:03:43.600
Nejdůležitější s tímto spojenou
veličinou je poločas rozpadu.

00:03:43.610 --> 00:03:47.170
Je to čas, za který zbude polovina
počáteční koncentrace reaktantu.

00:03:47.170 --> 00:03:49.370
Tento poločas rozpadu
je daný pro každé jádro.

00:03:49.370 --> 00:03:53.560
Pokud jej známe, dokážeme vypočítat,
kolik vzorku budeme mít po určitém čase.

00:03:53.570 --> 00:03:57.620
Fosfor-32 má například
poločas rozpadu 14,3 dne.

00:03:57.620 --> 00:04:01.900
Pokud jej tedy budeme mít 100 gramů,
po 2 týdnech nám bude zbývat 50 gramů.

00:04:01.900 --> 00:04:07.300
Po dalších 2 týdnech se množství zase
sníží na polovinu, 25 gramů, a tak dále.

00:04:07.300 --> 00:04:11.400
Radioaktivní prvky se rozpadají
na stále stabilnější izotopy.

00:04:11.400 --> 00:04:15.660
Tím pádem přestávají být radioaktivní,
proč jsou tedy stále kolem nás?

00:04:15.660 --> 00:04:19.139
To je báječná otázka,
je dobře, že zazněla.

00:04:19.140 --> 00:04:24.740
Je to vlastně jednoduché, když vzorku
dáme dost času, přestane být radioaktivní.

00:04:24.740 --> 00:04:29.320
To platí i pro bismut, jehož poločas
rozpadu je delší než stáří vesmíru.

00:04:29.320 --> 00:04:35.180
Prvky s krátkými poločasy rozpadu
můžou být ale produkty jiného rozpadu.

00:04:35.180 --> 00:04:39.659
Takové řetězové rozpady mají
prvopočátek v nějaké supernově

00:04:39.659 --> 00:04:44.360
a teď se dále rozpadají na
Zemi po dobu miliard let.

00:04:44.360 --> 00:04:48.020
Některé radioaktivní izotopy, jako
například uhlík-14 v atmosféře,

00:04:48.020 --> 00:04:50.460
se neustále obnovují
působením kosmického záření.

00:04:50.460 --> 00:04:52.190
Radioaktivní rozpad
se spustí tehdy,

00:04:52.190 --> 00:04:55.780
pokud je jaderná energii vyšší
než u jiné jeho stabilní verze.

00:04:55.780 --> 00:05:01.020
Tento energetický rozdíl je běžně
vyrovnáván pomocí ionizujícího záření.

00:05:01.029 --> 00:05:03.209
To už známe pod
pojmem radioaktivita.

00:05:03.209 --> 00:05:05.644
Ionizující tomu
říkáme proto,

00:05:05.644 --> 00:05:09.380
že má dostatek energie pro
vyražení elektronu z jiného atomu

00:05:09.380 --> 00:05:11.160
A tím
vytváří ionty.

00:05:11.160 --> 00:05:13.380
Existují tři typy
radioaktivního rozpadu.

00:05:13.380 --> 00:05:17.479
Jejich pojmenování vyplývá z toho,
co se při rozpadu uvolňuje z jádra.

00:05:17.479 --> 00:05:20.919
Pojďme se podívat na nejznámější
radioaktivní prvek, tedy uran.

00:05:20.919 --> 00:05:25.300
Nejběžnějším v přírodě se
vyskytujícím izotopem je uran-238.

00:05:25.300 --> 00:05:28.680
Tento izotop tvoří více
než 99 % uranu na světě.

00:05:28.680 --> 00:05:35.620
Uran-238 se samovolně rozpadá na
thorium-234 a uvolní se tím alfa částice.

00:05:35.620 --> 00:05:37.990
Z tohoto důvodu tento proces
nazýváme rozpad alfa.

00:05:37.990 --> 00:05:41.060
Je u něj vyzářena částice,
která odpovídá heliu,

00:05:41.060 --> 00:05:43.160
2 protony se
2 neutrony.

00:05:43.160 --> 00:05:45.540
Takto se
i zapisuje.

00:05:45.550 --> 00:05:49.550
Rovnou si to pojďme i přepočítat, jestli
nám vychází počet protonů a neutronů.

00:05:49.550 --> 00:05:54.720
92 minus 2 je 90 a 238
minus 4 je opravdu 234.

00:05:54.720 --> 00:05:57.279
Povšimněte si, že
nezaznamenáváme náboje.

00:05:57.280 --> 00:06:02.060
Heliová částice bude mít náboj 2
plus a thorium bude mít 2 minus.

00:06:02.060 --> 00:06:03.629
Není to sice
špatně si je zapsat,

00:06:03.629 --> 00:06:06.960
ale většinou se nepíšou, abychom
zdůraznili, že se proces děje v jádru.

00:06:06.960 --> 00:06:11.069
Alfa částice teď nemají moc energie
a na částici jsou celkem těžké.

00:06:11.069 --> 00:06:14.539
I když se snažím nechodit
s uranem po kapsách,

00:06:14.539 --> 00:06:18.249
vím, že alfa částice neprojdou
ani listem papíru ani látkou.

00:06:18.249 --> 00:06:22.539
Druhým typem rozpadu je rozpad
beta, při kterém se uvolňují elektrony.

00:06:22.539 --> 00:06:24.800
Ty mají o něco větší
energii než alfa částice,

00:06:24.800 --> 00:06:28.889
ale stejně je dokážeme odstínit
tenkou hliníkovou fólií nebo naší kůží.

00:06:28.889 --> 00:06:32.649
Co se děje dál s thoriem-234 po
tom, co vznikl z rozpadu uranu?

00:06:32.649 --> 00:06:37.249
Může se dále rozpadat
beta rozpadem.

00:06:37.249 --> 00:06:40.049
Uvolní se elektron
a vznikne xenon.

00:06:40.049 --> 00:06:43.529
Jen upozorňuji, že způsob zápisu
je zase o něco rozdílný.

00:06:43.529 --> 00:06:48.420
Thorium uvolní elektron, ale tento
elektron zapisujeme trochu zvláštně.

00:06:48.420 --> 00:06:53.960
Místo toho jej zapíšeme jakoby to bylo
jádro s protonovým a nukleonovým číslem.

00:06:53.960 --> 00:06:58.320
Jelikož je to ale elektron, píšeme
minus 1 do protonového čísla.

00:06:58.320 --> 00:07:00.220
To se může zdát
trochu divné.

00:07:00.220 --> 00:07:03.459
Nebojte, v příštím díle si to na
jaderných reakcích vše dovysvětlíme.

00:07:03.459 --> 00:07:09.309
Třetí typ rozkladu je trochu odlišný,
jelikož uvolňuje záření a ne částici.

00:07:09.309 --> 00:07:12.609
Říkáme mu záření gama a jedná
se o elektromagnetické záření,

00:07:12.609 --> 00:07:16.680
jako je třeba i viditelné nebo
UV záření, jen s vyšší energií.

00:07:16.680 --> 00:07:22.880
Jelikož se jedná jen o záření, nepočítáme
změnu protonů, neutronů ani elektronů.

00:07:22.889 --> 00:07:24.630
Zapisuje se se
dvěma nulami.

00:07:24.630 --> 00:07:26.035
Tato forma
záření je uvolněna,

00:07:26.035 --> 00:07:31.040
pokud dochází k elektronovému přechodu
z excitovaného stavu do stabilnějšího.

00:07:31.040 --> 00:07:33.599
Tím stabilnějším s nižší
energií bývá stav základní.

00:07:33.600 --> 00:07:38.520
Podle toho, kolik energie elektron
ztratí, přebytečná energie je uvolněna,

00:07:38.520 --> 00:07:42.139
a to buď ve formě viditelného světla,
rentgenových paprsků, nebo gama záření.

00:07:42.139 --> 00:07:44.419
Ukážeme si to na
příkladu niklu-60.

00:07:44.420 --> 00:07:49.060
Představte si atom niklu-60 s jedním
nebo více elektrony v excitovaném stavu.

00:07:49.060 --> 00:07:51.300
To značí ta hvězdička
vpravo nahoře.

00:07:51.300 --> 00:07:55.260
Atomy se často do takového stavu dostanou,
pokud jsou produkty jiného rozpadu.

00:07:55.260 --> 00:07:59.700
Také mohli reagovat se zářením uvolněným
z jiné reakce, čímž se elektrony excitují.

00:07:59.700 --> 00:08:02.360
Teď ale všechny elektrony
spadly do základního stavu

00:08:02.360 --> 00:08:04.719
a atom na základě toho
uvolní gama záření.

00:08:04.720 --> 00:08:08.740
Tento děj může ale také provázet
i jakoukoli jadernou reakci.

00:08:08.740 --> 00:08:12.539
Proto se s rozpadem gama
setkáváme i u jiných typů rozpadů.

00:08:12.539 --> 00:08:16.499
Například když se uran v excitovaném
stavu rozpadá na thorium,

00:08:16.499 --> 00:08:20.929
může zároveň uvolnit spolu
s alfa částicí i gama záření.

00:08:20.929 --> 00:08:23.929
Možná jste si všimli, že věnuji
gama záření největší pozornost.

00:08:23.929 --> 00:08:25.899
Je to proto, že může
být velmi nebezpečné.

00:08:25.899 --> 00:08:28.520
Například vás může přeměnit
na obří zelenou příšeru,

00:08:28.520 --> 00:08:31.499
které není žádný
fyzikální zákon svatý.

00:08:31.500 --> 00:08:35.539
Na rozdíl od ostatních zmíněných částic,
gama záření dokáže projít kůží,

00:08:35.539 --> 00:08:39.549
buněčnými membránami a
nakonec i buněčnými organelami.

00:08:39.549 --> 00:08:42.979
Dokáže tedy nejen popálit
kůži a udělat vám nevolno,

00:08:42.979 --> 00:08:46.060
nebo jakékoli další okamžité
příznaky nemoci z ozáření,

00:08:46.060 --> 00:08:49.360
může také způsobit mutace DNA
nebo spustit rakovinotvorný proces.

00:08:49.360 --> 00:08:51.160
Ale pojďme na
něco veselejšího.

00:08:51.160 --> 00:08:54.750
Existuje ještě jeden typ radioaktivity,
který je velmi jednoduchý.

00:08:54.750 --> 00:08:59.525
Je jím spontánní rozpad a způsobuje
rozpad atomu na 2 menší atomy.

00:08:59.525 --> 00:09:01.380
A nepotřebuje k tomu
žádný vnější zásah.

00:09:01.380 --> 00:09:04.519
S tímto procesem se
ale prakticky nesetkáme.

00:09:04.520 --> 00:09:10.240
Jediná látka, která toto dělá v poměru,
o kterém se dá mluvit, je kalifornium-254.

00:09:10.240 --> 00:09:14.160
Tímto procesem se tvoří neutrony
pro jiné jaderné reakce.

00:09:14.170 --> 00:09:15.700
O tom si ale
více povíme příště.

00:09:15.700 --> 00:09:20.800
Budeme se bavit o štěpení a fúzi a
o tom, jak vědci jaderné reakce regulují.