Aká bola vedecká dráha Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva, v čom spočíva jeho vedecký prínos a prečo nedostal Nobelovu cenu? Rok 2019 je Medzinárodným rokom periodickej tabuľky prvkov a vedci varujú, že niektoré prvky ťažíme nadmerne.
Fotografia sochy Dmitrija Ivanoviča Mendelejeva, ktorá sa nachádza na ulici Radlinského v areáli Slovenskej technickej univerzity, vyjde tento piatok na titulke prestížneho vedeckého časopisu Science.
Sochu fotil fotograf Denníka N Vladimír Šimíček. „Kontaktoval ma fotoeditor zo Science. Povedal mi, že sochu si vybrali, lebo je vizuálne zaujímavá. Mali konkrétnu predstavu, ako to spraviť – fotil som zhora z rebríka a dielo som nasvecoval,“ povedal Šimíček.
V sobotu 2. januára uplynie 112 rokov od Mendelejevovho úmrtia.
Ruský prírodovedec vydal prvý návrh periodickej tabuľky prvkov pred 150 rokmi v roku 1869. Pri tej príležitosti vyhlásilo UNESCO tento rok za Medzinárodný rok periodickej tabuľky prvkov.
Autorom sochy na Radlinského je sochár Karol Lacko (†2007), ktorý sa v prevažnej miere venoval medaile a plakete.
Socha Mendelejeva nie je presne datovaná a vie sa o nej toľko, že vznikla v 70. rokoch, keď sa stavala nová budova Fakulty chemickej a potravinárskej technológie STU na Radlinského.
Na výšku má dva metre a vyrobená je z frézovaného nerezu.
Lacko patril k významnejším dobovým sochárom. Za kolekciu medailí získal v roku 1967 cenu na Bienále mladých v Paríži. Verejnosť ho môže poznať aj ako spoluautora súsošia Klementa Gottwalda na Gottwaldovom námestí, dnešnom Námestí slobody v Bratislave.
Ako systematicky usporiadať prvky
Mendelejev vyrastal na Sibíri v meste Toboľsk na vonkajšej hranici západnej civilizácie. Z Toboľska je bližšie do Pekingu ako Paríža.
Dmitrij bol najmladším zo 17 súrodencov alebo najmladším z chlapcov.
Po smrti otca sa presťahoval do Moskvy a následne Petrohradu, kam nastúpil na vysokú školu. O šesť rokov neskôr úspešne obhájil magisterskú prácu.
V roku 1860 sa zúčastnil na konferencii v nemeckom Karlsruhe, kde taliansky chemik Stanislau Cannizzaro predstavil prelomový článok o atómových váhach.
Bolo to v čase, keď niektorí chemici pochybovali o význame atómových váh pre usporiadanie prvkov a iní dokonca spochybňovali existenciu atómov, píše chemik Mike Sutton na stránke Chemistry World.
V roku 1865 obhájil Mendelejev doktorandskú prácu a o dva roky na to ho na univerzite v Petrohrade vymenovali za profesora všeobecnej chémie.
Vyučoval anorganickú chémiu a keďže nemal k dispozícii vyhovujúcu učebnicu, pustil sa do písania. „Z toho dôvodu začal uvažovať, ako chemické prvky systematicky usporiadať,“ píše chemik Sutton.
Periodický zákon
6. marca 1869 vytvoril prvý návrh periodickej tabuľky prvkov, ktorý predstavil Ruskej chemickej spoločnosti.
Profesor Jozef Šima, ktorý pôsobí na Fakulte chemickej a potravinárskej technológie STU, pre Denník N povedal, že aj v čase Mendelejeva boli rôzne tabuľky prvkov a dnes ich je okolo 400.
„Tabuľka nie je podstatná. Ide len o grafické vyjadrenie toho, čo je naozaj podstatné, a to je periodický zákon. Mendelejev ho v knihe Základy chémie definoval tak, že vlastnosti prvkov sú periodickou funkciou ich atómových váh,“ hovorí chemik.
Podľa periodického zákona sa vlastnosti prvkov periodicky opakujú. „Čiže po istom počte prvkov dostanete iný prvok s podobnými vlastnosťami,“ povedal Šima z STU.
Chemik dodal: „Periodický zákon je najväčším zákonom chémie. Je na ňom založený celý odbor.“
Mendelejev zoradil do tabuľky 67 chemických prvkov, vysvetlil Šima. K atómovej váhe ako hlavnému kritériu usporiadania prvkov nepristupoval dogmaticky. „Prvky sa nebál prehodiť. Vymenil napríklad draslík s argónom. Draslík má vlastnosti ako sodík, tak ho nedal medzi vzácne plyny,“ dodal slovenský chemik.
Predpovedal prvky, ktoré ešte nepoznal
V tabuľke dokonca v niektorých prípadoch nechal voľné miesto, ak si myslel, že by doň patril prvok, ktorý v tom čase ešte nebol objavený. „V tom sa prejavovala jeho genialita,“ vraví Šima.
Mendelejev predpovedal napríklad vlastnosti skandia a germánia, ktoré boli objavené až v roku 1879 a 1885.
Gálium objavil francúzsky chemik Paul Lecoq de Boisbaudran v roku 1875. „Francúzsky chemik zle určil hustotu gália a Mendelejev mu napísal, aby ju premeral. Ukázalo sa, že Mendelejev mal pravdu – presnejšie predpovedal vlastnosti prvku ako človek, ktorý ho objavil,“ hovorí Šima.
Mendelejev dokázal predpovedať existenciu uvedených prvkov, hoci v jeho čase nebola známa existencia atómov či elektrónov.
Nie všetko mu však vyšlo. Chybne napríklad predpovedal existenciu éteru, akejsi záhadnej substancie, o ktorej si myslel, že bude ľahšia ako vzácne plyny a bude mať atómovú váhu 0,17.
Protónové číslo a 118 prvkov
Niekoľko rokov po Mendelejevovej smrti v roku 1907 urobil britský fyzik Henry Moseley spektrálnu analýzu prvkov a zistil, že existuje atómové (protónové) číslo. Vyjadruje počet protónov v jadre daného atómu či všeobecne atómov daného prvku.
Periodický zákon sa následne zmenil tak, že vlastnosti prvkov sa periodicky opakujú podľa ich protónového čísla. Podstata periodicity teda spočíva v opakovaní sa elektrónových konfigurácií atómov.
Periodická tabuľka dnes pozná 118 prvkov, z nich 92 (po urán) sa vyskytuje v prírode. Zvyšok sú umelo pripravené prvky.
Naposledy pribudli do periodickej tabuľky chemické prvky v roku 2016, posledný oganesón má protónové číslo 118. „Tieto prvky sú nestabilné, rádioaktívne a ich existencia trvá iba miniatúrny zlomok sekundy. U nás na Zemi vieme podmienky pre ich existenciu vytvoriť iba na veľmi krátky čas, no je možné, že niekde vo vesmíre, napríklad v supernove alebo v blízkosti čiernej diery, by sa mohli nachádzať na zlomok sekundy. Na Zemi ich pripravujeme v urýchľovačoch častíc,“ povedala pre Denník N chemička Martina Hestericová.
Odborníčka získala doktorát z chémie na univerzite v Bazileji a prispieva aj do vedeckej rubriky Denníka N.
Podľa chemičky je také ťažké vyrábať nové prvky preto, lebo pri väčšom počte protónov treba prekonávať väčšiu silu, ktorá ich od seba odpudzuje. „Ak by sa objavil ďalší prvok, mal by protónové číslo 119 a zaradil by sa do stĺpca, ktorý začína vodíkom. Vieme predpovedať, že by išlo o kov, ktorý by prudko reagoval s vodou.“
Nobelovu cenu nedostal
Mendelejev mal široký prírodovedný záber. Venoval sa mineralógii, ropnému priemyslu či zloženiu a vlastnostiam roztokov. Publikoval okolo 400 prác.
„Prvý závod na spracovanie ropy bola jeho myšlienka,“ vraví chemik Šima.
„Do čoho zabŕdol, tam zanechal výraznú stopu. Mimoriadnym spôsobom prispel k rozvoju prírodných vied. Bol to génius. Keď chcem podpichnúť fyzikov, tak im hovorím, že na prvé miesto velikánov kladú Newtona iba preto, lebo nepoznajú Mendelejeva,“ dodal s úsmevom na tvári Šima.
Nobelovej ceny sa však Mendelejev nedožil. Po prvý raz sa nobelovka udeľovala v roku 1901 a Šima vysvetlil, že v tom čase sa udeľovala za objavy z predošlého roku. Periodický zákon však Mendelejev objavil viac ako 30 rokov predtým.
„Nobelovu cenu nedostal aj preto, lebo sa dostal do sporu so slávnym švédskym chemikom Svante Arrheniom. Vedci mali odlišné názory na roztoky a Arrhenius bol proti tomu, aby Mendelejevovi udelili Nobelovu cenu,“ vraví Šima.
Vyčítali mu nemorálny život
Osobný Mendelejevov život bol nekonvenčný. Dlhú bradu si upravoval iba raz za rok a úpravu zovňajška odmietal, aj keď ho na dvore prijímal cár.
Po prvý raz sa oženil v roku 1862. Druhýkrát to bolo v roku 1881, hoci bol vtedy ešte ženatý s prvou ženou. „Istý čas žil ako bigamista, čo bol dôvod, prečo ho neprijali do Petrohradskej akadémie vied. Vyčítali mu, že žil nemorálne,“ hovorí chemik Šima.
Podľa neho hlásili Mendelejevov prehrešok cárovi, ktorý bol k vedcovi zhovievavý. „Povedal niečo v zmysle, že Mendelejev síce mal dve manželky, ale my ako cár máme len jedného Mendelejeva,“ vraví vedec z STU.
Striebro a hélium
Pri príležitosti 150. výročia Mendelejevovej periodickej tabuľky vydala Európska chemická spoločnosť (European Chemical Society) novú verziu tabuľky, aby upozornila na riziko vyťaženia cenných prvkov.
Červenou farbou sú označené „ohrozené“ prvky, ktoré sa v nasledujúcich sto rokoch stanú oveľa menej dostupnými. Platí to pre hélium, striebro, gálium, germánium, indium, zinok a ďalšie.
„Mali by sme sa zamyslieť nad tým, ako často si kupujeme šperky zo striebra,“ hovorí chemička Hestericová.
„Ľudia, ktorí si radi doprajú luxus, konzumujú jedlo s tenkou vrstvou zlata či striebra. V Indii je to tradícia na svadbách – svadobčania konzumujú takto dekorované zákusky. Uvedené kovy sú inertné a keď ich zjeme, nič sa nám nestane. V našom tele nereagujú a my ich bezpečne vylúčime. V kanalizáciách sa preto často nachádzajú veľké zásoby kovov,“ dodala vedkyňa.
Čo sa týka hélia, vo vesmíre ide o druhý najčastejšie sa vyskytujúci prvok, hneď po vodíku. Na Zemi ho však získavame zložito a zásoby nie sú neobmedzené.
V roku 2016 vedci objavili v Afrike nové ložisko. „Problém s héliom to však nevyrieši, iba oddiali,“ hovorí Hestericová.
Šima dodal, že hélium sa vo veľkom využíva napríklad pri vyšetrení magnetickou rezonanciou (MR). „Aby bol materiál s MR supravodivý, musí sa chladiť héliom. Jeho spotreba je veľká, lebo sa využíva v celej oblasti výskumu, kde sa vyžadujú silné magnetické polia,“ dodal profesor chémie Šima.
Indium na dotykových obrazovkách
Indium sa využíva na dotykových obrazovkách smartfónov či tabletov, aby bola obrazovka zariadení vodivá. „Keď sa užívateľ dotkne miesta na obrazovke, vznikne okruh, keďže prst je vodivý. Podľa toho telefón vie, kde sme sa ho dotkli.“
Chemik David Cole-Hamilton z University of St Andrews pre The Conversation píše, že indium vzniká ako vedľajší produkt pri výrobe zinku. Vedec varuje, že z tohto zdroja sa môže minúť už za 20 rokov.
„Za ostatných niekoľko rokov cena india vzrástla už o štvrtinu,“ vraví Hestericová a dodáva: „Ak to takto pôjde ďalej, ceny telefónov sa budú zvyšovať.“
Problémom s nedostatkom india a iných prvkov sa podľa Cole-Hamiltona môžeme vyhnúť tromi spôsobmi – náhradou za iné prvky, recykláciou alebo menšou spotrebou. „Čo sa týka náhrady za indium, pripravujú sa nové obrazovky s grafénom, ale od komerčnej produkcie je to ešte veľmi ďaleko,“ hovorí Hestericová.
O separácii prvkov chemik Šima povedal, že „v súčasnosti nedokážeme z odpadov na skládkach efektívne triediť indium alebo striebro“.
Fosfor oslavuje od svojho objavu okrúhlych 350 rokov a ako upozorňuje chemik Petr Kilian z University of St Andrews, aj jeho zásoby sa výrazne míňajú. Je to najmä pre hnojenie fosfátmi. „Ľudia konzumujú ročne o tri milióny ton fosforu viac, ako potrebujú. Vylúčia ho v moči a výkaloch,“ dodal Kilian.
Chemička Hestericová k problematike na záver povedala: „Zásoby niektorých prvkov na Zemi sú veľmi obmedzené. Preto by sme sa mali zamyslieť nad tým, aké je naše spotrebiteľské správame“.
PUBLIKOVANÉ 31. január 2019
