Upozornění pro čtenáře a uživatele této knihy

Všechna práva vyhrazena. Žádná část této tištěné či elektronické knihy nesmí být reprodukována ani šířena v papírové, elektronické či jiné podobě bez předchozího písemného souhlasu nakladatele. Neoprávněné užití této knihy bude trestně stíháno.

Sam Kean

MIZEJÍCÍ LŽÍCE, RŮŽOVÝ SNÍH A JISKŘÍCÍ BONBÓNY

Fascinující příběhy o vědě, šílenství a lásce z periodické tabulky prvků

Přeložil Marek Čtrnáct

Vydala Grada Publishing, a.s.

U Průhonu 22, Praha 7

obchod@grada.cz, www.grada.cz

tel.: +420 234 264 401, fax: +420 234 264 400

jako svou 6354. publikaci

Odpovědný redaktor Petr Somogyi

Grafická úprava a sazba Jakub Náprstek

Počet stran 336

První vydání, Praha 2016

Vytiskly Tiskárny Havlíčkův Brod, a.s.

Copyright © 2010 by Sam Kean

This edition published by arrangement with Little, Brown, and Company,

New York, New York, USA. All rights reserved.

Czech language translation © Grada Publishing, a.s., 2016

Názvy produktů, firem apod. použité v knize mohou být ochrannými známkami nebo registrovanými ochrannými známkami příslušných vlastníků.

ISBN 978-80-271-9414-8 (ePub)

ISBN 978-80-271-9413-1 (pdf)

ISBN 978-80-247-5844-2 (print)

Z RECENZÍ KNIHY SAMA KEANA

MIZEJÍCÍ LŽÍCE, RŮŽOVÝ SNÍH A JISKŘÍCÍ BONBÓNY

„Neodolatelné… Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny odhaluje historii, vášeň, šílenství a celkové drama našich životů… Keanův text překypuje šibalským vtipem a jeho láska k chemickým prvkům je přímo nakažlivá… Je jisté, že oslní každého čtenáře. Kean předkládá o každém prvku periodické tabulky úžasné příběhy… Jeho psaní jiskří jako malé elektrické šoky. Dodává tím vědě nové impulsy, takže se čtenář nemůže dočkat následující stránky a je zvědavý, co na něj ještě čeká… Keanova kniha je natolik nespoutaná a zábavná, že se o nové zajímavé informace prostě budete mít chuť se s někým podělit. Alchymie této knihy spočívá v tom, jak vás Kean přiměje vidět, zažít a ocenit svět odlišným způsobem, s opravdovým pocitem úžasu a radostí z objevu, která je přímo „elementální“.“

– Caroline Leavittová, Boston Globe

„Ti nejlepší vědečtí autoři umí na čtenáře přenést nadšení pro své téma, jež nakazí i ty z nás, kteří nikdy neslyšeli slovo „praseodym“… Kean odhaluje tajemství periodické tabulky s takovou sebejistotou a fascinací, že se materiál, který je normálně těžký jako olovo, transmutuje ve zlato… Autor nabízí anekdotické příběhy jako Oliver Sacks a píše srozumitelně a pro každého jako Malcolm Gladwell: dokáže i ty nejabstraktnější koncepty přiblížit tak, aby je pochopili i naprostí amatéři. Zvláště potěší jeho bystrý smysl pro humor… Keanovi se daří předkládat čtenářům chladná, tvrdá fakta o lidech i o chemii, jež se skrývají za úchvatnými jevy, které popisuje, a současně si uchovává onen důležitý prvotní údiv – a to je pro každého autora, který píše o vědě, stejně důležité jako NaCl pro lidstvo.“

– Keith Staskiewicz, Entertainment Weekly

„Opravdu vynikající… Mohu knihu Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny každému jen doporučit… Příběhy spojené s různými prvky a experimenty sloužícími k testování té či oné hypotézy vytvářejí dohromady skvělé čtení… Kupte si tu knihu.“

– John Carroll, San Francisco Chronicle

„Sam Kean je učitel, který oživí i ty nejúmornější předměty tím, že spojuje učební látku s každodenním životem a vysvětluje ji v každodenním jazyce, který exhumuje šťavnaté historky o experimentech a lidech, kteří je prováděli… Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny ale má nepochybně i ostré vědecké zuby… Její kapitoly jsou plné informací a prostoupené temperamentem… Kean s potěšením skáče z jednoho příběhu na druhý, s důvěrou v to, jak do sebe všechny detaily zapadají. Jeho kniha překypuje odkazy na populární kulturu a je plná překvapivě neformálních analogií. Keanovo hmatatelné nadšení a vzrušení ze znalostí a invence, kterou svým čtenárům poskytuje, dokážou nakazit i ty z nás, kteří obvykle používají jenom pravou hemisféru.“

– Christine Thomasová, Miami Herald

„Sam Kean představuje periodickou tabulku pomocí sbírky postav, jejichž příběhy ukazují naši interakci s fyzikálním světem. Tím, že v každé kapitole splétá řadu příběhů do volných témat, neponechává žádný kout tabulky nedotčený. Každý čtenář se něco naučí… Kean píše energicky a v tempu.“

– Phillip Ball, Nature

„Temperamentní… Kean udělal z knihy Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny nekonečnou přehlídku živých příběhů o vědě… Aktuální a zábavné téma.“

– Janet Maslinová, New York Times

„Kean dokáže pozoruhodným způsobem svoji knihu o magii a hrůze chemie oprostit od jakýchkoliv stop po odborném žargonu… Ambiciózní, ale čtenářsky příjemná kniha o podivném a úžasném světě chemických prvků.“

– Dan Falk, Associated Press

„Svěží pohled na prvky, z nichž je vytvořen náš svět… Tato kniha je plná anekdot o použití prvků a o překvapivě barvitých vědcích, kteří se podíleli na jejich objevu a vývoji. Nic v periodické tabulce nezůstane neprozkoumáno: Kean přináší zajímavá a občas i děsivá fakta o stavebních kamenech vesmíru.“

– Daily Beast

„Objevili jsme 112 formálně uznaných prvků a každý z nich má svůj příběh – někdy směšný, jindy děsivý. Kniha Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny vypráví o objevu a použití jednotlivých prvků a seznamuje nás s některými z nejbarvitějších a nejvýstřednějších osobností vědy… Tato kniha nepojednává pouze o zábavné stránce periodické tabulky prvků: Kean tyto historky využívá také k tomu, aby pomohl vysvětlit, proč se vlastně chemické prvky chovají tak, jak se chovají.“

– Alasdair Wilkins, io9.com

„Důmyslné a poutavé… ať už jste vědec, historik nebo milovník bulváru, v této knize je něco pro každého čtenáře.“

– Kate Quealy-Gainerová, Minneapolis Star Tribune

„Fascinující… Tato kniha je napsána tak, že se čtenáři nebudou muset biflovat chemii, aby tomuto vědnímu oboru skutečně porozuměli. Ani ti, kteří si ze školních hodin chemie něco pamatují, se nebudou nudit, protože tato kniha je plná příběhů z nejrůznějších oborů, od historie a válek po biologii a literaturu.“

– Sarah Zielinski, Smithsonian

„Ta složitá tabulka, která visí na zdi při středoškolské hodině chemie, odhaluje svá tajemství.“

– Los Angeles Times

„Tato kniha je dobrá – prostý, dobře napsaný soubor komických, tragických i naprosto prapodivných příběhů s obyvateli periodické tabulky prvků v hlavní roli.“

– Samantha Nelsonová, The Onion‘s A.V. Club

„Sam Kean dokázal něco pozoruhodného: zpřístupnil všem vysoce technickou vědu, zasadil známé i méně známé objevy do historického kontextu a udělal čtení o životech mužů a žen v laboratorních pláštích zábavným… Příběhy jsou fascinující a Kean je dokáže skvěle vyprávět.“

– Andy Alford, Austin American-Statesman

„Tak jako všichni dobří autoři píšící o přírodních vědách, i Kean je poháněn bezmeznou zvědavostí a úžasem, zaměřeným nejenom na fyzikální vesmír, ale i na neúnavné pokusy lidstva ho pochopit.“

– Alison Gillmorová, Winnipeg Free Press

„Poutavá prohlídka chemických prvků… Kean si libuje v nádheře a podivnosti prvků samotných.“

– Jennifer Schuesslerová, New York Times Book Review

„Přehlídka zábavných anekdot o vědcích (šílených i těch dalších)… Kean píše vtipně, má styl a erudici. Na povrch přitom neustále vyplouvají nová a nová zábavná fakta.“

– Publishers Weekly

„Svérázné, důmyslné a důkladné… Pokud jste se s periodickou tabulkou prvků naposledy setkali kdysi dávno ve školní třídě, nebojte se – tato kniha je plná příběhů, které se obvykle nacházejí spíše v milostných románech nebo thrillerech než v knihách o chemii, a Keanovo nadšení a vtip čtenáře provedou i těmi částmi, kde je potřeba trochu zapojit hlavu. I mistři chemikové se nepochybně dozvědí něco nového.“

– Rachel Ehrebnergová, ScienceNews

„Název udává tón této vtipné knihy plné historek o tom, jakou roli sehrály chemické prvky ve vědě, umění, válce, obchodu, medicíně, literatuře a jiných oborech… Kniha Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny je přesně můj oblíbený druh literatury faktu: odhaluje skrytý vesmír v podobě vzrušujícího příběhu.“

– Mark Frauenfelder, boingboing.net

„Jen málokdo z nás by někdy spojoval periodickou tabulku prvků s intrikami. Jak ale ukazuje Sam Kean, za těmito čtverečky s písmenky leží krutá minulost.“

– Fenella Saundersová, American Scientist

„Fantastické… Kean píše rozmarným, ale přesto velmi čtivým stylem… Velmi doporučuji pro veřejné knihovny a pro amatérské, středoškolské a pregraduální vědce, kteří se chtějí zároveň poučit a pobavit.“

– Ian D. Gordon, Library Journal

„Kdo mohl tušit, že periodická tabulka prvků je poutavá, šokující, a dokonce i zábavná? V knize Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny najdete spoustu mimořádně zajímavých detailů.“

– Rebecca Sodergrenová, Pittsburgh Post-Gazette

„Nádhera… Věda je fascinující; příběhy úžasné, ohromující, někdy tragické. Keanovo nadšení a humor se proplétají celou knihou. Pokud jste si mysleli, že vás kniha o vědě nemůže uchvátit, jste vedle. Kniha Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny váš názor změní.“

– Marilyn Dahlová, Shelf Awareness

„Informativní a vtipný pohled na historii periodické tabulky prvků… Kean nás baví a zároveň poučuje.“

– Tim O‘Connell, Florida Times-Union

„Fascinující… Kean má komický talent Billa Brysona… Živá historie chemických prvků a postav, které stály za jejich objevem.“

– Clint Witchalls, New Scientist

„Osobitá série epizod… Autor je skvělý vypravěč a má v zásobě spoustu příběhů… Kean vlastně popisuje téměř 150 let trvající příběh vědy a všechno to dokáže podat zajímavě. Zábavná a poučná kniha.“

– Kirkus Reviews

„Informativní a poutavá kniha Sama Keana krásně předvádí, že periodická tabulka může poskytnout výchozí bod pro příběhy o historii, politice, literatuře a umění, stejně jako se v ní může skrývat lidská vášeň, dobrodružství, bláznovství a zrada… Kean píše svěžím, veselým stylem a často používá analogie z každodenního života.“

– Science

„Kniha Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny je věrná svému názvu: je plná úžasných a zajímavých faktů a příběhů souvisejících s periodickou tabulkou… Tato kniha rozhodně patří do středoškolských učeben chemie. Každý – i středoškoláci, které na první pohled chemie nebaví – miluje dobrou historku.“

– Pooenima Apte, Mostly Fiction Book Reviews

„Kniha Mizející lžíce, růžový sníh a jiskřící bonbóny periodickou tabulku doslova oživuje. Je plná poutavých příběhů o všech prvcích, najdete v ní spoustou zasvěcených drbů o Nobelových cenách a takové množství politických intrik, že to jistě zaujme i ty z nás, kterým chemie mnoho neříká. Periodická tabulka v současnosti obsahuje 117 prvků a úkol sepsat kroniku jejich objevů a použití je tedy přímo herkulovský, ale Kean tuto práci nejen úctyhodným způsobem zvládl, ale také ji uspořádal tak, že putování tabulkou je příjemné a nijak úmorné… Kean předává čtenářům hluboké znalosti vývoje periodické tabulky a její budoucnosti.“

– Michael Paul Mason, Galleycat

ÚVOD

Když jsem byl dítě, na počátku osmdesátých let, měl jsem tendenci mluvit s různými věcmi v puse – jídlem, párátky, balónky, které pak uletěly, prostě s čímkoliv – a i když nebyl poblíž nikdo jiný, stejně jsem mluvil. Díky tomuto zvyku jsem poprvé pocítil fascinaci periodickou tabulkou prvků, když jsem zůstal sám s teploměrem pod jazykem. Ve druhé a třetí třídě jsem asi tucetkrát onemocněl streptokokovým čímsi a celé dny mě bolelo polykání. Nevadilo mi nechodit do školy a léčit se vanilkovou zmrzlinou s čokoládovou polevou. A když jsem byl nemocný, vždycky jsem měl další šanci rozbít staromódní rtuťový teploměr.

Jak jsem tam tak ležel se skleněnou tyčinkou pod jazykem, odpověděl jsem si nahlas na nějakou otázku, která se mi honila v hlavě, teploměr mi vyklouzl z ruky a roztříštil se na dřevěné podlaze. Minutu nato moje matka, navzdory artritické kyčli, klečela na zemi a sháněla dohromady kuličky rtuti. Pomocí párátka, které používala jako hokejku, smetala poddajné koule k sobě, dokud se téměř nedotýkaly. Náhle, po jednom posledním postrčení, jedna koule pohltila druhou. Tam, kde předtím byly dvě koule, zůstala jediná, neporušená. Tenhle kouzelnický trik matka na podlaze opakovala znovu a znovu, jedna velká koule polykala ty ostatní, dokud se celá ta stříbrná lentilka zase nesložila dohromady.

Jakmile shromáždila všechny kousky rtuti, sundala umělohmotnou lahvičku na pilulky se zelenou nálepkou, která stála v kuchyni na polici s různými drobnostmi mezi plyšovým medvídkem s rybářským prutem a modrým keramickým hrnkem z rodinného srazu z roku 1985. Poté, co kuličku skulila do obálky, opatrně nalila rtuť z posledního rozbitého teploměru na kapku o velikosti pekanového ořechu v lahvičce. Někdy – předtím než lahvičku schovala – nalila rtuť do víčka a nechala mé sourozence a mě dívat se, jak tam ten futuristický kov poletuje, neustále se dělí a zase dokonale hojí. Bylo mi líto dětí, jejichž matky se rtuti tak bály, že jim ani nedovolily jíst tuňáka. Středověcí alchymisté, navzdory své touze po zlatu, pokládali za nejmocnější a nejpoetičtější substanci ve vesmíru právě rtuť. Jako dítě bych s nimi souhlasil. Dokonce bych i věřil, stejně jako oni, že přesahuje tuctové kategorie kapaliny nebo pevné látky, nebe nebo pekla, že se v ní skrývají duchové z jiného světa.

Později jsem zjistil, že důvodem, proč se rtuť takto chová, je fakt, že je to prvek. Na rozdíl od vody (H_2O) nebo oxidu uhličitého (CO_2) nebo skoro čehokoliv jiného, s čím se každý den setkáváte, se rtuť nedá přirozeně rozdělit na menší jednotky. Rtuť je dokonce jedním z „kultovních“ prvků: její atomy chtějí být pouze ve společnosti jiných atomů rtuti a minimalizují kontakt s vnějším světem tím, že se schoulí do koule. Většina kapalin, které jsem jako dítě rozlil, taková nebyla. Voda se rozlévala všude, stejně jako olej, ocet a neztuhlé želé. Rtuť nikdy nikde nezanechala jedinou skvrnku. Rodiče mě vždy, když jsem upustil teploměr, varovali, že nesmím chodit bos, aby se mi do nohou nezapíchly neviditelné úlomky skla. Nevzpomínám si ale, že by mě kdy varovali ohledně zatoulané rtuti.

Velice dlouho jsem ve škole a v knihách dával pozor na jakékoliv zmínky o prvku číslo osmdesát – jako když se díváte, jestli v novinách neuvidíte jméno svého kamaráda z dětství. Pocházím z oblasti Velkých plání a v hodině dějepisu jsem se dozvěděl, že Lewis a Clark prošli Jižní Dakotou a zbytkem teritoria Louisiana s mikroskopem, kompasy, sextanty, třemi rtuťovými teploměry a dalšími přístroji. Co jsem zpočátku nevěděl, bylo, že s sebou měli také šest set pilulek rtuťového projímadla, čtyřikrát větších než aspirin. Tomuto projímadlu se říkalo „Žlučové pilulky doktora Rushe“, podle Benjamina Rushe, signatáře Deklarace nezávislosti a hrdiny, který během epidemie žluté zimnice ve Filadelfii v roce 1793 statečně zůstal ve městě. Jeho oblíbeným lékem na každou chorobu byla břečka z chloridu rtuťnatého, podávaná ústy. Navzdory pokroku, který mezi lety 1400 a 1800 medicína učinila, lékaři v té době stále byli spíše medicinmany než muži medicíny. S nádechem magičnosti tvrdili, že krásná, vábivá rtuť může léčit pacienty tím, že je přivede k ošklivé krizi – jed bojující proti jedu. Doktor Rush lil tento roztok do pacientů, dokud z toho nezačali slintat, a po týdnech nebo měsících pravidelné léčby jim často vypadaly zuby a vlasy. Jeho „lék“ nepochybně otrávil nebo rovnou zabil spoustu lidí, které by žlutá zimnice možná ušetřila. I tak ale poté, co svou léčbu dovedl ve Filadelfii k dokonalosti, vybavil o deset let později pány Merriwethera a Williama na cestu svými vzorky. Pěkným vedlejším účinkem pilulek doktora Rushe je, že dnešní archeologové díky nim dokážou najít tábořiště, která průzkumníci používali. Vzhledem k tomu, jak divná jídla a pochybnou vodu v divočině nacházeli, bylo někomu z jejich skupiny vždy špatně, a na mnoha místech, kde vykopali latrínu, se v půdě dají dodnes najít ložiska rtuti – možná v důsledku toho, že jeden z „hromovníků“ doktora Rushe fungoval až příliš dobře.

Na rtuť přišla řeč i v hodinách přírodních věd. Když nám poprvé ukázali ten zmatek zvaný „periodická tabulka prvků“, hledal jsem tam rtuť a nenašel ji. Ona tam je – mezi zlatem, které je také husté a měkké, a thalliem, které je také jedovaté. Ale značka rtuti (Hg) sestává ze dvou písmen, jež se v jejím názvu vůbec neobjevují. Rozluštění této záhady – pocházejí ze slova hydrargyrum, což latinsky znamená „vodní stříbro“ – mi pomohlo pochopit, jak silně byla periodická tabulka ovlivněna starověkými jazyky a mytologií, což můžete stále vidět v latinských názvech nových supertěžkých prvků ve spodním řádku.

Rtuť jsem našel i v hodinách literatury. Kloboučníci kdysi používali jasně oranžovou rtuťovou lázeň k oddělování kožešiny od kožky a obyčejní řemeslníci, kteří se máchali v kádích plných výparů (tak jako šílený kloboučník z Alenky v Kraji divů), postupně přišli o vlasy i o rozum. Nakonec jsem si uvědomil, jak je rtuť jedovatá. To vysvětlovalo, proč „Žlučové pilulky doktora Rushe“ tak dobře pročišťovaly útroby: tělo se snaží zbavit jakéhokoliv jedu včetně rtuti. A jakkoliv jedovatá je rtuť při polknutí, její výpary jsou horší. Roztřepí „vedení“ v centrální nervové soustavě a vypalují díry do mozku, podobně jako pokročilý stupeň Alzheimerovy nemoci.

Ale čím víc jsem se dozvídal o nebezpečích rtuti, tím víc mě – podobně jako v „Tygře, tygře, žhavě žhneš“ Williama Blakea[*] – přitahovala její ničivá krása. Rodiče časem změnili výzdobu kuchyně a sundali polici s hrnkem a medvídkem, ale všechny ty drobnosti uložili do papírové krabice. Když jsem je nedávno navštívil, vyhrabal jsem z ní zelenou lahvičku a otevřel jsem ji. Nakláněl jsem ji tam a zpátky a cítil jsem, jak se ta váha uvnitř posouvá v kruhu. Když jsem nakoukl přes okraj, mé oči se zaměřily na maličké kousky, které se rozstříkly stranou od hlavního proudu. Prostě tam jen tak seděly a leskly se jako kapičky vody tak dokonalé, že se s nimi můžete setkat pouze ve fantazii. Celé dětství jsem si rozlitou rtuť spojoval s horečkou. Tentokrát, když jsem už znal „strašnou souměrnost“ těch malých kuliček, jsem pocítil mrazení.

* * *

Tento jediný prvek mě naučil něco o historii, etymologii, alchymii, mytologii, literatuře, soudní toxikologii a psychologii. [1] A nebyly to jediné příběhy o prvcích, které jsem sbíral, zvláště poté, kdy jsem se na vysoké škole ponořil do studia přírodních věd a narazil na pár profesorů, kteří ochotně na chvíli přerušili výzkum, aby si mohli trochu popovídat o vědě.

Mým oborem byla fyzika a doufal jsem, že se mi podaří uniknout z laboratoře, abych mohl psát: proto jsem se mezi svými vážnými a nadanými spolužáky, mladými vědci, kteří milovali experimenty stylu „pokus a omyl“ (což jsem já tolik nikdy nedokázal), cítil hrozně. Vydržel jsem pět mrazivých let v Minnesotě a s vyznamenáním jsem získal diplom z fyziky, ale navzdory tomu, že jsem strávil stovky hodin v laboratoři, navzdory tomu, že jsem se naučil nazpaměť tisíce rovnic, navzdory tomu, že jsem nakreslil desetitisíce diagramů s kladkami bez tření a rampami, spočívalo mé skutečné vzdělání v příbězích mých učitelů. V příbězích o Gándhím a Godzille, o eugenikovi, který pomocí germania ukradl Nobelovu cenu. O zabíjení ryb házením bloků výbušného sodíku do řeky. O lidech, kteří se s klidným výrazem udusili dusíkem v raketoplánech. O bývalém profesorovi v mém kampusu, který dělal pokusy s plutoniem poháněným kardiostimulátorem ve své vlastní hrudi: zrychloval ho a zpomaloval tím, že stál vedle obrovských magnetických cívek a pohrával si s nimi.

Hltal jsem tyto příběhy a nedávno, když jsem u snídaně vzpomínal na rtuť, jsem si uvědomil, že s každým prvkem v periodické tabulce je spojený nějaký legrační, podivný nebo mrazivý příběh. Zároveň je tato tabulka jedním z velkých intelektuálních úspěchů lidstva. Je to zároveň vědecký úspěch a kniha příběhů – a já tuto knihu napsal proto, abych postupně odhalil jako průsvitky v učebnici anatomie všechny její vrstvy, které vyprávějí ten samý příběh v různých hloubkách. Na nejjednodušší úrovni periodická tabulka katalogizuje různé druhy hmoty v našem vesmíru, řeč je o nějaké stovce postav, jejichž paličaté osobnosti vytvářejí všechno, co vidíme a čeho se dotýkáme. Tvar tabulky nám také poskytuje vědecké indicie naznačující, jak se tyto osobnosti navzájem mísí v davu. Na poněkud komplikovanější úrovni periodická tabulka kóduje všemožné forenzní informace o tom, kde se jednotlivé druhy atomů vzaly a které atomy se mohou tříštit nebo mutovat na jiné. Tyto atomy se také přirozeně kombinují do dynamických systémů, jako jsou živí tvorové – a periodická tabulka předpovídá, jak. Předpovídá dokonce i to, které koridory zlotřilých prvků mohou živé bytosti ochromit nebo zničit.

Konečně, periodická tabulka je rovněž zázrak lidského důvtipu, artefakt, který odráží všechny ty úžasné a umné a ošklivé aspekty lidských bytostí a toho, jak navzájem reagujeme s fyzikálním světem – je to historie našeho druhu napsaná kompaktním a elegantním písmem. Zaslouží si, abychom ji studovali na každé z těchto úrovní, od té nejzákladnější až k dalším, komplexnějším. A nejenom že nás příběhy periodické tabulky baví, poskytují také způsob, jak jí porozumět. A tento způsob se v učebnicích ani laboratorních manuálech nikdy neobjevuje. Jíme a dýcháme periodickou tabulku; lidé na ni sázejí a prohrávají obrovské sumy; filozofové ji používají ke zkoumání smyslu vědy; tráví lidi; začíná války. Mezi vodíkem vlevo nahoře a člověkem vytvořenými nemožnostmi na spodku tabulky můžete najít bubliny, bomby, peníze, alchymii, malichernou politiku, historii, jed, zločin a lásku. A dokonce i trochu vědy.

*Pozn. překl.: V překladu Zdeňka Hrona.

Část I

ORIENTACE: SLOUPEC ZA SLOUPCEM, ŘÁDEK PO ŘÁDKU

1.

ZEMĚPIS JE OSUD

Když si většina lidí představí periodickou tabulku prvků, vzpomenou si na tu, která visela vedle tabule při hodinách chemie na střední škole: asymetricky uspořádané sloupce ařádky, tyčící se nad rameny jednoho zučitelů. Obvykle byla obrovská, metr osmdesát na metr dvacet, nebo tak nějak, což bylo jak hrozivé, tak vhodné, vzhledem ktomu, jak velký význam měla pro chemii. Třída se sní seznámila počátkem září, aani koncem května sní ještě nebyli studenti hotovi. Byl to jediný zdroj vědeckých informací, který se – na rozdíl od poznámek zpřednášek nebo učebnic – mohl používat uzkoušek. Samozřejmě, část frustrace zperiodické tabulky, kterou si možná pamatujete, mohla vyplývat ztoho, že ikdyž byla plně kdispozici amohli jste se na ni spolehnout jako na gigantický aplně legální tahák, nebyla pro vás ani zdaleka tak užitečná.

Na jedné straně se periodická tabulka zdála být organizovaná avypilovaná, skoro „německy“ sestavená pro maximální vědeckou užitkovost. Na druhou stranu to byla taková směsice dlouhých čísel, zkratek avěcí, které ze všeho nejvíce připomínaly chybová hlášení počítačů ([Xe]6s^24f^15d^1), bylo tudíž obtížné necítit zní úzkost. Ai když měla periodická tabulka samozřejmě hodně společného sjinými vědami, například sbiologií afyzikou, nebylo jasné, včem to přesně spočívá. Asi největší frustrací pro mnoho žáků bylo, že lidé, kteří periodickou tabulku chápali aopravdu dokázali rozšifrovat, jak funguje, zní mohli stakovou šprtskou nonšalancí vytáhnout tolik faktů. Byla to stejná podrážděnost, jakou musejí cítit barvoslepí lidé, když plně vidoucí nacházejí vtěch různobarevných tečkových diagramech schované sedmičky adevítky – klíčové, ale skryté informace, které se pro ně nikdy nezmění vněco koherentního. Lidé na tabulku vzpomínají se směsí fascinace, lásky, nedostatečnosti anenávisti.

Než učitelé žáky seznámí speriodickou tabulkou, měli by ji zbavit všech rušivých prvků aukázat ji všem prázdnou, aby se na ni pořádně podívali.

Jak tabulka vypadá? Trochu jako hrad snedokončenou hlavní hradbou, jako kdyby královští zedníci tak úplně nedodělali levou část, svysokými obrannými věžemi na obou koncích. Má osmnáct rozeklaných sloupců asedm vodorovných řádků s„přistávací dráhou“ dvou dalších řádků pod sebou.[*] Tento hrad je postavený z„cihel“ aprvní věc, která není úplně samozřejmá, je, že tyto cihly nejsou vzájemně zaměnitelné. Každá cihla je prvek, neboli určitý typ látky (vsoučasné době tabulku tvoří 112 prvků, sněkolika dalšími prozatímními),[**] akdyby kterákoliv ztěchto cihel nebyla přesně na svém správném místě, celý hrad by se zhroutil. To není přehánění: kdyby vědci zjistili, že jeden prvek nějakým způsobem pasuje na jiné místo, nebo že se dva prvky dají vyměnit, celá ta stavba by se zřítila.

Další architektonickou zvláštností je, že různé části hradu jsou postavené zrůzných materiálů. Tedy: jeho cihly nejsou všechny ze stejné látky astejně tak nemají všechny stejné vlastnosti. Sedmdesát pět procent cihel tvoří kovy, což znamená, že většina chemických prvků jsou studené, šedé pevné látky (alespoň při teplotách, na které jsou zvyklé lidské bytosti). Několik sloupců na východní straně obsahuje plyny. Pouze dva prvky, rtuť abrom, jsou při pokojové teplotě kapalné. Mezi kovy aplyny – zhruba vmístech, kde je na mapě Spojených států Kentucky – leží několik obtížně definovatelných prvků, jejichž amorfní povaha jim dává zajímavé vlastnosti, například schopnosti vytvářet kyseliny miliardkrát silnější než cokoliv, co je zamčené vchemickém kabinetu. Celkově vzato, kdyby každá cihla byla opravdu vyrobena zlátky, kterou reprezentuje, vypadal by hrad prvků jako chiméra sdoplňky akřídly ze všech možných inemožných období, nebo – mírněji řečeno – budova od Daniela Libeskinda, ve které se zdánlivě nekompatibilní materiály spojují do elegantního celku.

Důvod, proč se tak zabývám plány hradeb, spočívá vtom, že souřadnice prvku určují téměř všechno, co je na něm zvědeckého hlediska zajímavé. Zeměpis každého prvku je jeho osudem. Teď, když máte nějakou představu, jak periodická tabulka zhruba vypadá, můžu vlastně přejít kužitečnější metafoře: kperiodické tabulce jakožto mapě. Aabych načrtl trochu detailů, nakreslím tu mapu od východu na západ. Zastavím se přitom jak uprvků známých, tak iu těch méně známých.

Začneme osmnáctým sloupcem úplně na pravé straně tabulky, který tvoří skupina prvků zvaných „vzácné plyny“, vangličtině noble gases. Slovo noble („vznešený, ušlechtilý“) je archaické azní legračně, patří spíš do etiky nebo filozofie než do chemie. Však také historie termínu „vzácné plyny“ sahá až do rodiště západní filozofie, do starověkého Řecka. Poté, co Řekové Leukippos aDémokritos přišli smyšlenkou atomů, Platón vytvořil slovo „prvky“ (řecky stoicheia) jako obecný termín pro různé malé částečky hmoty. Platón – který po smrti svého mentora Sókrata kolem roku 400 př. n. l. opustil vzájmu vlastního bezpečí Athény aléta pak putoval zmísta na místo apsal filozofické texty – samozřejmě nevěděl, co prvek zchemického hlediska doopravdy je. Kdyby to ale věděl, nepochybně by si jako své oblíbence vybral prvky na východním okraji tabulky, zvláště pak helium.

Platón ve svém dialogu olásce aerotice Symposion tvrdil, že každá bytost touží najít svůj doplněk, svou chybějící polovičku. Když se to aplikuje na lidi, vede to kvášni asexu avšem těm problémům, které vášeň asex doprovázejí. Kromě toho Platón ve svých dialozích zdůrazňoval, že abstraktní aneměnné věci jsou ze své podstaty ušlechtilejší než věci, které se patlají vmrzké hmotě ainteragují sní. To vysvětluje, proč zbožňoval geometrii sjejími idealizovanými kružnicemi akrychlemi, tedy sobjekty, které lze vnímat pouze rozumem. Pro nematematické objekty Platón vyvinul teorii „forem“, vníž tvrdil, že všechny objekty jsou jen stíny jediného ideálního typu. Všechny stromy jsou například nedokonalými kopiemi ideálního stromu, na jehož dokonalou „stromovitost“ aspirují. Totéž platí pro ryby a„rybovitost“, ba dokonce ipro šálky a„šálkovitost“. Platón věřil, že tyto formy nejsou pouze teoretické, ale že doopravdy existují, ikdyž se vznášejí vjakési empyrejské říši mimo přímé lidské vnímání. Proto by ho jistě šokovalo, stejně jako všechny ostatní, když vědci začali spomocí helia vytvářet ideální formy na Zemi.

Vroce 1911 jistý holandsko-německý vědec ochlazoval rtuť kapalným heliem apřitom zjistil, že při teplotách pod –269 °C ztratil systém veškerý elektrický odpor astal se ideálním vodičem. To bylo něco takového, jako kdybyste ochladili iPod na teplotu hluboko pod nulou azjistili, že baterie zůstane plně nabitá bez ohledu na to, jak dlouho nebo jak hlasitě budete přehrávat hudbu: stačí jen, aby helium ochlazovalo obvody. Vroce 1937 pak rusko-kanadský tým přišel na ještě lepší trik jen sčistým heliem. Při ochlazení na –271 °C začalo být helium supratekuté: mělo přesně nulovou viskozitu akladlo nulový odpor proudění, prostě dokonalá tekutost. Supratekuté helium vzdoruje gravitaci ateče do kopce apřes stěny. Tehdy se jednalo oohromující zjištění. Vědci často „šidí“ apředstírají, že efekty jako tření se rovnají nule, ale jen kvůli zjednodušení výpočtů. Ani Platón nepředpověděl, že jednou někdo jednu zjeho ideálních forem skutečně najde.

Helium je také nejlepším příkladem „prvkovitosti“ – je to látka, kterou nelze normálními chemickými prostředky rozložit ani změnit. Vědcům trvalo 2200 let (od Řecka vroce 400 př. n. l. až po Evropu vroce 1800 n. l.), než pochopili, co prvky doopravdy jsou, protože většina znich se dá změnit až příliš snadno. Bylo těžké vidět, co dělá uhlík uhlíkem, když se vyskytoval vtisícovkách sloučenin, které měly nejrůznější vlastnosti. Dnes bychom řekli, že například oxid uhličitý prvkem není, protože jednu molekulu oxidu uhličitého je možné rozdělit na uhlík akyslík. Ale uhlík akyslík prvky jsou, protože je už nemůžete rozdělit na nic menšího, aniž byste je zničili. Vrátíme-li se ktématu Symposionu aPlatónovy teorie erotického toužení po chybějící polovičce, zjistíme, že téměř každý prvek vyhledává jiné atomy, snimiž by mohl tvořit vazby, které maskují jeho povahu. Ity „nejčistší“ prvky, jako jsou molekuly kyslíku (O_2) ve vzduchu, se vpřírodě vždy objevují jako kompozity. Ale vědci by možná na to, co prvky doopravdy jsou, přišli mnohem dříve, kdyby věděli oheliu, které nikdy nereagovalo sžádnou jinou látkou anikdy nebylo ničím jiným než čistým prvkem. [1]

Existuje důvod, proč se helium chová právě takto. Všechny atomy obsahují záporně nabité částice zvané elektrony, které se nacházejí vrůzných vrstvách neboli energetických hladinách. Tyto hladiny jsou soustředné, jedna ve druhé, akaždá hladina potřebuje určitý počet elektronů, aby se naplnila acítila se spokojeně. Vúplně vnitřní hladině jsou to dva elektrony. Vostatních hladinách jich obvykle bývá osm. Prvky většinou mívají stejný počet záporně nabitých elektronů akladně nabitých částic zvaných protony, aproto jsou elektricky neutrální. Elektrony je však možné mezi atomy volně vyměňovat, akdyž atomy získávají nebo ztrácejí elektrony, stávají se znich nabité atomy zvané ionty.

Důležité je vědět, že atomy nejprve naplní vnitřní hladiny snižší energií svými vlastními elektrony, jak je to jen možné, ateprve potom se elektronů zbavují (sdílejí je nebo kradou), aby si zajistily jejich správný počet ve vnější hladině. Některé prvky elektrony diplomaticky sdílejí nebo si je vzájemně vyměňují, ale jiné se chovají velmi, velmi ošklivě. Toto je vlastně půlka chemie vjedné větě: atomy, které nemají ve vnější hladině správný počet elektronů, se budou prát, budou smlouvat, žebrat, vytvářet aporušovat aliance, prostě udělají naprosto cokoliv, jen aby jich správný počet měly.

Helium, prvek číslo dvě, má právě tolik elektronů, kolik potřebuje kzaplnění své jediné hladiny. Tato „uzavřená“ konfigurace dává heliu obrovskou nezávislost, protože se může cítit spokojeně, aniž by interagovalo sjinými atomy, dělilo se oelektrony nebo je kradlo. Helium našlo svůj protějšek samo vsobě. Atím to nekončí, stejná konfigurace se táhne celým osmnáctým sloupcem pod heliem, ve kterém najdeme plyny neon, argon, krypton, xenon aradon. Všechny tyto prvky mají uzavřené slupky splným počtem elektronů, aproto žádný znich za normálních podmínek sničím nereaguje. Proto až do roku 1895 nikdo neizoloval jediný plyn zosmnáctého sloupce, navzdory horečnaté snaze 19. století identifikovat aoznačit všechny prvky, včetně vývoje samotné periodické tabulky. Odměřenost těchto prvků, sníž se vyhýbají každodenním zážitkům, by se Platónovi jistě zalíbila – tyto plyny se tolik podobají jeho ideálním koulím atrojúhelníkům. Aprávě tento pocit se vědci, kteří na Zemi objevili helium ajeho bratry, pokoušeli evokovat termínem „vzácné plyny“.[***] Nebo, abychom to řekli po platónsku: „Ten, kdo obdivuje dokonalé aneměnné aopovrhuje prodejným anečestným, bude dávat vzácným plynům před všemi ostatními prvky přednost. Protože ty se nikdy nemění, nikdy nezakolísají, nikdy se nepodbízejí jiným prvkům jako trhovci prodávající laciné zboží. Jsou neúplatné aideální.“

Poklid vzácných plynů je ovšem opravdu vzácný. Ojeden sloupec vlevo, tedy na západ, najdeme ty nejenergetičtější anejreaktivnější plyny vperiodické tabulce, halogeny. Apokud si představíte pravou alevou stranu tabulky spojenou jako na Mercatorově mapě, kdy se východ setkává se západem aosmnáctý sloupec sprvním, tak se hned vedle objevují ještě násilnější prvky, alkalické kovy. Vzácné plyny, tito pacifisté, představují něco jako demilitarizovanou zónu obklopenou nestabilními sousedy.

Alkalické kovy jsou vněkterých ohledech zcela normální kovy, ale vpřítomnosti vzduchu nebo vody se mohou spontánně vznítit, místo aby rezavěly nebo korodovaly. Vytvářejí také zájmovou alianci shalogeny. Halogeny mají ve své vnější vrstvě sedm elektronů (tedy ojeden méně než oktet, který potřebují), zatímco alkalické kovy mají ve vnější vrstvě jeden elektron av následující vrstvě úplný oktet. Je tedy přirozené, když alkalický kov svůj přebytečný elektron podstrčí halogenu amezi výslednými kladně azáporně nabitými ionty se vytvoří silné vazby.

Kpodobnému spojování dochází neustále, aprávě to je důvod, proč jsou elektrony tou nejdůležitější částí atomu. Zabírají vněm téměř veškerý prostor, jako oblaka vířící kolem kompaktního atomového jádra. Platí to inavzdory faktu, že součásti jádra – protony aneutrony – jsou mnohem větší než elektrony. Kdyby se atom zvětšil na velikost fotbalového stadiónu, jádro bohaté na protony by se změnilo vtenisový míček ve středovém kruhu. Elektrony by byly hlavičky špendlíku, které by kolem něj létaly – ale létaly by tak rychle anarážely by do vás tolikrát za sekundu, že byste na stadión vůbec nemohli vstoupit: budily by dojem pevné stěny. Ztohoto důvodu je při jakémkoliv kontaktu dvou atomů hluboko pohřbené jádro němé; záleží pouze na elektronech. [2]

Rychlá poznámka: na představu elektronů jako špendlíkových hlaviček létajících kolem pevného jádra si raději příliš nezvykejte. Nebo – abychom použili obvyklejší metaforu – nemusíte chápat elektrony jako planety obíhající kolem jaderného slunce. Analogie splanetami je užitečná, ale jako ukaždé analogie je až příliš snadné sní zajít až příliš daleko, jak ke své zlosti zjistili iněkteří proslulí vědci.

Vazby mezi ionty vysvětlují, proč jsou kombinace halogenů aalkalických kovů (jako je chlorid sodný, tedy kuchyňská sůl) tak běžné. Stejně často se kombinují prvky ze sloupců se dvěma elektrony navíc (jako vápník) sprvky ze sloupců, které dva elektrony potřebují (jako kyslík). Je to nejsnadnější způsob, jak zajistit potřeby všech. Prvky ze sloupců, které si neodpovídají, se rovněž párují podle těch samých zákonů. Dva sodíkové ionty (Na+) se vrhnou na jeden kyslíkový ion (O^2–) avytvoří oxid sodný, Na_2O. Chlorid vápenatý se ze stejného důvodu kombinuje jako CaCl_2. Obvykle můžete na první pohled poznat, jak se budou prvky kombinovat: všimnete si, vjakém jsou sloupci, apotom zjistíte jejich náboje. Celý vzorec vyplývá zpříjemné pravolevé symetrie tabulky.

Bohužel celá periodická tabulka není tak čistá aúhledná. Některé prvky jsou ale natolik zpustlé, že jsou díky tomu vlastně mimořádně zajímavé.

* * *

Existuje starý vtip olaboratorním asistentovi, který jednoho dne ráno vrazí do kanceláře jistého vědce, bez sebe radostí, přestože celou noc bez přestání pracoval. Drží zazátkovanou lahvičku jakési bublající, syčící, zelené tekutiny avykřikuje, že objevil univerzální rozpouštědlo. Jeho potěšený šéf se podívá na lahvičku azeptá se: „Aco je to vlastně univerzální rozpouštědlo?“ Asistent vykoktá: „Kyselina, která rozpustí jakoukoliv látku!“

Vědec se zamyslí nad touto vzrušující zprávou – taková univerzální kyselina by byla nejen vědecký zázrak, ale navíc by zobou mužů udělala miliardáře – aodpoví: „Ajak jste ji tedy udržel ve skleněné lahvičce?“

Je to dobrá pointa aje snadné představit si, jak se muž jménem Gilbert Lewis usmívá, ikdyž možná trochu trpce. Elektrony pohánějí celou periodickou tabulku anikdo toho neudělal více než Lewis, aby odhalil, jak se elektrony chovají ajak vytvářejí atomové vazby. Jeho výzkum elektronů vysvětlil přispěl hlavně kpochopení kyselin azásad, atak by absurdní tvrzení dotyčného asistenta ocenil. Av osobnější rovině by tato pointa mohla Lewisovi připomenout, jak vrtkavá dokáže být vědecká sláva.

Lewis byl tulák: vyrostl vNebrasce, vysokou školu navštěvoval kolem roku 1900 vMassachusetts, potom studoval vNěmecku uchemika Walthera Nernsta. Život uNernsta se ukázal být naprosto zoufalý, jak zobjektivních, tak iz ryze subjektivních důvodů, Lewis se tedy už po několika měsících vrátil do Massachusetts, kde přijal učitelské místo. Ani tam ale nebyl šťastný, atak utekl na Američany právě obsazené Filipíny, aby tam pracoval pro vládu; vzal si ssebou pouze jednu knihu, Nernstovu Teoretickou chemii, aby mohl věnovat veškerý volný čas tomu, že vní odhalí každou malichernou chybu aobsesivně otom bude psát jeden článek za druhým. [3]

Lewisovi se nakonec začalo stýskat po domově ausadil se na Kalifornské univerzitě vBerkeley, kde se díky němu stala katedra chemie během čtyřiceti let tou nejlepší svého druhu na světě. Sice to zní jako šťastný konec, ale nebylo tomu tak. Nejpozoruhodnější věcí na Lewisovi bylo to, že se jedná pravděpodobně onejlepšího vědce, který nikdy nezískal Nobelovu cenu, aon to moc dobře věděl. Nikdo nebyl nominován častěji, ale jeho neskrývané ambice amnožství sporů, do nichž se zamotal po celém světě, činily šanci získat dostatečný počet hlasů mizivou. Brzy začal na protest proti tomu opouštět různé prestižní pozice (nebo je byl nucen opustit) astal se zahořklým poustevníkem.

Pomineme-li osobní důvody, Lewis nikdy nezískal Nobelovu cenu také proto, že jeho práce měla spíše široký záběr než hloubku. Nikdy neobjevil jednu úžasnou věc, něco, na co byste mohli ukázat aříct „páni“. Místo toho strávil celý život tím, že upřesňoval, jak fungují elektrony vatomech vrůzných kontextech, zvláště pak ve třídě molekul zvaných kyseliny azásady. Obecně platí, že když si atomy vyměňují elektrony apřitom ruší vazby nebo vytvářejí nové, chemikové onich říkají, že „reagují“. Reakce kyselin azásad představují jasný (ačasto dost dramatický) příklad podobných výměn aLewisova práce skyselinami azásadami velmi dobře ukázala, co taková výměna elektronů vlastně na submikroskopické úrovni znamená.

Vědci zhruba do roku 1890 posuzovali sílu kyselin azásad tím, že je ochutnávali nebo do nich namáčeli prsty, což není zrovna bezpečné ani spolehlivé. Během několika desítek let si uvědomili, že kyseliny jsou vpodstatě donory protonů. Mnoho kyselin obsahuje vodík, jednoduchý prvek tvořený jedním elektronem obíhajícím kolem jednoho protonu (což je celé jádro vodíku). Když se kyselina (například kyselina chlorovodíková, HCl) smísí svodou, rozštěpí se na H+ aCl–. Seberete-li vodíku jeho záporně nabitý elektron, zůstane jenom holý proton (H+), který si někam sám odplave. Slabé kyseliny (jako ocet) do roztoku uvolňují jen málo protonů, zatímco silné kyseliny (jako kyselina sírová) jimi roztok doslova zaplavují.

Lewis se rozhodl, že tato definice kyseliny vědce příliš omezuje, neboť některé látky se chovají jako kyseliny, aniž by se přitom spoléhaly na vodík. Atak Lewis změnil paradigma. Místo aby řekl, že se H+ oddělí, zdůraznil, že Cl– uteče sjeho elektronem. Kyselina tedy není donorem protonů, ale zlodějem elektronů. Naproti tomu zásady jako bělidla alouh, které jsou opakem kyselin, by se daly označit jako „donory elektronů“. Tyto definice jsou nejen obecnější, ale kladou navíc důraz na chování elektronů, což lépe odpovídá na elektronech závislé chemii periodické tabulky.

Ikdyž Lewis stouto teorií přišel ve dvacátých atřicátých letech 20. století, vědci jeho myšlenky nadále využívají, aby vytvářeli stále silnější asilnější kyseliny. Síla kyseliny se měří pomocí tzv. „pH“ – čím nižší pH, tím silnější kyselina. Vroce 2005 jeden novozélandský chemik vynalezl kyselinu na bázi boru zvanou karboran, která má pH –18. Abyste si to lépe představili: voda má pH 7, koncentrovaná HCl vnašem žaludku má pH 1. Ale škála pH funguje neobvyklým způsobem: když hodnota pH poklesne o1 (například ze 4 na 3), síla kyseliny se zdesetinásobí. Přejdeme-li tedy od žaludeční kyseliny spH 1 ktéto kyselině na bázi boru spH –18, zjistíme, že musí být desettriliónkrát silnější. Deset triliónů je zhruba počet atomů, které by – srovnané do řady – dosáhly kMěsíci.

Existují ještě horší kyseliny na bázi antimonu, prvku spravděpodobně nejbarvitější historií vcelé periodické tabulce. [4] Nebukadnesar, král, který v6. století př. n. l. postavil babylónské visuté zahrady, natíral zdi svého paláce nažluto nepříliš zdravou směsí antimonu aolova. Možná není náhoda, že brzy zešílel – spal venku vpolích apásl se jako dobytek. Zhruba ve stejné době používaly egyptské ženy jinou formu antimonu jako líčidlo: jednak jím zdobily své tváře, jednak si od něho slibovaly čarodějné schopnosti, jejichž pomocí mohou uřknout nepřátele. Středověcí mniši – oIsaacu Newtonovi ani nemluvě – začali být později posedlí „sexuálními“ vlastnostmi antimonu arozhodli, že tento napůl kov, napůl izolant, ale ve skutečnosti ani jedno, ani druhé, je hermafrodit. Antimonové pilulky také získaly proslulost jako projímadla. Tyto tvrdé pilulky se na rozdíl od těch dnešních ve střevech nerozpouštěly abyly pokládány za tak cenné, že se lidé hrabali ve výkalech, aby je získali zpátky amohli znovu použít. Vněkterých šťastných rodinách se projímadlo dokonce dědilo zotce na syna. To je možná důvod, proč se antimon všude možně používal jako lék, přestože je ve skutečnosti toxický. Mozart pravděpodobně zemřel kvůli tomu, že si ho ve snaze potlačit silnou horečku vzal příliš mnoho.

Vědci nakonec antimon začali zvládat lépe. Vsedmdesátých letech 20. století si uvědomili, že jeho schopnost shromažďovat kolem sebe prvky dychtící po elektronech zněj dělá ideální nástroj pro vytváření zakázkových kyselin. Výsledky byly stejně ohromující jako heliové supratekutiny. Smísením fluoridu antimoničného (SbF_5) skyselinou fluorovodíkovou (HF) vznikne látka spH –31. Tato superkyselina je stokvintiliónkrát silnější než žaludeční kyselina aprožere se sklem stejně nemilosrdně jako voda papírem. Lahvičku této superkyseliny byste nemohli vzít do ruky, protože by se nejprve prožrala lahvičkou apak by vám rozpustila ruku. Abychom odpověděli profesorovi znašeho vtipu: přechovává se ve speciálních nádobách vystlaných teflonem.

Ale upřímně řečeno, nazvat tuto antimonovou směs „nejsilnější kyselinou na světě“ je tak trochu podvod. SbF_5 (zloděj elektronů) aHF (donor protonů) jsou samy osobě dost ošklivé. Ale aby získaly status superkyseliny, musíte jakoby znásobit jejich komplementární schopnosti tím, že je smísíte: superkyselinou se stanou pouze za velmi umělých okolností. Nejsilnější sólovou kyselinou je ve skutečnosti stále na boru založený karboran (HCB_11Cl_11). Atato borová kyselina přináší zatím itu nejlepší pointu: Je to zároveň nejsilnější anejmírnější kyselina na světě. Abyste to dokázali pochopit, vzpomeňte si, že kyseliny se štěpí na kladně azáporně nabité části. Vpřípadě karboranu získáte H+ asložitou klecovitou strukturu tvořenou vším ostatním (CB_11Cl_11–). Uvětšiny kyselin je to právě záporně nabitá část, která je korozívní ažíravá aleptá kůži. Ale borová klec tvoří jednu znejstabilnějších molekul, jaké kdy byly objeveny. Atomy boru sdílejí elektrony tak štědře, že se chová prakticky jako helium, atak nevytrhává elektrony zjiných atomů, což je obvyklá příčina řádění kyselin.

Kčemu je tedy karboran dobrý, když ne krozpouštění skleněných lahví nebo rozežírání bankovních trezorů? Může například zvýšit oktany benzínu nebo zlepšit stravitelnost vitamínů. Jeho nejdůležitějším použitím je chemická „kolébka“. Řada chemických reakcí, ve kterých figurují protony, nepředstavují zrovna jednoduché arychlé výměny. Vyžadují několik kroků aprotony se při nich přesouvají během tisícibiliontin sekundy – tak rychle, že vědci vůbec netuší, co se vlastně stalo. Ale karboran je tak stabilní anereaktivní, že roztok zaplaví protony apotom vklíčových mezibodech molekuly zmrazí. Karboran předloží vědcům přechodné druhy na měkkém, bezpečném polštářku. Naproti tomu antimonové superkyseliny jsou jako kolébky kničemu, protože roztrhají právě ty molekuly, které vědci chtějí pozorovat nejvíce. Lewis by byl jistě touto ijinými aplikacemi své práce selektrony akyselinami potěšen, možná by to itrochu rozjasnilo poslední temné roky jeho života. Přestože za první světové války pracoval pro vládu aještě po šedesátce přicházel scennými poznatky voboru chemie, za druhé světové války se na slavném projektu Manhattan nepodílel. To ho zlobilo, protože řada chemiků, které zrekrutoval na Berkeley, sehrála při postavení první atomové bomby významnou roli astali se národními hrdiny. On naproti tomu za války zahálel, vzpomínal na mládí apsal nostalgický brakový román zvojenského prostředí. Zemřel osamotě ve své laboratoři vroce 1946.

Lidé se obecně shodují, že Lewis, kteřý přes čtyřicet let kouřil nějakých dvacet cigaret denně, nakonec zemřel na infarkt. Bylo však těžké nevšimnout si, že ono odpoledne, kdy zemřel, byly vjeho laboratoři cítit hořké mandle – známka kyanidového plynu. Lewis při svém výzkumu kyanid používal aje možné, že poté, co uněj nastala srdeční zástava, upustil kanystr, ve kterém byl právě tento plyn. Na druhou stranu, Lewis byl toho dne na obědě – jehož se původně odmítal zúčastnit – smladším, charismatičtějším kolegou (arivalem), který získal Nobelovu cenu apůsobil jako zvláštní konzultant pro projekt Manhattan. Někteří lidé se nikdy nedokázali zbavit pocitu, že tento ctihodný kolega mohl Lewise takříkajíc vyvést zmíry. Je-li tomu tak, mohla být jeho zdatnost schemikáliemi jak příhodná, tak nešťastná.

Kromě reaktivních kovů na západním pobřeží ahalogenů avzácných plynů po celém východním pobřeží obsahuje periodická tabulka také „velké pláně“, které se táhnou prostředkem – třetí až dvanáctý sloupec, přechodné kovy. Upřímně řečeno, chemie přechodných kovů vás dokáže přivést skoro kzoufalství, takže je těžké onich říct něco obecného – leda snad „mějte se na pozoru“. Jde oto, že těžší atomy (jako přechodné kovy) charakterizuje ohledně způsobu, jak ukládají své elektrony, větší flexibilita než ujiných atomů. Stejně jako jiné atomy mají různé energetické hladiny (očíslované jedna, dvě, tři atd.), ty nižší jsou pohřbené pod těmi vyššími. Ataké bojují sjinými atomy, aby si zajistily plnou vnější energetickou hladinu sosmi elektrony. Jenomže přijít na to, co se bere jako „vnější hladina“, to už je ošemetnější.

Pohybujeme-li se periodickou tabulkou vodorovně, bude mít každý prvek ojeden elektron více než jeho soused nalevo. Sodík, prvek číslo jedenáct, má obvykle jedenáct elektronů; hořčík, prvek číslo dvanáct, má dvanáct elektronů – atak dále. Jak se prvky nafukují, jejich elektrony se rozdělují nejenom do energetických hladin, ale také do různě tvarovaných paland zvaných „slupky“. Jenomže atomy jsou konformní, úplně bez jakékoliv představivosti, atak své slupky aenergetické hladiny při postupování tabulkou zaplňují vždy ve stejném pořádku. Prvky na levém okraji tabulky umístí svůj první elektron do s-slupky, která má tvar koule. Je malá avejdou se do ní pouze dva elektrony – to vysvětluje, proč jsou dva sloupce na levé straně vyšší. Po těchto prvních dvou elektronech začnou atomy hledat něco prostornějšího. Když přeskočíme mezeru, prvky ve sloupcích na pravé straně začnou nové elektrony jeden po druhém pěchovat do p-slupky, která vypadá jako znetvořená plíce: p-slupky mohou pojmout šest elektronů, proto je šest sloupců napravo rovněž vyšších. Všimněte si, že vkaždém řádku vhorní části tabulky dávají dva elektrony vs-slupce plus šest elektronů vp-slupce dohromady osm elektronů, tedy počet, který chce mít většina atomů ve své vnější slupce. As výjimkou uspokojených vzácných plynů všechny tyto prvky dávají své elektrony ve vnější slupce kdispozici, aby je předaly jiným atomům, nebo stěmito atomy reagovaly. Tyto prvky se chovají logicky: když přidáte nový elektron, mělo by se chování atomu změnit, protože má kdispozici více elektronů, které se mohou účastnit reakcí.

Ateď přijde ta znepokojivá část. Ve třetím až dvanáctém sloupci čtvrté až sedmé řady se objevují přechodné kovy, aty začínají své elektrony zařazovat do takzaných d-slupek, které pojmou deset elektronů (d-slupky se nejvíce ze všeho podobají znetvořeným zvířátkům znafukovacích balonků). Vzhledem ktomu, co se svými slupkami dělaly všechny předcházející prvky, byste očekávali, že přechodné prvky vystaví každý nový d-slupkový elektron ve vnější vrstvě aže tento elektron bude kdispozici pro reakce. Ale ne – přechodné kovy si své elektrony navíc škudlí araději je schovávají pod jinými vrstvami. Toto rozhodnutí přechodných kovů porušit konvenci asvé d-slupkové elektrony zanořit se zdá být nepěkné akontraintuitivní – Platónovi by se to nelíbilo. Ale takhle příroda prostě funguje amy toho stím mnoho nenaděláme.

Porozumět tomuto procesu má své výhody. Pokud se po tabulce posouváme vodorovně, změnilo by přidání jednoho elektronu ke každému dalšího přechodnému kovu jeho chování, jako se to stává uprvků vjiných částech tabulky. Ale protože kovy svoje elektrony zd-slupek zanořují do něčeho ve stylu zásuvek sfalešným dnem, skončí tyto elektrony odstíněné. Jiné atomy, které se snaží skovy reagovat, se ktěmto elektronům nedostanou. Výsledkem je, že mnoho po sobě jdoucích kovů má stejný počet odhalených elektronů. Aproto se zchemického hlediska chovají stejně. To je vědecké vysvětlení skutečnosti, že mnoho kovů vypadá achová se tak nerozlišitelně. Všechno jsou to studené, šedé kusy hmoty, protože jejich vnější elektrony jim nedávají jinou možnost než se podřídit. (Samozřejmě, aby to bylo ještě více matoucí, zanořené elektrony se někdy objeví areagují. Způsobuje to mezi některými kovy mírné rozdíly. Aje to také důvod, proč je jejich chemie tak otravná.)

Vprvcích sf-slupkami panuje podobný nepořádek: f-slupky se začínají objevovat vprvním ze dvou volně se vznášejících řádků kovů pod periodickou tabulkou – je to skupina zvaná lanthanoidy. (Říká se jim také „prvky vzácných zemin“ apodle svých atomových čísel, padesát sedm až sedmdesát jedna, ve skutečnosti patří do šestého řádku. Byly ale vykázány dolů, aby byla tabulka štíhlejší avůbec vypadala lépe.) Lanthanoidy své nové elektrony zahrabávají ještě hlouběji než přechodné kovy, často odvě energetické hladiny níže. To znamená, že se navzájem podobají ještě více než přechodné kovy aje téměř nemožné je od sebe rozeznat. Posouváte-li se vtomto řádku dopředu, je to jako jet autem zNebrasky do Jižní Dakoty aneuvědomit si, že jste přejeli hranice státu.

Vpřírodě není možné nalézt čistý vzorek lanthanoidu, protože ho vždy kontaminují jeho bratříčci. Zvláště slavný je případ jednoho chemika zNew Hampshire, který se pokusil izolovat thulium, prvek číslo šedesát devět. Začal sobrovskými kastroly rudy bohaté na thulium aopakovaně na ni aplikoval různé chemikálie avařil ji, přičemž se thulium pokaždé trošičku pročistilo. Rozpouštění trvalo tak dlouho, že mohl zpočátku provádět pouze jeden až dva cykly denně. On však tento úmorný proces přesto opakoval patnácttisíckrát, ato prosím ručně, azredukoval stovky kilogramů rudy na pouhé desítky gramů – teprve pak byl spokojený sjejí čistotou. Ale ipak vní byla stále přítomná určitá kontaminace zostatních lanthanoidů, jejichž elektrony byly zanořené tak hluboko, že prostě neexistovala dostatečně silná chemická rukojeť, která by je dokázala uchopit avytáhnout.

Periodickou tabulku řídí chování elektronů. Abychom však prvky doopravdy pochopili, nesmíme ignorovat ani tu část, která tvoří více než 99 procent jejich hmotnosti – atomové jádro. Azatímco elektrony se řídí zákony největšího vědce, který nikdy nezískal Nobelovu cenu, jádro poslouchá toho zřejmě nejméně pravděpodobného laureáta Nobelovy ceny všech dob: ženu, která byla během své kariéry ještě větším světoběžníkem než Lewis.

Maria Goeppertová se narodila vroce 1906 vNěmecku. Přestože její otec pocházel zšesté generace profesorů, Maria měla problém přesvědčit nějakou univerzitu, aby ji jako ženu přijala do doktorského programu, atak se protloukala ze školy na školu achodila na přednášky, kde jen mohla. Doktorát nakonec získala na univerzitě vHannoveru, kde obhájila diplomovou práci před profesory, snimiž se nikdy předtím nesetkala. Asi nikoho nepřekvapí, že bez doporučení abez konexí ji po promoci žádná univerzita nechtěla zaměstnat. Do vědy mohla vstoupit pouze skrytě, prostřednictvím svého manžela Josepha Mayera, amerického profesora chemie, který působil vNěmecku. Vroce 1930 se sním vrátila do Baltimoru ajako Maria Goeppert-Mayerová začala sMayerem pracovat anavštěvovat vědecké konference. Mayer bohužel během Velké hospodářské krize několikrát přišel ozaměstnání arodina se přesouvala na různé univerzity vNew Yorku apozději vChicagu.

Většina univerzit tolerovala, že se po jejích chodbách potuluje nějaká Maria Goeppert-Mayerová abaví se se všemi ovědě. Některé dokonce byly tak laskavé, že jí daly práci, ikdyž jí za to odmítaly platit atémata byla stereotypně „ženská“, například zjišťování, co způsobuje barvy. Když hospodářská krize pominula, stovky jejích intelektuálních vrstevníků se zapojily do projektu Mahnattan, možná nejvíce inspirující výměně vědeckých názorů všech dob. IGoeppert-Mayerová byla pozvána, aby se zúčastnila, ale pouze periferně, na neužitečném vedlejším projektu, který se zabýval separací uranu pomocí blikajících světel. Vsoukromí ji to nepochybně zlobilo, ale její touha po vědě byla tak velká, že pokračovala vpráci iza těchto podmínek. Po druhé světové válce ji univerzita vChicagu konečně začala brát natolik vážně, aby ji jmenovala profesorkou fyziky. Měla již sice svou vlastní pracovnu, katedra jí ale stále nic neplatila.

Toto jmenování jí však dodalo energii av roce 1948 začala zkoumat atomové jádro, samotou esenci atomu. Vjádru jsou kladně nabité protony, jejichž počet – atomové číslo – určuje identitu atomu. Jinými slovy: atom nemůže získat ani ztratit protony, aniž by se změnil vjiný chemický prvek. Atomy normálně neztrácejí ani neutrony, ale atomy stejného prvku mohou obsahovat různý počet neutronů – těmto variantám se říká „izotopy“. Například izotopy olovo 204 aolovo 206 mají stejná atomová čísla (82), ale odlišný počet neutronů (122 a124). Součet atomového čísla apočtu neutronů se nazývá „atomová hmotnost“. Vědcům trvalo mnoho let, než odhalili vztah mezi atomovým číslem aatomovou hmotností, ale jakmile se tak stalo, začala být situace kolem periodické tabulky daleko jasnější.

To všechno Goeppert-Mayerová samozřejmě věděla, ale její práce se dotkla záhady, která byla obtížněji pochopitelná – jednalo se oprostý problém, který byl díky tomu vlastně matoucí. Nejjednodušší prvek ve vesmíru, vodík, je zároveň ten nejhojnější. Druhý nejjednodušší prvek, helium, je druhý nejhojnější. Vesteticky úhledném vesmíru by měl být třetím nejhojnějším prvkem další vpořadí, lithium, atak dále. Náš vesmír ale není úhledný. Třetím nejběžnějším prvkem je kyslík, prvek číslo osm. Proč? Vědci by mohli odpovědět, že kyslík má velmi stabilní jádro, takže se nerozpadá. To ale pouze mění otázku: proč mají některé prvky (jako kyslík) tak stabilní jádra?

Na rozdíl od většiny současníků si Goeppert-Mayerová všimla paralely sneuvěřitelnou stabilitou vzácných plynů. Navrhla, že protony aneutrony vjádře sedí ve slupkách, stejně jako elektrony, aže zaplnění těchto jaderných slupek vede ke stabilitě. Laikovi to přijde rozumné – pěkná analogie. Jenomže Nobelovy ceny se neudělují za hypotézy, zvláště pokud snimi přijdou neplacené ženy-profesorky. Navíc tato myšlenka byla proti srsti jaderným vědcům, protože chemické ajaderné procesy jsou přece vzájemně nezávislé. Není důvod, proč by se spolehlivé neutrony aprotony, které se drží doma, měly chovat jako maličké, vrtkavé elektrony, jež své domovy opouštějí kvůli přitažlivým sousedům. Avětšinou se tak také nechovají.

Jenomže Goeppert-Mayerová se nechtěla jen tak vzdát, akdyž si dala dohromady několik nesouvisejících experimentů, dokázala, že jádra opravdu mají slupky avytvářejí něco, čemu říkala „magická jádra“. Magická jádra se zkomplexních matematických důvodů neobjevují periodicky jako vlastnosti prvků. Magie přichází uatomových čísel dva, osm, dvacet, dvacet osm, padesát, osmdesát dva atak dále. Práce Goeppert-Mayerové dokázala, že se při těchto hodnotách protony aneutrony uspořádávají do vysoce stabilních avysoce symetrických koulí. Všimněte si také, že kyslík se svými osmi protony aosmi neutrony je dvojnásobně magický, tudíž věčně stabilní – což vysvětluje, proč se zdá, že je úplně všude. Tento model také současně vysvětluje, proč jsou prvky jako vápník (číslo dvacet) otolik hojnější, než by měly správně být, ataké – což není náhoda – proč naše těla využívají zrovna tyto snadno dostupné minerály.

Teorie Goeppert-Mayerové odráží Platónovu představu, že krásné tvary jsou dokonalejší. Její model magických, kulovitých jader se stal ideální formou, vůči níž jsou posuzována všechna ostatní jádra. Naopak prvky uvězněné daleko mezi dvěma magickými čísly tak hojné nejsou, protože mají ošklivá, oválná jádra. Vědci dokonce objevili formy holmia (prvku číslo šedesát sedm), které mají takový nedostatek neutronů, že vznikají deformovaná, roztřesená „fotbalová jádra“.**** Jak asi tušíte zmodelu Goeppert-Mayerové (nebo pokud jste někdy viděli, jak někdo při fotbalu upustil míč), holmiové fotbalové míče nejsou zrovna stabilní. Ana rozdíl od atomů se špatně vyváženými elektronovými slupkami nemohou atomy spokřivenými jádry krást jiným atomům neutrony aprotony, aby se vybalancovaly. Proto atomy se znetvořenými jádry, jako má tato forma holmia, prakticky nikdy nevznikají – akdyž už vzniknou, okamžitě se zase rozpadnou.

Model jaderných slupek je geniální. Proto Goeppert-Mayerovou, vzhledem kjejímu ošemetnému postavení mezi vědci, nepochybně zdrtilo, když zjistila, že mužští kolegové vjejí původní vlasti přišli na něco podobného. Hrozilo jí, že osvé zásluhy úplně přijde. Obě strany však tento objev učinily nezávisle na sobě, akdyž Němci laskavě uznali její práci apožádali ji, aby snimi spolupracovala, začala se kariéra Goeppert-Mayerové konečně rozvíjet. Obdržela různá ocenění av roce 1959 se naposledy smanželem přestěhovala, tentokrát do San Diega, kde získala skutečné aplacené zaměstnání vtamějším novém kampusu Kalifornské univerzity. Stigmatu diletantky se však nikdy úplně nezbavila. Když švédská Královská akademie věd vroce 1963 oznámila, že získala nejvyšší ocenění své profese, noviny vjejím městě přivítaly tento velký den titulkem „Matka ze San Diega získala Nobelovu cenu“.

Ale všechno je to možná jenom otázka perspektivy. Kdyby noviny uveřejnily podobně ponižující titulek oGilbertu Lewisovi, pravděpodobně by ho to potěšilo.

Budete-li číst periodickou tabulku řádek po řádku, dozvíte se oprvcích hodně, ale je to pouze část příběhu, anení to dokonce ani ta nejlepší část. Prvky ve stejném sloupci (svislí sousedé) jsou ve skutečnosti příbuzné mnohem důvěrněji než sousedé vodorovní. Vtéměř každém jazyce jsou lidé zvyklí číst zleva doprava (nebo zprava doleva), ale číst periodickou tabulku shora dolů, sloupec po sloupci, jako vněkterých formách japonštiny, je ve skutečnosti důležitější. Odhaluje se tím bohatý kontext vztahů mezi prvky, včetně nečekaných rivalit anepřátelství. Periodická tabulka má svou vlastní gramatiku ačtením mezi jejími řádky můžete odhalit zcela nové příběhy.

*Pozn. překl.: Včeštině se obvykle používají termíny „perioda“ (pro řádky) a„skupina“ (pro sloupce). Vzhledem ktomu, jak je pro tuto knihu důležité fyzické rozvržení tabulky, jsem se rozhodl ponechat termíny „řádky“ a„sloupce“.

**Pozn. překl.: Od roku 2010, kdy tato kniha vyšla poprvé, byly přidány další dva prvky: Prvek 114 získal název flerovium (Fl) aprvek 116 název livermorium (Lv). Prvky 113 a115 jsou – ke konci roku 2015 – stále bez oficiálního názvu.

***Pozn. překl.: Znovu připomínám, že anglický termín pro vzácné plyny, noble gases, doslova znamená „ušlechtilé plyny“.

****Pozn. překl.: Tato jádra mají tvar fotbalového míče – ovšem ne naší evropské koule, ale šišky na americký fotbal.

Table of Contents

Z RECENZÍ KNIHY SAMA KEANA MIZEJÍCÍ LŽÍCE, RŮŽOVÝ SNÍH A JISKŘÍCÍ BONBÓNY

ÚVOD

Část I

ORIENTACE: SLOUPEC ZA SLOUPCEM, ŘÁDEK PO ŘÁDKU

1. ZEMĚPIS JE OSUD