Draslík-40

Rozbalit box

Obsah boxu

Draslík-40 (značka ⁴⁰K) je přirozeně se vyskytující radioizotop draslíku s extrémně dlouhým poločasem přeměny 1,251 miliardy let. Přestože je jeho zastoupení v přírodním draslíku velmi nízké (pouze 0,0117 %), jeho všudypřítomnost z něj činí jeden z nejvýznamnějších zdrojů přirozené radioaktivity na Zemi, včetně radioaktivity v živých organismech.

Jeho význam spočívá především ve dvou oblastech:

Radiometrické datování: Jeho přeměna na argon-40 je základem draslík-argonové a argon-argonové metody, které se používají k určování stáří hornin a minerálů v řádu milionů až miliard let.
Přirozená radioaktivita: Jelikož je draslík esenciálním prvkem pro všechny živé organismy, ⁴⁰K je přítomen v každé buňce. Pro člověka a další živočichy představuje největší zdroj vnitřního ozáření z přirozených zdrojů.

⚛️ Fyzikální vlastnosti

Jádro draslíku-40 obsahuje 19 protonů a 21 neutronů. Tento lichý počet obou typů nukleonů je příčinou jeho relativní nestability. Jeho atomová hmotnost je přibližně 39,963998 u.

⛓️ Rozpadové schéma

Draslík-40 se rozpadá dvěma hlavními způsoby, což je pro izotop s lichým protonovým i neutronovým číslem typické:

Přeměna beta minus (β⁻)

V 89,28 % případů se ⁴⁰K rozpadá přeměnou beta minus. Jeden z neutronů v jádře se přemění na proton za současného vyzáření elektronu (částice β⁻) a elektronového antineutrina. Tímto procesem se protonové číslo zvýší o jedna (z 19 na 20), zatímco nukleonové číslo (40) zůstává stejné. Vzniká tak stabilní izotop vápník-40 (⁴⁰Ca).

⁴⁰K → ⁴⁰Ca + e⁻ + ν̅_e

Uvolněná energie při této přeměně je 1,311 MeV.

Elektronový záchyt (ε) a přeměna beta plus (β⁺)

V 10,72 % případů dochází k přeměně na stabilní izotop argon-40 (⁴⁰Ar). Tento proces probíhá téměř výhradně elektronovým záchytem (ε), kdy jádro zachytí jeden z elektronů z vnitřní slupky atomového obalu (nejčastěji ze slupky K). Proton se v jádře spojí s elektronem a přemění se na neutron za vyzáření elektronového neutrina. Protonové číslo se tak sníží o jedna (z 19 na 18).

⁴⁰K + e⁻ → ⁴⁰Ar + ν_e

Tato přeměna zanechává jádro argonu v excitovaném stavu, který se téměř okamžitě deexcituje vyzářením fotonu záření gama o charakteristické energii 1,460 MeV. Právě toto gama záření je snadno detekovatelné a používá se ke kvantifikaci obsahu draslíku-40.

Teoreticky je možná i přeměna beta plus (pozitronová emise), při které se proton mění na neutron za vyzáření pozitronu (β⁺) a neutrina. Tento způsob je však extrémně vzácný (pouze asi 0,001 % všech přeměn) a v praxi se s ním téměř nepočítá.

🌍 Výskyt a význam

geologist Geologický význam

Dlouhý poločas přeměny a přeměna na plynný argon činí z ⁴⁰K ideální nástroj pro datování geologických událostí.

Draslík-argonová metoda (K-Ar): Tato metoda je založena na měření poměru koncentrace ⁴⁰K a radiogenního ⁴⁰Ar v hornině. Když magma krystalizuje, argon jako vzácný plyn z minerální mřížky unikne. Od okamžiku ztuhnutí se však veškerý ⁴⁰Ar vzniklý přeměnou ⁴⁰K v minerálu "uzamkne". Měřením poměru obou izotopů a znalostí poločasu přeměny lze vypočítat stáří horniny. Metoda je vhodná pro horniny starší než 100 000 let.
Argon-argonová metoda (Ar-Ar): Jedná se o vylepšenou variantu K-Ar metody. Vzorek se v jaderném reaktoru ozáří neutrony, čímž se stabilní izotop ³⁹K přemění na ³⁹Ar. Následně se vzorek postupně zahřívá a měří se poměr uvolněného ⁴⁰Ar a ³⁹Ar. Tato metoda je přesnější a umožňuje odhalit případné pozdější tepelné ovlivnění horniny.

🧬 Biologický význam

Draslík je pro život nezbytný biogenní prvek, klíčový pro funkci nervového systému, svalů a udržování osmotického tlaku v buňkách. Protože chemické vlastnosti izotopů jsou téměř identické, organismy nerozlišují mezi stabilními izotopy draslíku a radioaktivním ⁴⁰K. Draslík-40 je tak přítomen v každém živém organismu.

Průměrný dospělý člověk o hmotnosti 70 kg obsahuje přibližně 140 gramů draslíku. Vzhledem k přirozenému zastoupení ⁴⁰K (0,0117 %) to znamená, že v lidském těle se nachází asi 16,4 miligramů draslíku-40. To odpovídá aktivitě přibližně 4 400 Bq, což znamená, že v těle průměrného člověka dojde každou sekundu k asi 4 400 radioaktivním přeměnám ⁴⁰K.

Tato expozice představuje největší jednotlivý příspěvek k vnitřnímu ozáření z přirozených zdrojů, výrazně převyšující například příspěvek uhlíku-14. Organismy jsou však na tuto úroveň ionizujícího záření evolučně adaptovány a nepředstavuje zdravotní riziko.

🍌 Banánový ekvivalent

Pro popularizaci a srovnání dávek radiace vznikl pojem banánový ekvivalent dávky (Banana Equivalent Dose, BED). Jeden banán, který je bohatý na draslík, obsahuje takové množství ⁴⁰K, že jeho konzumace způsobí dávku přibližně 0,1 mikrosievertu (μSv). Tato jednotka se používá pro kontextualizaci velmi malých dávek záření, například při porovnávání s dávkami z lékařských vyšetření nebo jaderných havárií. Tělo si však udržuje stálou hladinu draslíku (homeostáza), takže přebytečný draslík (včetně ⁴⁰K) je rychle vyloučen a dávka se v těle nekumuluje.

💡 Pro laiky

Co je to izotop? Představte si draslík jako auto značky "Draslík". Všechna auta této značky mají 19 sedadel pro cestující (protony). Ale některá auta jsou o něco těžší, protože mají v kufru více nákladu (neutrony). Draslík-40 je takový model, který má v kufru 21 "nákladních jednotek", zatímco nejběžnější model, draslík-39, jich má jen 20.
Co znamená "radioaktivní"? Draslík-40 je jako auto, které je mírně nestabilní. Po velmi dlouhé době (v průměru po více než miliardě let) se rozhodne, že se "přestaví" na stabilnější model. Buď vyhodí malou částici a stane se z něj "Vápník-40", nebo si "přitáhne" jednu částici z okolí a stane se z něj "Argon-40". Při této přestavbě se uvolní trocha energie.
Je draslík-40 nebezpečný? Vůbec ne. Je všude kolem nás a dokonce i v našem těle. Každý banán, brambora nebo avokádo, které sníte, ho obsahuje. Naše těla jsou na tuto nepatrnou úroveň radioaktivity zvyklá po miliony let evoluce a umí si s ní bez problémů poradit. Je to přirozená součást života na Zemi.
K čemu je dobrý? Pro geology je to fantastický nástroj. Funguje jako stopky, které se spustí, když ztuhne láva. Měřením, kolik draslíku-40 se už přeměnilo na argon-40, mohou vědci určit, jak je stará daná hornina. Tímto způsobem jsme zjistili stáří mnoha hornin na Zemi i na Měsíci.

⏰ Tento článek je aktuální k datu 29.12.2025