Článek
Jednokoruna s ženou sázející lípu se začala používat v roce 1957. Měří 23 milimetrů a razila se z hliníkového bronzu. V oběhu vydržela až do roku 1993. Dnes už s ní nezaplatíme a ani ji nelze vyměnit za platné peníze, takže jsme jednu mohli bez větších výčitek použít k experimentu. Navíc má jednu velkou výhodu. Přesně víme, z čeho měla být vyrobena.
Vyhláška z roku 1957 uvádí 91 dílů mědi, 8 dílů hliníku a 1 díl manganu. Stanovena byla dokonce i povolená odchylka obsahu hliníku a manganu. Tentokrát jsme tedy nemuseli složení neznámého vzorku teprve objevovat. Měli jsme skoro sedmdesát let starý údaj a mohli jsme ho porovnat s tím, co naměříme dnes.
Místo běžné analýzy povrchu jsme použili laserovou ablaci v kapalině. Proč se spokojit s jednoduššími a konvenčními metodami, že?
Minci jsme ponořili do kapaliny a na jedno místo zaměřili krátké laserové pulzy. Při každém pulzu se zasažená oblast na velmi krátkou dobu silně zahřeje a malé množství materiálu se z povrchu uvolní. V kapalině z něj následně vznikají částice, které můžeme dále analyzovat.
Výslednou disperzi jsme analyzovali pomocí hmotnostní spektrometrie. Očekávali jsme hlavně měď a výrazně menší množství hliníku a manganu. Tyto tři prvky jsme skutečně našli. Jejich poměr ale neodpovídal složení uvedenému ve vyhlášce. Naměřili jsme přibližně 79 % mědi, 18 % hliníku a 2 % manganu. Největší rozdíl byl u hliníku. V původní slitině ho mělo být 8 %, v našem vzorku připadalo na hliník přibližně 18 %. Jeho relativní zastoupení tedy bylo více než dvojnásobné. Naopak mědi jsme naměřili méně, než bychom podle původního složení čekali.
Experiment laserové ablace pro určení složení československé mince
Důležité je, že to neznamená, že by v minci během let nějaký hliník přibyl. Vyhláška popisuje složení slitiny, ze které se mince razila. My jsme analyzovali materiál odebraný laserem z jejího povrchu. A povrch slitiny nemusí mít po desítkách let stejné složení jako materiál uvnitř.
U slitiny mědi a hliníku k tomu existuje poměrně dobrý důvod. Hliník reaguje s kyslíkem ochotněji než měď a na povrchu vytváří stabilní oxidy. U slitin Cu–Al bylo pomocí povrchově citlivých metod pozorováno, že při oxidaci dochází také k přesunu hliníku směrem k povrchu. Povrchová oblast se tak může hliníkem obohatit oproti původnímu složení slitiny.
V laboratorních studiích byl tento efekt poměrně výrazný. U oxidovaných Cu–Al slitin bylo za určitých podmínek pozorováno zvýšení zastoupení hliníku na povrchu o desítky až stovky procent vůči jeho koncentraci v objemu materiálu. To samozřejmě neznamená, že přesně stejný proces vysvětluje i našich 18 %. Ukazuje to ale, že rozdíl mezi složením povrchu a vnitřku takové slitiny není ničím neobvyklým.
Je tu navíc ještě druhý možný vliv. Samotná laserová ablace nemusí odebrat všechny složky slitiny přesně ve stejném poměru. Při zásahu laseru probíhá během velmi krátké doby zahřátí, tavení, odpařování a ochlazování materiálu. Naměřená procenta proto nemůžeme jednoduše označit za přesné složení povrchu mince. Část rozdílu může souviset se změnami povrchu během desítek let a část se samotným procesem laserové ablace.
Další na řadě je starý dobrý desetník. U něj máme situaci jednodušší. Předpis uvádí 99 % hliníku a 1 % hořčíku. Takže prakticky samý hliník. Tam už se nám do výsledku moc prvků schovat nemůže.
Poznámky
1) Mince 1 Kčs byla uvedena do oběhu 2. září 1957. Vyhláška č. 48/1957 Sb. stanovila složení mincovního kovu na 91 dílů mědi, 8 dílů hliníku a 1 díl manganu. Povolená odchylka činila u obsahu hliníku ±1 % a u manganu ±0,2 %.
2) Naměřené hodnoty 79 % Cu, 18 % Al a 2 % Mn jsou zaokrouhlené výsledky konkrétního experimentu, proto jejich součet vychází na 99 %
3) Experiment a text vznikl v rámci projektu Light, Nano, Physics, podpořeného grantem IOP International Member Grant britské fyzikální společnosti Institute of Physics (IOP).
