Elementært aristokrati

Hver række i det periodiske system slutter i slutningen. For lidt over hundrede år siden var deres eksistens ikke engang forestillet. Så forbløffede de verden med deres kemiske egenskaber, eller rettere deres fravær. Endnu senere viste de sig at være en logisk konsekvens af naturlovene. Ædelgasser.

Over tid "gik de i aktion", og i anden halvdel af forrige århundrede begyndte de at blive forbundet med mindre ædle elementer. Lad os starte historien om det elementære højsamfund sådan her:

For lang tid siden…

... Der var en herre.

Lord Henry Cavendish (1731-1810) i en gammel skitse.

Henry Cavendish han tilhørte det højeste britiske aristokrati, men han var interesseret i at studere naturens hemmeligheder. I 1766 opdagede han brint, og nitten år senere udførte han et eksperiment, hvor han var i stand til at finde et andet grundstof. Han ville finde ud af, om luften udover den allerede kendte ilt og nitrogen også indeholdt andre komponenter. Han fyldte et bøjet glasrør med luft, nedsænkede dets ender i kviksølvbeholdere og førte elektriske udladninger mellem dem. Gnisterne fik nitrogen til at kombinere med oxygen, og de resulterende sure forbindelser blev absorberet af alkaliopløsningen. I mangel af ilt tilførte Cavendish det ind i røret og fortsatte eksperimentet, indtil alt nitrogen var fjernet. Forsøget varede flere uger, hvor volumenet af gas i røret konstant faldt. Da nitrogenet var opbrugt, fjernede Cavendish ilten og fandt ud af, at boblen stadig eksisterede, hvilket han vurderede som ¹/₁₂₀ indledende luftmængde. Herren spurgte ikke til arten af ​​resterne, idet han betragtede virkningen som en oplevelsesfejl. I dag ved vi, at han var meget tæt på opdagelse argon, men eksperimentet tog mere end et århundrede at fuldføre.

Solar mysterium

Solformørkelser har altid tiltrukket sig opmærksomhed fra både almindelige mennesker og videnskabsmænd. Den 18. august 1868 brugte astronomer, der observerede dette fænomen, først et spektroskop (konstrueret mindre end et årti tidligere) til at studere solprominenser, klart synligt med en mørklagt skive. fransk Pierre Janssen På denne måde beviste han, at solkoronaen hovedsageligt består af brint og andre jordelementer. Men den næste dag, mens han observerede Solen igen, bemærkede han en tidligere ubeskrevet spektrallinje placeret nær den karakteristiske gule natriumlinje. Janssen var ikke i stand til at henføre det til noget element kendt på det tidspunkt. Den samme observation gjorde den engelske astronom Norman skab. Forskere har fremsat forskellige hypoteser om den mystiske komponent i vores stjerne. Lockyer gav ham et navn høj energi laser, på vegne af den græske solgud - Helios. De fleste videnskabsmænd troede dog, at den gule linje, de så, var en del af brintspektret ved stjernens ekstremt høje temperaturer. I 1881, en italiensk fysiker og meteorolog Luigi Palmieri studerede Vesuvs vulkanske gasser ved hjælp af et spektroskop. I deres spektrum opdagede han et gult bånd tilskrevet helium. Palmieri beskrev imidlertid resultaterne af sine eksperimenter vagt, og andre videnskabsmænd bekræftede dem ikke. Vi ved nu, at helium findes i vulkanske gasser, og Italien kan faktisk have været de første til at observere spektret af terrestrisk helium.

En illustration fra 1901, der viser apparatet til Cavendishs eksperiment.

Åbning med tredje decimal

I begyndelsen af ​​det sidste årti af det XNUMX. århundrede, den engelske fysiker Lord Rayleigh (John William Strutt) besluttede nøjagtigt at bestemme tæthederne af forskellige gasser, hvilket også gjorde det muligt nøjagtigt at bestemme atommasserne af deres grundstoffer. Rayleigh var en flittig eksperimentator, så han opnåede gasser fra en lang række forskellige kilder for at opdage urenheder, der ville forfalske resultaterne. Han formåede at reducere bestemmelsesfejlen til hundrededele af en procent, hvilket på det tidspunkt var meget lille. De analyserede gasser viste overensstemmelse med den bestemte tæthed inden for målefejlen. Dette overraskede ikke nogen, da sammensætningen af ​​kemiske forbindelser ikke afhænger af deres oprindelse. Undtagelsen var nitrogen - kun det havde en forskellig massefylde afhængig af produktionsmetoden. Nitrogen atmosfærisk (opnået fra luft efter adskillelse af ilt, vanddamp og kuldioxid) var altid tungere end kemisk (opnået ved at nedbryde dets forbindelser). Forskellen var mærkeligt nok konstant og udgjorde omkring 0,1 %. Rayleigh, ude af stand til at forklare dette fænomen, henvendte sig til andre videnskabsmænd.

Apoteket tilbød hjælp William Ramsay. Begge forskere konkluderede, at den eneste forklaring var tilstedeværelsen af ​​en tungere gas i nitrogenet fra luften. Da de stødte på en beskrivelse af Cavendishs eksperiment, følte de, at de var på rette vej. De gentog eksperimentet, denne gang ved hjælp af moderne udstyr, og snart havde de en prøve af en ukendt gas til deres rådighed. Spektroskopisk analyse har vist, at det eksisterer adskilt fra kendte stoffer, og andre undersøgelser har vist, at det eksisterer som individuelle atomer. Indtil nu var sådanne gasser ikke kendt (vi har O₂, N₂, H₂), så dette betød også opdagelsen af ​​et nyt grundstof. Rayleigh og Ramsay forsøgte at tvinge ham argon (græsk = doven) reagerer med andre stoffer, men til ingen nytte. For at bestemme dens kondensationstemperatur henvendte de sig til den eneste person i verden på det tidspunkt, der havde det passende apparat. Det var Karol Olszewski, professor i kemi ved Jagiellonian University. Olshevsky forvandlede og størknede argon og bestemte også dets andre fysiske parametre.

Rapporten fra Rayleigh og Ramsay i august 1894 vakte stor opsigt. Forskere kunne ikke tro, at hele generationer af forskere havde forsømt den 1%-komponent af luft, der findes på Jorden i mængder, der er meget større end for eksempel sølv. Tests fra andre bekræftede eksistensen af ​​argon. Opdagelsen blev med rette betragtet som en stor bedrift og en triumf af omhyggelige eksperimenter (det nye element blev efter sigende skjult i tredje decimal). Ingen forventede dog, at der ville være...

... En hel familie af gasser.

Heliumgruppe (atomnummer øverst, atommasse nederst).

Allerede før atmosfæren var blevet grundigt analyseret, blev Ramsay et år senere interesseret i en note i et geologisk tidsskrift, der rapporterede frigivelse af gas fra uranmalme, når den blev udsat for syre. Ramsay forsøgte igen, undersøgte den resulterende gas med et spektroskop og så ukendte spektrallinjer. Konsultation med William Crooks, en specialist i spektroskopi, tillod os at konkludere, at de har ledt efter det på Jorden i lang tid høj energi laser. Vi ved nu, at det er et af nedbrydningsprodukterne af uran og thorium, indeholdt i malme af naturlige radioaktive grundstoffer. Ramsay bad igen Olszewski om at gøre den nye gas flydende. Men denne gang tillod udstyret ikke at opnå lave nok temperaturer, og flydende helium blev først opnået i 1908.

Helium viste sig også at være en monoatomisk gas og inaktiv, ligesom argon. Egenskaberne for begge elementer passede ikke ind i nogen familie i det periodiske system, og det blev besluttet at oprette en separat gruppe for dem. [helowce_uklad] Ramsay kom til den konklusion, at der var huller i det, og sammen med sin kollega Morris Travers begyndte yderligere forskning. Ved at destillere flydende luft opdagede kemikere yderligere tre gasser i 1898: neon (gr. = ny), krypton (gr. = skryty) i xenon (græsk = fremmed). Alle sammen med helium er til stede i luften i minimale mængder, meget mindre end argon. De nye grundstoffers kemiske passivitet fik forskerne til at give dem et fælles navn. ædelgasser. 

Efter mislykkede forsøg på at adskille det fra luft, blev endnu et helium opdaget som et produkt af radioaktive transformationer. I 1900 Frederik Dorn Oraz Andre-Louis Debirne de bemærkede frigivelsen af ​​gas (emanation, som de sagde dengang) fra radium, som de kaldte radon. Det blev hurtigt bemærket, at emanationerne også frigav thorium og actinium (thoron og actinon). Ramsay og Frederick Soddy bevist, at de er ét grundstof og er den næste ædelgas, som de navngav niton (latin = at gløde, fordi gasprøverne glødede i mørke). I 1923 blev niton endelig til radon, opkaldt efter den længstlevende isotop.

Den sidste af heliuminstallationerne, der fuldender det nuværende periodiske system, blev opnået i 2006 på det russiske nukleare laboratorium i Dubna. Navnet, der kun blev godkendt ti år senere, Oganesson, til ære for den russiske atomfysiker Yuri Oganesyan. Det eneste, man ved om det nye grundstof, er, at det er det hidtil tungeste kendte, og at der kun er produceret få kerner, der varer mindre end et millisekund.

Kemiske misalliancer

Troen på heliums kemiske passivitet kollapsede i 1962, da Neil Bartlett han opnåede en forbindelse med formlen Xe[PtF₆]. Kemien af ​​xenonforbindelser i dag er ret omfattende: fluorider, oxider og endda sure salte af dette element er kendte. Desuden er de permanente forbindelser under normale forhold. Krypton er lettere end xenon og danner adskillige fluorider, ligesom det tungere radon (sidstnævntes radioaktivitet gør forskningen meget sværere). På den anden side har de tre letteste - helium, neon og argon - ikke permanente forbindelser.

Kemiske forbindelser af ædelgasser med mindre ædle partnere kan sammenlignes med gamle misalliancer. I dag er dette koncept ikke længere gyldigt, og man bør ikke blive overrasket over, at...

Helikopterpiloter fra venstre mod højre: Lord Rayleigh (John William Strutt, 1842–1919), Sir William Ramsay (1852–1916) og Morris Travers (1872–1961); portræt fra samlingen af ​​University College London.

...aristokrater arbejder.

Helium fremstilles ved at adskille flydende luft i nitrogen- og iltanlæg. På den anden side er heliumkilden hovedsageligt naturgas, hvor den udgør op til flere procent af volumen (i Europa opererer det største heliumproduktionsanlæg i Jeg gjorde modstand, i det store polske voivodskab). Deres første aktivitet var at skinne i gløderør. I dag er neonreklamer stadig en fryd for øjet, men heliummaterialer er også grundlaget for nogle typer lasere, såsom argonlaseren, som vi vil møde hos tandlægen eller kosmetologen.

En kunstners indtryk af Xenon Ion Probe Dawn-sonden nær asteroiden Ceres.

Heliuminstallationers kemiske passivitet bruges til at skabe en atmosfære, der beskytter mod oxidation, for eksempel ved svejsning af metaller eller hermetisk fødevareemballage. Heliumfyldte lamper fungerer ved en højere temperatur (det vil sige, de lyser kraftigere) og bruger elektricitet mere effektivt. Normalt bruges argon blandet med nitrogen, men krypton og xenon giver endnu bedre resultater. Den seneste anvendelse af xenon er som fremdriftsmateriale i ionraketfremdrift, hvilket er mere effektivt end kemisk fremdrift. Det letteste helium er fyldt med vejrballoner og balloner til børn. I en blanding med ilt bruges helium af dykkere til at arbejde på store dybder, hvilket hjælper med at undgå trykfaldssyge. Den vigtigste anvendelse af helium er at opnå de lave temperaturer, der kræves for at superledere kan fungere.

Ilt-helium-blandingen sikrer et sikkert dyk.