Elementært aristokrati

Hver rad i det periodiske systemet slutter på slutten. For litt over hundre år siden var det ikke engang antatt at de eksisterte. Så overrasket de verden med sine kjemiske egenskaper, eller rettere sagt deres fravær. Også senere viste de seg å være en logisk konsekvens av naturlovene. edle gasser.

Over tid "gikk de i aksjon", og i andre halvdel av forrige århundre begynte de å bli assosiert med mindre edle elementer. La oss starte historien om elementært høysamfunn slik:

For lenge siden…

… Det var en herre.

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

Henry Cavendish han tilhørte det høyeste britiske aristokratiet, men han var interessert i å lære naturens hemmeligheter. I 1766 oppdaget han hydrogen, og nitten år senere gjennomførte han et eksperiment der han var i stand til å finne et annet grunnstoff. Han ville finne ut om luften inneholder andre komponenter ved siden av det allerede kjente oksygenet og nitrogenet. Han fylte et bøyd glassrør med luft, senket endene i kvikksølvbeholdere og førte elektriske utladninger mellom dem. Gnistene fikk nitrogenet til å kombinere med oksygen, og de resulterende sure forbindelsene ble absorbert av alkaliløsningen. I fravær av oksygen matet Cavendish det inn i røret og fortsatte eksperimentet til alt nitrogen var fjernet. Eksperimentet varte i flere uker, hvor volumet av gass i røret ble stadig redusert. Så snart nitrogenet var oppbrukt, fjernet Cavendish oksygenet og fant ut at boblen fortsatt eksisterte, noe han estimerte å være ¹/₁₂₀ innledende luftmengde. Herren spurte ikke om arten av restene, og betraktet effekten som en erfaringsfeil. I dag vet vi at han var veldig nær åpning argon, men det tok mer enn et århundre å fullføre eksperimentet.

solar mysterium

Solformørkelser har alltid tiltrukket seg oppmerksomheten til både vanlige mennesker og forskere. Den 18. august 1868 brukte astronomer som observerte dette fenomenet først et spektroskop (designet for mindre enn ti år siden) for å studere solprominenser, godt synlig med en mørklagt skive. fransk Pierre Janssen på denne måten beviste han at solkoronaen hovedsakelig består av hydrogen og andre grunnstoffer på jorden. Men dagen etter, mens han observerte solen igjen, la han merke til en tidligere ubeskrevet spektrallinje som ligger nær den karakteristiske gule linjen av natrium. Janssen var ikke i stand til å tilskrive det til noe element kjent på den tiden. Den samme observasjonen ble gjort av en engelsk astronom Norman Locker. Forskere har lagt frem forskjellige hypoteser om den mystiske komponenten i stjernen vår. Lockyer kalte ham høyenergilaser, på vegne av den greske solguden - Helios. Imidlertid trodde de fleste forskere at den gule linjen de så var en del av hydrogenspekteret ved stjernens ekstremt høye temperaturer. I 1881, en italiensk fysiker og meteorolog Luigi Palmieri studerte de vulkanske gassene til Vesuv ved hjelp av et spektroskop. I spekteret deres fant han et gult bånd som ble tilskrevet helium. Imidlertid beskrev Palmieri vagt resultatene av eksperimentene sine, og andre forskere bekreftet dem ikke. Vi vet nå at helium finnes i vulkanske gasser, og Italia kan faktisk ha vært de første til å observere det terrestriske heliumspekteret.

Illustrasjon fra 1901 som viser apparatet til Cavendish-eksperimentet

Åpning med tredje desimal

På begynnelsen av det siste tiåret av XNUMXth århundre, den engelske fysikeren Lord Rayleigh (John William Strutt) bestemte seg for å nøyaktig bestemme tetthetene til forskjellige gasser, noe som også gjorde det mulig å nøyaktig bestemme atommassene til grunnstoffene deres. Rayleigh var en flittig eksperimenter, så han skaffet gasser fra en rekke kilder for å oppdage urenheter som ville forfalske resultatene. Han klarte å redusere bestemmelsesfeilen til hundredeler av en prosent, som på den tiden var svært liten. De analyserte gassene viste samsvar med den bestemte tettheten innenfor målefeilen. Dette overrasket ikke noen, siden sammensetningen av kjemiske forbindelser ikke avhenger av deres opprinnelse. Unntaket var nitrogen - bare det hadde en annen tetthet avhengig av produksjonsmetoden. Nitrogen atmosfærisk (oppnådd fra luft etter separasjon av oksygen, vanndamp og karbondioksid) har alltid vært tyngre enn kjemisk (oppnådd ved dekomponering av dets forbindelser). Forskjellen var merkelig nok konstant og utgjorde omtrent 0,1 %. Rayleigh, som ikke var i stand til å forklare dette fenomenet, henvendte seg til andre forskere.

Hjelp tilbys av en kjemiker William Ramsay. Begge forskerne konkluderte med at den eneste forklaringen var tilstedeværelsen av en blanding av en tyngre gass i nitrogenet fra luften. Da de kom over beskrivelsen av Cavendish-eksperimentet, følte de at de var på rett vei. De gjentok eksperimentet, denne gangen med moderne utstyr, og snart hadde de en prøve av en ukjent gass i besittelse. Spektroskopisk analyse har vist at det eksisterer separat fra kjente stoffer, og andre studier har vist at det eksisterer som separate atomer. Så langt har slike gasser ikke vært kjent (vi har O₂, N₂, H₂), så det betydde også å åpne et nytt element. Rayleigh og Ramsay prøvde å få ham til argon (gresk = lat) å reagere med andre stoffer, men til ingen nytte. For å bestemme temperaturen på kondenseringen, henvendte de seg til den eneste personen i verden på den tiden som hadde det riktige apparatet. Det var Karol Olszewski, professor i kjemi ved Jagiellonian University. Olshevsky gjorde flytende og størknet argon, og bestemte også dets andre fysiske parametere.

Rapporten fra Rayleigh og Ramsay i august 1894 vakte stor resonans. Forskere kunne ikke tro at generasjoner av forskere hadde forsømt 1%-komponenten av luft, som er tilstede på jorden i en mengde mye større enn for eksempel sølv. Tester fra andre har bekreftet eksistensen av argon. Oppdagelsen ble med rette ansett som en stor prestasjon og en triumf av forsiktig eksperiment (det ble sagt at det nye elementet var skjult i tredje desimal). Ingen forventet imidlertid at det ville være ...

… En hel familie av gasser.

Heliumgruppe (atomnummer øverst, atommasse nederst).

Allerede før atmosfæren var blitt grundig analysert, et år senere, ble Ramsay interessert i en geologisk tidsskriftartikkel som rapporterte frigjøring av gass fra uranmalm når den ble utsatt for syre. Ramsay prøvde igjen, undersøkte den resulterende gassen med et spektroskop og så ukjente spektrallinjer. Konsultasjon med William Crookes, en spesialist i spektroskopi, førte til konklusjonen at det lenge har vært søkt på jorden høyenergilaser. Nå vet vi at dette er et av nedbrytningsproduktene av uran og thorium, som finnes i malmen til naturlige radioaktive elementer. Ramsay ba igjen Olszewski om å gjøre den nye gassen flytende. Denne gangen var imidlertid ikke utstyret i stand til å oppnå tilstrekkelig lave temperaturer, og flytende helium ble ikke oppnådd før i 1908.

Helium viste seg også å være en monoatomisk gass og inaktiv, som argon. Egenskapene til begge elementene passet ikke inn i noen familie i det periodiske systemet, og det ble besluttet å opprette en egen gruppe for dem. [helowce_uklad] Ramsay kom til den konklusjon at det er hull i det, og sammen med sin kollega Morrisem Traversem startet videre forskning. Ved å destillere flytende luft oppdaget kjemikere ytterligere tre gasser i 1898: neon (gr. = ny), krypton (gr. = skryty) i xenon (gresk = utenlandsk). Alle av dem, sammen med helium, er tilstede i luften i minimale mengder, mye mindre enn argon. Den kjemiske passiviteten til de nye elementene fikk forskerne til å gi dem et felles navn. edle gasser. 

Etter mislykkede forsøk på å skille seg fra luften, ble enda et helium oppdaget som et produkt av radioaktive transformasjoner. I 1900 Frederick Dorn Oraz Andre-Louis Debirn de la merke til frigjøring av gass (emanasjon, som de sa da) fra radium, som de kalte radon. Det ble snart lagt merke til at emanasjonene også avgir thorium og actinium (thoron og actinon). Ramsay og Frederick Soddy bevist at de er ett grunnstoff og er den neste edelgassen de navngir niton (latin = å gløde fordi gassprøvene glødet i mørket). I 1923 ble nithon endelig til radon, oppkalt etter den lengstlevende isotopen.

Den siste av heliuminstallasjonene som fullfører det virkelige periodiske systemet ble hentet i 2006 ved det russiske atomlaboratoriet i Dubna. Navnet ble godkjent bare ti år senere, Oganesson, til ære for den russiske kjernefysikeren Yuri Oganesyan. Det eneste som er kjent om det nye grunnstoffet er at det er det tyngste kjent så langt og at det kun er oppnådd noen få kjerner som har levd i mindre enn et millisekund.

Kjemiske misallianser

Troen på den kjemiske passiviteten til helium kollapset i 1962 da Neil Bartlett han oppnådde en forbindelse med formelen Xe [PtF₆]. Kjemien til xenonforbindelser i dag er ganske omfattende: fluorider, oksider og til og med sure salter av dette elementet er kjent. I tillegg er de permanente forbindelser under normale forhold. Krypton er lettere enn xenon, danner flere fluorider, det samme gjør det tyngre radonet (sistnevntes radioaktivitet gjør forskningen mye vanskeligere). På den annen side har de tre letteste - helium, neon og argon - ikke permanente forbindelser.

Kjemiske forbindelser av edle gasser med mindre edle partnere kan sammenlignes med gamle misallianser. I dag er dette konseptet ikke lenger gyldig, og man bør ikke bli overrasket over at ...

Helikoptre, fra venstre til høyre: Lord Rayleigh (John William Strutt, 1842–1919), Sir William Ramsay (1852–1916) og Morris Travers (1872–1961); portrett fra samlingen til University College London.

… aristokrater jobber.

Helium oppnås ved å separere flytende luft i nitrogen- og oksygenanlegg. På den annen side er kilden til helium hovedsakelig naturgass, hvor den utgjør opptil noen få prosent av volumet (i Europa opererer det største heliumproduksjonsanlegget i Jeg gjorde motstand, i Stor-Polen voivodskap). Deres første yrke var å skinne i lysende rør. I dag er neonreklame fortsatt en fryd for øyet, men heliummaterialer er også grunnlaget for enkelte typer lasere, for eksempel argonlaseren som vi møter hos tannlegen eller kosmetologen.

Kunstnerens gjengivelse av Xenon Ion Probe Dawn nær asteroiden Ceres.

Den kjemiske passiviteten til heliuminstallasjoner brukes til å skape en atmosfære som beskytter mot oksidasjon, for eksempel ved sveising av metaller eller hermetisk matemballasje. Heliumfylte lamper fungerer ved høyere temperatur (det vil si at de lyser sterkere) og bruker elektrisitet mer effektivt. Vanligvis brukes argon blandet med nitrogen, men krypton og xenon gir enda bedre resultater. Den siste bruken av xenon er som fremdriftsmateriale i ionerakettfremdrift, noe som er mer effektivt enn kjemisk drivstoff. Det letteste heliumet er fylt med værballonger og ballonger for barn. I en blanding med oksygen brukes helium av dykkere for å arbeide på store dyp, noe som bidrar til å unngå trykkfallssyke. Den viktigste anvendelsen av helium er å oppnå de lave temperaturene som kreves for at superledere skal fungere.

Oksygen-helium-blanding sikrer trygg dykking.