Елементарна аристократија

Секој ред од периодниот систем завршува на крајот. Пред нешто повеќе од сто години, нивното постоење не се ни претпоставуваше. Тогаш тие го воодушевија светот со нивните хемиски својства, поточно нивното отсуство. Дури и подоцна тие се покажаа како логична последица на законите на природата. благородни гасови.

Со текот на времето, тие „заминаа во акција“, а во втората половина на минатиот век почнаа да се поврзуваат со помалку благородни елементи. Да ја започнеме приказната за основното високо општество вака:

Пред многу време…

... Имаше еден господар.

Лорд Хенри Кевендиш (1731-1810) во стара скица.

Хенри Кевендиш припаѓал на највисоката британска аристократија, но бил заинтересиран да ги научи тајните на природата. Во 1766 година го открил водородот, а деветнаесет години подоцна направил експеримент во кој успеал да најде друг елемент. Тој сакаше да открие дали воздухот содржи и други компоненти освен веќе познатиот кислород и азот. Тој наполнил свиткана стаклена цевка со воздух, ги потопил нејзините краеви во садови од жива и пропуштал електрични празнења меѓу нив. Искрите предизвикаа азотот да се комбинира со кислородот, а добиените кисели соединенија беа апсорбирани од алкалниот раствор. Во отсуство на кислород, Кевендиш го внесе во цевката и го продолжи експериментот додека не се отстрани целиот азот. Експериментот траеше неколку недели, при што волуменот на гас во цевката постојано се намалуваше. Откако азотот бил исцрпен, Кевендиш го отстранил кислородот и открил дека меурот сè уште постои, што според него е ¹/₁₂₀ почетен волумен на воздух. Господ не праша за природата на остатоците, сметајќи дека ефектот е грешка на искуство. Денеска знаеме дека беше многу блиску до отворање аргон, но беше потребно повеќе од еден век за да се заврши експериментот.

соларна мистерија

Затемнувањето на Сонцето отсекогаш го привлекувало вниманието и на обичните луѓе и на научниците. На 18 август 1868 година, астрономите кои го набљудувале овој феномен првпат користеле спектроскоп (дизајниран пред помалку од десет години) за да ги проучат сончевите проминентни места, јасно видливи со затемнет диск. француски Пјер Јансен на овој начин тој докажал дека сончевата корона главно се состои од водород и други елементи на земјата. Но, следниот ден, повторно набљудувајќи го Сонцето, забележал претходно неопишана спектрална линија лоцирана во близина на карактеристичната жолта линија на натриум. Јансен не можеше да го припише на ниту еден елемент познат во тоа време. Истото набљудување го направил и англиски астроном Норман Локер. Научниците изнесоа различни хипотези за мистериозната компонента на нашата ѕвезда. Локер го именуваше ласер со висока енергија, во име на грчкиот бог на сонцето - Хелиос. Сепак, повеќето научници веруваа дека жолтата линија што ја видоа е дел од водородниот спектар на екстремно високите температури на ѕвездата. Во 1881 година, италијански физичар и метеоролог Луиџи Палмиери ги проучувал вулканските гасови на Везув со помош на спектроскоп. Во нивниот спектар, тој пронашол жолта лента која му се припишува на хелиумот. Сепак, Палмиери нејасно ги опиша резултатите од неговите експерименти, а другите научници не ги потврдија. Сега знаеме дека хелиумот се наоѓа во вулканските гасови, а Италија можеби е првата што го набљудувала копнениот спектар на хелиум.

Илустрација од 1901 година што го прикажува апаратот за експериментот Кевендиш

Отворање на трето децимално место

На почетокот на последната деценија на XNUMX век, англискиот физичар Лорд Рејли (Џон Вилијам Штрут) одлучи точно да ги одреди густините на различни гасови, што исто така овозможи точно да се одредат атомските маси на нивните елементи. Рејли бил вреден експериментатор, па добивал гасови од широк спектар на извори со цел да открие нечистотии кои би ги фалсификувале резултатите. Тој успеа да ја намали грешката на определување на стотинки од процентот, која во тоа време беше многу мала. Анализираните гасови покажаа усогласеност со утврдената густина во рамките на мерната грешка. Ова не изненади никого, бидејќи составот на хемиските соединенија не зависи од нивното потекло. Исклучок беше азот - само што имаше различна густина во зависност од начинот на производство. Азот атмосферски (добиен од воздухот по одвојувањето на кислород, водена пареа и јаглерод диоксид) отсекогаш бил потежок од хемиски (се добива со разградување на неговите соединенија). Разликата, што е доволно чудно, беше константна и изнесуваше околу 0,1%. Рејли, не можејќи да го објасни овој феномен, се сврте кон други научници.

Помош понудена од хемичар Вилијам Ремзи. И двајцата научници заклучија дека единственото објаснување е присуството на мешавина на потежок гас во азот добиен од воздухот. Кога наишле на описот на експериментот на Кевендиш, почувствувале дека се на вистинскиот пат. Тие го повториле експериментот, овој пат користејќи модерна опрема, а набрзо кај нив имало примерок од непознат гас. Спектроскопската анализа покажа дека постои одвоено од познатите супстанции, а други студии покажаа дека постои како посебни атоми. Досега не се познати такви гасови (имаме О₂, N₂, Н₂), па тоа значеше и отворање нов елемент. Рејли и Ремзи се обидоа да го натераат аргон (грчки = мрзлив) да реагира со други материи, но безуспешно. За да ја одредат температурата на нејзината кондензација, тие се обратиле до единствената личност во светот во тоа време која имала соодветен апарат. Беше Карол Олшевски, професор по хемија на Јагелонскиот универзитет. Олшевски го течен и зацврсти аргонот, а ги определи и неговите други физички параметри.

Извештајот на Рејли и Ремзи во август 1894 година предизвика голема резонанца. Научниците не можеа да веруваат дека генерации истражувачи ја занемариле компонентата од 1% воздух, која е присутна на Земјата во количина многу поголема од, на пример, среброто. Тестовите од други го потврдија постоењето на аргон. Откритието со право се сметаше за големо достигнување и триумф на внимателен експеримент (се велеше дека новиот елемент бил скриен на третото децимално место). Сепак, никој не очекуваше дека ќе има ...

… Цело семејство на гасови.

Хелиумска група (атомски број на врвот, атомска маса на дното).

Дури и пред атмосферата да биде темелно анализирана, една година подоцна, Ремзи се заинтересирал за статија во списанието за геологија која известувала за ослободување на гас од руди на ураниум кога е изложен на киселина. Ремзи се обидел повторно, го испитал добиениот гас со спектроскоп и видел непознати спектрални линии. Консултации со Вилијам Крукс, специјалист за спектроскопија, доведе до заклучок дека долго време се бара на Земјата ласер со висока енергија. Сега знаеме дека ова е еден од производите на распаѓање на ураниум и ториум, содржани во рудите на природни радиоактивни елементи. Ремзи повторно побара од Олшевски да го течни новиот гас. Меѓутоа, овој пат опремата не беше способна да постигне доволно ниски температури, а течниот хелиум беше добиен дури во 1908 година.

Хелиумот, исто така, се покажа како монатомски гас и неактивен, како аргон. Својствата на двата елементи не се вклопуваат во ниту едно семејство од периодниот систем и беше одлучено да се создаде посебна група за нив. [helowce_uklad] Ремзи дошол до заклучок дека во него има празнини, а заедно со својот колега Морисем Траверсем започна понатамошно истражување. Со дестилирање на течен воздух, хемичарите откриле уште три гасови во 1898 година: неонски (гр. = ново), криптон (gr. = skryty) i ксенон (грчки = странец). Сите тие заедно со хелиумот се присутни во воздухот во минимални количини, многу помалку од аргонот. Хемиската пасивност на новите елементи ги поттикна истражувачите да им дадат заедничко име. благородни гасови. 

По неуспешните обиди да се одвои од воздухот, откриен е уште еден хелиум како производ на радиоактивни трансформации. Во 1900 г Фредерик Дорн ораз Андре-Луј Дебирн забележале ослободување на гас (еманација, како што рекоа тогаш) од радиумот, кој го нарекоа радон. Набрзо било забележано дека еманациите испуштаат и ториум и актиниум (торон и актинон). Ремзи и Фредерик Соди докажаа дека тие се еден елемент и се следниот благороден гас што го именуваа нитон (латински = да свети затоа што примероците од гас светеле во темнина). Во 1923 година, нитон конечно стана радон, именуван по најдолговечниот изотоп.

Последната од инсталациите на хелиум што ја затвораат вистинската периодична табела е добиена во 2006 година во руската нуклеарна лабораторија во Дубна. Името, одобрено само десет години подоцна, Оганесон, во чест на рускиот нуклеарен физичар Јуриј Оганесјан. Единственото нешто што се знае за новиот елемент е дека тој е најтешкиот познат досега и дека се добиени само неколку јадра кои живееле помалку од една милисекунда.

Хемиски несогласувања

Верувањето во хемиската пасивност на хелиумот пропадна во 1962 година кога Нил Бартлет добил соединение со формулата Xe [PtF₆]. Хемијата на ксенонските соединенија денес е доста обемна: познати се флуориди, оксиди, па дури и киселински соли на овој елемент. Покрај тоа, тие се постојани соединенија во нормални услови. Криптонот е полесен од ксенон, формира неколку флуориди, како и потешкиот радон (радиоактивноста на вториот го отежнува истражувањето). Од друга страна, трите најлесни - хелиум, неон и аргон - немаат постојани соединенија.

Хемиските соединенија на благородни гасови со помалку благородни партнери можат да се споредат со старите несојузи. Денес овој концепт повеќе не важи и не треба да се чуди што ...

Хеликоптери, од лево кон десно: Лорд Рејли (Џон Вилијам Штрут, 1842–1919), Сер Вилијам Ремзи (1852–1916) и Морис Траверс (1872–1961); портрет од колекцијата на Универзитетскиот колеџ во Лондон.

… аристократите работат.

Хелиумот се добива со одвојување на течен воздух во растенијата со азот и кислород. Од друга страна, изворот на хелиум е главно природниот гас, во кој тој е до неколку проценти од волуменот (во Европа, најголемата фабрика за производство на хелиум работи во Надминат, во Големо Полско Војводство). Нивната прва занимација беше да светат во светлечки цевки. Во денешно време, неонското рекламирање сè уште е пријатно за око, но материјалите од хелиум се основа и на некои видови ласери, како што е аргон ласерот што ќе го сретнеме кај стоматолог или козметичар.

Уметничка изведба на Xenon Ion Probe Dawn во близина на астероидот Церера.

Хемиската пасивност на инсталациите со хелиум се користи за создавање атмосфера што штити од оксидација, на пример, при заварување метали или херметичко пакување на храна. Светилките исполнети со хелиум работат на повисока температура (т.е. светат посилно) и поефикасно ја користат електричната енергија. Обично аргонот се користи измешан со азот, но уште подобри резултати даваат криптонот и ксенонот. Најновата употреба на ксенон е како погонски материјал во погонот на јонски ракети, што е поефикасно од погонот со хемиски погон. Најлесниот хелиум е исполнет со временски балони и балони за деца. Во мешавина со кислород, хелиумот го користат нуркачите за да работат на големи длабочини, што помага да се избегне болест на декомпресија. Најважната примена на хелиумот е да се постигнат ниските температури потребни за функционирање на суперпроводниците.

Мешавината на кислород и хелиум обезбедува безбедно нуркање.