Elementari aristokratija

Kiekviena periodinės lentelės eilutė baigiasi pabaigoje. Prieš kiek daugiau nei šimtą metų jų egzistavimas net nebuvo manomas. Tada jie nustebino pasaulį savo cheminėmis savybėmis, tiksliau – nebuvimu. Dar vėliau jie pasirodė esąs logiška gamtos dėsnių pasekmė. tauriųjų dujų.

Laikui bėgant jie „perėjo į veiksmą“, o praėjusio amžiaus antroje pusėje imta sieti su ne tokiais kilniais elementais. Pradėkime pasakojimą apie elementarią aukštuomenę taip:

Prieš daug laiko…

... Buvo lordas.

Lordas Henry Cavendishas (1731–1810) sename eskize.

Henris Cavendishas jis priklausė aukščiausiai Didžiosios Britanijos aristokratijai, tačiau jam buvo įdomu sužinoti gamtos paslaptis. 1766 m. jis atrado vandenilį, o po devyniolikos metų atliko eksperimentą, kurio metu jam pavyko rasti kitą elementą. Jis norėjo išsiaiškinti, ar ore, be jau žinomo deguonies ir azoto, yra kitų komponentų. Į išlenktą stiklinį vamzdelį jis pripildė oro, jo galus panardino į gyvsidabrio indus ir tarp jų perleido elektros iškrovas. Dėl kibirkščių azotas susijungė su deguonimi, o susidariusius rūgštinius junginius sugėrė šarmo tirpalas. Trūkstant deguonies, Cavendish padavė jį į mėgintuvėlį ir tęsė eksperimentą, kol buvo pašalintas visas azotas. Eksperimentas truko kelias savaites, per kurį dujų tūris vamzdyje nuolat mažėjo. Kai azotas buvo išnaudotas, Cavendish pašalino deguonį ir nustatė, kad burbulas vis dar egzistuoja, o tai, jo manymu, ¹/₁₂₀ pradinis oro kiekis. Viešpats neklausė apie likučių pobūdį, laikydamas, kad poveikis yra patirties klaida. Šiandien žinome, kad jis buvo labai arti atidarymo argonas, tačiau eksperimentui užbaigti prireikė daugiau nei šimtmečio.

saulės paslaptis

Saulės užtemimai visada traukė tiek paprastų žmonių, tiek mokslininkų dėmesį. 18 m. rugpjūčio 1868 d. astronomai, stebėję šį reiškinį, pirmą kartą panaudojo spektroskopą (sukurtą mažiau nei prieš dešimt metų), kad ištirtų Saulės iškilimus, aiškiai matomus su patamsėjusiu disku. Prancūzų kalba Pierre'as Janssenas tokiu būdu jis įrodė, kad Saulės vainiką daugiausia sudaro vandenilis ir kiti žemės elementai. Tačiau kitą dieną, vėl stebėdamas Saulę, jis pastebėjo anksčiau neaprašytą spektro liniją, esančią šalia būdingos geltonos natrio linijos. Janssenas negalėjo to priskirti jokiam tuo metu žinomam elementui. Tą patį pastebėjo anglų astronomas Normanas Lockeris. Mokslininkai iškėlė įvairias hipotezes apie paslaptingą mūsų žvaigždės komponentą. Lockyer pavadino jį didelės energijos lazeris, graikų saulės dievo Helios vardu. Tačiau dauguma mokslininkų manė, kad geltona linija, kurią jie matė, yra vandenilio spektro dalis, esanti itin aukštai žvaigždės temperatūrai. 1881 m. italų fizikas ir meteorologas Luigi Palmieri spektroskopu tyrinėjo Vezuvijaus vulkanines dujas. Jų spektre jis rado geltoną juostą, priskiriamą heliui. Tačiau Palmieri savo eksperimentų rezultatus apibūdino miglotai, o kiti mokslininkai jų nepatvirtino. Dabar žinome, kad helio yra vulkaninėse dujose, o Italija iš tiesų galėjo būti pirmoji, kuri stebėjo antžeminio helio spektrą.

1901 m. iliustracija, kurioje parodytas Cavendish eksperimento aparatas

Atidarymas trečiuoju skaitmeniu po kablelio

XNUMX amžiaus paskutiniojo dešimtmečio pradžioje anglų fizikas Lordas Reilis (John William Strutt) nusprendė tiksliai nustatyti įvairių dujų tankius, kurie taip pat leido tiksliai nustatyti jų elementų atomines mases. Rayleighas buvo kruopštus eksperimentuotojas, todėl jis gaudavo dujų iš įvairiausių šaltinių, kad aptiktų priemaišas, kurios suklastotų rezultatus. Jam pavyko iki šimtųjų procentų sumažinti nustatymo paklaidą, kuri tuo metu buvo labai maža. Ištirtos dujos atitiko nustatytą tankį matavimo paklaidos ribose. Tai nieko nenustebino, nes cheminių junginių sudėtis nepriklauso nuo jų kilmės. Išimtis buvo azotas – tik jis turėjo skirtingą tankį, priklausomai nuo gamybos būdo. Azotas atmosferos (gaunamas iš oro po deguonies, vandens garų ir anglies dioksido atskyrimo) visada buvo sunkesnis nei cheminė medžiaga (gaunamas skaidant jo junginius). Skirtumas, kaip bebūtų keista, buvo pastovus ir siekė apie 0,1%. Rayleigh, negalėdamas paaiškinti šio reiškinio, kreipėsi į kitus mokslininkus.

Pagalbą siūlo chemikas Viljamas Ramzėjus. Abu mokslininkai padarė išvadą, kad vienintelis paaiškinimas buvo sunkesnių dujų priemaiša iš oro gautame azote. Kai jie susipažino su Cavendish eksperimento aprašymu, jie pajuto, kad eina teisingu keliu. Jie pakartojo eksperimentą, šį kartą naudodami modernią įrangą, ir netrukus jie turėjo nežinomų dujų pavyzdį. Spektroskopinė analizė parodė, kad ji egzistuoja atskirai nuo žinomų medžiagų, o kiti tyrimai parodė, kad ji egzistuoja kaip atskiri atomai. Iki šiol tokios dujos nebuvo žinomos (turime O₂, N₂, H₂), tai reiškė ir naujo elemento atidarymą. Rayleigh ir Ramsay bandė jį padaryti argonas (gr. = tinginys) reaguoti su kitomis medžiagomis, bet nesėkmingai. Norėdami nustatyti jo kondensacijos temperatūrą, jie kreipėsi į vienintelį tuo metu pasaulyje žmogų, kuris turėjo atitinkamą aparatą. Tai buvo Karolis Olševskis, Jogailos universiteto chemijos profesorius. Olševskis suskystino ir sukietino argoną, taip pat nustatė kitus jo fizinius parametrus.

1894 m. rugpjūčio mėn. Rayleigh ir Ramsay pranešimas sukėlė didelį atgarsį. Mokslininkai negalėjo patikėti, kad tyrėjų kartos nepaisė 1% oro komponento, kurio Žemėje yra daug daugiau nei, pavyzdžiui, sidabro. Kitų atlikti bandymai patvirtino argono egzistavimą. Atradimas pagrįstai buvo laikomas dideliu pasiekimu ir kruopštaus eksperimento triumfu (buvo teigiama, kad naujasis elementas buvo paslėptas trečioje skaitmens po kablelio tikslumu). Tačiau niekas nesitikėjo, kad bus...

… Visa dujų šeima.

Helio grupė (atominis skaičius viršuje, atominė masė apačioje).

Dar prieš tai, kai atmosfera buvo nuodugniai išanalizuota, po metų Ramsay susidomėjo geologijos žurnalo straipsniu, kuriame buvo pranešta apie dujų išsiskyrimą iš urano rūdų, kai jos veikiamos rūgštimi. Ramsay pabandė dar kartą, ištyrė susidariusias dujas spektroskopu ir pamatė nepažįstamas spektro linijas. Konsultacija su Williamas Crooksas, spektroskopijos specialistas, padarė išvadą, kad jos jau seniai ieškota Žemėje didelės energijos lazeris. Dabar žinome, kad tai yra vienas iš urano ir torio skilimo produktų, esančių natūralių radioaktyvių elementų rūdose. Ramsay vėl paprašė Olševskio suskystinti naujas dujas. Tačiau šį kartą įranga nesugebėjo pasiekti pakankamai žemos temperatūros, o skystas helis buvo gautas tik 1908 m.

Helis taip pat pasirodė esąs monoatominės dujos ir neaktyvus, kaip argonas. Abiejų elementų savybės netilpo į jokią periodinės lentelės šeimą ir buvo nuspręsta jiems sukurti atskirą grupę. [helowce_uklad] Ramsay padarė išvadą, kad jame yra spragų, ir kartu su kolega Morrisem Traversem pradėjo tolesnius tyrimus. Distiliuodami skystą orą, chemikai atrado dar tris dujas 1898 m.: neonas (gr. = naujas), kriptonas (gr. = skryty)i ksenonas (graikų kalba = svetima). Visų jų, kartu su heliu, ore yra minimalūs kiekiai, daug mažiau nei argonas. Cheminis naujų elementų pasyvumas paskatino mokslininkus suteikti jiems bendrą pavadinimą. tauriųjų dujų. 

Po nesėkmingų bandymų atsiskirti nuo oro buvo aptiktas dar vienas helis, kaip radioaktyvių virsmų produktas. 1900 metais Frederikas Dornas Orazas Andre-Louis Debirn jie pastebėjo, kad iš radžio išsiskiria dujos (išsiveržimas, kaip tada sakė) ir tai jie vadino radonas. Netrukus pastebėta, kad emanacijos taip pat išskiria torą ir aktiniją (toroną ir aktinoną). Ramsay ir Frederikas Sodis įrodė, kad jos yra vienas elementas ir yra kitos jų pavadintos tauriosios dujos nitonas (lot. = švyti, nes dujų mėginiai švytėjo tamsoje). 1923 metais nitonas pagaliau tapo radonu, pavadintu ilgiausiai gyvuojančio izotopo vardu.

Paskutinis iš helio įrenginių, užbaigiančių tikrąją periodinę lentelę, buvo gautas 2006 m. Rusijos branduolinėje laboratorijoje Dubnoje. Pavadinimas, patvirtintas tik po dešimties metų, Oganessonas, Rusijos branduolinio fiziko garbei Jurijus Oganesjanas. Apie naująjį elementą žinoma tik tiek, kad jis yra pats sunkiausias iki šiol žinomas ir kad buvo gauti tik keli branduoliai, kurie gyvavo mažiau nei milisekundę.

Cheminiai nesusipratimai

Tikėjimas cheminiu helio pasyvumu žlugo 1962 m., kai Neilas Bartlettas jis gavo junginį, kurio formulė Xe [PtF₆]. Ksenono junginių chemija šiandien yra gana plati: žinomi šio elemento fluoridai, oksidai ir net rūgštinės druskos. Be to, normaliomis sąlygomis jie yra nuolatiniai junginiai. Kriptonas yra lengvesnis už ksenoną, sudaro kelis fluoridus, kaip ir sunkesnis radonas (pastarojo radioaktyvumas gerokai apsunkina tyrimus). Kita vertus, trys lengviausi – helis, neonas ir argonas – neturi pastovių junginių.

Cheminius tauriųjų dujų junginius su mažiau kilniais partneriais galima palyginti su senais nesusipratimais. Šiandien ši sąvoka nebegalioja ir nereikėtų stebėtis, kad...

Sraigtasparniai, iš kairės į dešinę: Lordas Rayleighas (John William Strutt, 1842–1919), seras Williamas Ramsay (1852–1916) ir Morrisas Traversas (1872–1961); portretas iš Londono universiteto koledžo kolekcijos.

... dirba aristokratai.

Helis gaunamas atskiriant suskystintą orą azoto ir deguonies augaluose. Kita vertus, helio šaltinis daugiausia yra gamtinės dujos, kuriose jo yra iki kelių procentų tūrio (Europoje didžiausia helio gamykla veikia m. aš priešinausi, Didžiojoje Lenkijos vaivadijoje). Pirmasis jų užsiėmimas buvo spindėti šviečiančiais vamzdžiais. Šiais laikais neoninė reklama vis dar džiugina akį, tačiau helio medžiagos yra ir kai kurių lazerių tipų pagrindas, pavyzdžiui, argono lazerio, kurį sutiksime pas odontologą ar kosmetologą.

Menininko sukurtas ksenono jonų zondo aušra netoli asteroido Ceres.

Cheminis helio įrenginių pasyvumas naudojamas sukurti atmosferą, apsaugančią nuo oksidacijos, pavyzdžiui, suvirinant metalus ar hermetiškas maisto pakuotes. Heliu užpildytos lempos veikia aukštesnėje temperatūroje (tai yra, jos šviečia ryškiau) ir efektyviau naudoja elektros energiją. Paprastai argonas naudojamas sumaišytas su azotu, tačiau kriptonas ir ksenonas duoda dar geresnių rezultatų. Naujausias ksenono panaudojimas yra jonų raketų varomoji medžiaga, kuri yra efektyvesnė nei cheminio kuro varomoji jėga. Lengviausias helis užpildytas orų balionais ir balionais vaikams. Helį mišinyje su deguonimi narai naudoja darbui dideliame gylyje, o tai padeda išvengti dekompresinės ligos. Svarbiausias helio panaudojimo būdas – pasiekti žemą temperatūrą, reikalingą superlaidininkams funkcionuoti.

Deguonies-helio mišinys užtikrina saugų nardymą.