Elementêre aristokrasie

Elke ry van die periodieke tabel eindig aan die einde. 'n Bietjie meer as 'n honderd jaar gelede was hul bestaan ​​nie eers veronderstel nie. Toe het hulle die wêreld verstom met hul chemiese eienskappe, of eerder hul afwesigheid. Selfs later het dit geblyk 'n logiese gevolg van die natuurwette te wees. edelgasse.

Met verloop van tyd het hulle “in aksie gegaan”, en in die tweede helfte van die vorige eeu het hulle begin om met minder edele elemente geassosieer te word. Kom ons begin die storie van die elementêre hoë samelewing soos volg:

Lank gelede…

… Daar was 'n heer.

Lord Henry Cavendish (1731-1810) in 'n ou skets.

Henry Cavendish hy het tot die hoogste Britse aristokrasie behoort, maar hy het daarin belang gestel om die geheime van die natuur te leer. In 1766 het hy waterstof ontdek, en negentien jaar later het hy 'n eksperiment uitgevoer waarin hy 'n ander element kon vind. Hy wou uitvind of die lug ander komponente bevat buiten die reeds bekende suurstof en stikstof. Hy het 'n gebuigde glasbuis met lug gevul, die punte daarvan in kwikhouers gedompel en elektriese ontladings tussen hulle deurgegee. Die vonke het veroorsaak dat die stikstof met suurstof kombineer, en die gevolglike suurverbindings is deur die alkali-oplossing geabsorbeer. In die afwesigheid van suurstof het Cavendish dit in die buis gevoer en die eksperiment voortgesit totdat alle stikstof verwyder is. Die eksperiment het etlike weke geduur, waartydens die volume gas in die pyp voortdurend afgeneem het. Sodra die stikstof uitgeput was, het Cavendish die suurstof verwyder en gevind dat die borrel nog bestaan, wat hy geskat het ¹/₁₂₀ aanvanklike lugvolume. Die Here het nie na die aard van die oorblyfsels gevra nie, aangesien die effek as 'n ervaringsfout beskou word. Vandag weet ons dat hy baie naby aan opening was argon, maar dit het meer as 'n eeu geneem om die eksperiment te voltooi.

sonkrag raaisel

Sonsverduisterings het nog altyd die aandag van beide gewone mense en wetenskaplikes getrek. Op 18 Augustus 1868 het sterrekundiges wat hierdie verskynsel waargeneem het vir die eerste keer 'n spektroskoop (wat minder as tien jaar gelede ontwerp is) gebruik om sonprominensies te bestudeer, duidelik sigbaar met 'n verduisterde skyf. Frans Pierre Janssen op hierdie manier het hy bewys dat die sonkorona hoofsaaklik uit waterstof en ander elemente van die aarde bestaan. Maar die volgende dag, terwyl hy weer die Son waargeneem het, het hy 'n voorheen onbeskryfde spektraallyn opgemerk wat naby die kenmerkende geel lyn van natrium geleë was. Janssen kon dit nie toeskryf aan enige element wat destyds bekend was nie. Dieselfde waarneming is deur 'n Engelse sterrekundige gemaak Norman Locker. Wetenskaplikes het verskeie hipoteses oor die geheimsinnige komponent van ons ster voorgehou. Lockyer het hom genoem hoë-energie laser, namens die Griekse god van die son - Helios. Die meeste wetenskaplikes het egter geglo die geel lyn wat hulle gesien het, was deel van die waterstofspektrum by die ster se uiters hoë temperature. In 1881, 'n Italiaanse fisikus en meteoroloog Luigi Palmieri het die vulkaniese gasse van Vesuvius met 'n spektroskoop bestudeer. In hul spektrum het hy 'n geel band gevind wat aan helium toegeskryf word. Palmieri het egter die resultate van sy eksperimente vaag beskryf, en ander wetenskaplikes het dit nie bevestig nie. Ons weet nou dat helium in vulkaniese gasse gevind word, en Italië kan inderdaad die eerste gewees het wat die terrestriële heliumspektrum waargeneem het.

Illustrasie uit 1901 wat die apparaat vir die Cavendish-eksperiment wys

Opening in die derde desimale plek

Aan die begin van die laaste dekade van die XNUMXste eeu, die Engelse fisikus Here Rayleigh (John William Strutt) het besluit om die digthede van verskeie gasse akkuraat te bepaal, wat dit ook moontlik gemaak het om die atoommassas van hul elemente akkuraat te bepaal. Rayleigh was 'n ywerige eksperimenteerder, so hy het gasse van 'n wye verskeidenheid bronne verkry om onsuiwerhede op te spoor wat die resultate sou vervals. Hy het daarin geslaag om die fout van vasberadenheid te verminder tot honderdstes van 'n persent, wat op daardie stadium baie klein was. Die geanaliseerde gasse het voldoen aan die vasgestelde digtheid binne die meetfout. Dit het niemand verbaas nie, aangesien die samestelling van chemiese verbindings nie afhang van hul oorsprong nie. Die uitsondering was stikstof - net dit het 'n ander digtheid gehad na gelang van die produksiemetode. Stikstof atmosferies (verkry uit lug na die skeiding van suurstof, waterdamp en koolstofdioksied) was nog altyd swaarder as chemiese (verkry deur ontbinding van sy verbindings). Die verskil was, vreemd genoeg, konstant en het sowat 0,1% beloop. Rayleigh, wat nie in staat was om hierdie verskynsel te verduidelik nie, het hom tot ander wetenskaplikes gewend.

Hulp aangebied deur 'n apteker William Ramsay. Albei wetenskaplikes het tot die gevolgtrekking gekom dat die enigste verklaring die teenwoordigheid van 'n mengsel van 'n swaarder gas in die stikstof wat uit die lug verkry is, was. Toe hulle op die beskrywing van die Cavendish-eksperiment afkom, het hulle gevoel hulle is op die regte pad. Hulle het die eksperiment herhaal, hierdie keer met moderne toerusting, en kort voor lank het hulle 'n monster van 'n onbekende gas in hul besit gehad. Spektroskopiese analise het getoon dat dit apart van bekende stowwe bestaan, en ander studies het getoon dat dit as aparte atome bestaan. Tot dusver was sulke gasse nie bekend nie (ons het O₂, N₂, H₂), so dit het ook beteken dat 'n nuwe element oopgemaak word. Rayleigh en Ramsay het hom probeer maak argon (Grieks = lui) om met ander stowwe te reageer, maar tevergeefs. Om die temperatuur van die kondensasie daarvan te bepaal, het hulle hulle tot die enigste persoon in die wêreld op daardie tydstip gewend wat die toepaslike apparaat gehad het. Dit was Karol Olszewski, professor in chemie aan die Jagiellonian Universiteit. Olshevsky het argon vloeibaar gemaak en gestol, en ook sy ander fisiese parameters bepaal.

Die verslag van Rayleigh en Ramsay in Augustus 1894 het groot weerklank veroorsaak. Wetenskaplikes kon nie glo dat generasies navorsers die 1%-komponent van lug, wat in 'n hoeveelheid veel groter as byvoorbeeld silwer op aarde voorkom, verwaarloos het nie. Toetse deur ander het die bestaan ​​van argon bevestig. Die ontdekking is tereg beskou as 'n groot prestasie en 'n triomf van versigtige eksperiment (daar is gesê dat die nuwe element in die derde desimale plek versteek is). Niemand het egter verwag dat daar ...

… 'n Hele familie gasse.

Heliumgroep (atoomgetal bo, atoommassa onder).

Selfs voordat die atmosfeer deeglik ontleed is, 'n jaar later, het Ramsay belang gestel in 'n geologie-joernaalartikel wat die vrystelling van gas uit uraanerts gerapporteer het wanneer dit aan suur blootgestel is. Ramsay het weer probeer, die resulterende gas met 'n spektroskoop ondersoek en onbekende spektrale lyne gesien. Konsultasie met William Crookes, 'n spesialis in spektroskopie, het tot die gevolgtrekking gelei dat dit lankal op Aarde gesoek word hoë-energie laser. Nou weet ons dat dit een van die vervalprodukte van uraan en torium is, vervat in die ertse van natuurlike radioaktiewe elemente. Ramsay het weer vir Olszewski gevra om die nuwe gas vloeibaar te maak. Hierdie keer was die toerusting egter nie in staat om voldoende lae temperature te bereik nie, en vloeibare helium is eers in 1908 verkry.

Helium het ook geblyk 'n monoatomiese gas te wees en onaktief, soos argon. Die eienskappe van beide elemente het nie in enige familie van die periodieke tabel gepas nie en daar is besluit om 'n aparte groep vir hulle te skep. [helowce_uklad] Ramsay het tot die gevolgtrekking gekom dat daar leemtes daarin is, en saam met sy kollega Morris Traverse verdere navorsing begin het. Deur vloeibare lug te distilleer, het chemici nog drie gasse in 1898 ontdek: neon (gr. = nuut), krypton (gr. = skryty)i xenon (Grieks = uitlands). Almal van hulle, saam met helium, is in die lug in minimale hoeveelhede teenwoordig, baie minder as argon. Die chemiese passiwiteit van die nuwe elemente het navorsers aangespoor om hulle 'n algemene naam te gee. edelgasse. 

Na onsuksesvolle pogings om van die lug te skei, is nog 'n helium ontdek as 'n produk van radioaktiewe transformasies. In 1900 Frederick Dorn Oraz Andre-Louis Debirn hulle het die vrylating van gas (emanasie, soos hulle toe gesê het) opgemerk uit radium, wat hulle genoem het radon. Daar is gou opgemerk dat die emanasies ook torium en aktinium (toron en aktinon) uitstraal. Ramsay en Frederick Soddy het bewys dat hulle een element is en die volgende edelgas is wat hulle genoem het niton (Latyn = om te gloei omdat die gasmonsters in die donker gegloei het). In 1923 het nithon uiteindelik radon geword, vernoem na die langlewende isotoop.

Die laaste van die heliuminstallasies wat die werklike periodieke tabel sluit, is in 2006 by die Russiese kernlaboratorium in Dubna verkry. Die naam, wat eers tien jaar later goedgekeur is, Oganesson, ter ere van die Russiese kernfisikus Yuri Oganesyan. Die enigste ding wat oor die nuwe element bekend is, is dat dit die swaarste is wat tot nog toe bekend is en dat daar net 'n paar kerne verkry is wat vir minder as 'n millisekonde geleef het.

Chemiese wanverhoudings

Geloof in die chemiese passiwiteit van helium het in 1962 in duie gestort toe Neil Bartlett hy het 'n verbinding met die formule Xe [PtF₆]. Die chemie van xenonverbindings vandag is redelik uitgebreid: fluoriede, oksiede en selfs suursoute van hierdie element is bekend. Daarbenewens is hulle permanente verbindings onder normale toestande. Kripton is ligter as xenon, vorm verskeie fluoriede, so ook die swaarder radon (laasgenoemde se radioaktiwiteit maak navorsing baie moeiliker). Aan die ander kant het die drie ligstes – helium, neon en argon – nie permanente verbindings nie.

Chemiese verbindings van edelgasse met minder edele vennote kan vergelyk word met ou misalliansies. Vandag is hierdie konsep nie meer geldig nie, en 'n mens moet nie verbaas wees dat ...

Helikopters, van links na regs: Lord Rayleigh (John William Strutt, 1842–1919), Sir William Ramsay (1852–1916) en Morris Travers (1872–1961); portret uit die versameling van University College London.

… aristokrate werk.

Helium word verkry deur vloeibare lug in stikstof- en suurstofplante te skei. Aan die ander kant is die bron van helium hoofsaaklik aardgas, waarin dit tot 'n paar persent van die volume is (in Europa werk die grootste heliumproduksie-aanleg in oorwin, in Woiwodskap Groot-Pole). Hulle eerste beroep was om in ligbuise te skyn. Deesdae is neon-reklame steeds lus vir die oog, maar heliummateriaal is ook die basis van sommige soorte lasers, soos die argon-laser wat ons by die tandarts of skoonheidskundige sal ontmoet.

Kunstenaar se weergawe van die Xenon Ion Probe Dawn naby die asteroïde Ceres.

Die chemiese passiwiteit van heliuminstallasies word gebruik om 'n atmosfeer te skep wat teen oksidasie beskerm, byvoorbeeld wanneer metale of hermetiese voedselverpakking sweis word. Helium-gevulde lampe werk teen 'n hoër temperatuur (dit wil sê, hulle skyn helderder) en gebruik elektrisiteit meer doeltreffend. Gewoonlik word argon gemeng met stikstof gebruik, maar kripton en xenon gee selfs beter resultate. Die nuutste gebruik van xenon is as 'n aandryfmateriaal in ioonvuurpylaandrywing, wat doeltreffender is as chemiese dryfmiddel. Die ligste helium is gevul met weerballonne en ballonne vir kinders. In 'n mengsel met suurstof word helium deur duikers gebruik om op groot dieptes te werk, wat help om dekompressiesiekte te vermy. Die belangrikste toepassing van helium is om die lae temperature te bereik wat nodig is vir supergeleiers om te funksioneer.

Suurstof-helium-mengsel verseker veilige duik.