Элементарлы аристократия

Периодтық кестенің әрбір жолы соңында аяқталады. Жүз жылдан сәл астам уақыт бұрын олардың болуы тіпті болжанбаған. Содан кейін олар өздерінің химиялық қасиеттерімен, дәлірек айтқанда, олардың жоқтығымен әлемді таң қалдырды. Тіпті кейінірек олар табиғат заңдарының логикалық салдары болып шықты. асыл газдар.

Уақыт өте келе олар «іске кірісті», ал өткен ғасырдың екінші жартысында олар аз асыл элементтермен байланыстыра бастады. Бастауыш жоғары қоғам туралы әңгімені былай бастайық:

Ерте ертеде…

… Бір мырза бар еді.

Лорд Генри Кавендиш (1731-1810) ескі эскизде.

Генри Кавендиш ол ең жоғары британдық ақсүйектерге жататын, бірақ ол табиғат құпияларын білуге ​​қызығушылық танытты. 1766 жылы ол сутекті ашты, ал он тоғыз жылдан кейін ол басқа элементті таба алатын эксперимент жүргізді. Ол ауада бұрыннан белгілі оттегі мен азоттан басқа компоненттердің бар-жоғын білгісі келді. Ол майысқан шыны түтікке ауа толтырып, оның ұштарын сынапты сауыттарға батырып, олардың арасынан электр разрядтарын өткізген. Ұшқындар азоттың оттегімен қосылуына әкеліп соқты, нәтижесінде пайда болған қышқыл қосылыстар сілті ерітіндісіне сіңіп кетті. Оттегі болмаған кезде Кавендиш оны түтікке салып, барлық азот жойылғанша тәжірибені жалғастырды. Тәжірибе бірнеше аптаға созылды, оның барысында құбырдағы газдың көлемі үнемі азайып отырды. Азот таусылғаннан кейін, Кавендиш оттегін алып тастап, көпіршікті оның әлі де бар екенін анықтады. ¹/₁₂₀ бастапқы ауа көлемі. Жаратқан Ие әсерді тәжірибенің қателігі деп есептеп, қалдықтардың табиғаты туралы сұрамады. Бүгін оның ашылуына өте жақын болғанын білеміз Аргон, бірақ экспериментті аяқтау үшін бір ғасырдан астам уақыт қажет болды.

күн жұмбағы

Күннің тұтылуы әрқашан қарапайым адамдардың да, ғалымдардың да назарын аударды. 18 жылы 1868 тамызда бұл құбылысты бақылайтын астрономдар алғаш рет күңгірттенген дискімен анық көрінетін күн сәулесінің көрінетін жерлерін зерттеу үшін спектроскопты (он жылдан аз уақыт бұрын жасалған) пайдаланды. француз Пьер Янсен осылайша ол күн тәжінің негізінен сутегі мен жердің басқа элементтерінен тұратынын дәлелдеді. Бірақ келесі күні Күнді қайтадан бақылап отырып, ол натрийдің тән сары сызығының жанында орналасқан бұрын сипатталмаған спектрлік сызықты байқады. Янссен оны сол кезде белгілі бір элементке жатқыза алмады. Дәл осындай бақылауды ағылшын астрономы да жасаған Норман Локер. Ғалымдар жұлдызымыздың жұмбақ құрамдас бөлігі туралы әртүрлі гипотезаларды алға тартты. Оны Локьер атады жоғары энергиялы лазер, гректердің күн құдайы - Гелиос атынан. Дегенмен, ғалымдардың көпшілігі олар көрген сары сызық жұлдыздың өте жоғары температурасында сутегі спектрінің бөлігі деп есептеді. 1881 жылы итальяндық физик және метеоролог Луиджи Палмиери спектроскоптың көмегімен Везувийдің жанартаулық газдарын зерттеді. Олардың спектрінде ол гелийге жататын сары жолақты тапты. Алайда, Пальмиери өз тәжірибелерінің нәтижелерін бұлыңғыр сипаттады, ал басқа ғалымдар оларды растамады. Қазір біз гелийдің вулкандық газдарда кездесетінін білеміз және Италия жердегі гелий спектрін бірінші болып бақылаған болуы мүмкін.

Кавендиш тәжірибесіне арналған аппаратты көрсететін 1901 жылғы иллюстрация

Үшінші ондық таңбамен ашылады

ХNUMX ғасырдың соңғы он жылдығының басында ағылшын физигі Лорд Рэйли (Джон Уильям Струтт) әртүрлі газдардың тығыздығын дәл анықтауға шешім қабылдады, бұл олардың элементтерінің атомдық массаларын дәл анықтауға мүмкіндік берді. Рэйли ұқыпты экспериментатор болды, сондықтан нәтижелерді бұрмалайтын қоспаларды анықтау үшін әртүрлі көздерден газ алды. Ол анықтау қателігін ол кезде өте аз болатын пайыздың жүзден бір бөлігіне дейін төмендете алды. Талданған газдар өлшеу қателігінің шегінде анықталған тығыздыққа сәйкестігін көрсетті. Бұл ешкімді таң қалдырмады, өйткені химиялық қосылыстардың құрамы олардың шығу тегіне байланысты емес. Ерекшелік азот болды - тек өндіріс әдісіне байланысты оның әртүрлі тығыздығы болды. Азот атмосфералық (оттегі, су буы және көмірқышқыл газы бөлінгеннен кейін ауадан алынған) әрқашан ауыр болды химиялық заттар (оның қосылыстарының ыдырауы арқылы алынады). Бір қызығы, айырмашылық тұрақты болды және шамамен 0,1% құрады. Бұл құбылысты түсіндіре алмаған Рэйли басқа ғалымдарға жүгінді.

Химик ұсынған көмек Уильям Рэмси. Екі ғалым да мұның жалғыз түсіндірмесі ауадан алынған азоттың құрамында ауыррақ газ қоспасының болуы деген қорытындыға келді. Олар Кавендиш тәжірибесінің сипаттамасын көргенде, олар дұрыс жолда екендерін сезінді. Олар тәжірибені қайталап, бұл жолы заманауи жабдықты пайдаланып, көп ұзамай қолдарында белгісіз газдың үлгісі болды. Спектроскопиялық талдау оның белгілі заттардан бөлек өмір сүретінін көрсетті, ал басқа зерттеулер оның жеке атомдар ретінде өмір сүретінін көрсетті. Әзірге мұндай газдар белгісіз (бізде О₂N₂, Х₂), сондықтан бұл жаңа элементті ашуды білдіреді. Рэйли мен Рэмси оны жасауға тырысты Аргон (грекше = жалқау) басқа заттармен әрекеттесу, бірақ нәтиже жоқ. Оның конденсациясының температурасын анықтау үшін олар сол кездегі әлемде тиісті аппараты бар жалғыз адамға жүгінді. Бұл болды Карол Ольшевский, Ягеллон университетінің химия профессоры. Ольшевский аргонды сұйылтып, қатайтты, сонымен қатар оның басқа физикалық параметрлерін анықтады.

1894 жылы тамызда Рэйлей мен Рэмсидің баяндамасы үлкен резонанс тудырды. Ғалымдар зерттеушілердің ұрпақтары жер бетінде, мысалы, күмістен әлдеқайда көп мөлшерде болатын ауаның 1% құрамдас бөлігін елеусіз қалдырғанына сене алмады. Басқалардың сынақтары аргонның бар екенін растады. Бұл жаңалық заңды түрде үлкен жетістік және мұқият эксперименттің салтанаты деп саналды (жаңа элемент үшінші ондық белгіге жасырылған деп айтылды). Дегенмен, ешкім күткен жоқ ...

... Газдардың тұтас бір тобы.

Гелий тобы (жоғарғы жағында атом нөмірі, төменгі жағында атомдық массасы).

Атмосфера мұқият талданбай тұрып-ақ, бір жылдан кейін Рамсей геология журналындағы мақалаға қызығушылық танытты, ол қышқылға ұшыраған кезде уран кендерінен газдың бөлінуі туралы хабарлады. Рэмси тағы да әрекет етіп, алынған газды спектроскоппен зерттеп, бейтаныс спектрлік сызықтарды көрді. -мен кеңесу Уильям Крукс, спектроскопия маманы, оны Жерде бұрыннан іздеген деген қорытындыға келді жоғары энергиялы лазер. Бұл табиғи радиоактивті элементтер рудаларының құрамындағы уран мен торийдің ыдырау өнімдерінің бірі екенін енді білеміз. Рамсай тағы да Ольшевскиден жаңа газды сұйылтуды өтінді. Дегенмен, бұл жолы жабдық жеткілікті төмен температураға қол жеткізе алмады, ал сұйық гелий 1908 жылға дейін алынған жоқ.

Гелий де бір атомды газ болып шықты және аргон сияқты белсенді емес. Екі элементтің де қасиеттері периодтық жүйенің ешбір отбасына сәйкес келмеді және олар үшін жеке топ құру туралы шешім қабылданды. [helowce_uklad] Рэмси оның әріптесімен бірге олқылықтар бар деген қорытындыға келді. Моррис Траверс қосымша зерттеулерді бастады. Сұйық ауаны айдау арқылы химиктер 1898 жылы тағы үш газды тапты: неон (гр. = жаңа), криптон (gr. = skryty) i ксенон (грек = шетелдік). Олардың барлығы гелиймен бірге ауада аз мөлшерде, аргоннан әлдеқайда аз болады. Жаңа элементтердің химиялық пассивтілігі зерттеушілерді оларға жалпы атау беруге итермеледі. асыл газдар. 

Ауадан бөлінетін сәтсіз әрекеттерден кейін радиоактивті өзгерістердің өнімі ретінде тағы бір гелий табылды. 1900 ж Фредерик Дорн ораз Андре-Луи Дебирн олар өздері атаған радийден газдың бөлінуін (олар айтқандай, эманация) байқады радон. Көп ұзамай эманациялар торий мен актинийді (торон және актинон) бөлетіні байқалды. Рэмси және Фредерик Содди бір элемент екенін және олар атаған келесі асыл газ екенін дәлелдеді нитон (Латын = жарқырау, өйткені газ үлгілері қараңғыда жарқырайды). 1923 жылы нитон ең ұзақ өмір сүретін изотоптың атымен аталатын радонға айналды.

Нақты периодтық кестені толтыратын гелий қондырғыларының соңғысы 2006 жылы Дубнадағы ресейлік ядролық зертханада алынған. Он жылдан кейін ғана бекітілген атау, Оганессон, ресейлік ядролық физиктің құрметіне Юрий Оганесян. Жаңа элемент туралы белгілі жалғыз нәрсе - оның осы уақытқа дейін белгілі болған ең ауырлығы және миллисекундтан аз уақыт өмір сүрген бірнеше ядролар ғана алынған.

Химиялық сәйкессіздіктер

Гелийдің химиялық пассивтілігіне деген сенім 1962 жылы құлады Нил Барлетт ол Xe [PtF формуласы бар қосылысты алды₆]. Бүгінгі күні ксенонды қосылыстардың химиясы өте кең: бұл элементтің фторидтері, оксидтері және тіпті қышқыл тұздары белгілі. Сонымен қатар, олар қалыпты жағдайда тұрақты қосылыстар болып табылады. Криптон ксенонға қарағанда жеңіл, ауыр радон сияқты бірнеше фторидтерді құрайды (соңғысының радиоактивтілігі зерттеуді әлдеқайда қиындатады). Екінші жағынан, ең жеңіл үшеуі - гелий, неон және аргон - тұрақты қосылыстарға ие емес.

Асыл газдардың азырақ серіктестері бар химиялық қосылыстарын ескі сәйкессіздіктермен салыстыруға болады. Бүгінгі күні бұл тұжырымдама енді жарамсыз, сондықтан таң қалмау керек ...

Тікұшақтар, солдан оңға қарай: Лорд Рэйли (Джон Уильям Струт, 1842–1919), сэр Уильям Рэмси (1852–1916) және Моррис Траверс (1872–1961); Лондон университеттік колледжінің коллекциясынан алынған портрет.

... ақсүйектер жұмыс істейді.

Гелийді азот пен оттегі өсімдіктеріндегі сұйытылған ауаны бөлу арқылы алады. Екінші жағынан, гелийдің көзі негізінен табиғи газ болып табылады, онда ол көлемнің бірнеше пайызына дейін жетеді (Еуропада гелий өндіретін ең ірі зауыт жұмыс істейді. Мен қарсы шықтым, Үлкен Польша воеводствосында). Олардың алғашқы кәсібі жарық беретін түтіктерде жарқырап тұру болды. Қазіргі уақытта неон жарнамасы әлі де көзді қуантады, бірақ гелий материалдары да лазерлердің кейбір түрлерінің негізі болып табылады, мысалы, тіс дәрігерінде немесе косметологта кездесетін аргон лазері.

Церера астероидының жанындағы ксенон-ионды зонд таңының суретшісінің көрсетуі.

Гелий қондырғыларының химиялық пассивтілігі тотығудан қорғайтын атмосфераны құру үшін қолданылады, мысалы, металдарды дәнекерлеу немесе герметикалық тамақ орау кезінде. Гелиймен толтырылған шамдар жоғары температурада жұмыс істейді (яғни олар жарқырайды) және электр энергиясын тиімдірек пайдаланады. Әдетте аргон азотпен араластырылады, бірақ криптон мен ксенон одан да жақсы нәтиже береді. Ксенонның соңғы қолданылуы химиялық отын қозғалтқышынан тиімдірек иондық зымыран қозғалтқышында қозғаушы материал ретінде. Ең жеңіл гелий ауа-райы шарларымен және балаларға арналған шарлармен толтырылған. Оттегімен қоспада гелийді сүңгуірлер үлкен тереңдікте жұмыс істеу үшін пайдаланады, бұл декомпрессиялық ауруды болдырмауға көмектеседі. Гелийдің ең маңызды қолданылуы асқын өткізгіштердің жұмыс істеуі үшін қажетті төмен температураға қол жеткізу болып табылады.

Оттегі-гелий қоспасы қауіпсіз сүңгуді қамтамасыз етеді.