Elementāra aristokrātija

Katra periodiskās tabulas rinda beidzas beigās. Pirms nedaudz vairāk nekā simts gadiem to eksistence pat netika uzskatīta. Tad viņi pārsteidza pasauli ar savām ķīmiskajām īpašībām vai drīzāk to neesamību. Vēl vēlāk tās izrādījās loģiskas dabas likumu sekas. cēlgāzes.

Laika gaitā viņi "iegāja darbībā", un pagājušā gadsimta otrajā pusē tos sāka saistīt ar mazāk cēliem elementiem. Sāksim stāstu par elementāru augsto sabiedrību šādi:

Sen…

… Bija kungs.

Lords Henrijs Kavendišs (1731-1810) vecā skicē.

Henrijs Kavendišs viņš piederēja augstākajai britu aristokrātijai, taču viņu interesēja dabas noslēpumu izzināšana. 1766. gadā viņš atklāja ūdeņradi, un pēc deviņpadsmit gadiem viņš veica eksperimentu, kurā viņam izdevās atrast citu elementu. Viņš vēlējās noskaidrot, vai gaiss nesatur citus komponentus bez jau zināmā skābekļa un slāpekļa. Viņš piepildīja saliektu stikla cauruli ar gaisu, iegremdēja tās galus dzīvsudraba traukos un izlaida starp tiem elektriskās izlādes. Dzirksteles izraisīja slāpekļa savienojumu ar skābekli, un iegūtie skābie savienojumi tika absorbēti sārma šķīdumā. Ja nebija skābekļa, Kavendišs to ievadīja mēģenē un turpināja eksperimentu, līdz tika noņemts viss slāpeklis. Eksperiments ilga vairākas nedēļas, kuru laikā gāzes apjoms caurulē nepārtraukti samazinājās. Kad slāpeklis bija izsmelts, Kavendišs izņēma skābekli un atklāja, ka burbulis joprojām pastāv, un viņš to novērtēja kā tādu. ¹/₁₂₀ sākotnējais gaisa daudzums. Kungs nejautāja par atlieku raksturu, uzskatot, ka ietekme ir pieredzes kļūda. Šodien mēs zinām, ka viņš bija ļoti tuvu atvēršanai argons, taču eksperimenta pabeigšanai bija vajadzīgs vairāk nekā gadsimts.

saules noslēpums

Saules aptumsumi vienmēr ir piesaistījuši gan parasto cilvēku, gan zinātnieku uzmanību. 18. gada 1868. augustā astronomi, kas novēroja šo parādību, pirmo reizi izmantoja spektroskopu (izstrādāts pirms nepilniem desmit gadiem), lai pētītu Saules izvirzījumus, kas skaidri redzami ar aptumšotu disku. franču valoda Pjērs Jansens tādā veidā viņš pierādīja, ka Saules vainags sastāv galvenokārt no ūdeņraža un citiem zemes elementiem. Bet nākamajā dienā, atkal novērojot Sauli, viņš pamanīja iepriekš neaprakstītu spektra līniju, kas atrodas netālu no raksturīgās dzeltenās nātrija līnijas. Jansens nevarēja to attiecināt uz kādu tajā laikā zināmo elementu. To pašu novēroja angļu astronoms Normans Lokers. Zinātnieki ir izvirzījuši dažādas hipotēzes par mūsu zvaigznes noslēpumaino sastāvdaļu. Lokers viņu nosauca augstas enerģijas lāzers, grieķu saules dieva - Helios vārdā. Tomēr lielākā daļa zinātnieku uzskatīja, ka dzeltenā līnija, ko viņi redzēja, ir daļa no ūdeņraža spektra zvaigznes ārkārtīgi augstā temperatūrā. 1881. gadā itāļu fiziķis un meteorologs Luidži Palmjēri pētīja Vezuva vulkāniskās gāzes, izmantojot spektroskopu. Viņu spektrā viņš atrada dzeltenu joslu, kas attiecināta uz hēliju. Tomēr Palmieri neskaidri aprakstīja savu eksperimentu rezultātus, un citi zinātnieki tos neapstiprināja. Tagad mēs zinām, ka hēlijs ir atrodams vulkāniskās gāzēs, un Itālija, iespējams, patiešām bija pirmā, kas novēroja sauszemes hēlija spektru.

Ilustrācija no 1901. gada, kurā parādīts Kavendiša eksperimenta aparāts

Atver ar trešo zīmi aiz komata

XNUMX. gadsimta pēdējās desmitgades sākumā angļu fiziķis Lords Reilija (Džons Viljams Struts) nolēma precīzi noteikt dažādu gāzu blīvumus, kas arī ļāva precīzi noteikt to elementu atomu masas. Rayleigh bija uzcītīgs eksperimentētājs, tāpēc viņš ieguva gāzes no dažādiem avotiem, lai atklātu piemaisījumus, kas varētu viltot rezultātus. Viņam izdevās samazināt noteikšanas kļūdu līdz procenta simtdaļām, kas tobrīd bija ļoti maza. Analizētās gāzes uzrādīja atbilstību noteiktajam blīvumam mērījumu kļūdas robežās. Tas nevienu nepārsteidza, jo ķīmisko savienojumu sastāvs nav atkarīgs no to izcelsmes. Izņēmums bija slāpeklis - tikai tam bija atšķirīgs blīvums atkarībā no ražošanas metodes. Slāpeklis atmosfēras (iegūts no gaisa pēc skābekļa, ūdens tvaiku un oglekļa dioksīda atdalīšanas) vienmēr ir bijis smagāks par ķīmiskā viela (iegūst, sadaloties tā savienojumiem). Atšķirība, dīvainā kārtā, bija nemainīga un bija aptuveni 0,1%. Rayleigh, nespējot izskaidrot šo fenomenu, vērsās pie citiem zinātniekiem.

Ķīmiķa piedāvātā palīdzība Viljams Remzijs. Abi zinātnieki secināja, ka vienīgais izskaidrojums ir smagākas gāzes piejaukuma klātbūtne slāpeklī, kas iegūts no gaisa. Kad viņi sastapās ar Kavendiša eksperimenta aprakstu, viņi juta, ka ir uz pareizā ceļa. Viņi atkārtoja eksperimentu, šoreiz izmantojot modernu aprīkojumu, un drīz vien viņu rīcībā bija nezināmas gāzes paraugs. Spektroskopiskā analīze ir parādījusi, ka tā pastāv atsevišķi no zināmām vielām, un citi pētījumi ir parādījuši, ka tas pastāv kā atsevišķi atomi. Līdz šim šādas gāzes nebija zināmas (mums ir O₂, N₂, H₂), tāpēc tas nozīmēja arī jauna elementa atvēršanu. Reilija un Remzijs mēģināja viņu padarīt argons (grieķu = slinks) reaģēt ar citām vielām, bet bez rezultātiem. Lai noteiktu tā kondensācijas temperatūru, viņi vērsās pie vienīgā cilvēka pasaulē tajā laikā, kuram bija atbilstošs aparāts. Tas bija Karols Olševskis, Jagelona universitātes ķīmijas profesors. Olševskis sašķidrināja un sacietēja argonu, kā arī noteica citus tā fiziskos parametrus.

Reilija un Remzija ziņojums 1894. gada augustā izraisīja lielu rezonansi. Zinātnieki nespēja noticēt, ka pētnieku paaudzes ir atstājušas novārtā 1% gaisa sastāvdaļu, kas uz Zemes ir daudz lielākā daudzumā nekā, piemēram, sudrabs. Citu veiktie testi ir apstiprinājuši argona esamību. Atklājums pamatoti tika uzskatīts par lielisku sasniegumu un rūpīga eksperimenta triumfu (bija teikts, ka jaunais elements bija paslēpts trešajā zīmē aiz komata). Tomēr neviens negaidīja, ka būs...

… Visa gāzu saime.

Hēlija grupa (atomskaitlis augšpusē, atommasa apakšā).

Pat pirms atmosfēras rūpīgas analīzes gadu vēlāk Ramzijs sāka interesēties par ģeoloģijas žurnāla rakstu, kurā tika ziņots par gāzes izdalīšanos no urāna rūdām, pakļaujot to skābes iedarbībai. Remzijs mēģināja vēlreiz, ar spektroskopu pārbaudīja iegūto gāzi un ieraudzīja nepazīstamas spektra līnijas. Konsultācija ar Viljams Krukss, speciālists spektroskopijā, lika secināt, ka tas jau sen ir meklēts uz Zemes augstas enerģijas lāzers. Tagad mēs zinām, ka tas ir viens no urāna un torija sabrukšanas produktiem, ko satur dabisko radioaktīvo elementu rūdas. Ramzijs vēlreiz lūdza Olševski sašķidrināt jauno gāzi. Tomēr šoreiz iekārta nespēja sasniegt pietiekami zemu temperatūru, un šķidrais hēlijs tika iegūts tikai 1908. gadā.

Hēlijs arī izrādījās monatomiska gāze un neaktīvs, piemēram, argons. Abu elementu īpašības neiekļāvās nevienā periodiskās tabulas saimē un tika nolemts tiem izveidot atsevišķu grupu. [helowce_uklad] Remzijs secināja, ka tajā ir nepilnības, un kopā ar savu kolēģi Morrisem Traversem uzsāka turpmākus pētījumus. Destilējot šķidru gaisu, ķīmiķi 1898. gadā atklāja vēl trīs gāzes: neons (gr. = jauns), kriptons (gr. = skryty) i ksenons (grieķu = svešzemju). Tie visi kopā ar hēliju gaisā ir minimālā daudzumā, daudz mazāk nekā argons. Jauno elementu ķīmiskā pasivitāte mudināja pētniekus dot tiem vispārēju nosaukumu. cēlgāzes. 

Pēc neveiksmīgiem mēģinājumiem atdalīties no gaisa tika atklāts vēl viens hēlijs kā radioaktīvo pārvērtību produkts. 1900. gadā Frederiks Dorns Orāzs Andre-Luiss Debirns viņi pamanīja gāzes izdalīšanos (emanāciju, kā viņi toreiz teica) no rādija, ko viņi sauca radons. Drīz vien tika pamanīts, ka emanācijas izdala arī toriju un aktīniju (toronu un aktinonu). Ramzijs un Frederiks Sodijs pierādīja, ka tie ir viens elements un ir nākamā cēlgāze, ko viņi nosauca nitons (Latīņu valodā = spīdēt, jo gāzes paraugi kvēloja tumsā). 1923. gadā nitons beidzot kļuva par radonu, kas nosaukts pēc visilgāk dzīvojošā izotopa.

Pēdējā no hēlija iekārtām, kas aizpilda reālo periodisko tabulu, tika iegūta 2006. gadā Krievijas kodollaboratorijā Dubnā. Nosaukums, kas apstiprināts tikai desmit gadus vēlāk, Oganesson, par godu krievu kodolfiziķim Jurijs Oganesjans. Par jauno elementu zināms tikai tas, ka tas ir līdz šim smagākais zināmais un ir saražoti tikai daži kodoli, kas nodzīvojuši mazāk par milisekundi.

Ķīmiskās nesaskaņas

Ticība hēlija ķīmiskajai pasivitātei sabruka 1962. gadā, kad Nīls Bārtlets viņš ieguva savienojumu ar formulu Xe [PtF₆]. Ksenona savienojumu ķīmija mūsdienās ir diezgan plaša: ir zināmi šī elementa fluorīdi, oksīdi un pat skābie sāļi. Turklāt normālos apstākļos tie ir pastāvīgi savienojumi. Kriptons ir vieglāks par ksenonu, veido vairākus fluorīdus, tāpat kā smagāks radons (pēdējā radioaktivitāte ievērojami apgrūtina izpēti). Savukārt trīs vieglākajiem – hēlijam, neonam un argonam – nav pastāvīgu savienojumu.

Cēlgāzu ķīmiskos savienojumus ar mazāk cēliem partneriem var salīdzināt ar vecām nesaskaņām. Mūsdienās šis jēdziens vairs nav spēkā, un nevajadzētu brīnīties, ka ...

Helikopteri no kreisās uz labo: lords Reilijs (Džons Viljams Struts, 1842–1919), sers Viljams Remzijs (1852–1916) un Moriss Travers (1872–1961); portrets no Londonas Universitātes koledžas kolekcijas.

… aristokrāti strādā.

Hēliju iegūst, atdalot sašķidrinātu gaisu slāpekļa un skābekļa augos. Savukārt hēlija avots galvenokārt ir dabasgāze, kurā tas ir līdz dažiem procentiem no apjoma (Eiropā lielākā hēlija ražotne darbojas g. Pārvarēts, Lielpolijas vojevodistē). Viņu pirmā nodarbošanās bija spīdēt gaismas lampās. Mūsdienās neona reklāma joprojām ir acij tīkama, taču hēlija materiāli ir arī dažu veidu lāzeru pamatā, piemēram, argona lāzeram, ar kuru tiksimies pie zobārsta vai kosmetologa.

Mākslinieka ksenona jonu zondes Dawn atveidojums netālu no asteroīda Ceres.

Hēlija instalāciju ķīmiskā pasivitāte tiek izmantota, lai radītu atmosfēru, kas aizsargā pret oksidēšanos, piemēram, metinot metālus vai hermētisku pārtikas iepakojumu. Ar hēliju pildītās lampas darbojas augstākā temperatūrā (tas ir, tās spīd spožāk) un efektīvāk izmanto elektroenerģiju. Parasti argonu izmanto sajaucot ar slāpekli, bet kriptons un ksenons dod vēl labākus rezultātus. Jaunākais ksenona pielietojums ir kā dzinējspēks jonu raķešu piedziņā, kas ir efektīvāka nekā ķīmiskā dzinējspēka dzinējspēks. Vieglākais hēlijs ir piepildīts ar laikapstākļu baloniem un baloniem bērniem. Maisījumā ar skābekli hēliju izmanto ūdenslīdēji darbam lielā dziļumā, kas palīdz izvairīties no dekompresijas slimības. Vissvarīgākais hēlija pielietojums ir sasniegt zemas temperatūras, kas nepieciešamas supravadītāju darbībai.

Skābekļa-hēlija maisījums nodrošina drošu niršanu.