Kendiliğinden aristokrasi

Periyodik tablonun her satırı en sonunda biter. Yüz yıldan biraz fazla bir süre önce onların varlığı hayal bile edilmiyordu. Daha sonra kimyasal özellikleriyle, daha doğrusu yokluklarıyla dünyayı hayrete düşürdüler. Daha sonra bunların doğa yasalarının mantıksal bir sonucu olduğu ortaya çıktı. Soy gazlar.

Zamanla “harekete geçtiler” ve geçen yüzyılın ikinci yarısında daha az asil unsurlarla ilişkilendirilmeye başlandılar. İlköğretim yüksek sosyetesinin hikâyesine şöyle başlayalım:

Uzun zaman önce…

... Bir lord vardı.

Lord Henry Cavendish (1731-1810) eski bir eskizde.

Henry Cavendish en yüksek İngiliz aristokrasisine mensuptu ama doğanın sırlarını incelemekle ilgileniyordu. 1766'da hidrojeni keşfetti ve on dokuz yıl sonra başka bir element bulmayı başardığı bir deney yaptı. Havanın halihazırda bilinen oksijen ve nitrojene ek olarak başka bileşenler de içerip içermediğini öğrenmek istedi. Bükülmüş bir cam tüpü havayla doldurdu, uçlarını cıva kaplarına daldırdı ve aralarından elektrik deşarjları geçirdi. Kıvılcımlar nitrojenin oksijenle birleşmesine neden oldu ve ortaya çıkan asidik bileşikler alkali çözelti tarafından emildi. Oksijenin yokluğunda Cavendish bunu tüpe verdi ve nitrojenin tamamı çıkana kadar deneye devam etti. Deney birkaç hafta sürdü ve bu süre zarfında borudaki gaz hacmi sürekli azaldı. Nitrojen tükendikten sonra Cavendish oksijeni uzaklaştırdı ve kabarcığın hâlâ var olduğunu buldu. ¹/₁₂₀ havanın başlangıç ​​hacmi. Rab, etkinin bir deneyim hatası olduğunu düşünerek, kalıntıların niteliğini sormadı. Bugün onun keşfedilmeye çok yakın olduğunu biliyoruz. argonancak deneyin tamamlanması bir asırdan fazla sürdü.

Güneş gizemi

Güneş tutulmaları her zaman hem sıradan insanların hem de bilim adamlarının ilgisini çekmiştir. 18 Ağustos 1868'de, bu fenomeni gözlemleyen gökbilimciler, karartılmış bir diskle açıkça görülebilen güneş fışkırmalarını incelemek için ilk kez (on yıldan daha kısa bir süre önce inşa edilmiş) bir spektroskop kullandılar. Fransızca Pierre Janssen Bu şekilde güneş koronasının çoğunlukla hidrojen ve diğer toprak elementlerinden oluştuğunu kanıtladı. Ancak ertesi gün Güneş'i tekrar gözlemlerken, karakteristik sarı sodyum çizgisinin yakınında bulunan, daha önce tanımlanmamış bir spektral çizgiyi fark etti. Janssen bunu o sırada bilinen herhangi bir unsura bağlayamadı. Aynı gözlem İngiliz gökbilimci tarafından da yapıldı. Norman dolabı. Bilim insanları yıldızımızın gizemli bileşeni hakkında çeşitli hipotezler ortaya attılar. Lockyer ona bir isim verdi yüksek enerjili lazerYunan güneş tanrısı Helios adına. Ancak bilim adamlarının çoğu, gördükleri sarı çizginin, yıldızın aşırı yüksek sıcaklıklarındaki hidrojen spektrumunun bir parçası olduğuna inanıyordu. 1881'de İtalyan fizikçi ve meteorolog Luigi Palmieri bir spektroskop kullanarak Vezüv'ün volkanik gazlarını inceledi. Spektrumlarında helyuma atfedilen sarı bir bant keşfetti. Ancak Palmieri deneylerinin sonuçlarını belirsiz bir şekilde açıkladı ve diğer bilim adamları bunları doğrulamadı. Artık helyumun volkanik gazlarda bulunduğunu biliyoruz ve İtalya, karasal helyum spektrumunu ilk gözlemleyen ülke olabilir.

Cavendish'in deneyindeki aparatı gösteren 1901 tarihli bir illüstrasyon.

Üçüncü ondalık basamakta açılıyor

XNUMX. yüzyılın son on yılının başında İngiliz fizikçi Lord Rayleigh (John William Strutt) çeşitli gazların yoğunluklarını doğru bir şekilde belirlemeye karar verdi, bu da elementlerinin atomik kütlelerinin doğru bir şekilde belirlenmesini mümkün kıldı. Rayleigh çalışkan bir deneyciydi, bu yüzden sonuçları yanlışlayan yabancı maddeleri tespit etmek için çeşitli kaynaklardan gazlar elde etti. Tespit hatasını o zamanlar çok küçük olan yüzde yüzlere indirmeyi başardı. Analizi yapılan gazlar, ölçüm hatası dahilinde belirlenen yoğunluğa uyum göstermiştir. Bu kimseyi şaşırtmadı çünkü kimyasal bileşiklerin bileşimi kökenlerine bağlı değildir. Bunun istisnası nitrojendi; yalnızca üretim yöntemine bağlı olarak farklı yoğunluklara sahipti. Azot atmosferik (oksijen, su buharı ve karbondioksitin ayrılmasından sonra havadan elde edilen) her zaman daha ağırdı kimyasal (bileşiklerinin ayrıştırılmasıyla elde edilir). Garip bir şekilde fark sabitti ve yaklaşık %0,1 civarındaydı. Bu fenomeni açıklayamayan Rayleigh, diğer bilim adamlarına yöneldi.

Kimyager yardım teklif etti William Ramsey. Her iki bilim adamı da tek açıklamanın havadan elde edilen nitrojende daha ağır bir gazın varlığı olduğu sonucuna vardı. Cavendish'in deneyinin bir açıklamasıyla karşılaştıklarında doğru yolda olduklarını hissettiler. Bu sefer modern ekipman kullanarak deneyi tekrarladılar ve çok geçmeden ellerinde bilinmeyen bir gazın bir örneği vardı. Spektroskopik analiz, bilinen maddelerden ayrı olarak var olduğunu gösterdi ve diğer çalışmalar, onun ayrı atomlar halinde var olduğunu gösterdi. Şimdiye kadar bu tür gazlar bilinmiyordu (bizde O var)₂, N₂, H₂), yani bu aynı zamanda yeni bir elementin keşfi anlamına da geliyordu. Rayleigh ve Ramsay onu zorlamaya çalıştı argon (Yunanca = tembel) diğer maddelerle reaksiyona girer, ancak sonuç vermez. Yoğuşma sıcaklığını belirlemek için o dönemde dünyada uygun aparata sahip olan tek kişiye başvurdular. Oldu Karol OlszewskiJagiellonian Üniversitesi'nde kimya profesörü. Olshevsky argonu sıvılaştırıp katılaştırdı ve ayrıca diğer fiziksel parametrelerini de belirledi.

Rayleigh ve Ramsay'ın Ağustos 1894'teki raporu büyük bir heyecan yarattı. Bilim adamları, tüm nesil araştırmacıların, Dünya'da örneğin gümüşten çok daha fazla miktarda bulunan havanın %1'lik bileşenini ihmal ettiğine inanamadılar. Başkaları tarafından yapılan testler argonun varlığını doğruladı. Keşif haklı olarak büyük bir başarı ve dikkatli deneylerin zaferi olarak değerlendirildi (yeni elementin üçüncü ondalık basamakta saklandığı söyleniyordu). Ancak kimse böyle bir şeyin olacağını beklemiyordu...

... Bütün bir gaz ailesi.

Helyum grubu (üstte atom numarası, altta atom kütlesi).

Daha atmosfer tam olarak analiz edilmeden, bir yıl sonra Ramsay, bir jeoloji dergisinde, aside maruz kaldığında uranyum cevherlerinden gaz salındığını bildiren bir notla ilgilenmeye başladı. Ramsay tekrar denedi, ortaya çıkan gazı bir spektroskopla inceledi ve alışılmadık spektral çizgiler gördü. Danışma William CrooksSpektroskopi uzmanı, onu uzun süredir Dünya'da aradıkları sonucuna varmamızı sağladı. yüksek enerjili lazer. Artık bunun, doğal radyoaktif elementlerin cevherlerinde bulunan uranyum ve toryumun bozunma ürünlerinden biri olduğunu biliyoruz. Ramsay yine Olszewski'den yeni gazı sıvılaştırmasını istedi. Ancak bu sefer ekipman yeterince düşük sıcaklıkların elde edilmesine izin vermedi ve 1908 yılına kadar sıvı helyum elde edilemedi.

Helyumun da argon gibi tek atomlu bir gaz olduğu ve aktif olmadığı ortaya çıktı. Her iki elementin özellikleri de periyodik tablonun hiçbir ailesine uymuyordu ve onlar için ayrı bir grup oluşturulmasına karar verildi. [helowce_uklad] Ramsay bu konuda boşluklar olduğu sonucuna vardı ve meslektaşıyla birlikte Morris Travers daha fazla araştırmaya başladı. Kimyagerler 1898'de sıvı havayı damıtarak üç gaz daha keşfettiler: neon (gr. = yeni), kripton (gr. = skryty) i ksenon (Yunanca = yabancı). Hepsi helyumla birlikte havada argondan çok daha az miktarda bulunur. Yeni elementlerin kimyasal pasifliği araştırmacıları onlara ortak bir isim vermeye yöneltti. soy gazlar. 

Onu havadan ayırmaya yönelik başarısız girişimlerden sonra, radyoaktif dönüşümlerin ürünü olarak başka bir helyum keşfedildi. 1900lerde Frederick Dorn Oraz André-Louis Debirne adını verdikleri radyumdan gaz salındığını (o zamanlar söyledikleri gibi yayılma) fark ettiler. radon. Yayılımların aynı zamanda toryum ve aktinyum (toron ve aktinon) da saldığı çok geçmeden fark edildi. Ramsey ve Frederick Soddy onların bir element olduklarını ve bir sonraki soy gaz olduklarını kanıtladılar ve buna isim verdiler. nitron (Latince = parlamak, çünkü gaz örnekleri karanlıkta parlıyordu). 1923'te nitron nihayet adını en uzun ömürlü izotoptan alan radon haline geldi.

Mevcut periyodik tabloyu tamamlayan helyum tesislerinin sonuncusu 2006 yılında Dubna'daki Rus nükleer laboratuvarında elde edildi. Sadece on yıl sonra onaylanan isim, OganessonRus nükleer fizikçinin onuruna Yuri Oganesyan. Yeni element hakkında bilinen tek şey, şimdiye kadar bilinenlerin en ağırı olduğu ve ömrü bir milisaniyeden daha kısa olan sadece birkaç çekirdeğin üretildiğidir.

Kimyasal uyumsuzluklar

Helyumun kimyasal pasifliğine olan inanç 1962'de çöktü. Neil Bartlett Xe[PtF formülüne sahip bir bileşik elde etti₆] Günümüzde ksenon bileşiklerinin kimyası oldukça kapsamlıdır: bu elementin florürleri, oksitleri ve hatta asit tuzları bilinmektedir. Üstelik normal şartlarda kalıcı bağlantılardır. Kripton ksenondan daha hafiftir ve ağır radon gibi çeşitli florürler oluşturur (ikincisinin radyoaktivitesi araştırmayı çok daha zorlaştırır). Öte yandan en hafif üç elementin (helyum, neon ve argon) kalıcı bileşikleri yoktur.

Soy gazların daha az soy ortaklara sahip kimyasal bileşikleri eski uyumsuzluklarla karşılaştırılabilir. Bugün bu kavram artık geçerli değil ve buna şaşırmamak gerekiyor...

Helikopter pilotları soldan sağa: Lord Rayleigh (John William Strutt, 1842–1919), Sir William Ramsay (1852–1916) ve Morris Travers (1872–1961); University College London koleksiyonundan portre.

...aristokratlar çalışır.

Helyum, sıvılaştırılmış havanın nitrojen ve oksijen tesislerinde ayrıştırılmasıyla üretilir. Öte yandan, helyumun kaynağı esas olarak hacminin yüzde birkaçını oluşturan doğal gazdır (Avrupa'nın en büyük helyum üretim tesisi Avrupa'da faaliyet göstermektedir). direndimBüyük Polonya Voyvodalığı'nda). İlk aktiviteleri kızdırma tüplerinde parlamaktı. Günümüzde neon reklamlar hala göze hoş geliyor ancak helyum malzemeleri aynı zamanda diş hekiminde veya güzellik uzmanında karşılaşacağımız argon lazer gibi bazı lazer türlerinin de temelini oluşturuyor.

Asteroit Ceres yakınındaki Xenon Ion Probe Dawn sondasının bir sanatçının izlenimi.

Helyum bitkilerinin kimyasal pasifliği, örneğin metallerin kaynaklanması veya gıda ürünlerinin kapatılması sırasında oksidasyona karşı koruma sağlayan bir atmosfer oluşturmak için kullanılır. Helyum dolu lambalar daha yüksek sıcaklıkta çalışır (yani daha parlak parlar) ve elektriği daha verimli kullanırlar. Tipik olarak argon nitrojenle bir karışım halinde kullanılırken, kripton ve ksenon daha da iyi sonuçlar verir. Ksenonun en son kullanımı, kimyasal yakıtlı motorlardan daha verimli olan iyon roket motorlarında itici malzeme olarak kullanılmasıdır. Çocuklara yönelik hava balonları ve balonlar en hafif helyumla doldurulur. Oksijenle karıştırılan helyum, dalgıçlar tarafından büyük derinliklerde çalışmak için kullanılır, bu da dekompresyon hastalığından kaçınmaya yardımcı olur. Helyumun en önemli kullanımı, süperiletkenlerin çalışması için gereken düşük sıcaklıkları elde etmektir.

Oksijen-helyum karışımı güvenli bir dalış sağlar.