Frumbundið aðalsvald

Hver röð lotukerfisins endar í lokin. Fyrir rúmum hundrað árum var ekki einu sinni gert ráð fyrir tilvist þeirra. Svo undruðu þeir heiminn með efnafræðilegum eiginleikum sínum, eða öllu heldur fjarveru þeirra. Jafnvel síðar reyndust þær vera rökrétt afleiðing af náttúrulögmálum. eðallofttegunda.

Með tímanum fóru þeir í „aðgerð“ og á seinni hluta síðustu aldar fóru þeir að tengjast minna göfugum þáttum. Við skulum byrja söguna um grunnskólann svona:

Fyrir löngu síðan…

… Það var drottinn.

Henry Cavendish lávarður (1731-1810) í gömlum skissu.

Henry Cavendish hann tilheyrði æðsta aðalsstétt Breta, en hann hafði áhuga á að kynnast leyndarmálum náttúrunnar. Árið 1766 uppgötvaði hann vetni og nítján árum síðar gerði hann tilraun þar sem hann gat fundið annað frumefni. Hann vildi komast að því hvort loftið inniheldur önnur efni fyrir utan súrefni og köfnunarefni sem þegar er þekkt. Hann fyllti bogið glerrör af lofti, dýfði endum þess í kvikasilfursílát og lét rafhleðslu á milli þeirra. Neistarnir urðu til þess að köfnunarefnið sameinaðist súrefni og súr efnasamböndin sem mynduðust voru frásogast af basalausninni. Í skorti á súrefni gaf Cavendish því inn í rörið og hélt tilrauninni áfram þar til allt köfnunarefni var fjarlægt. Tilraunin stóð yfir í nokkrar vikur, þar sem magn gass í rörinu minnkaði stöðugt. Þegar köfnunarefnið var uppurið, fjarlægði Cavendish súrefnið og komst að því að loftbólan var enn til, sem hann taldi vera ¹/₁₂₀ upphaflegt loftmagn. Drottinn spurði ekki um eðli leifaranna og taldi áhrifin vera reynsluvillu. Í dag vitum við að hann var mjög nálægt því að opna argon, en það tók meira en öld að klára tilraunina.

sólarleyndardómur

Sólmyrkvi hefur alltaf vakið athygli bæði venjulegs fólks og vísindamanna. Þann 18. ágúst 1868 notuðu stjörnufræðingar sem athuguðu þetta fyrirbæri fyrst litrófssjónauka (hönnuð fyrir innan við tíu árum) til að rannsaka sólarljós, vel sjáanlegt með myrkvaðri skífu. franska Pierre Janssen þannig sannaði hann að sólkórónan samanstendur aðallega af vetni og öðrum frumefnum jarðar. En daginn eftir, þegar hann horfði á sólina aftur, tók hann eftir áður ólýsta litrófslínu sem staðsett er nálægt hinni einkennandi gulu línu natríums. Janssen gat ekki rekja það til nokkurs þáttar sem þekkt var á þeim tíma. Sama athugun gerði enskur stjörnufræðingur Norman Locker. Vísindamenn hafa sett fram ýmsar tilgátur um dularfulla hluta stjörnunnar okkar. Lockyer nefndi hann háorku leysir, fyrir hönd gríska sólarguðsins - Helios. Hins vegar töldu flestir vísindamenn að gula línan sem þeir sáu væri hluti af vetnisrófinu við mjög háan hitastig stjörnunnar. Árið 1881, ítalskur eðlisfræðingur og veðurfræðingur Luigi Palmieri rannsakað eldfjallalofttegundir Vesúvíusar með litrófssjá. Í litrófinu þeirra fann hann gula hljómsveit sem kennd er við helíum. Hins vegar lýsti Palmieri niðurstöðum tilrauna sinna óljóst og aðrir vísindamenn staðfestu þær ekki. Við vitum núna að helíum er að finna í eldfjallalofttegundum og Ítalía gæti örugglega hafa verið fyrst til að fylgjast með helíum á jörðu niðri.

Myndskreyting frá 1901 sem sýnir búnaðinn fyrir Cavendish tilraunina

Opnun í þriðja aukastaf

Í upphafi síðasta áratugar XNUMX. aldar, enski eðlisfræðingurinn Rayleigh lávarður (John William Strutt) ákvað að ákvarða nákvæmlega eðlismassa ýmissa lofttegunda, sem gerði það einnig mögulegt að ákvarða nákvæmlega atómmassa frumefna þeirra. Rayleigh var duglegur tilraunamaður, svo hann fékk lofttegundir úr ýmsum áttum til að greina óhreinindi sem myndu falsa niðurstöðurnar. Honum tókst að minnka ákvörðunarskekkjuna niður í hundraðustu úr prósenti, sem þá var mjög lítið. Greindar lofttegundir sýndu samræmi við ákveðna þéttleika innan mæliskekkju. Þetta kom engum á óvart, þar sem samsetning efnasambanda fer ekki eftir uppruna þeirra. Undantekningin var köfnunarefni - aðeins það hafði mismunandi þéttleika eftir framleiðsluaðferðum. Nitur andrúmsloft (sem fæst úr lofti eftir aðskilnað súrefnis, vatnsgufu og koltvísýrings) hefur alltaf verið þyngri en efnafræði (fengið með niðurbroti efnasambanda þess). Mismunurinn var, einkennilega séð, stöðugur og nam um 0,1%. Rayleigh, sem gat ekki útskýrt þetta fyrirbæri, leitaði til annarra vísindamanna.

Hjálp í boði efnafræðings William Ramsay. Báðir vísindamennirnir komust að þeirri niðurstöðu að eina skýringin væri tilvist blöndu af þyngri gasi í köfnunarefninu sem fæst úr loftinu. Þegar þeir komust yfir lýsinguna á Cavendish tilrauninni fannst þeim þeir vera á réttri leið. Þeir endurtóku tilraunina, að þessu sinni með nútímalegum búnaði, og fljótlega höfðu þeir sýnishorn af óþekktu gasi í fórum sínum. Litrófsgreining hefur sýnt að það er til aðskilið frá þekktum efnum og aðrar rannsóknir hafa sýnt að það er til sem aðskilin frumeindir. Hingað til hafa slíkar lofttegundir ekki verið þekktar (við höfum O₂, N₂, H₂), þannig að það þýddi líka að opna nýjan þátt. Rayleigh og Ramsay reyndu að gera hann argon (gríska = latur) að bregðast við öðrum efnum, en án árangurs. Til að ákvarða hitastig þéttingar þess, leituðu þeir til eina manneskjunnar í heiminum á þeim tíma sem hafði viðeigandi tæki. Það var Karol Olszewski, prófessor í efnafræði við Jagiellonian háskólann. Olshevsky fljótandi og storknaði argon og ákvarðaði einnig aðrar eðlisfræðilegar breytur þess.

Skýrsla Rayleigh og Ramsay í ágúst 1894 vakti mikinn hljómgrunn. Vísindamenn gátu ekki trúað því að kynslóðir vísindamanna hefðu vanrækt 1% hluta loftsins, sem er til staðar á jörðinni í miklu meira magni en til dæmis silfur. Próf annarra hafa staðfest tilvist argon. Uppgötvunin var með réttu talin mikil afrek og sigur varkárra tilrauna (sagt var að nýi þátturinn væri falinn í þriðja aukastaf). Enginn bjóst þó við því að það yrði...

… Heil fjölskylda af gastegundum.

Helíumhópur (atómnúmer efst, atómmassi neðst).

Jafnvel áður en andrúmsloftið hafði verið ítarlega greint, ári síðar, fékk Ramsay áhuga á jarðfræðitímaritsgrein sem greindi frá losun gass frá úraníumgrýti þegar það varð fyrir sýru. Ramsay reyndi aftur, skoðaði gasið sem myndast með litrófssjá og sá ókunnugar litrófslínur. Samráð við William Crookes, sérfræðingur í litrófsgreiningum, leiddi til þeirrar niðurstöðu að það hafi lengi verið leitað á jörðinni háorku leysir. Nú vitum við að þetta er ein af rotnunarafurðum úrans og tóríums, sem er í málmgrýti náttúrulegra geislavirkra frumefna. Ramsay bað Olszewski aftur að gera nýja gasið fljótandi. Hins vegar var búnaðurinn að þessu sinni ekki fær um að ná nægilega lágum hita og fljótandi helíum fékkst ekki fyrr en 1908.

Helíum reyndist líka vera einatomískt lofttegund og óvirkt eins og argon. Eiginleikar beggja frumefna féllu ekki inn í neina fjölskyldu lotukerfisins og var ákveðið að búa til sérstakan hóp fyrir þau. [helowce_uklad] Ramsay komst að þeirri niðurstöðu að það væru eyður í því og ásamt samstarfsmanni sínum Morrisem Traversem hóf frekari rannsóknir. Með því að eima fljótandi loft uppgötvuðu efnafræðingar þrjár lofttegundir til viðbótar árið 1898: neon (gr. = nýr), krypton (gr. = skryty) i xenon (gríska = erlent). Öll þau, ásamt helíum, eru til staðar í loftinu í lágmarks magni, mun minna en argon. Efnafræðileg aðgerðaleysi nýju frumefnanna varð til þess að vísindamenn gáfu þeim sameiginlegt nafn. eðallofttegunda. 

Eftir árangurslausar tilraunir til að skilja sig frá loftinu fannst annað helíum sem afurð geislavirkrar umbreytingar. Árið 1900 Friðrik Dorn Oraz Andre-Louis Debirn þeir tóku eftir losun gass (emanation, eins og þeir sögðu þá) frá radíum, sem þeir kölluðu radon. Fljótlega var tekið eftir því að útgeislunin gefur einnig frá sér tórín og aktíníum (tórón og aktínón). Ramsay og Friðrik Soddy sannað að þeir eru eitt frumefni og er næsta eðalgas sem þeir nefndu niton (latneskt = að glóa vegna þess að gassýnin glóu í myrkri). Árið 1923 varð nithon loksins að radon, nefnt eftir langlífustu samsætunni.

Síðasta helíumuppsetningin sem lokar raunverulegu lotukerfinu var fengin árið 2006 á rússnesku kjarnorkurannsóknarstofunni í Dubna. Nafnið, sem samþykkt var aðeins tíu árum síðar, Oganesson, til heiðurs rússneska kjarnaeðlisfræðingnum Júrí Oganesyan. Það eina sem vitað er um nýja frumefnið er að það er það þyngsta sem vitað er um til þessa og að aðeins hafa fengist fáeinir kjarnar sem hafa lifað í minna en millisekúndu.

Efnafræðileg missamræmi

Trúin á efnafræðilega aðgerðaleysi helíums hrundi árið 1962 þegar Neil Bartlett hann fékk efnasamband með formúluna Xe [PtF₆]. Efnafræði xenon efnasambanda í dag er nokkuð víðtæk: flúoríð, oxíð og jafnvel sýrusölt þessa frumefnis eru þekkt. Að auki eru þau varanleg efnasambönd við venjulegar aðstæður. Krypton er léttara en xenon, myndar nokkur flúoríð, eins og þyngra radon (geislavirkni þess síðarnefnda gerir rannsóknir mun erfiðari). Aftur á móti eru þrjú léttustu - helíum, neon og argon - ekki með varanleg efnasambönd.

Efnasambönd eðallofttegunda með minna göfugum samstarfsaðilum má líkja við gömlu missamböndin. Í dag er þetta hugtak ekki lengur í gildi og það ætti ekki að vera hissa á því að ...

Þyrlur, frá vinstri til hægri: Lord Rayleigh (John William Strutt, 1842–1919), Sir William Ramsay (1852–1916) og Morris Travers (1872–1961); portrett úr safni University College London.

… aðalsmenn vinna.

Helíum fæst með því að aðskilja fljótandi loft í köfnunarefnis- og súrefnisplöntum. Á hinn bóginn er uppspretta helíums aðallega jarðgas, þar sem það er allt að nokkur prósent af rúmmálinu (í Evrópu er stærsta helíumframleiðsluverksmiðjan starfrækt í Ég streittist á móti, í Stór-Póllandi). Fyrsta iðja þeirra var að skína í ljósrörum. Nú á dögum eru neon-auglýsingar enn ánægjulegar fyrir augað, en helíumefni eru líka undirstaða sumra tegunda leysigeisla eins og argon leysir sem við hittum hjá tannlækni eða snyrtifræðingi.

Myndlistarmaður á Xenon Ion Probe Dawn nálægt smástirninu Ceres.

Efnafræðileg aðgerðaleysi helíumuppsetninga er notuð til að skapa andrúmsloft sem verndar gegn oxun, til dæmis við suðu á málmum eða loftþéttum matvælaumbúðum. Helíumfylltir lampar starfa við hærra hitastig (þ.e. þeir skína skærar) og nota rafmagn á skilvirkari hátt. Venjulega er argon notað í bland við köfnunarefni, en krypton og xenon gefa enn betri árangur. Nýjasta notkunin á xenon er sem knúningsefni í jónaflaugaknúningi, sem er skilvirkara en efnaknúið drifefni. Léttasta helíum er fyllt með veðurblöðrum og blöðrum fyrir börn. Í blöndu með súrefni er helíum notað af kafarum til að vinna á miklu dýpi, sem hjálpar til við að forðast þunglyndisveiki. Mikilvægasta notkun helíums er að ná því lága hitastigi sem þarf til að ofurleiðarar virki.

Súrefnis-helíum blanda tryggir örugga köfun.