اشرافیت عنصری

هر ردیف از جدول تناوبی در پایان به پایان می رسد. کمی بیش از صد سال پیش وجود آنها حتی تصور نمی شد. سپس جهان را با خواص شیمیایی یا بهتر بگوییم نبودشان شگفت زده کردند. حتی بعداً معلوم شد که آنها نتیجه منطقی قوانین طبیعت هستند. گازهای نجیب.

با گذشت زمان ، آنها "عمل کردند" و در نیمه دوم قرن گذشته شروع به ارتباط با عناصر کمتر نجیب کردند. بیایید داستان مربوط به جامعه متوسطه ابتدایی را اینگونه شروع کنیم:

مدت ها پیش…

... ارباب بود.

لرد هنری کاوندیش (1731-1810) در طرحی قدیمی.

هنری کاوندیش او به بالاترین اشراف بریتانیا تعلق داشت، اما علاقه مند به مطالعه اسرار طبیعت بود. در سال 1766 هیدروژن را کشف کرد و نوزده سال بعد آزمایشی را انجام داد که طی آن توانست عنصر دیگری را بیابد. او می خواست بداند که آیا هوا، علاوه بر اکسیژن و نیتروژن شناخته شده، اجزای دیگری نیز دارد یا خیر. او یک لوله شیشه ای خم شده را با هوا پر کرد، انتهای آن را در ظروف جیوه ای غوطه ور کرد و تخلیه الکتریکی را بین آنها عبور داد. جرقه ها باعث ترکیب نیتروژن با اکسیژن شد و ترکیبات اسیدی حاصل توسط محلول قلیایی جذب شدند. در غیاب اکسیژن، کاوندیش آن را وارد لوله کرد و آزمایش را تا حذف تمام نیتروژن ادامه داد. این آزمایش چندین هفته به طول انجامید و در طی آن حجم گاز در لوله به طور مداوم کاهش می یابد. هنگامی که نیتروژن تمام شد، کاوندیش اکسیژن را حذف کرد و متوجه شد که حباب هنوز وجود دارد، که او تخمین زد ¹/₁₂₀ حجم اولیه هوا خداوند در مورد ماهیت باقیمانده ها پرس و جو نکرد، زیرا تأثیر آن را خطای تجربه می دانست. امروز می دانیم که او به کشف بسیار نزدیک بود آرگون، اما تکمیل این آزمایش بیش از یک قرن طول کشید.

رمز و راز خورشیدی

خورشید گرفتگی همواره توجه مردم عادی و دانشمندان را به خود جلب کرده است. در 18 آگوست 1868، اخترشناسانی که این پدیده را مشاهده کردند، برای اولین بار از یک طیف سنجی (که کمتر از یک دهه قبل ساخته شده بود) برای مطالعه برجستگی های خورشیدی استفاده کردند که به وضوح با یک صفحه تاریک قابل مشاهده بود. فرانسوی پیر یانسن به این ترتیب او ثابت کرد که تاج خورشیدی عمدتاً از هیدروژن و سایر عناصر زمین تشکیل شده است. اما روز بعد، در حالی که دوباره خورشید را مشاهده می کرد، متوجه یک خط طیفی که قبلاً توصیف نشده بود، در نزدیکی خط مشخصه سدیم زرد قرار داشت. یانسن نتوانست آن را به هیچ عنصری که در آن زمان شناخته شده بود نسبت دهد. همین مشاهدات توسط ستاره شناس انگلیسی انجام شد کمد نورمن. دانشمندان فرضیه های مختلفی در مورد جزء مرموز ستاره ما مطرح کرده اند. لاکیر به او یک نام داد لیزر پر انرژی، از طرف خدای خورشید یونانی هلیوس. با این حال، اکثر دانشمندان بر این باور بودند که خط زردی که دیدند بخشی از طیف هیدروژن در دمای بسیار بالای ستاره است. در سال 1881، فیزیکدان و هواشناس ایتالیایی لوئیجی پالمیری گازهای آتشفشانی وزوویوس را با استفاده از طیف سنجی مطالعه کرد. او در طیف آنها نوار زرد رنگی را کشف کرد که به هلیم نسبت داده می شود. با این حال، پالمیری نتایج آزمایشات خود را مبهم توصیف کرد و دانشمندان دیگر آن را تایید نکردند. اکنون می دانیم که هلیوم در گازهای آتشفشانی یافت می شود و ایتالیا ممکن است در واقع اولین کشوری باشد که طیف هلیوم زمینی را مشاهده کرده است.

تصویری در سال 1901 که دستگاه آزمایش کاوندیش را نشان می دهد.

باز شدن در رقم سوم اعشار

در آغاز دهه آخر قرن XNUMX، فیزیکدان انگلیسی لرد ریلی (جان ویلیام Strutt) تصمیم گرفت تا چگالی گازهای مختلف را به طور دقیق تعیین کند که این امر امکان تعیین دقیق جرم اتمی عناصر آنها را نیز فراهم می کند. ریلی آزمایشگر سخت کوشی بود، بنابراین گازهایی را از منابع مختلف به دست آورد تا ناخالصی هایی را که نتایج را جعل می کرد، شناسایی کند. او موفق شد خطای تعیین را به صدم درصد کاهش دهد که در آن زمان بسیار ناچیز بود. گازهای تجزیه و تحلیل شده مطابق با چگالی تعیین شده در خطای اندازه گیری را نشان دادند. این هیچ کس را شگفت زده نکرد، زیرا ترکیب ترکیبات شیمیایی به منشا آنها بستگی ندارد. استثنا نیتروژن بود - فقط بسته به روش تولید چگالی متفاوت داشت. نیتروژن جوی (به دست آمده از هوا پس از جداسازی اکسیژن، بخار آب و دی اکسید کربن) همیشه سنگین تر از شیمیایی (از تجزیه ترکیبات آن به دست می آید). تفاوت، به اندازه کافی عجیب، ثابت بود و حدود 0,1٪ بود. ریلی که قادر به توضیح این پدیده نبود، به دانشمندان دیگر روی آورد.

شیمیدان پیشنهاد کمک کرد ویلیام رمزی. هر دو دانشمند به این نتیجه رسیدند که تنها توضیح وجود گاز سنگین تری در نیتروژن به دست آمده از هوا است. وقتی با شرحی از آزمایش کاوندیش مواجه شدند، احساس کردند که در مسیر درستی هستند. آنها آزمایش را این بار با استفاده از تجهیزات مدرن تکرار کردند و به زودی نمونه ای از گاز ناشناخته را در اختیار داشتند. تجزیه و تحلیل طیف سنجی نشان داده است که جدا از مواد شناخته شده وجود دارد و مطالعات دیگر نشان داده است که به عنوان اتم های منفرد وجود دارد. تا به حال، چنین گازهایی شناخته نشده بودند (ما O داریم₂، N₂، H₂)، بنابراین این نیز به معنای کشف یک عنصر جدید بود. رایلی و رمزی سعی کردند او را مجبور کنند آرگون (یونانی = تنبل) با مواد دیگر واکنش نشان می دهد، اما بی فایده است. برای تعیین دمای تراکم آن به تنها فردی در جهان در آن زمان مراجعه کردند که دستگاه مناسب را در اختیار داشت. بود کارول اولشفسکی، استاد شیمی در دانشگاه Jagiellonian. اولشفسکی آرگون را مایع و جامد کرد و سایر پارامترهای فیزیکی آن را نیز تعیین کرد.

گزارش ریلی و رمزی در اوت 1894 سر و صدای زیادی به پا کرد. دانشمندان نمی‌توانستند باور کنند که تمام نسل‌های محققان از 1 درصد هوای موجود در زمین در مقادیر بسیار بیشتر از مثلاً نقره غفلت کرده باشند. آزمایش های دیگران وجود آرگون را تایید کرد. این کشف به درستی یک دستاورد بزرگ و یک پیروزی آزمایش دقیق در نظر گرفته شد (گفته شد عنصر جدید در رقم سوم اعشار پنهان شده است). با این حال، هیچ کس انتظار نداشت که وجود داشته باشد ...

... یک خانواده کامل از گازها.

گروه هلیم (عدد اتمی در بالا، جرم اتمی در پایین).

حتی قبل از اینکه جو به طور کامل تجزیه و تحلیل شود، یک سال بعد رمزی به یادداشتی در یک مجله زمین شناسی علاقه مند شد که انتشار گاز از سنگ معدن اورانیوم را هنگام قرار گرفتن در معرض اسید گزارش می کرد. رمزی دوباره تلاش کرد، گاز حاصل را با یک طیف سنجی بررسی کرد و خطوط طیفی ناآشنا را دید. مشاوره با ویلیام کروکسیک متخصص طیف سنجی، به ما اجازه داد تا به این نتیجه برسیم که آنها مدت زیادی است که به دنبال آن روی زمین بوده اند. لیزر پر انرژی. اکنون می دانیم که یکی از محصولات پوسیدگی اورانیوم و توریم است که در سنگ معدن عناصر رادیواکتیو طبیعی موجود است. رمزی دوباره از اولشفسکی خواست که گاز جدید را مایع کند. با این حال، این بار تجهیزات اجازه نمی دهد تا دمای کافی پایین به دست آید و هلیوم مایع تا سال 1908 به دست نیامد.

هلیوم نیز مانند آرگون یک گاز تک اتمی و غیر فعال است. خصوصیات هر دو عنصر در هیچ خانواده ای از جدول تناوبی نمی گنجد و تصمیم گرفته شد که گروهی جداگانه برای آنها ایجاد شود. [helowce_uklad] رمزی به همراه همکارش به این نتیجه رسید که شکاف هایی در آن وجود دارد موریس تراورز تحقیقات بیشتر را آغاز کرد. با تقطیر هوای مایع، شیمیدانان در سال 1898 سه گاز دیگر را کشف کردند: نئون (گرم = جدید)، کریپتون (گر. = اسکریتی) i زنون (یونانی = خارجی). همه آنها همراه با هلیوم در مقادیر کم در هوا وجود دارند، بسیار کمتر از آرگون. انفعال شیمیایی عناصر جدید محققان را بر آن داشت تا نام مشترکی به آنها بدهند. گازهای نجیب. 

پس از تلاش های ناموفق برای جداسازی آن از هوا، هلیوم دیگری به عنوان محصول تبدیلات رادیواکتیو کشف شد. در سال 1900 فردریک دورن اوراز آندره لوئیس دبیرن آنها متوجه آزاد شدن گاز (نشست، همانطور که در آن زمان گفتند) از رادیوم شدند که آن را نامیدند رادون. به زودی متوجه شد که تراوشات همچنین توریم و اکتینیم (تورون و اکتینون) را آزاد می کنند. رمزی و فردریک سودی ثابت کردند که آنها یک عنصر هستند و گاز نجیب بعدی هستند که نام آنها را گذاشتند نیتون (لاتین = درخشیدن، زیرا نمونه های گاز در تاریکی می درخشیدند). در سال 1923، نیتون سرانجام به رادون تبدیل شد که به خاطر طولانی‌ترین ایزوتوپ نامگذاری شد.

آخرین مورد از تاسیسات هلیوم که جدول تناوبی حاضر را تکمیل می کند در سال 2006 در آزمایشگاه هسته ای روسیه در دوبنا به دست آمد. نامی که تنها ده سال بعد تایید شد، اوگانسون، به افتخار فیزیکدان هسته ای روسی یوری اوگانسیان. تنها چیزی که در مورد عنصر جدید شناخته شده است این است که این عنصر سنگین ترین عنصری است که تاکنون شناخته شده است و تنها چند هسته تولید شده است که کمتر از یک میلی ثانیه عمر می کنند.

ناسازگاری های شیمیایی

اعتقاد به انفعال شیمیایی هلیوم در سال 1962 از بین رفت نیل بارتلت او ترکیبی با فرمول Xe[PtF به دست آورد₆]. شیمی ترکیبات زنون امروزه بسیار گسترده است: فلوریدها، اکسیدها و حتی نمک های اسیدی این عنصر شناخته شده است. علاوه بر این، آنها در شرایط عادی اتصالات دائمی هستند. کریپتون سبکتر از زنون است و چندین فلوراید را تشکیل می دهد، همانطور که رادون سنگین تر (رادیواکتیویته دومی تحقیق را بسیار دشوارتر می کند). از سوی دیگر، سه سبک - هلیوم، نئون و آرگون - ترکیبات دائمی ندارند.

ترکیبات شیمیایی گازهای نجیب با شرکای کمتر نجیب را می توان با ناسازگاری های قدیمی مقایسه کرد. امروزه این مفهوم دیگر معتبر نیست و نباید تعجب کرد که ...

خلبانان هلیکوپتر از چپ به راست: لرد ریلی (جان ویلیام استرات، 1842-1919)، سر ویلیام رمزی (1852-1916) و موریس تراورز (1872-1961). پرتره از مجموعه دانشگاه کالج لندن.

... اشراف کار می کنند.

هلیوم از جداسازی هوای مایع در گیاهان نیتروژن و اکسیژن تولید می شود. از سوی دیگر، منبع هلیوم عمدتاً گاز طبیعی است که در آن تا چند درصد حجم را تشکیل می دهد (در اروپا، بزرگترین کارخانه تولید هلیوم در مقاومت کردم، در Voivodeship لهستان بزرگ). اولین فعالیت آنها درخشش در لوله های درخشان بود. امروزه تبلیغات نئونی همچنان چشم نواز است، اما مواد هلیوم نیز اساس برخی از انواع لیزرها مانند لیزر آرگون است که در دندانپزشک یا متخصص زیبایی با آن مواجه خواهیم شد.

برداشت یک هنرمند از کاوشگر زنون یون کاوشگر طلوع نزدیک سیارک سرس.

انفعال شیمیایی گیاهان هلیوم برای ایجاد فضایی که در برابر اکسیداسیون محافظت می کند، به عنوان مثال، هنگام جوشکاری فلزات یا آب بندی محصولات غذایی استفاده می شود. لامپ‌های پر از هلیوم در دمای بالاتری کار می‌کنند (یعنی روشن‌تر می‌درخشند) و به طور موثرتری از برق استفاده می‌کنند. به طور معمول آرگون در مخلوط با نیتروژن استفاده می شود، در حالی که کریپتون و زنون حتی نتایج بهتری می دهند. آخرین استفاده از زنون به عنوان یک ماده محرکه در موتورهای موشک یونی است که کارایی بیشتری نسبت به موتورهای سوخت شیمیایی دارد. بادکنک های هواشناسی و بادکنک های مخصوص کودکان با سبک ترین هلیوم پر شده اند. هلیوم با اکسیژن مخلوط شده توسط غواصان برای کار در اعماق زیاد استفاده می شود که به جلوگیری از بیماری رفع فشار کمک می کند. مهمترین کاربرد هلیوم دستیابی به دمای پایین مورد نیاز برای عملکرد ابررساناها است.

مخلوط اکسیژن و هلیوم غواصی ایمن را تضمین می کند.