ელემენტარული არისტოკრატია

პერიოდული ცხრილის თითოეული მწკრივი მთავრდება ბოლოს. ას წელზე ცოტა მეტი ხნის წინ მათი არსებობა არც კი იყო სავარაუდო. შემდეგ მათ გააოცეს მსოფლიო თავისი ქიმიური თვისებებით, უფრო სწორად მათი არარსებობით. მოგვიანებით კი ისინი ბუნების კანონების ლოგიკური შედეგი აღმოჩნდა. კეთილშობილური აირები.

დროთა განმავლობაში ისინი „შევიდნენ მოქმედებაში“, გასული საუკუნის მეორე ნახევარში კი დაიწყეს ნაკლებად კეთილშობილ ელემენტებთან ასოცირება. ელემენტარული მაღალი საზოგადოების ისტორია ასე დავიწყოთ:

Დიდი ხნის წინ…

... იყო უფალი.

ლორდ ჰენრი კავენდიში (1731-1810) ძველ ჩანახატში.

ჰენრი კავენდიში ის ეკუთვნოდა უმაღლეს ბრიტანულ არისტოკრატიას, მაგრამ დაინტერესებული იყო ბუნების საიდუმლოებების შესწავლით. 1766 წელს მან აღმოაჩინა წყალბადი და ცხრამეტი წლის შემდეგ ჩაატარა ექსპერიმენტი, რომელშიც მან შეძლო სხვა ელემენტის პოვნა. მას სურდა გაერკვია, შეიცავს თუ არა ჰაერი სხვა კომპონენტებს, გარდა უკვე ცნობილი ჟანგბადისა და აზოტისა. მან მოხრილი მინის მილი ჰაერით აავსო, ბოლოები ვერცხლისწყლის ჭურჭელში ჩაეფლო და მათ შორის ელექტრული გამონადენი გადაუშვა. ნაპერწკლებმა გამოიწვია აზოტის შერწყმა ჟანგბადთან და შედეგად მჟავე ნაერთები შეიწოვება ტუტე ხსნარით. ჟანგბადის არარსებობის შემთხვევაში, კევენდიშმა ის მილაკში შეასხა და ექსპერიმენტი განაგრძო მანამ, სანამ მთელი აზოტი არ მოიცილებოდა. ექსპერიმენტი რამდენიმე კვირა გაგრძელდა, რომლის დროსაც მილში გაზის მოცულობა მუდმივად მცირდებოდა. როგორც კი აზოტი ამოიწურა, კავენდიშმა ამოიღო ჟანგბადი და აღმოაჩინა, რომ ბუშტი ჯერ კიდევ არსებობდა, რომელიც მისი შეფასებით იყო ¹/₁₂₀ საწყისი ჰაერის მოცულობა. უფალს არ უკითხავს ნარჩენების ბუნების შესახებ, რადგან ეფექტი გამოცდილების შეცდომად მიიჩნია. დღეს ჩვენ ვიცით, რომ ის ძალიან ახლოს იყო გახსნასთან არგონი, მაგრამ ექსპერიმენტის დასრულებას საუკუნეზე მეტი დასჭირდა.

მზის საიდუმლო

მზის დაბნელება ყოველთვის იპყრობდა როგორც ჩვეულებრივი ადამიანების, ისე მეცნიერების ყურადღებას. 18 წლის 1868 აგვისტოს, ასტრონომებმა, რომლებიც აკვირდებოდნენ ამ ფენომენს, პირველად გამოიყენეს სპექტროსკოპი (დაპროექტებული ათ წელზე ნაკლები ხნის წინ) მზის უბნების შესასწავლად, რომლებიც აშკარად ჩანს ჩაბნელებული დისკით. ფრანგული პიერ იანსენი ამ გზით მან დაამტკიცა, რომ მზის გვირგვინი ძირითადად შედგება წყალბადისა და დედამიწის სხვა ელემენტებისაგან. მაგრამ მეორე დღეს, მზეზე ხელახლა დაკვირვებისას, მან შენიშნა ადრე აუწერელი სპექტრული ხაზი, რომელიც მდებარეობს ნატრიუმის დამახასიათებელ ყვითელ ხაზთან. იანსენმა ვერ მიაწერა ის იმ დროისთვის ცნობილ რომელიმე ელემენტს. იგივე დაკვირვება გააკეთა ინგლისელმა ასტრონომმა ნორმან ლოკერი. მეცნიერებმა წამოაყენეს სხვადასხვა ჰიპოთეზა ჩვენი ვარსკვლავის იდუმალი კომპონენტის შესახებ. ლოკიერმა ის დაასახელა მაღალი ენერგიის ლაზერი, ბერძნული მზის ღმერთის - ჰელიოსის სახელით. თუმცა, მეცნიერთა უმეტესობას სჯეროდა, რომ მათ მიერ დანახული ყვითელი ხაზი წყალბადის სპექტრის ნაწილი იყო ვარსკვლავის უკიდურესად მაღალ ტემპერატურაზე. 1881 წელს იტალიელი ფიზიკოსი და მეტეოროლოგი ლუიჯი პალმიერი შეისწავლა ვეზუვის ვულკანური აირები სპექტროსკოპის გამოყენებით. მათ სპექტრში მან აღმოაჩინა ყვითელი ზოლი, რომელიც მიეკუთვნება ჰელიუმს. თუმცა პალმიერიმ თავისი ექსპერიმენტების შედეგები ბუნდოვნად აღწერა და სხვა მეცნიერებმა ისინი არ დაადასტურეს. ჩვენ ახლა ვიცით, რომ ჰელიუმი გვხვდება ვულკანურ აირებში და იტალია შეიძლება მართლაც იყო პირველი, ვინც დააკვირდა ხმელეთის ჰელიუმის სპექტრს.

1901 წლის ილუსტრაცია, რომელიც აჩვენებს აპარატს კავენდიშის ექსპერიმენტისთვის

გახსნა მესამე ათწილადში

XNUMX საუკუნის ბოლო ათწლეულის დასაწყისში ინგლისელმა ფიზიკოსმა ლორდ რეილი (ჯონ უილიამ სტრუტმა) გადაწყვიტა ზუსტად დაედგინა სხვადასხვა გაზების სიმკვრივე, რამაც შესაძლებელი გახადა მათი ელემენტების ატომური მასების ზუსტად განსაზღვრა. რეილი იყო გულმოდგინე ექსპერიმენტატორი, ამიტომ იგი იღებდა გაზებს სხვადასხვა წყაროდან, რათა აღმოეჩინა მინარევები, რომლებიც გააყალბებდა შედეგებს. მან მოახერხა დადგენის ცდომილების შემცირება პროცენტის მეასედამდე, რაც იმ დროს ძალიან მცირე იყო. გაანალიზებულმა გაზებმა აჩვენეს შესაბამისობა განსაზღვრულ სიმკვრივეს გაზომვის შეცდომის ფარგლებში. ეს არავის გაუკვირდა, რადგან ქიმიური ნაერთების შემადგენლობა არ არის დამოკიდებული მათ წარმოშობაზე. გამონაკლისი იყო აზოტი - მხოლოდ მას ჰქონდა განსხვავებული სიმჭიდროვე წარმოების მეთოდის მიხედვით. აზოტი ატმოსფერული (ჟანგბადის, წყლის ორთქლის და ნახშირორჟანგის გამოყოფის შემდეგ ჰაერიდან მიღებული) ყოველთვის უფრო მძიმე იყო ვიდრე რ ... RyoRoRoS ‡ ROMSЃRєRoRN (მიიღება მისი ნაერთების დაშლით). სხვაობა, უცნაურად საკმარისი იყო, მუდმივი იყო და შეადგენდა დაახლოებით 0,1%. რეილიმ, ვერ შეძლო ამ ფენომენის ახსნა, სხვა მეცნიერებს მიმართა.

ქიმიკოსის მიერ შემოთავაზებული დახმარება უილიამ რამზი. ორივე მეცნიერმა დაასკვნა, რომ ერთადერთი ახსნა იყო ჰაერიდან მიღებულ აზოტში უფრო მძიმე აირის შერევის არსებობა. როდესაც მათ წააწყდნენ კავენდიშის ექსპერიმენტის აღწერას, მათ იგრძნო, რომ სწორ გზაზე იყვნენ. მათ გაიმეორეს ექსპერიმენტი, ამჯერად თანამედროვე აღჭურვილობის გამოყენებით და მალევე ხელთ გაუჩნდათ უცნობი გაზის ნიმუში. სპექტროსკოპიულმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ის არსებობს ცნობილი ნივთიერებებისგან განცალკევებით, ხოლო სხვა კვლევებმა აჩვენა, რომ ის ცალკე ატომებად არსებობს. ჯერჯერობით, ასეთი აირები ცნობილი არ არის (გვაქვს ო₂, N₂, ჰ₂), ასე რომ, ეს ასევე ნიშნავდა ახალი ელემენტის გახსნას. რეილი და რამსეი ცდილობდნენ მის მოქცევას არგონი (ბერძნული = ზარმაცი) რეაგირება სხვა ნივთიერებებთან, მაგრამ უშედეგოდ. მისი კონდენსაციის ტემპერატურის დასადგენად მათ მიმართეს იმ დროს მსოფლიოში ერთადერთ ადამიანს, რომელსაც შესაბამისი აპარატურა გააჩნდა. Ის იყო კაროლ ოლშევსკიიაგელონის უნივერსიტეტის ქიმიის პროფესორი. ოლშევსკიმ თხევადი და გამაგრებული არგონი დაადგინა და ასევე განსაზღვრა მისი სხვა ფიზიკური პარამეტრები.

რეილისა და რამზის მოხსენებამ 1894 წლის აგვისტოში დიდი რეზონანსი გამოიწვია. მეცნიერებს არ შეეძლოთ დაეჯერებინათ, რომ მკვლევართა თაობებმა უგულებელყო ჰაერის 1%-იანი კომპონენტი, რომელიც დედამიწაზე გაცილებით მეტი რაოდენობითაა, ვიდრე, მაგალითად, ვერცხლი. სხვების მიერ ჩატარებულმა ტესტებმა დაადასტურა არგონის არსებობა. აღმოჩენა სამართლიანად ითვლებოდა დიდ მიღწევად და ფრთხილად ექსპერიმენტის ტრიუმფად (ითქვა, რომ ახალი ელემენტი იმალებოდა მესამე ათობითი ადგილზე). თუმცა, არავინ ელოდა, რომ იქნებოდა ...

… გაზების მთელი ოჯახი.

ჰელიუმის ჯგუფი (ატომური რიცხვი ზევით, ატომური მასა ქვედა).

ატმოსფეროს საფუძვლიანად გაანალიზებამდეც კი, ერთი წლის შემდეგ, რამზი დაინტერესდა გეოლოგიის ჟურნალის სტატიით, რომელშიც ნათქვამია, რომ ურანის მადნებიდან გაზის გამოყოფა მჟავას ზემოქმედებისას. რამსიმ კიდევ ერთხელ სცადა, გამოიკვლია მიღებული აირი სპექტროსკოპით და დაინახა უცნობი სპექტრული ხაზები. კონსულტაციასთან უილიამ კრუკსისპექტროსკოპიის სპეციალისტმა მიიყვანა დასკვნამდე, რომ მას დიდი ხანია ეძებენ დედამიწაზე მაღალი ენერგიის ლაზერი. ახლა ჩვენ ვიცით, რომ ეს არის ურანის და თორიუმის დაშლის ერთ-ერთი პროდუქტი, რომელიც შეიცავს ბუნებრივი რადიოაქტიური ელემენტების საბადოებს. რამზეიმ კვლავ სთხოვა ოლშევსკის ახალი გაზის გათხევადება. თუმცა, ამჯერად აღჭურვილობას არ შეეძლო საკმარისად დაბალი ტემპერატურის მიღწევა და თხევადი ჰელიუმი არ იქნა მიღებული 1908 წლამდე.

ჰელიუმი ასევე აღმოჩნდა ერთატომური გაზი და არააქტიური, ისევე როგორც არგონი. ორივე ელემენტის თვისებები არ ჯდებოდა პერიოდული ცხრილის არცერთ ოჯახში და გადაწყდა მათთვის ცალკე ჯგუფის შექმნა. [helowce_uklad] რამზი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ მასში ხარვეზებია და თავის კოლეგასთან ერთად მორისემ ტრავერსემი დაიწყო შემდგომი კვლევა. თხევადი ჰაერის გამოხდით ქიმიკოსებმა აღმოაჩინეს კიდევ სამი აირი 1898 წელს: ნეონის (გრ. = ახალი), კრიპტონი (gr. = skryty) i ქსენონი (ბერძნული = უცხოური). ყველა მათგანი ჰელიუმთან ერთად ჰაერში არის მინიმალური რაოდენობით, გაცილებით ნაკლები ვიდრე არგონი. ახალი ელემენტების ქიმიურმა პასიურობამ აიძულა მკვლევარები დაერქვა მათ საერთო სახელი. კეთილშობილური აირები. 

ჰაერიდან განშორების წარუმატებელი მცდელობის შემდეგ, აღმოაჩინეს კიდევ ერთი ჰელიუმი, როგორც რადიოაქტიური გარდაქმნების პროდუქტი. 1900 წელს ფრედერიკ დორნი ორაზი ანდრე-ლუი დებირნი მათ შენიშნეს გაზის (როგორც მაშინ ამბობდნენ) გამოყოფა რადიუმიდან, რომელსაც ეძახდნენ რადონი. მალევე შეამჩნიეს, რომ ემანაციები ასევე ასხივებენ თორიუმს და აქტინიუმს (თორონი და აქტინონი). რამზი და ფრედერიკ სოდი დაამტკიცეს, რომ ისინი ერთი ელემენტია და არის შემდეგი კეთილშობილური აირი, რომელიც მათ დაასახელეს ნიტონი (ლათინური = ანათებს, რადგან გაზის ნიმუშები სიბნელეში ანათებდნენ). 1923 წელს ნითონი საბოლოოდ გახდა რადონი, რომელსაც უწოდეს ყველაზე ხანგრძლივი იზოტოპის სახელი.

ბოლო ჰელიუმის დანადგარები, რომლებიც ავსებენ რეალურ პერიოდულ ცხრილს, 2006 წელს იქნა მიღებული დუბნის რუსულ ბირთვულ ლაბორატორიაში. სახელი, რომელიც დამტკიცდა მხოლოდ ათი წლის შემდეგ, ოგანესონირუსი ბირთვული ფიზიკოსის პატივსაცემად იური ოგანესიანი. ერთადერთი რაც ცნობილია ახალი ელემენტის შესახებ არის ის, რომ ის არის ყველაზე მძიმე, რაც აქამდეა ცნობილი და რომ მხოლოდ რამდენიმე ბირთვი იქნა მიღებული, რომლებმაც მილიწამზე ნაკლები იცოცხლეს.

ქიმიური შეუსაბამობები

ჰელიუმის ქიმიური პასიურობის რწმენა დაინგრა 1962 წელს, როდესაც ნილ ბარტლეტი მან მიიღო Xe ფორმულის ნაერთი [PtF₆]. ქსენონის ნაერთების ქიმია დღეს საკმაოდ ვრცელია: ცნობილია ამ ელემენტის ფტორიდები, ოქსიდები და მჟავე მარილებიც კი. გარდა ამისა, ისინი მუდმივი ნაერთებია ნორმალურ პირობებში. კრიპტონი ქსენონზე მსუბუქია, აყალიბებს რამდენიმე ფტორს, ისევე როგორც მძიმე რადონს (ამ უკანასკნელის რადიოაქტიურობა ართულებს კვლევას). მეორეს მხრივ, სამი ყველაზე მსუბუქი - ჰელიუმი, ნეონი და არგონი - არ შეიცავს მუდმივ ნაერთებს.

კეთილშობილური გაზების ქიმიური ნაერთები ნაკლებად კეთილშობილ პარტნიორებთან შეიძლება შევადაროთ ძველ ცდომილებებს. დღეს ეს კონცეფცია აღარ მოქმედებს და არ უნდა გაგიკვირდეთ, რომ ...

ვერტმფრენები, მარცხნიდან მარჯვნივ: ლორდი რეილი (ჯონ უილიამ სტრუტი, 1842–1919), სერ უილიამ რამზი (1852–1916) და მორის ტრევერსი (1872–1961); პორტრეტი ლონდონის საუნივერსიტეტო კოლეჯის კოლექციიდან.

… არისტოკრატები მუშაობენ.

ჰელიუმი მიიღება აზოტისა და ჟანგბადის მცენარეებში თხევადი ჰაერის გამოყოფით. მეორეს მხრივ, ჰელიუმის წყარო ძირითადად ბუნებრივი აირია, რომელშიც ის მოცულობის რამდენიმე პროცენტამდეა (ევროპაში ჰელიუმის წარმოების უდიდესი ქარხანა მუშაობს ქ. ოდოლანოვ, დიდი პოლონეთის სავოევოდოში). მათი პირველი ოკუპაცია იყო მანათობელ მილებში ბრწყინვა. დღესდღეობით ნეონის რეკლამა კვლავ სასიამოვნოა თვალისთვის, მაგრამ ჰელიუმის მასალები ასევე არის ზოგიერთი ტიპის ლაზერის საფუძველი, როგორიცაა არგონის ლაზერი, რომელსაც სტომატოლოგთან ან კოსმეტოლოგთან შევხვდებით.

მხატვრის მიერ ქსენონის იონის ზონდის გარიჟრაჟი ასტეროიდ ცერესის მახლობლად.

ჰელიუმის დანადგარების ქიმიური პასიურობა გამოიყენება ატმოსფეროს შესაქმნელად, რომელიც იცავს დაჟანგვას, მაგალითად, ლითონების შედუღების ან საკვების ჰერმეტული შეფუთვისას. ჰელიუმით სავსე ნათურები მუშაობენ უფრო მაღალ ტემპერატურაზე (ანუ უფრო ანათებენ) და ელექტროენერგიას უფრო ეფექტურად იყენებენ. ჩვეულებრივ არგონს იყენებენ აზოტთან შერევით, მაგრამ კრიპტონი და ქსენონი კიდევ უფრო უკეთეს შედეგს იძლევა. ქსენონის უახლესი გამოყენება არის როგორც მამოძრავებელი მასალა იონური რაკეტების ძრავაში, რაც უფრო ეფექტურია, ვიდრე ქიმიური საწვავი. ყველაზე მსუბუქი ჰელიუმი ივსება ამინდის ბუშტებით და ბავშვებისთვის განკუთვნილი ბუშტებით. ჟანგბადთან ნარევში ჰელიუმი გამოიყენება მყვინთავების მიერ დიდ სიღრმეზე სამუშაოდ, რაც ხელს უწყობს დეკომპრესიული ავადმყოფობის თავიდან აცილებას. ჰელიუმის ყველაზე მნიშვნელოვანი გამოყენება არის ზეგამტარების ფუნქციონირებისთვის საჭირო დაბალი ტემპერატურის მიღწევა.

ჟანგბად-ჰელიუმის ნარევი უზრუნველყოფს უსაფრთხო ჩაყვინთვისას.