元素貴族

元素週期表的每一行都在末尾結束。 一百多年前，他們的存在是根本不存在的。 然後他們用它們的化學特性，或者更確切地說，它們的缺席讓世界驚嘆不已。 甚至後來它們被證明是自然法則的合乎邏輯的結果。 惰性氣體。

隨著時間的推移，它們“開始行動”，在上世紀下半葉，它們開始與不那麼高貴的元素聯繫在一起。 讓我們這樣開始初級上流社會的故事：

很久以前…

……有一位領主。

亨利·卡文迪什勳爵 (1731-1810) 的舊素描。

亨利·卡文迪許 他屬於英國最高貴族，但他對了解自然的秘密很感興趣。 1766 年，他發現了氫，XNUMX 年後他進行了一項實驗，在該實驗中他能夠找到另一種元素。 他想知道空氣中是否含有除了已知的氧氣和氮氣之外的其他成分。 他用空氣填充彎曲的玻璃管，將其末端浸入水銀容器中，並在它們之間通過放電。 火花使氮氣與氧氣結合，生成的酸性化合物被鹼溶液吸收。 在沒有氧氣的情況下，卡文迪什將其送入試管並繼續實驗，直到所有的氮氣都被去除。 實驗持續了幾個星期，在此期間管道中的氣體量不斷減少。 一旦氮氣耗盡，卡文迪許將氧氣去除，發現氣泡仍然存在，他估計是 ¹/₁₂₀ 初始風量。 主沒有問殘留物的性質，認為效果是經驗錯誤。 今天我們知道他非常接近開幕 氬氣，但完成這個實驗卻用了一個多世紀。

太陽之謎

日食一直吸引著普通人和科學家的關注。 18 年 1868 月 XNUMX 日，觀測這一現象的天文學家首次使用分光鏡（不到十年前設計）研究日珥，在變暗的圓盤上清晰可見。 法語 皮埃爾·詹森 通過這種方式，他證明了日冕主要由氫和地球的其他元素組成。 但第二天，在再次觀察太陽時，他注意到一條以前未描述的光譜線位於鈉的特徵黃線附近。 Janssen 無法將其歸因於當時已知的任何元素。 一位英國天文學家也進行了同樣的觀察 諾曼儲物櫃. 科學家們對我們恆星的神秘成分提出了各種假設。 洛克耶給他起名 高能激光，代表希臘太陽神——赫利俄斯。 然而，大多數科學家認為，他們看到的黃線是恆星極高溫度下氫光譜的一部分。 1881年，一位意大利物理學家和氣象學家 路易吉·帕爾梅里 使用光譜儀研究了維蘇威火山的火山氣體。 在他們的光譜中，他發現了一個歸因於氦的黃色帶。 然而，帕爾米耶里含糊地描述了他的實驗結果，其他科學家並未證實。 我們現在知道氦存在於火山氣體中，而意大利可能確實是第一個觀察到陸地氦光譜的人。

1901 年的插圖，展示了卡文迪許實驗的裝置

以小數點後三位開頭

在 XNUMX 世紀的最後十年之初，英國物理學家 瑞利勳爵 (John William Strutt) 決定準確測定各種氣體的密度，這也使得準確測定其元素的原子質量成為可能。 Rayleigh 是一位勤奮的實驗者，因此他從各種來源獲取氣體，以檢測可能導致結果錯誤的雜質。 他設法將測定誤差降低到百分之一，這在當時是非常小的。 分析的氣體顯示符合在測量誤差範圍內確定的密度。 這並沒有讓任何人感到驚訝，因為化合物的組成並不取決於它們的來源。 氮氣是個例外——只是它的密度因生產方法而異。 氮 大氣的 （從空氣中分離出氧氣、水蒸氣和二氧化碳後得到）一直比 化學 （通過分解其化合物獲得）。 奇怪的是，差異是恆定的，約為 0,1%。 瑞利無法解釋這種現象，於是求助於其他科學家。

化學家提供的幫助 威廉拉姆齊. 兩位科學家都得出結論，唯一的解釋是從空氣中獲得的氮氣中存在一種較重的氣體混合物。 當他們看到卡文迪許實驗的描述時，他們覺得自己走在了正確的軌道上。 他們重複了這個實驗，這一次使用了現代設備，很快他們就擁有了一種未知氣體的樣本。 光譜分析表明它與已知物質分開存在，其他研究表明它作為單獨的原子存在。 到目前為止，此類氣體尚不為人所知（我們有 O₂，N₂， H₂)，所以這也意味著打開一個新元素。 瑞利和拉姆齊試圖讓他 氬氣 （希臘語=懶惰）與其他物質發生反應，但無濟於事。 為了確定它的冷凝溫度，他們求助於當時世界上唯一擁有合適儀器的人。 它是 卡羅爾·奧爾謝夫斯基，雅蓋隆大學化學教授。 Olshevsky 液化和固化了氬氣，並確定了它的其他物理參數。

1894年1月瑞利和拉姆齊的報告引起了很大的共鳴。 科學家們無法相信一代又一代的研究人員忽視了空氣中 XNUMX% 的成分，它在地球上的含量遠高於銀等物質。 其他人的測試已經證實了氬氣的存在。 這一發現理所當然地被認為是一項偉大的成就和仔細實驗的勝利（據說新元素隱藏在小數點後第三位）。 然而，誰也沒想到會有...

……一整套氣體。

氦組（頂部的原子序數，底部的原子質量）。

甚至在對大氣進行徹底分析之前，一年後，拉姆齊就對一篇地質學期刊文章產生了興趣，該文章報導了鈾礦石在暴露於酸時會釋放氣體。 拉姆齊又試了一次，用光譜儀檢查了產生的氣體，看到了不熟悉的光譜線。 諮詢 威廉克魯克斯，一位光譜學專家，得出的結論是，它長期以來一直在地球上尋找 高能激光. 現在我們知道這是鈾和釷的衰變產物之一，包含在天然放射性元素的礦石中。 拉姆齊再次要求奧爾謝夫斯基液化新氣體。 然而，這一次設備無法達到足夠低的溫度，直到 1908 年才獲得液氦。

氦氣也被證明是一種單原子氣體並且像氬氣一樣不活躍。 這兩種元素的性質都不適合元素週期表的任何族，因此決定為它們創建一個單獨的組。 [helowce_uklad] Ramsay 得出的結論是其中存在漏洞，並與他的同事一起 莫里森特拉弗塞姆 開始了進一步的研究。 通過蒸餾液態空氣，化學家在 1898 年又發現了三種氣體： 氖 (gr. = 新), 氪 (gr. = skryty) i 氙 （希臘語=外國）。 所有這些，連同氦氣，在空氣中的含量極少，遠低於氬氣。 新元素的化學惰性促使研究人員給它們起了一個通用名稱。 惰性氣體. 

在嘗試從空氣中分離失敗後，另一種氦被發現是放射性轉化的產物。 1900 年 弗雷德里克·多恩 歐拉茲 安德烈-路易斯·德比恩 他們注意到鐳釋放出氣體（他們當時所說的放射），他們稱之為 氡. 很快就注意到放射物也發射釷和錒（釷和錒）。 拉姆齊和 弗雷德里克·索迪 證明它們是一種元素，是他們命名的下一種惰性氣體 尼頓 （拉丁語=發光，因為氣體樣本在黑暗中發光）。 1923 年，尼松最終成為氡，以壽命最長的同位素命名。

完成真實元素週期表的最後一個氦裝置於 2006 年在杜布納的俄羅斯核實驗室獲得。 這個名字，十年後才被批准， 奧加內松，以紀念俄羅斯核物理學家 尤里·奧加內斯揚. 關於新元素，唯一知道的是它是迄今為止已知的最重的元素，並且只獲得了少數存活時間不到一毫秒的原子核。

化學誤會

1962 年，對氦的化學惰性的信念崩潰了。 尼爾巴特利特 他得到了式 Xe [PtF₆]。 今天氙化合物的化學性質相當廣泛：這種元素的氟化物、氧化物甚至酸式鹽都是已知的。 此外，它們在正常條件下是永久性化合物。 氪比氙輕，形成幾種氟化物，更重的氡也是如此（後者的放射性使研究更加困難）。 另一方面，最輕的三種——氦、氖和氬——沒有永久化合物。

稀有氣體的化合物與較少的稀有夥伴可以與舊的不聯盟進行比較。 今天，這個概念不再有效，人們不應該感到驚訝......

直升機，從左到右：瑞利勳爵（約翰·威廉·斯特魯特，1842-1919）、威廉·拉姆齊爵士（1852-1916）和莫里斯·特拉弗斯（1872-1961）； 倫敦大學學院收藏的肖像。

……貴族工作。

氦氣是通過在氮氣和氧氣工廠中分離液化空氣而獲得的。 另一方面，氦氣的來源主要是天然氣，佔其體積的百分之幾（在歐洲，最大的氦氣生產廠在 克服了，在大波蘭省）。 他們的第一個職業是在發光管中發光。 如今，霓虹燈廣告仍然賞心悅目，但氦材料也是某些類型激光的基礎，例如我們將在牙醫或美容師處遇到的氬激光。

藝術家對小行星穀神星附近的氙離子探測器黎明的渲染。

氦裝置的化學惰性用於創造一種防止氧化的氣氛，例如，在焊接金屬或密封食品包裝時。 充滿氦氣的燈在更高的溫度下工作（也就是說，它們發光更亮）並且更有效地使用電力。 通常氬氣與氮氣混合使用，但氪氣和氙氣的效果更好。 氙的最新用途是作為離子火箭推進中的推進材料，比化學推進劑推進效率更高。 最輕的氦氣充滿了氣象氣球和兒童氣球。 在與氧氣的混合物中，潛水員使用氦氣在很深的深度工作，這有助於避免減壓病。 氦氣最重要的應用是實現超導體發揮作用所需的低溫。

氧氦混合物確保安全潛水。