エレメンタル貴族
周期表の各行は最後で終わります。 XNUMX年ちょっと前には、彼らの存在は想像すらできませんでした。 その後、彼らはその化学的特性、またはむしろその不在で世界を驚かせました。 後でさえ、それらは自然法則の論理的な結果であることが判明しました。 希ガス。
時間が経つにつれて、それらは「行動に移し」、前世紀の後半には、それほど高貴ではない要素と関連付けられ始めました。 初等社会についての話を次のように始めましょう。
昔…
…殿様がいました。
ヘンリー・キャベンディッシュ卿 (1731-1810) の古いスケッチ。
ヘンリー・キャベンディッシュ 彼は英国の最高貴族の出身でしたが、自然の秘密を研究することに興味を持っていました。 1766 年に彼は水素を発見し、XNUMX 年後に別の元素を見つけることができる実験を実施しました。 彼は、空気にはすでに知られている酸素と窒素に加えて、他の成分も含まれているかどうかを知りたかったのです。 彼は曲がったガラス管に空気を満たし、その端を水銀容器に浸し、その間に放電を流しました。 火花により窒素が酸素と結合し、生成した酸性化合物がアルカリ溶液に吸収されました。 酸素が存在しない状況で、キャベンディッシュ氏は酸素を管に供給し、窒素がすべて除去されるまで実験を続けました。 実験は数週間続き、その間パイプ内のガスの量は絶えず減少しました。 窒素が使い果たされると、キャベンディッシュは酸素を除去し、泡がまだ存在していることを発見し、次のように推定しました。 1/120 初期の空気量。 主はその影響が経験の誤差であると考えて、残留物の性質について尋ねませんでした。 今日、私たちは彼が発見に非常に近づいていたことを知っています アルゴンしかし、実験が完了するまでにXNUMX世紀以上かかりました。
太陽の謎
日食は常に一般の人々と科学者の両方の注目を集めてきました。 18 年 1868 月 XNUMX 日、この現象を観察していた天文学者は、初めて分光器 (XNUMX 年未満前に製造された) を使用して、暗い円盤ではっきりと見える太陽のプロミネンスを研究しました。 フランス語 ピエール・ヤンセン このようにして、彼は太陽コロナが主に水素と他の地球元素で構成されていることを証明しました。 しかし翌日、再び太陽を観察しているときに、彼は特徴的な黄色のナトリウム線の近くに、これまで説明されていなかったスペクトル線があることに気づきました。 ヤンセンは、それが当時知られていたいかなる元素によるものか特定できませんでした。 同じ観察はイギリスの天文学者によっても行われました ノーマンロッカー。 科学者たちは、私たちの星の謎の成分についてさまざまな仮説を立てています。 ロッキーアが彼に名前を付けた 高エネルギーレーザー、ギリシャの太陽の神ヘリオスを代表して。 しかし、ほとんどの科学者は、彼らが見た黄色の線は、星の非常に高い温度での水素スペクトルの一部であると信じていました。 1881年、イタリアの物理学者で気象学者 ルイジ・パルミエリ 分光器を使用してベスビオ火山の火山ガスを研究しました。 彼はそのスペクトルの中にヘリウムに起因すると考えられる黄色のバンドを発見しました。 しかし、パルミエリは実験結果を曖昧に説明し、他の科学者はそれを確認しませんでした。 現在、ヘリウムが火山ガス中に存在することがわかっており、確かにイタリアが陸生ヘリウムのスペクトルを初めて観測した可能性があります。
キャベンディッシュの実験用の装置を示す 1901 年のイラスト。
小数点以下第 XNUMX 位で開始
XNUMX世紀の最後のXNUMX年間の初めに、イギリスの物理学者は レイリー卿 (ジョン ウィリアム ストラット) は、さまざまなガスの密度を正確に決定することを決定し、それによって元素の原子質量を正確に決定することも可能になりました。 レイリーは勤勉な実験者だったので、結果を偽る不純物を検出するためにさまざまなソースからガスを入手しました。 彼は判定の誤差を XNUMX 分の XNUMX パーセントまで減らすことに成功しましたが、これは当時としては非常に小さかったものでした。 分析されたガスは、測定誤差の範囲内で決定された密度に準拠していることが示されました。 化合物の組成はその起源に依存しないため、これは誰も驚きませんでした。 例外は窒素で、製造方法に応じて密度が異なるだけでした。 窒素 大気 （酸素、水蒸気、二酸化炭素を分離した後に空気から得られる）は常により重かった 化学 （その化合物を分解して得られます）。 奇妙なことに、その差は一定で、約 0,1% でした。 レイリーはこの現象を説明できず、他の科学者に相談しました。
化学者が助けを申し出た ウィリアム・ラムゼイ。 両科学者は、唯一の説明は、空気から得られた窒素中により重いガスが存在することであると結論付けた。 キャベンディッシュの実験の説明に出会ったとき、彼らは自分たちが正しい道を進んでいると感じました。 彼らは今回は最新の装置を使用して実験を繰り返し、すぐに未知のガスのサンプルを自由に使えるようになりました。 分光分析では既知の物質とは別に存在することが示されており、他の研究では個々の原子として存在していることが示されています。 今まで、そのようなガスは知られていませんでした（O2は、N2、H2）ということで、これは新たな元素の発見も意味していました。 レイリーとラムジーは彼を強制しようとした アルゴン (ギリシャ語 = 怠け者) 他の物質と反応しますが、役に立ちません。 その凝縮温度を測定するために、彼らは適切な装置を持っていた当時世界でただ一人の人物に頼りました。 そうだった カロル・オルシェフスキー、ヤギェウォ大学化学教授。 オルシェフスキーはアルゴンを液化および固化させ、その他の物理パラメータも決定しました。
1894年1月のレイリーとラムゼーの報告は大きな波紋を引き起こした。 科学者たちは、地球上にたとえば銀よりもはるかに多く存在する空気のXNUMX％成分を、何世代にもわたる研究者が無視してきたとは信じられませんでした。 他の人によるテストではアルゴンの存在が確認されました。 この発見は、当然のことながら偉大な成果であり、慎重な実験の勝利であると考えられていました（新しい元素は小数点第 XNUMX 位に隠されていると言われていました）。 しかし、まさかこんなことになるとは誰も予想していませんでした…。
...ガスのファミリー全体。
ヘリウムグループ (上が原子番号、下が原子量)。
大気が徹底的に分析される前でさえ、ラムゼー氏は XNUMX 年後、酸にさらされたときのウラン鉱石からのガスの放出を報告した地質学雑誌のメモに興味を持ちました。 ラムゼイ氏は再度試み、生じたガスを分光器で調べたところ、見慣れないスペクトル線が見えました。 との相談 ウィリアム・クルックス分光学の専門家である彼らは、彼らが長い間地球上でそれを探していたと結論付けることができました。 高エネルギーレーザー。 現在では、それが天然の放射性元素の鉱石に含まれるウランとトリウムの崩壊生成物の 1908 つであることがわかっています。 ラムジー氏は再びオルシェフスキー氏に新しいガスを液化するよう依頼した。 しかし、今回の装置では十分な低い温度を達成できず、液体ヘリウムが得られるのは XNUMX 年になってからでした。
ヘリウムも単原子気体であり、アルゴンと同様に不活性であることが判明した。 両方の元素の特性は周期表のどの族にも当てはまらないため、それらに対して別のグループを作成することが決定されました。 [helowce_uklad] ラムゼーは、そこにはギャップがあるという結論に達し、同僚とともに モリス・トラバース さらなる研究を始めた。 化学者たちは 1898 年に液体空気を蒸留することにより、さらに XNUMX つのガスを発見しました。 ネオン (グラム = 新しい)、 クリプトン (gr. = skryty) i キセノン (ギリシャ語 = 外国人)。 これらはすべて、ヘリウムとともに、アルゴンよりもはるかに少ない、最小限の量で空気中に存在します。 新しい元素の化学的不動態により、研究者はそれらに一般的な名前を付けるようになりました。 希ガス.
ヘリウムを空気から分離する試みが失敗した後、放射性変化の生成物として別のヘリウムが発見されました。 1900年 フレデリック・ドーン オラズ アンドレ＝ルイ・ドゥビルヌ 彼らはラジウムからのガスの放出（当時彼らが言ったように放出）に気づき、それを彼らはそう呼んだ ラドン。 放出物からトリウムとアクチニウム (トロンとアクチノン) も放出されることがすぐにわかりました。 ラムジーと フレデリック・ソディ 彼らはそれらがXNUMXつの元素であり、次の希ガスであることを証明し、彼らはこれを名付けました ニトン (ラテン語 = 光る、ガスサンプルが暗闇で光ったことから)。 1923 年、ニトンはついにラドンとなり、最も長寿命の同位体にちなんで命名されました。
現在の周期表を完成させる最後のヘリウム施設は、2006 年にドゥブナにあるロシアの核研究所で入手されました。 この名前はわずかXNUMX年後に承認されました。 オガネソン、ロシアの核物理学者に敬意を表して ユリ・オガネシアン。 この新元素についてわかっていることは、これまでに知られている元素の中で最も重いことと、XNUMXミリ秒未満で持続する原子核が数個しか生成されていないことだけだ。
化学的不調和
ヘリウムの化学的不動態に対する信念は 1962 年に崩壊しました。 ニール・バートレット 彼は式 Xe[PtF の化合物を得た。6]。 今日のキセノン化合物の化学は非常に広範囲にわたっており、この元素のフッ化物、酸化物、さらには酸性塩さえも知られています。 また、通常の状態では永久接続となります。 クリプトンはキセノンより軽く、重いラドンと同様にいくつかのフッ化物を形成します（後者の放射能は研究をはるかに困難にします）。 一方、最も軽い XNUMX つであるヘリウム、ネオン、アルゴンには永久的な化合物がありません。
貴ガスと貴ガスのより貴性の低い相手との化合物は、古い不同盟にたとえることができます。 今日、この概念はもはや有効ではありません。驚くべきことではありません...
ヘリコプターのパイロットは左から右へ：レイリー卿（ジョン・ウィリアム・ストラット、1842～1919年）、ウィリアム・ラムゼイ卿（1852～1916年）、モリス・トラバース（1872～1961年）。 ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンのコレクションからの肖像画。
...貴族は働いています。
ヘリウムは、窒素と酸素のプラントで液化空気を分離することによって生成されます。 一方、ヘリウムの供給源は主に天然ガスであり、ヘリウムは体積の数パーセントを占めます（ヨーロッパでは最大のヘリウム生産プラントが稼働しています）。 私は抵抗した、大ポーランド県）。 彼らの最初の活動は、グローチューブで光ることでした。 今日でも、ネオン広告は目を楽しませてくれますが、ヘリウム材料は、歯科医や美容師で目にするアルゴン レーザーなど、一部の種類のレーザーの基礎でもあります。
小惑星ケレス付近のキセノンイオン探査機ドーン探査機のアーティストの印象。
ヘリウム設備の化学的不動態は、金属の溶接や食品の密閉包装などの際に、酸化を防ぐ雰囲気を作り出すために使用されます。 ヘリウム充填ランプはより高い温度で動作し (つまり、より明るく輝き)、電気をより効率的に使用します。 通常、アルゴンは窒素と混合して使用されますが、クリプトンとキセノンを使用するとさらに良い結果が得られます。 キセノンの最新の用途は、化学推進剤の推進より効率の高いイオン ロケット推進の推進材料として使用されています。 最も軽いヘリウムには気象観測気球や子供用の風船が詰められています。 酸素との混合物であるヘリウムは、ダイバーが深海で作業する際に使用され、減圧症を避けるのに役立ちます。 ヘリウムの最も重要な用途は、超伝導体が機能するために必要な低温を実現することです。
酸素とヘリウムの混合物が安全なダイビングを保証します。
