元素贵族

元素周期表的每一行都在末尾结束。 一百多年前，他们的存在是根本不存在的。 然后他们用它们的化学特性，或者更确切地说，它们的缺席让世界惊叹不已。 甚至后来，它们被证明是自然法则的合乎逻辑的结果。 惰性气体。

随着时间的推移，它们“开始行动”，在上世纪下半叶，它们开始与不那么高贵的元素联系在一起。 让我们这样开始初级上流社会的故事：

很久以前…

……有一位领主。

亨利·卡文迪许勋爵 (1731-1810) 的旧素描。

亨利·卡文迪许 他属于英国最高贵族，但他对了解自然的秘密很感兴趣。 1766 年，他发现了氢，XNUMX 年后他进行了一项实验，在该实验中他能够找到另一种元素。 他想知道空气中是否含有已知的氧气和氮气之外的其他成分。 他用空气填充弯曲的玻璃管，将其末端浸入水银容器中，并在它们之间通过放电。 火花使氮气与氧气结合，生成的酸性化合物被碱溶液吸收。 在没有氧气的情况下，卡文迪什将其送入试管并继续实验，直到所有的氮气都被去除。 实验持续了几个星期，在此期间管道中的气体量不断减少。 氮气耗尽后，卡文迪许将氧气去除，发现气泡仍然存在，他估计是 ¹/₁₂₀ 初始风量。 主没有问残留物的性质，认为效果是经验错误。 今天我们知道他非常接近开幕 氩，但完成这个实验却用了一个多世纪。

太阳之谜

日食一直吸引着普通人和科学家的关注。 18 年 1868 月 XNUMX 日，观测这一现象的天文学家首次使用分光镜（不到十年前设计）研究日珥，在变暗的圆盘上清晰可见。 法语 皮埃尔·詹森 通过这种方式，他证明了日冕主要由氢和地球的其他元素组成。 但第二天，在再次观察太阳时，他注意到一条以前未描述的光谱线位于钠的特征黄线附近。 Janssen 无法将其归因于当时已知的任何元素。 一位英国天文学家也进行了同样的观察 诺曼储物柜. 科学家们对我们恒星的神秘成分提出了各种假设。 洛克耶给他起名 高能激光，代表希腊太阳神——赫利俄斯。 然而，大多数科学家认为，他们看到的黄线是恒星极高温度下氢光谱的一部分。 1881年，一位意大利物理学家和气象学家 路易吉·帕尔梅里 使用光谱仪研究了维苏威火山的火山气体。 在他们的光谱中，他发现了一个归因于氦的黄色带。 然而，Palmieri 含糊地描述了他的实验结果，其他科学家并未证实。 我们现在知道氦存在于火山气体中，意大利可能确实是第一个观察到陆地氦光谱的人。

1901 年的插图，展示了卡文迪许实验的装置

以小数点后三位开头

在 XNUMX 世纪的最后十年之初，英国物理学家 瑞利勋爵 (John William Strutt) 决定准确测定各种气体的密度，这也使得准确测定其元素的原子质量成为可能。 Rayleigh 是一位勤奋的实验者，因此他从各种来源获取气体，以检测可能导致结果错误的杂质。 他设法将测定误差降低到百分之一，这在当时是非常小的。 分析的气体显示符合在测量误差范围内确定的密度。 这并没有让任何人感到惊讶，因为化合物的组成并不取决于它们的来源。 氮气是个例外——只是它的密度因生产方法而异。 氮 大气的 （从空气中分离出氧气、水蒸气和二氧化碳后得到）一直比 化学 （通过分解其化合物获得）。 奇怪的是，差异是恒定的，约为 0,1%。 瑞利无法解释这种现象，于是求助于其他科学家。

化学家提供的帮助 威廉拉姆齐. 两位科学家都得出结论，唯一的解释是从空气中获得的氮气中存在一种较重的气体混合物。 当他们看到卡文迪许实验的描述时，他们觉得自己走在了正确的轨道上。 他们重复了这个实验，这一次使用了现代设备，很快他们就拥有了一种未知气体的样本。 光谱分析表明它与已知物质分开存在，其他研究表明它作为单独的原子存在。 到现在为止，这种气体还不为人所知（我们有 O₂，N₂， H₂)，所以这也意味着打开一个新元素。 瑞利和拉姆齐试图让他 氩 （希腊语=懒惰）与其他物质发生反应，但无济于事。 为了确定它的冷凝温度，他们求助于当时世界上唯一拥有合适仪器的人。 它是 卡罗尔·奥尔谢夫斯基，雅盖隆大学化学教授。 Olshevsky 液化和固化了氩气，并确定了它的其他物理参数。

1894年1月瑞利和拉姆齐的报告引起了很大的共鸣。 科学家们无法相信一代又一代的研究人员忽视了空气中 XNUMX% 的成分，它在地球上的含量远高于银等物质。 其他人的测试证实了氩气的存在。 这一发现理所当然地被认为是一项伟大的成就和仔细实验的胜利（据说新元素隐藏在小数点后第三位）。 然而，谁也没想到会有...

……一整套气体。

氦组（顶部的原子序数，底部的原子质量）。

甚至在对大气进行彻底分析之前，一年后，拉姆齐就对一篇地质学期刊文章产生了兴趣，该文章报道了铀矿石暴露于酸时会释放出气体。 拉姆齐又试了一次，用分光镜检查了产生的气体，看到了不熟悉的光谱线。 咨询 威廉克鲁克斯，一位光谱学专家，得出的结论是，它长期以来一直在地球上寻找 高能激光. 现在我们知道这是铀和钍的衰变产物之一，包含在天然放射性元素的矿石中。 拉姆齐再次要求奥尔谢夫斯基将新气体液化。 然而，这一次设备无法达到足够低的温度，直到 1908 年才获得液氦。

氦气也被证明是一种单原子气体并且像氩气一样不活跃。 这两种元素的性质都不适合元素周期表的任何族，因此决定为它们创建一个单独的组。 [helowce_uklad] Ramsay 得出的结论是其中存在漏洞，并与他的同事一起 莫里斯特拉弗斯 开始了进一步的研究。 通过蒸馏液态空气，化学家在 1898 年又发现了三种气体： 氖 (gr. = 新), 氪 （gr. = skryty）i 氙 （希腊语=外国）。 所有这些元素，连同氦气，在空气中的含量极少，远低于氩气。 新元素的化学惰性促使研究人员给它们起了一个通用名称。 惰性气体. 

在尝试从空气中分离失败后，另一种氦被发现是放射性转化的产物。 1900 年 弗雷德里克·多恩 欧拉兹 安德烈-路易斯·德比恩 他们注意到镭释放出气体（他们当时所说的放射），他们称之为 氡. 很快就注意到放射物也发射钍和锕（钍和锕）。 拉姆齐和 弗雷德里克·索迪 证明它们是一种元素，是他们命名的下一种惰性气体 尼顿 （拉丁语=发光，因为气体样本在黑暗中发光）。 1923 年，尼松最终成为氡，以寿命最长的同位素命名。

完成真实元素周期表的最后一个氦装置于 2006 年在杜布纳的俄罗斯核实验室获得。 这个名字，十年后才被批准， 奥加内松，以纪念俄罗斯核物理学家 尤里·奥加内斯扬. 关于新元素，唯一知道的是它是迄今为止已知的最重的元素，并且只获得了少数存活时间不到一毫秒的原子核。

化学误会

1962 年，对氦的化学惰性的信念崩溃了。 尼尔巴特利特 他获得了式 Xe [PtF₆]。 今天氙化合物的化学性质相当广泛：这种元素的氟化物、氧化物甚至酸式盐都是已知的。 此外，它们在正常条件下是永久性化合物。 氪比氙轻，形成几种氟化物，更重的氡也是如此（后者的放射性使研究更加困难）。 另一方面，最轻的三种——氦、氖和氩——没有永久化合物。

稀有气体的化合物与较少的稀有伙伴可以与旧的误会进行比较。 今天，这个概念不再有效，人们不应该感到惊讶......

直升机，从左到右：瑞利勋爵（约翰·威廉·斯特鲁特，1842-1919）、威廉·拉姆齐爵士（1852-1916）和莫里斯·特拉弗斯（1872-1961）； 伦敦大学学院收藏的肖像。

……贵族工作。

氦气是通过在氮气和氧气工厂中分离液化空气而获得的。 另一方面，氦气的来源主要是天然气，占其体积的百分之几（在欧洲，最大的氦气生产厂在 克服了，在大波兰省）。 他们的第一个职业是在发光管中发光。 如今，霓虹灯广告仍然赏心悦目，但氦材料也是某些类型激光的基础，例如我们将在牙医或美容师处遇到的氩激光。

艺术家对小行星谷神星附近的氙离子探测器黎明的渲染。

氦装置的化学惰性用于创造一种防止氧化的气氛，例如，在焊接金属或密封食品包装时。 充满氦气的灯在更高的温度下工作（也就是说，它们发光更亮）并且更有效地使用电力。 通常氩气与氮气混合使用，但氪气和氙气的效果更好。 氙的最新用途是作为离子火箭推进中的推进材料，比化学推进剂推进效率更高。 最轻的氦气充满了气象气球和儿童气球。 在与氧气的混合物中，潜水员使用氦气在很深的深度工作，这有助于避免减压病。 氦气最重要的应用是实现超导体发挥作用所需的低温。

氧氦混合物确保安全潜水。