أرستقراطية عنصرية
محتوى
ينتهي كل صف من الجدول الدوري في النهاية. منذ ما يزيد قليلاً عن مائة عام ، لم يكن من المفترض وجودهم. ثم أذهلوا العالم بخصائصهم الكيميائية ، أو بالأحرى بغيابهم. حتى في وقت لاحق تبين أنها نتيجة منطقية لقوانين الطبيعة. غازات نبيلة.
بمرور الوقت ، "بدأوا العمل" ، وفي النصف الثاني من القرن الماضي بدأوا في الارتباط بعناصر أقل نبلاً. لنبدأ قصة المجتمع الراقي الابتدائية مثل هذا:
منذ وقت طويل…
... كان هناك سيد.
اللورد هنري كافنديش (1731-1810) في رسم قديم.
هنري كافنديش كان ينتمي إلى أعلى طبقة أرستقراطية بريطانية ، لكنه كان مهتمًا بمعرفة أسرار الطبيعة. في عام 1766 ، اكتشف الهيدروجين ، وبعد تسعة عشر عامًا أجرى تجربة تمكن من خلالها من العثور على عنصر آخر. لقد أراد معرفة ما إذا كان الهواء يحتوي على مكونات أخرى إلى جانب الأكسجين والنيتروجين المعروفين بالفعل. ملأ أنبوبًا زجاجيًا مثنيًا بالهواء ، وغرق أطرافه في أوعية زئبقية ومرر تفريغًا كهربائيًا بينهما. تسبب الشرر في اتحاد النيتروجين مع الأكسجين ، وتم امتصاص المركبات الحمضية الناتجة بواسطة المحلول القلوي. في حالة عدم وجود الأكسجين ، قام كافنديش بإدخاله في الأنبوب واستمر في التجربة حتى تمت إزالة كل النيتروجين. استغرقت التجربة عدة أسابيع ، كان خلالها حجم الغاز في الأنبوب يتناقص باستمرار. بمجرد استنفاد النيتروجين ، أزال كافنديش الأكسجين ووجد أن الفقاعة لا تزال موجودة ، وقدر أنها 1/120 حجم الهواء الأولي. لم يسأل الرب عن طبيعة البقايا ، معتبراً التأثير خطأ في التجربة. نحن نعلم اليوم أنه كان قريبًا جدًا من الافتتاح الأرجون، لكن الأمر استغرق أكثر من قرن لإكمال التجربة.
لغز الشمس
لطالما جذبت كسوف الشمس انتباه الناس العاديين والعلماء. في 18 أغسطس 1868 ، استخدم علماء الفلك الذين يرصدون هذه الظاهرة لأول مرة مطيافًا (مصممًا منذ أقل من عشر سنوات) لدراسة البروزات الشمسية ، والتي يمكن رؤيتها بوضوح على قرص مظلمة. فرنسي بيير يانسن وبهذه الطريقة أثبت أن الهالة الشمسية تتكون أساسًا من الهيدروجين وعناصر أخرى من الأرض. لكن في اليوم التالي ، لاحظ الشمس مرة أخرى ، لاحظ خطًا طيفيًا غير موصوف سابقًا يقع بالقرب من الخط الأصفر المميز للصوديوم. لم يتمكن Janssen من نسبه إلى أي عنصر معروف في ذلك الوقت. نفس الملاحظة قام بها عالم فلك إنجليزي نورمان خزانة. طرح العلماء فرضيات مختلفة حول المكون الغامض لنجمنا. اسمه لوكير ليزر عالي الطاقةباسم إله الشمس اليوناني هيليوس. ومع ذلك ، اعتقد معظم العلماء أن الخط الأصفر الذي رأوه كان جزءًا من طيف الهيدروجين في درجات حرارة عالية للغاية للنجم. في عام 1881 ، عالم فيزيائي و عالم أرصاد إيطالي لويجي بالميري درس الغازات البركانية لفيزوف باستخدام مطياف. في طيفهم ، وجد شريطًا أصفر منسوبًا إلى الهيليوم. ومع ذلك ، وصف بالميري نتائج تجاربه بشكل غامض ، ولم يؤكدها علماء آخرون. نحن نعلم الآن أن الهيليوم موجود في الغازات البركانية ، وربما كانت إيطاليا بالفعل أول من لاحظ طيف الهليوم الأرضي.
رسم توضيحي من عام 1901 يُظهر الجهاز الخاص بتجربة كافنديش
الافتتاح في المكان العشري الثالث
في بداية العقد الأخير من القرن التاسع عشر ، عالم الفيزياء الإنجليزي اللورد رايلي قرر (جون ويليام ستروت) تحديد كثافات الغازات المختلفة بدقة ، مما جعل من الممكن أيضًا تحديد الكتل الذرية لعناصرها بدقة. كان رايلي مجربًا مجتهدًا ، لذلك حصل على غازات من مجموعة متنوعة من المصادر من أجل اكتشاف الشوائب التي من شأنها تزوير النتائج. لقد نجح في تقليل خطأ التصميم إلى جزء من المئات من المائة ، والذي كان في ذلك الوقت صغيرًا جدًا. أظهرت الغازات التي تم تحليلها مطابقة للكثافة المحددة ضمن خطأ القياس. هذا لم يفاجئ أحداً ، لأن تركيب المركبات الكيميائية لا يعتمد على أصلها. كان الاستثناء هو النيتروجين - فقط كان له كثافة مختلفة اعتمادًا على طريقة الإنتاج. نتروجين الغلاف الجوي (تم الحصول عليها من الهواء بعد فصل الأكسجين وبخار الماء وثاني أكسيد الكربون) كانت دائمًا أثقل من مادة كيميائية (تم الحصول عليها عن طريق تحلل مركباتها). والغريب أن الفرق كان ثابتًا وبلغ حوالي 0,1٪. تحول رايلي ، غير القادر على تفسير هذه الظاهرة ، إلى علماء آخرين.
المساعدة التي يقدمها الكيميائي وليام رامزي. خلص كلا العالمين إلى أن التفسير الوحيد هو وجود خليط من غاز أثقل في النيتروجين يتم الحصول عليه من الهواء. عندما صادفوا وصف تجربة كافنديش ، شعروا أنهم على المسار الصحيح. كرروا التجربة هذه المرة باستخدام معدات حديثة ، وسرعان ما كانت بحوزتهم عينة من غاز غير معروف. أظهر التحليل الطيفي أنه موجود بشكل منفصل عن المواد المعروفة ، وأظهرت دراسات أخرى أنه موجود كذرات منفصلة. حتى الآن ، لم يتم التعرف على هذه الغازات (لدينا O2، N2، ح2) ، وهذا يعني أيضًا فتح عنصر جديد. رايلي ورامزي حاولوا جعله الأرجون (اليونانية = كسول) للتفاعل مع المواد الأخرى ، ولكن دون جدوى. لتحديد درجة حرارة تكاثفه ، لجأوا إلى الشخص الوحيد في العالم في ذلك الوقت الذي كان لديه الجهاز المناسب. كان كارول أولشيفسكي، أستاذ الكيمياء في جامعة جاجيلونيان. قام Olshevsky بتسييل وتصلب الأرجون ، وكذلك حدد معلماته الفيزيائية الأخرى.
تسبب تقرير رايلي ورامزي في أغسطس 1894 في صدى كبير. لم يستطع العلماء تصديق أن أجيالًا من الباحثين قد أهملت عنصر 1٪ من الهواء الموجود على الأرض بكمية أعلى بكثير من الفضة على سبيل المثال. أكدت الاختبارات التي أجراها آخرون وجود الأرجون. تم اعتبار الاكتشاف بحق إنجازًا كبيرًا وانتصارًا للتجربة الدقيقة (قيل إن العنصر الجديد كان مخفيًا في المكان العشري الثالث). ومع ذلك ، لم يتوقع أحد أنه سيكون هناك ...
... عائلة كاملة من الغازات.
مجموعة الهيليوم (العدد الذري في الأعلى ، الكتلة الذرية في الأسفل).
حتى قبل أن يتم تحليل الغلاف الجوي بدقة ، بعد عام واحد ، أصبح رامزي مهتمًا بمقال في مجلة جيولوجية أبلغ عن إطلاق الغاز من خامات اليورانيوم عند تعرضه للحمض. حاول رامزي مرة أخرى ، وفحص الغاز الناتج باستخدام مطياف ورأى خطوطًا طيفية غير مألوفة. بالتشاور مع وليام كروكس، المتخصص في التحليل الطيفي ، إلى استنتاج مفاده أنه تم البحث عنها منذ فترة طويلة على الأرض ليزر عالي الطاقة. نحن نعلم الآن أن هذا هو أحد منتجات اضمحلال اليورانيوم والثوريوم ، الموجود في خامات العناصر المشعة الطبيعية. طلب رامزي مرة أخرى من Olszewski لتسييل الغاز الجديد. ومع ذلك ، هذه المرة لم يكن الجهاز قادرًا على تحقيق درجات حرارة منخفضة بدرجة كافية ، ولم يتم الحصول على الهيليوم السائل حتى عام 1908.
تبين أيضًا أن الهيليوم غاز أحادي الذرة وغير نشط ، مثل الأرجون. لم تتناسب خصائص كلا العنصرين مع أي عائلة من الجدول الدوري وتقرر إنشاء مجموعة منفصلة لهما. [helowce_uklad] توصل رامزي إلى استنتاج مفاده أن هناك ثغرات فيه ، ومعه زميله موريس ترافرز بدأ المزيد من البحث. عن طريق تقطير الهواء السائل ، اكتشف الكيميائيون ثلاثة غازات أخرى في عام 1898: نيون (غرام = جديد) ، الكريبتون (gr. = skryty)i زينون (يوناني = أجنبي). كلهم ، مع الهيليوم ، موجودون في الهواء بكميات قليلة ، أقل بكثير من الأرجون. دفعت السلبية الكيميائية للعناصر الجديدة الباحثين إلى منحهم اسمًا شائعًا. غازات نبيلة.
بعد محاولات فاشلة للانفصال عن الهواء ، تم اكتشاف هيليوم آخر كنتيجة للتحولات الإشعاعية. في عام 1900 فريدريك دورن أوراز أندريه لويس ديبيرن لاحظوا انبعاث الغاز (انبعاث ، كما قالوا آنذاك) من الراديوم الذي أطلقوا عليه غاز الرادون. سرعان ما لوحظ أن الانبعاث ينبعث منه أيضًا الثوريوم والأكتينيوم (الثورون والأكتينون). رامزي و فريدريك سودي أثبتوا أنهم عنصر واحد وأنهم الغاز النبيل التالي الذي سموه نيتون (لاتيني = يتوهج لأن عينات الغاز تتوهج في الظلام). في عام 1923 ، أصبح نيثون أخيرًا الرادون ، والذي سمي على اسم النظير الأطول عمراً.
تم الحصول على آخر منشآت الهيليوم التي أغلقت الجدول الدوري الحقيقي في عام 2006 في المختبر النووي الروسي في دوبنا. الاسم ، الذي تمت الموافقة عليه بعد عشر سنوات فقط ، أوغانيسون، تكريما للفيزيائي النووي الروسي يوري أوجانيسيان. الشيء الوحيد المعروف عن العنصر الجديد هو أنه أثقل عنصر معروف حتى الآن وأنه لم يتم إنتاج سوى عدد قليل من النوى التي عاشت لأقل من ميلي ثانية.
أخطاء كيميائية
انهار الاعتقاد في السلبية الكيميائية للهيليوم في عام 1962 عندما نيل بارتليت حصل على مركب من الصيغة Xe [PtF6]. إن كيمياء مركبات الزينون اليوم واسعة جدًا: الفلوريدات والأكاسيد وحتى الأملاح الحمضية لهذا العنصر معروفة. بالإضافة إلى ذلك ، فهي مركبات دائمة في ظل الظروف العادية. الكريبتون أخف من الزينون ، ويشكل العديد من الفلوريدات ، وكذلك الرادون الأثقل (النشاط الإشعاعي الأخير يجعل البحث أكثر صعوبة). من ناحية أخرى ، لا تحتوي الثلاثة الأخف وزناً - الهيليوم والنيون والأرجون - على مركبات دائمة.
يمكن مقارنة المركبات الكيميائية للغازات النبيلة ذات الشركاء الأقل نبلاً بالأخطاء القديمة. اليوم ، لم يعد هذا المفهوم صالحًا ، ولا ينبغي لأحد أن يستغرب أن ...
مروحيات من اليسار إلى اليمين: لورد رايلي (جون ويليام ستروت ، 1842-1919) ، السير ويليام رامزي (1852-1916) وموريس ترافرز (1872-1961) ؛ صورة من مجموعة كلية لندن الجامعية.
… عمل الأرستقراطيين.
يتم الحصول على الهيليوم عن طريق فصل الهواء المسال في مصانع النيتروجين والأكسجين. من ناحية أخرى ، مصدر الهيليوم هو الغاز الطبيعي بشكل أساسي ، حيث يصل إلى نسبة قليلة من الحجم (في أوروبا ، يعمل أكبر مصنع لإنتاج الهيليوم في قاومت، في محافظة بولندا الكبرى). كانت مهنتهم الأولى هي التألق في الأنابيب المضيئة. في الوقت الحاضر ، لا تزال إعلانات النيون مرضية للعين ، لكن مواد الهيليوم هي أيضًا أساس بعض أنواع الليزر ، مثل ليزر الأرجون الذي سنلتقي به عند طبيب الأسنان أو خبير التجميل.
عرض فنان لمسبار Xenon Ion Probe Dawn بالقرب من الكويكب سيريس.
تُستخدم السلبية الكيميائية لتركيبات الهيليوم لخلق جو يحمي من الأكسدة ، على سبيل المثال ، عند لحام المعادن أو تغليف المواد الغذائية المحكم. تعمل المصابيح المملوءة بالهيليوم عند درجة حرارة أعلى (أي أنها تلمع أكثر) وتستخدم الكهرباء بشكل أكثر كفاءة. عادة ما يستخدم الأرجون ممزوجًا بالنيتروجين ، لكن الكريبتون والزينون يعطيان نتائج أفضل. أحدث استخدام للزينون هو كمواد دفع في الدفع الصاروخي الأيوني ، وهو أكثر كفاءة من الدفع بالوقود الكيميائي. يتم تعبئة أخف الهيليوم بالونات الطقس والبالونات للأطفال. في مزيج مع الأكسجين ، يستخدم الغواصون الهيليوم للعمل في أعماق كبيرة ، مما يساعد على تجنب مرض تخفيف الضغط. أهم تطبيق للهيليوم هو تحقيق درجات الحرارة المنخفضة المطلوبة لتعمل الموصلات الفائقة.
يضمن مزيج الأكسجين والهيليوم الغوص الآمن.
