אריסטוקרטיה יסודית
תוכן
כל שורה בטבלה המחזורית מסתיימת בסוף. לפני קצת יותר ממאה שנים, קיומם אפילו לא היה אמור להיות. ואז הם הדהימו את העולם בתכונות הכימיות שלהם, או יותר נכון בהיעדרם. גם מאוחר יותר התברר שהם תוצאה הגיונית של חוקי הטבע. גזים אצילים.
עם הזמן הם "נכנסו לפעולה", ובמחצית השנייה של המאה הקודמת הם החלו להיות קשורים לגורמים פחות אצילים. בואו נתחיל את הסיפור של החברה הגבוהה היסודית כך:
לפני זמן רב…
... היה אדון.
לורד הנרי קוונדיש (1731-1810) בסקיצה ישנה.
הנרי קוונדיש הוא השתייך לאצולה הבריטית הגבוהה ביותר, אבל הוא היה מעוניין ללמוד את סודות הטבע. ב-1766 הוא גילה מימן, ותשע-עשרה שנים לאחר מכן ערך ניסוי שבו הצליח למצוא יסוד אחר. הוא רצה לברר אם האוויר מכיל מרכיבים נוספים מלבד החמצן והחנקן הידועים כבר. הוא מילא צינור זכוכית כפוף באוויר, טבל את קצותיו בכלי כספית והעביר ביניהם פריקות חשמליות. הניצוצות גרמו לחנקן להתאחד עם חמצן, והתרכובות החומציות שנוצרו נספגו בתמיסת האלקלי. בהיעדר חמצן, קוונדיש הזין אותו לתוך הצינור והמשיך בניסוי עד שכל החנקן הוסר. הניסוי נמשך מספר שבועות, במהלכם נפח הגז בצינור ירד כל הזמן. לאחר מיצוי החנקן, קוונדיש הסיר את החמצן ומצא שהבועה עדיין קיימת, שלדעתו היא 1/120 נפח אוויר ראשוני. האל לא שאל על טיבם של השאריות, בהתחשב בהשפעה כטעות של ניסיון. היום אנחנו יודעים שהוא היה קרוב מאוד לפתיחה אַרגוֹן, אבל זה לקח יותר ממאה שנים כדי להשלים את הניסוי.
תעלומה סולארית
ליקוי חמה תמיד משך את תשומת הלב של אנשים רגילים ומדענים כאחד. ב-18 באוגוסט 1868, אסטרונומים שצפו בתופעה זו השתמשו לראשונה בספקטרוסקופ (שתוכנן לפני פחות מעשר שנים) כדי לחקור בולטות שמש, הנראים בבירור עם דיסק חשוך. צָרְפָתִית פייר יאנסן בדרך זו הוא הוכיח שעטרה של השמש מורכבת בעיקר ממימן ומיסודות אחרים של כדור הארץ. אבל למחרת, בעודו מתבונן שוב בשמש, הוא הבחין בקו ספקטרלי שלא תואר בעבר, הממוקם ליד הקו הצהוב האופייני של נתרן. יאנסן לא הצליח לייחס את זה לאף אלמנט שהיה ידוע באותה עת. אותה תצפית נעשתה על ידי אסטרונום אנגלי נורמן לוקר. מדענים העלו השערות שונות לגבי המרכיב המסתורי של הכוכב שלנו. לוקר קרא לו לייזר באנרגיה גבוהה, מטעם אל השמש היווני - הליוס. עם זאת, רוב המדענים האמינו שהקו הצהוב שראו הוא חלק מספקטרום המימן בטמפרטורות הגבוהות ביותר של הכוכב. בשנת 1881, פיזיקאי ומטאורולוג איטלקי לואיג'י פלמיירי חקר את הגזים הוולקניים של וזוב באמצעות ספקטרוסקופ. בספקטרום שלהם, הוא מצא פס צהוב המיוחס להליום. עם זאת, פלמיירי תיאר במעורפל את תוצאות הניסויים שלו, ומדענים אחרים לא אישרו אותן. כעת אנו יודעים שהליום נמצא בגזים געשיים, וייתכן שאיטליה אכן הייתה הראשונה שצפה בספקטרום ההליום היבשתי.
איור משנת 1901 המראה את המנגנון לניסוי קוונדיש
פתיחה במקום עשרוני שלישי
בתחילת העשור האחרון של המאה XNUMX, הפיזיקאי האנגלי לורד ריילי (ג'ון וויליאם סטרוט) החליט לקבוע במדויק את הצפיפות של גזים שונים, מה שאפשר גם לקבוע במדויק את המסות האטומיות של היסודות שלהם. ריילי היה נסיין חרוץ, אז הוא השיג גזים ממגוון רחב של מקורות על מנת לזהות זיהומים שיזייפו את התוצאות. הוא הצליח לצמצם את טעות הקביעה למאות האחוז, שהייתה אז קטנה מאוד. הגזים המנותחים הראו התאמה לצפיפות שנקבעה בתוך שגיאת המדידה. זה לא הפתיע אף אחד, שכן הרכב התרכובות הכימיות אינו תלוי במקורן. היוצא מן הכלל היה חנקן - רק שהיה לו צפיפות שונה בהתאם לשיטת הייצור. חַנקָן אטמוספרי (שהושג מאוויר לאחר הפרדת חמצן, אדי מים ופחמן דו חמצני) תמיד היה כבד יותר מאשר כימי (מתקבל על ידי פירוק התרכובות שלו). ההבדל, למרבה הפלא, היה קבוע והסתכם בכ-0,1%. ריילי, שלא הצליח להסביר את התופעה הזו, פנה למדענים אחרים.
עזרה המוצעת על ידי כימאי וויליאם רמזי. שני המדענים הגיעו למסקנה שההסבר היחיד הוא נוכחות של תערובת של גז כבד יותר בחנקן המתקבל מהאוויר. כשהם נתקלו בתיאור הניסוי של קוונדיש, הם הרגישו שהם בדרך הנכונה. הם חזרו על הניסוי, הפעם באמצעות ציוד מודרני, ועד מהרה הייתה ברשותם דגימה של גז לא ידוע. ניתוח ספקטרוסקופי הראה שהוא קיים בנפרד מחומרים ידועים, ומחקרים אחרים הראו שהוא קיים כאטומים נפרדים. עד כה, גזים כאלה לא היו ידועים (יש לנו O2, N2, ח2), אז זה גם אומר לפתוח אלמנט חדש. ריילי ורמזי ניסו לגרום לו אַרגוֹן (יוונית = עצלן) להגיב עם חומרים אחרים, אך ללא הועיל. כדי לקבוע את טמפרטורת ההתעבות שלו, הם פנו לאדם היחיד בעולם באותה תקופה שהיה לו את המנגנון המתאים. זה היה קרול אולשבסקי, פרופסור לכימיה באוניברסיטת Jagiellonian. אולשבסקי ניצל ומוצק ארגון, וגם קבע את הפרמטרים הפיזיים האחרים שלו.
הדיווח של ריילי ורמזי באוגוסט 1894 עורר תהודה גדולה. מדענים לא האמינו שדורות של חוקרים הזניחו את מרכיב ה-1% של האוויר, הקיים על פני כדור הארץ בכמות גדולה בהרבה מזו, למשל, מכסף. בדיקות של אחרים אישרו את קיומו של ארגון. התגלית נחשבה בצדק להישג גדול ולניצחון של ניסוי זהיר (נאמר שהיסוד החדש הוסתר במקום העשרוני השלישי). עם זאת, אף אחד לא ציפה שיהיו...
… משפחה שלמה של גזים.
קבוצת הליום (מספר אטומי בחלק העליון, מסה אטומית בתחתית).
עוד לפני שהאטמוספרה נותחה ביסודיות, שנה לאחר מכן, התעניין רמזי במאמר בכתב עת גיאולוגי שדיווח על שחרור גז מעפרות אורניום בעת חשיפה לחומצה. רמזי ניסה שוב, בחן את הגז שנוצר בספקטרוסקופ וראה קווים ספקטרליים לא מוכרים. התייעצות עם וויליאם קרוקס, מומחה בספקטרוסקופיה, הוביל למסקנה כי זה זמן רב חיפשו בכדור הארץ לייזר באנרגיה גבוהה. כעת אנו יודעים שזהו אחד מתוצרי ההתפרקות של אורניום ותוריום, הכלולים בעפרות של יסודות רדיואקטיביים טבעיים. רמזי ביקש שוב מאולשבסקי להזיל את הגז החדש. עם זאת, הפעם הציוד לא היה מסוגל להשיג טמפרטורות נמוכות מספיק, והליום נוזלי לא הושג עד 1908.
גם הליום התברר כגז מונוטומי ולא פעיל, כמו ארגון. המאפיינים של שני היסודות לא התאימו לאף משפחה בטבלה המחזורית והוחלט ליצור עבורם קבוצה נפרדת. [helowce_uklad] רמזי הגיע למסקנה שיש בו פערים, ויחד עם עמיתו מוריסם טראורסם התחילו במחקר נוסף. על ידי זיקוק אוויר נוזלי, כימאים גילו שלושה גזים נוספים בשנת 1898: נֵאוֹן (גר. = חדש), קריפטון (גר. = skryty) i קסנון (יוונית = לועזית). כולם, יחד עם הליום, נמצאים באוויר בכמויות מזעריות, הרבה פחות מארגון. הפסיביות הכימית של היסודות החדשים גרמה לחוקרים לתת להם שם נפוץ. גזים אצילים.
לאחר ניסיונות לא מוצלחים להיפרד מהאוויר, התגלה הליום נוסף כתוצר של טרנספורמציות רדיואקטיביות. בשנת 1900 פרדריק דורן אורז אנדרה-לואי דבירן הם הבחינו בשחרור גז (נפלציה, כפי שאמרו אז) מהרדיום, אשר קראו לו ראדון. עד מהרה הבחינו שהפליטה פולטת גם תוריום ואקטיניום (תורון ואקטינון). רמזי ו פרדריק סודי הוכיחו שהם יסוד אחד והם הגז האציל הבא שהם כינו ניטון (לטינית = לזהור כי דגימות הגז זהרו בחושך). בשנת 1923, ניטון סוף סוף הפך לראדון, על שם האיזוטופ הארוך ביותר.
האחרון מבין מתקני ההליום שסוגרים את הטבלה המחזורית האמיתית הושג ב-2006 במעבדה הגרעינית הרוסית בדובנה. השם, שאושר רק עשר שנים מאוחר יותר, אוגנסון, לכבודו של הפיזיקאי הגרעיני הרוסי יורי אוגאנסיאן. הדבר היחיד שידוע על היסוד החדש הוא שהוא הכבד ביותר שידוע עד כה ושרק התקבלו גרעינים בודדים שחיו פחות מאלפית שנייה.
אי-התאמות כימיות
האמונה בפסיביות הכימית של הליום קרסה בשנת 1962 כאשר ניל בארטלט הוא השיג תרכובת בנוסחה Xe [PtF6]. הכימיה של תרכובות קסנון כיום היא נרחבת למדי: ידועים פלואורידים, תחמוצות ואפילו מלחי חומצה של יסוד זה. בנוסף, הם תרכובות קבועות בתנאים רגילים. קריפטון קל יותר מקסנון, יוצר מספר פלואורידים, וכך גם הראדון הכבד יותר (הרדיואקטיביות של האחרון מקשה בהרבה על המחקר). מצד שני, לשלושת הקלים ביותר - הליום, ניאון וארגון - אין תרכובות קבועות.
ניתן להשוות תרכובות כימיות של גזים אצילים עם בני זוג פחות אצילים לאסריות ישנות. היום, המושג הזה כבר לא תקף, ואין להתפלא ש...
מסוקים, משמאל לימין: לורד ריילי (ג'ון וויליאם סטרוט, 1842–1919), סר וויליאם רמזי (1852–1916) ומוריס טראוורס (1872–1961); דיוקן מאוסף אוניברסיטאות קולג' בלונדון.
... אריסטוקרטים עובדים.
הליום מתקבל על ידי הפרדת אוויר נוזלי בצמחי חנקן וחמצן. מאידך, מקור ההליום הוא בעיקר גז טבעי, שבו הוא מגיע לכמה אחוזים מהנפח (באירופה פועל מפעל הפקת ההליום הגדול ביותר ב התגבר, במחוז פולין הגדולה). עיסוקם הראשון היה לזרוח בצינורות זוהרים. כיום פרסום ניאון עדיין נעים לעין, אך חומרי הליום הם גם הבסיס לחלק מסוגי הלייזרים, כמו לייזר הארגון שנפגוש אצל רופא השיניים או הקוסמטיקאית.
עיבוד אמן של גשושית יון קסנון שחר ליד האסטרואיד קרס.
הפסיביות הכימית של מתקני הליום משמשת ליצירת אווירה המגנה מפני חמצון, למשל בעת ריתוך מתכות או אריזות מזון הרמטיות. מנורות מלאות הליום פועלות בטמפרטורה גבוהה יותר (כלומר, הן מאירות חזק יותר) ומשתמשות בחשמל בצורה יעילה יותר. בדרך כלל משתמשים בארגון מעורבב עם חנקן, אבל קריפטון וקסנון נותנים תוצאות טובות עוד יותר. השימוש האחרון בקסנון הוא כחומר הנעה בהנעת רקטות יונים, שהוא יעיל יותר מהנעה כימית. ההליום הקל ביותר מלא בבלוני מזג אוויר ובלונים לילדים. בתערובת עם חמצן, הליום משמש צוללנים לעבודה בעומקים גדולים, מה שעוזר למנוע מחלת דקומפרסיה. היישום החשוב ביותר של הליום הוא להשיג את הטמפרטורות הנמוכות הנדרשות להפעלת מוליכי-על.
תערובת חמצן-הליום מבטיחה צלילה בטוחה.
