Aristokrasi dasar

Setiap baris tabel periodik berakhir di akhir. Sedikit lebih dari seratus tahun yang lalu, keberadaan mereka bahkan tidak diharapkan. Kemudian mereka membuat dunia kagum dengan sifat kimianya, atau lebih tepatnya ketidakhadirannya. Bahkan kemudian mereka ternyata merupakan konsekuensi logis dari hukum alam. gas mulia.

Seiring waktu, mereka "beraksi", dan pada paruh kedua abad terakhir mereka mulai dikaitkan dengan elemen yang kurang mulia. Mari kita mulai kisah masyarakat sekolah menengah pertama seperti ini:

Dahulu kala…

… Ada seorang tuan.

Lord Henry Cavendish (1731-1810) dalam sketsa lama.

Henry Cavendish dia milik bangsawan Inggris tertinggi, tetapi dia tertarik untuk mempelajari rahasia alam. Pada 1766, ia menemukan hidrogen, dan sembilan belas tahun kemudian ia melakukan eksperimen di mana ia dapat menemukan unsur lain. Ia ingin mengetahui apakah udara mengandung komponen lain selain oksigen dan nitrogen yang sudah diketahui. Dia mengisi tabung kaca bengkok dengan udara, merendam ujungnya di bejana merkuri dan melewatkan muatan listrik di antara mereka. Percikan api menyebabkan nitrogen bergabung dengan oksigen, dan senyawa asam yang dihasilkan diserap oleh larutan alkali. Dengan tidak adanya oksigen, Cavendish memasukkannya ke dalam tabung dan melanjutkan percobaan sampai semua nitrogen dihilangkan. Percobaan berlangsung beberapa minggu, di mana volume gas dalam pipa terus menurun. Setelah nitrogen habis, Cavendish mengeluarkan oksigen dan menemukan bahwa gelembung itu masih ada, yang dia perkirakan ¹/₁₂₀ volume udara awal. Tuhan tidak bertanya tentang sifat residu, mengingat efeknya sebagai kesalahan pengalaman. Hari ini kita tahu bahwa dia sangat dekat dengan pembukaan argon, tetapi butuh lebih dari satu abad untuk menyelesaikan eksperimen.

misteri matahari

Gerhana matahari selalu menarik perhatian baik orang biasa maupun ilmuwan. Pada 18 Agustus 1868, para astronom yang mengamati fenomena ini pertama kali menggunakan spektroskop (dirancang kurang dari sepuluh tahun yang lalu) untuk mempelajari penonjolan matahari, yang terlihat jelas dengan cakram yang digelapkan. Perancis Pierre Janssen dengan cara ini ia membuktikan bahwa korona matahari sebagian besar terdiri dari hidrogen dan unsur-unsur bumi lainnya. Tetapi keesokan harinya, saat mengamati Matahari lagi, dia melihat garis spektral yang belum terdeskripsikan sebelumnya terletak di dekat garis kuning karakteristik natrium. Janssen tidak dapat menghubungkannya dengan elemen apa pun yang diketahui pada saat itu. Pengamatan yang sama dilakukan oleh seorang astronom Inggris Norman Locker. Para ilmuwan telah mengajukan berbagai hipotesis tentang komponen misterius bintang kita. Lockyer menamainya laser energi tinggi, atas nama dewa matahari Yunani - Helios. Namun, sebagian besar ilmuwan percaya bahwa garis kuning yang mereka lihat adalah bagian dari spektrum hidrogen pada suhu bintang yang sangat tinggi. Pada tahun 1881, seorang fisikawan dan ahli meteorologi Italia Luigi Palmieri mempelajari gas vulkanik Vesuvius menggunakan spektroskop. Dalam spektrum mereka, ia menemukan pita kuning yang dikaitkan dengan helium. Namun, Palmieri samar-samar menggambarkan hasil eksperimennya, dan ilmuwan lain tidak mengkonfirmasinya. Kita sekarang tahu bahwa helium ditemukan dalam gas vulkanik, dan Italia mungkin memang yang pertama mengamati spektrum helium terestrial.

Ilustrasi dari tahun 1901 menunjukkan peralatan untuk percobaan Cavendish

Pembukaan di tempat desimal ketiga

Pada awal dekade terakhir abad XNUMX, fisikawan Inggris Tuhan Rayleigh (John William Strutt) memutuskan untuk secara akurat menentukan kerapatan berbagai gas, yang juga memungkinkan untuk secara akurat menentukan massa atom unsur-unsurnya. Rayleigh adalah seorang peneliti yang rajin, jadi dia memperoleh gas dari berbagai sumber untuk mendeteksi ketidakmurnian yang akan memalsukan hasil. Dia berhasil mengurangi kesalahan penentuan hingga seperseratus persen, yang pada saat itu sangat kecil. Gas yang dianalisis menunjukkan kesesuaian dengan densitas yang ditentukan dalam kesalahan pengukuran. Ini tidak mengejutkan siapa pun, karena komposisi senyawa kimia tidak bergantung pada asalnya. Pengecualiannya adalah nitrogen - hanya saja kepadatannya berbeda tergantung pada metode produksinya. Nitrogen atmosfer (diperoleh dari udara setelah pemisahan oksigen, uap air dan karbon dioksida) selalu lebih berat dari bahan kimia (diperoleh dengan dekomposisi senyawanya). Perbedaannya, anehnya, konstan dan berjumlah sekitar 0,1%. Rayleigh, yang tidak dapat menjelaskan fenomena ini, beralih ke ilmuwan lain.

Bantuan yang ditawarkan oleh seorang ahli kimia William Ramsay. Kedua ilmuwan menyimpulkan bahwa satu-satunya penjelasan adalah adanya campuran gas yang lebih berat dalam nitrogen yang diperoleh dari udara. Ketika mereka menemukan deskripsi percobaan Cavendish, mereka merasa berada di jalur yang benar. Mereka mengulangi percobaan, kali ini menggunakan peralatan modern, dan segera mereka memiliki sampel gas yang tidak diketahui. Analisis spektroskopi telah menunjukkan bahwa itu ada secara terpisah dari zat yang diketahui, dan penelitian lain menunjukkan bahwa itu ada sebagai atom yang terpisah. Sejauh ini, gas tersebut belum diketahui (kami memiliki O₂, N₂, H₂), jadi itu juga berarti membuka elemen baru. Rayleigh dan Ramsay mencoba membuatnya argon (Yunani = malas) untuk bereaksi dengan zat lain, tetapi tidak berhasil. Untuk menentukan suhu kondensasinya, mereka beralih ke satu-satunya orang di dunia pada waktu itu yang memiliki peralatan yang sesuai. Dulu Karol Olszewski, profesor kimia di Universitas Jagiellonian. Olshevsky mencairkan dan memadatkan argon, dan juga menentukan parameter fisik lainnya.

Laporan Rayleigh dan Ramsay pada bulan Agustus 1894 menyebabkan resonansi yang besar. Para ilmuwan tidak percaya bahwa generasi peneliti telah mengabaikan 1% komponen udara, yang ada di Bumi dalam jumlah yang jauh lebih besar daripada, misalnya, perak. Tes oleh orang lain telah mengkonfirmasi keberadaan argon. Penemuan itu dianggap sebagai pencapaian besar dan kemenangan eksperimen yang cermat (dikatakan bahwa elemen baru disembunyikan di tempat desimal ketiga). Namun, tidak ada yang menyangka akan ada...

… Seluruh keluarga gas.

Gugus helium (nomor atom di atas, massa atom di bawah).

Bahkan sebelum atmosfer dianalisis secara menyeluruh, setahun kemudian, Ramsay menjadi tertarik pada artikel jurnal geologi yang melaporkan pelepasan gas dari bijih uranium saat terkena asam. Ramsay mencoba lagi, memeriksa gas yang dihasilkan dengan spektroskop dan melihat garis spektral yang tidak dikenal. Konsultasi dengan William Crooks, seorang spesialis dalam spektroskopi, menyimpulkan bahwa itu telah lama dicari di Bumi laser energi tinggi. Sekarang kita tahu bahwa ini adalah salah satu produk peluruhan uranium dan thorium, yang terkandung dalam bijih unsur radioaktif alami. Ramsay kembali meminta Olszewski untuk mencairkan gas baru. Namun, kali ini peralatan itu tidak mampu mencapai suhu yang cukup rendah, dan helium cair tidak diperoleh sampai tahun 1908.

Helium juga ternyata merupakan gas monoatomik dan tidak aktif, seperti argon. Sifat-sifat kedua elemen tidak cocok dengan keluarga tabel periodik mana pun dan diputuskan untuk membuat grup terpisah untuk mereka. [helowce_uklad] Ramsay sampai pada kesimpulan bahwa ada celah di dalamnya, dan bersama rekannya Morrisem Traversem memulai penelitian lebih lanjut. Dengan menyuling udara cair, ahli kimia menemukan tiga gas lagi pada tahun 1898: neon (gr. = baru), kripton (gr. = skryty) i xenon (Yunani = asing). Semuanya, bersama dengan helium, hadir di udara dalam jumlah minimal, jauh lebih sedikit daripada argon. Kepasifan kimiawi dari unsur-unsur baru mendorong para peneliti untuk memberi mereka nama umum. gas mulia. 

Setelah upaya gagal untuk memisahkan diri dari udara, helium lain ditemukan sebagai produk transformasi radioaktif. Pada tahun 1900 Frederick Dorn Oraz Andre-Louis Debirn mereka memperhatikan pelepasan gas (emanasi, seperti yang mereka katakan saat itu) dari radium, yang mereka sebut radon. Segera diketahui bahwa emanasi juga memancarkan thorium dan actinium (thoron dan actinon). Ramsay dan Frederick Soddy membuktikan bahwa mereka adalah satu elemen dan merupakan gas mulia berikutnya yang mereka beri nama nitro (Latin = bersinar karena sampel gas bersinar dalam gelap). Pada tahun 1923, nithon akhirnya menjadi radon, dinamai berdasarkan isotop yang berumur panjang.

Instalasi helium terakhir yang melengkapi tabel periodik sebenarnya diperoleh pada tahun 2006 di laboratorium nuklir Rusia di Dubna. Nama itu, yang disetujui hanya sepuluh tahun kemudian, Oganesson, untuk menghormati fisikawan nuklir Rusia Yuri Oganesyan. Satu-satunya hal yang diketahui tentang elemen baru adalah bahwa itu adalah yang terberat yang diketahui sejauh ini dan hanya beberapa inti yang telah diperoleh yang hidup kurang dari satu milidetik.

Ketidaksesuaian kimia

Kepercayaan pada kepasifan kimia helium runtuh pada tahun 1962 ketika Neil Bartlett ia memperoleh senyawa dengan rumus Xe [PtF₆]. Kimia senyawa xenon saat ini cukup luas: fluorida, oksida dan bahkan garam asam dari elemen ini diketahui. Selain itu, mereka adalah senyawa permanen dalam kondisi normal. Krypton lebih ringan dari xenon, membentuk beberapa fluorida, seperti halnya radon yang lebih berat (radioaktivitas yang terakhir membuat penelitian jauh lebih sulit). Di sisi lain, tiga yang paling ringan - helium, neon dan argon - tidak memiliki senyawa permanen.

Senyawa kimia dari gas mulia dengan mitra yang kurang mulia dapat dibandingkan dengan ketidaksesuaian lama. Hari ini, konsep ini tidak lagi berlaku, dan orang tidak perlu heran bahwa ...

Helikopter, dari kiri ke kanan: Lord Rayleigh (John William Strutt, 1842–1919), Sir William Ramsay (1852–1916) dan Morris Travers (1872–1961); potret dari koleksi University College London.

… bangsawan bekerja.

Helium diperoleh dengan memisahkan udara cair di pabrik nitrogen dan oksigen. Di sisi lain, sumber helium terutama adalah gas alam, yang jumlahnya mencapai beberapa persen dari volume (di Eropa, pabrik produksi helium terbesar beroperasi di оланув, di Provinsi Polandia Raya). Pekerjaan pertama mereka adalah bersinar dalam tabung bercahaya. Saat ini, iklan neon masih enak dipandang, tetapi bahan helium juga menjadi dasar dari beberapa jenis laser, seperti laser argon yang akan kita temui di dokter gigi atau ahli kecantikan.

Render artis dari Xenon Ion Probe Dawn di dekat asteroid Ceres.

Kepasifan kimia dari instalasi helium digunakan untuk menciptakan atmosfer yang melindungi dari oksidasi, misalnya saat mengelas logam atau kemasan makanan kedap udara. Lampu berisi helium beroperasi pada suhu yang lebih tinggi (bersinar lebih terang) dan menggunakan listrik dengan lebih efisien. Biasanya argon digunakan dicampur dengan nitrogen, tetapi kripton dan xenon memberikan hasil yang lebih baik. Penggunaan xenon terbaru adalah sebagai bahan propulsi pada propulsi roket ion, yang lebih efisien dibandingkan propulsi propelan kimia. Helium paling ringan diisi dengan balon cuaca dan balon untuk anak-anak. Dalam campuran dengan oksigen, helium digunakan oleh penyelam untuk bekerja di tempat yang sangat dalam, yang membantu menghindari penyakit dekompresi. Aplikasi helium yang paling penting adalah untuk mencapai suhu rendah yang diperlukan agar superkonduktor berfungsi.

Campuran oksigen-helium memastikan penyelaman yang aman.