Aristocracia elementar

Cada linha da tabela periódica termina no final. Há pouco mais de cem anos, sua existência nem sequer era suposta. Então eles surpreenderam o mundo com suas propriedades químicas, ou melhor, sua ausência. Mesmo mais tarde, eles se revelaram uma consequência lógica das leis da natureza. gases nobres.

Com o tempo, eles "entram em ação", e na segunda metade do século passado começaram a ser associados a elementos menos nobres. Vamos começar a história da alta sociedade elementar assim:

A muito tempo atrás…

… Havia um senhor.

Lord Henry Cavendish (1731-1810) em um esboço antigo.

Henry Cavendish ele pertencia à mais alta aristocracia britânica, mas estava interessado em aprender os segredos da natureza. Em 1766, descobriu o hidrogênio e, dezenove anos depois, realizou um experimento no qual conseguiu encontrar outro elemento. Ele queria descobrir se o ar contém outros componentes além dos já conhecidos oxigênio e nitrogênio. Ele encheu um tubo de vidro dobrado com ar, mergulhou suas extremidades em recipientes de mercúrio e passou descargas elétricas entre eles. As faíscas fizeram com que o nitrogênio se combinasse com o oxigênio, e os compostos ácidos resultantes foram absorvidos pela solução alcalina. Na ausência de oxigênio, Cavendish o alimentou no tubo e continuou o experimento até que todo o nitrogênio fosse removido. O experimento durou várias semanas, durante as quais o volume de gás no tubo foi diminuindo constantemente. Uma vez que o nitrogênio se esgotou, Cavendish removeu o oxigênio e descobriu que a bolha ainda existia, que ele estimou ser ¹/₁₂₀ volume de ar inicial. O Senhor não perguntou sobre a natureza dos resíduos, considerando o efeito um erro de experiência. Hoje sabemos que ele esteve muito perto de abrir argônio, mas levou mais de um século para completar o experimento.

mistério solar

Os eclipses solares sempre atraíram a atenção de pessoas comuns e cientistas. Em 18 de agosto de 1868, os astrônomos que observavam esse fenômeno usaram pela primeira vez um espectroscópio (projetado há menos de dez anos) para estudar proeminências solares, claramente visíveis com um disco escurecido. francês Pierre Janssen desta forma ele provou que a coroa solar consiste principalmente de hidrogênio e outros elementos da terra. Mas no dia seguinte, novamente observando o Sol, ele notou uma linha espectral anteriormente não descrita localizada perto da característica linha amarela do sódio. Janssen não conseguiu atribuí-lo a nenhum elemento conhecido na época. A mesma observação foi feita por um astrônomo inglês Norman Locker. Os cientistas apresentaram várias hipóteses sobre o componente misterioso de nossa estrela. Lockyer o nomeou laser de alta energia, em nome do deus grego do sol - Helios. No entanto, a maioria dos cientistas acreditava que a linha amarela que eles viram era parte do espectro de hidrogênio nas temperaturas extremamente altas da estrela. Em 1881, um físico e meteorologista italiano Luigi Palmieri estudou os gases vulcânicos do Vesúvio usando um espectroscópio. Em seu espectro, ele encontrou uma faixa amarela atribuída ao hélio. No entanto, Palmieri descreveu vagamente os resultados de seus experimentos, e outros cientistas não os confirmaram. Agora sabemos que o hélio é encontrado em gases vulcânicos, e a Itália pode de fato ter sido a primeira a observar o espectro de hélio terrestre.

Ilustração de 1901 mostrando o aparato para o experimento Cavendish

Abertura na terceira casa decimal

No início da última década do século XNUMX, o físico inglês Lorde Rayleigh (John William Strutt) decidiu determinar com precisão as densidades de vários gases, o que também possibilitou determinar com precisão as massas atômicas de seus elementos. Rayleigh era um pesquisador diligente, então obteve gases de uma ampla variedade de fontes para detectar impurezas que falsificariam os resultados. Ele conseguiu reduzir o erro de determinação para centésimos de um por cento, que na época era muito pequeno. Os gases analisados ​​apresentaram conformidade com a densidade determinada dentro do erro de medição. Isso não surpreendeu ninguém, já que a composição dos compostos químicos não depende de sua origem. A exceção era o nitrogênio - só que tinha uma densidade diferente dependendo do método de produção. Azoto atmosférico (obtido do ar após a separação do oxigênio, vapor d'água e dióxido de carbono) sempre foi mais pesado do que químico (obtido pela decomposição de seus compostos). A diferença, curiosamente, foi constante e atingiu cerca de 0,1%. Rayleigh, incapaz de explicar esse fenômeno, recorreu a outros cientistas.

Ajuda oferecida por um químico William Ramsay. Ambos os cientistas concluíram que a única explicação era a presença de uma mistura de um gás mais pesado no nitrogênio obtido do ar. Quando se depararam com a descrição do experimento Cavendish, sentiram que estavam no caminho certo. Eles repetiram o experimento, desta vez usando equipamentos modernos, e logo eles tinham uma amostra de um gás desconhecido em seu poder. A análise espectroscópica mostrou que existe separadamente das substâncias conhecidas, e outros estudos mostraram que existe como átomos separados. Até agora, tais gases não eram conhecidos (temos O₂, N₂, H₂), então isso também significava abrir um novo elemento. Rayleigh e Ramsay tentaram fazê-lo argônio (grego = preguiçoso) para reagir com outras substâncias, mas sem sucesso. Para determinar a temperatura de sua condensação, eles recorreram à única pessoa no mundo naquela época que tinha o aparelho apropriado. Era Karol Olszewski, professor de química da Universidade Jagiellonian. Olshevsky liquefeito e solidificado argônio, e também determinou seus outros parâmetros físicos.

O relatório de Rayleigh e Ramsay em agosto de 1894 causou grande ressonância. Os cientistas não podiam acreditar que gerações de pesquisadores haviam negligenciado o componente de 1% do ar, que está presente na Terra em uma quantidade muito maior do que, por exemplo, a prata. Testes feitos por outros confirmaram a existência de argônio. A descoberta foi legitimamente considerada uma grande conquista e um triunfo de um experimento cuidadoso (dizia-se que o novo elemento estava escondido na terceira casa decimal). No entanto, ninguém esperava que haveria ...

… Uma família inteira de gases.

Grupo hélio (número atômico na parte superior, massa atômica na parte inferior).

Mesmo antes de a atmosfera ter sido minuciosamente analisada, um ano depois, Ramsay se interessou por um artigo de jornal de geologia que relatava a liberação de gás de minérios de urânio quando expostos a ácido. Ramsay tentou novamente, examinou o gás resultante com um espectroscópio e viu linhas espectrais desconhecidas. Consulta com William Crooks, especialista em espectroscopia, levou à conclusão de que há muito se procura na Terra laser de alta energia. Agora sabemos que este é um dos produtos do decaimento do urânio e do tório, contidos nos minérios dos elementos radioativos naturais. Ramsay novamente pediu a Olszewski para liquefazer o novo gás. No entanto, desta vez o equipamento não foi capaz de atingir temperaturas suficientemente baixas e o hélio líquido não foi obtido até 1908.

O hélio também se revelou um gás monoatômico e inativo, como o argônio. As propriedades de ambos os elementos não se enquadravam em nenhuma família da tabela periódica e foi decidido criar um grupo separado para eles. [helowce_uklad] Ramsay chegou à conclusão de que existem lacunas, e junto com seu colega Morrisem Traversem iniciou mais pesquisas. Ao destilar o ar líquido, os químicos descobriram mais três gases em 1898: néon (gr. = novo), criptônio (gr. = skryty)eu xenon (grego = estrangeiro). Todos eles, juntamente com o hélio, estão presentes no ar em quantidades mínimas, muito menos do que o argônio. A passividade química dos novos elementos levou os pesquisadores a dar-lhes um nome comum. gases nobres. 

Após tentativas frustradas de separação do ar, outro hélio foi descoberto como produto de transformações radioativas. Em 1900 Frederick Dorn Oraz André-Louis Debirn notaram a liberação de gás (emanação, como diziam na época) do rádio, que chamaram de radon. Logo se percebeu que as emanações também emitem tório e actínio (toron e actinon). Ramsay e Frederico Soddy provaram que eles são um elemento e são o próximo gás nobre que eles nomearam niton (Latim = brilhar porque as amostras de gás brilhavam no escuro). Em 1923, o nithon finalmente se tornou o radônio, em homenagem ao isótopo de vida mais longa.

A última das instalações de hélio que completam a tabela periódica real foi obtida em 2006 no laboratório nuclear russo em Dubna. O nome, aprovado apenas dez anos depois, Oganesson, em homenagem ao físico nuclear russo Yuri Oganesyan. A única coisa que se sabe sobre o novo elemento é que ele é o mais pesado conhecido até agora e que apenas alguns núcleos foram produzidos que viveram por menos de um milissegundo.

Desalianças químicas

A crença na passividade química do hélio entrou em colapso em 1962, quando Neil Bartlett obteve um composto de fórmula Xe [PtF₆]. A química dos compostos de xenônio hoje é bastante extensa: fluoretos, óxidos e até sais ácidos desse elemento são conhecidos. Além disso, são compostos permanentes em condições normais. O criptônio é mais leve que o xenônio, forma vários fluoretos, assim como o radônio mais pesado (a radioatividade deste último torna a pesquisa muito mais difícil). Por outro lado, os três mais leves - hélio, neônio e argônio - não possuem compostos permanentes.

Compostos químicos de gases nobres com parceiros menos nobres podem ser comparados a antigas más alianças. Hoje, esse conceito não é mais válido, e não se deve surpreender que ...

Helicópteros, da esquerda para a direita: Lord Rayleigh (John William Strutt, 1842–1919), Sir William Ramsay (1852–1916) e Morris Travers (1872–1961); retrato da coleção da University College London.

… os aristocratas trabalham.

O hélio é obtido pela separação do ar liquefeito em plantas de nitrogênio e oxigênio. Por outro lado, a fonte de hélio é principalmente o gás natural, no qual chega a uma pequena porcentagem do volume (na Europa, a maior planta de produção de hélio opera em Superado, na voivodia da Grande Polônia). Sua primeira ocupação foi brilhar em tubos luminosos. Hoje em dia, a publicidade em neon ainda agrada aos olhos, mas os materiais de hélio também são a base de alguns tipos de lasers, como o laser de argônio que encontraremos no dentista ou na esteticista.

Representação artística da Xenon Ion Probe Dawn perto do asteroide Ceres.

A passividade química das instalações de hélio é usada para criar uma atmosfera que protege contra a oxidação, por exemplo, ao soldar metais ou embalagens herméticas de alimentos. As lâmpadas cheias de hélio operam a uma temperatura mais alta (ou seja, brilham mais forte) e usam a eletricidade com mais eficiência. Normalmente, o argônio é usado misturado com nitrogênio, mas o criptônio e o xenônio dão resultados ainda melhores. O uso mais recente do xenônio é como material de propulsão na propulsão de foguetes de íons, que é mais eficiente do que a propulsão de propelente químico. O hélio mais leve é ​​preenchido com balões meteorológicos e balões para crianças. Em mistura com o oxigênio, o hélio é utilizado pelos mergulhadores para trabalhar em grandes profundidades, o que ajuda a evitar a doença descompressiva. A aplicação mais importante do hélio é atingir as baixas temperaturas necessárias para o funcionamento dos supercondutores.

A mistura de oxigênio e hélio garante um mergulho seguro.