Однажды знаменитый английский химик Генри Кавендиш, изучая свой­ства азота, проделал интересный опыт. Он взял стеклянную трубку, изогнутую дугой, и опустил концы ее в два небольших сосуда, напол­ненных ртутью. В трубке был воз­дух. В то время — это было более 150 лет назад — ученые считали, что воздух представляет смесь только двух тазов: азота и кислорода. Кавендиш стал пропускать через воздух, находившийся в трубке, элек­трический ток. Под влиянием элек­тричества азот начал химически со­единяться с кислородом, образуя красноватый газ — окись азота. То­гда Кавендиш ввел в трубку не­много раствора едкого натра. Этот раствор поглотил окись азота, и в трубке образовалось свободное про­странство, которое немедленно за­полнилось ртутью.

Кавендиш продолжил опыт, и ему удалось почти всю трубку заполнить ртутью. Оставался только неболь­шой пузырек воздуха. Ученый ре­шил, что опыт не доведен до конца, и в течение двух недель днем и ночью он продолжал пропускать искры через трубку. Несмотря на все усилия ученого, пузырек возду­ха упорно не исчезал.

Наблюдения и результаты опыта были аккуратно занесены в днев­ник, но почему небольшой пузырек в окиси азота не был поглощен ра­створом едкого натра — это для Кавендиша так и осталось загадкой.

Эта загадка была решена 100 лет спустя английскими учеными Рэлеем и Рамзаем.

Физик Рэлей много занимался ис­следованием плотностей газов. Изу­чая азот, выделенный из воздуха, и азот, полученный из разных хими­ческих соединений, он обнаружил странное явление: плотность азота воздуха была на 0,5 процента боль­ше плотности азота, полученного из его химических соединений. Рэлей работал очень точно и ничем не мог объяснить этот факт.

Как-то Рэлея посетил его прия­тель — профессор химии Рамзай. Друзья разговорились на волную­щую тему — о плотности азота. Рамзай показал записную книжку Кавендиша и высказал смелое пред­положение:

— А может быть, в воздухе, кро­ме азота и кислорода, есть еще третий газ, более тяжелый, чем азот?

Рэлей горячо ухватился за эту мысль. Оба ученых решили прове­рить ее на опыте.

Рамзай проделал следующее: он опустил раскаленный металлический магний в сосуд, где находился азот, добытый из воздуха. Раскаленный магний стал жадно поглощать азот. Когда весь азот был поглощен, в сосуде остался неизвестный газ, ко­торый не вступал в соединение с раскаленным магнием. Рамзай уста­новил, что этот газ почти в полтора раза плотнее азота.

Рэлей, повторив опыт Кавендиша, пришел к тем же выводам. Догадка Рамзая блестяще подтвердилась.

Так как вновь открытый газ не вступал в химические соединения с другими веществами, то Рамзай дал ему название «аргон» (по-гречески — недеятельный).

Открытие Рамзая было встречено химиками с большим недоверием. Казалось удивительным, что до сих пор, несмотря на тысячи опытов с воздухом, никто из химиков не мог обнаружить аргон. Удивляло и то, что не было никаких химических соединений, в которых имелся бы вновь открытый газ. Это смущало и самого Рамзая.

Как раз в эти годы американский химик Гиллебранд обнаружил, что из минерала, содержащего уран, вы­деляется азот. Гиллебранд произвел спектральный анализ этого газа, В спектре наряду с линиями азота имелась желтая линия, которая прежде учеными не наблюдалась. Не было сомнений, что она принад­лежала какому-то неизвестному га­зу. Однако, опасаясь насмешек со стороны коллег, Гиллебранд опуб­ликовал только самый факт выделе­ния азота, умолчав о результатах 4 спектрального анализа.

Рамзай заинтересовался сообще­нием Гиллебранда. Он достал такой же минерал и произвел спектраль­ный анализ выделяющегося из него газа. Желтая линия спектра сразу привлекла внимание ученого. Он вспомнил, что подобная линия была в свое время найдена в спектре Солнца и вещество, которому она принадлежала, было названо гелием (от греческого слова «гелиос» — солнце).

А теперь это «солнечное» веще­ство Рамзай нашел на Земле. От­крытие было столь необычайное, что Рамзай не поверил самому себе. Он послал вновь открытый газ для анализа известному физику Круксу. Вскоре от Крукса пришло сообще­ние, подтверждающее, что дей­ствительно Рамзай обнаружил на Земле гелий. Длительными исследо­ваниями было установлено, что этот газ, как и аргон, обладает исклю­чительной инертностью, т. е. не вступает в химические соединения с другими элементами.

В конце XIX столетия, когда про­исходили все эти события, всеоб­щее признание получил периодиче­ский закон химических элементов, открытый великим русским химиком Д. И. Менделеевым. Согласно пе­риодической системе, каждый из элементов (известных или еще не открытых) обладает свойством всту­пать в определенные химические соединения с другими элементами.

В одной из первых таблиц, кото­рую великий ученый изложил на заседании Русского химического об­щества 3 декабря 1870 г., все эле­менты, в зависимости от их валент­ности, были разделены на восемь групп. Вспомним, что валентностью элемента называется свойство его соединяться с определенным числом атомов другого элемента. Обычно валентность считается по водоро­ду. В первой группе Менделеев поставил одновалентные элементы. Элементы второй труппы соединя­ются с двумя атомами водорода; они двухвалентны.

Свойства уже известных и вновь открываемых элементов целиком подтверждали периодический закон. Но вот было обнаружено существо­вание аргона и гелия, этих «наруши­телей» таблицы Менделеева. Они не вступали в химическое соединение с другими элементами и как оы противоречили таблице Менделеева.

Это противоречие Рамзай разре­шил самым неожиданным образом. В 1897 г., на съезде Британской ас­социации естествоиспытателей в Торонто (Канада), он утверждает, что и для инертных газов есть ме­сто в таблице Менделеева. Это ме­сто — перед первой графой табли­цы, т. е. инертные газы, поскольку они ни с чем не соединяются, обла­дают нулевой валентностью. И этих газов, согласно периодической си­стеме, должно быть пять. Два из них — аргон и гелий — уже най­дены.

Так появилась в периодической системе Менделеева новая графа хи­мически недеятельных элементов.

Рамзай на этом, однако, не успо­коился. Высказав мысль о сущест­вовании пяти недеятельных элемен­тов, он принялся за поиски трех не­достающих, с тем чтобы на опыте доказать правильность своей идеи.

Тщательному анализу подверга­ются сотни различных минералов, метеориты, вулканическая магма, воды минеральных источников… Но все напрасно.

Бесплодные попытки не обескура­жили ученого. Уверенность в спра­ведливости периодической системы Менделеева вдохновляла неутоми­мого исследователя к дальнейшей работе, в которой теория и практи­ка тесно переплетались.

Раз элементы химически недея­тельны, раз они ни с чем не соеди­няются, то, по всей вероятности, они находятся в газообразном состоянии, т. е. в окружающем нас воздухе. Но их до сих пор там не находили. Почему же? Вероятно, потому, что инертных газов очень мало.

Так примерно рассуждал Рамзай. И великий химик начинает искать в воздухе неизвестные элементы нулевой группы таблицы Менделе­ева.

Предстояла исключительно кро­потливая, трудоемкая работа. Надо было обработать и исследовать де­сятки тысяч кубометров воздуха.

Трудно сказать, как Рамзай вы­шел бы из положения, если бы в это время не появилась машина для получения жидкого воздуха. Такую машину изобрел один из друзей Рамзая, механик Гампсон. Это от­крывало богатые возможности. Ведь в небольшой колбе, наполненной жидким воздухом, сгущены сотни кубометров воздушной массы.

Гампсон, получив первые порции жидкого воздуха, предоставил их в распоряжение своего друга. Рам­зай немедленно принялся за дело. Он испарил жидкий воздух в боль­шой закрытый сосуд. Затем он про­гнал этот воздух через раскаленный магний, который поглотил азот, а после этого — через раскаленную медь: она поглотила кислород. Можно было ожидать, что в сосу­де останется аргон. Произведя спек­тральный анализ, Рамзай, однако, увидел в спектре не только линию аргона, но и еще одну неизвестную линию, принадлежавшую, очевидно, другому газу. Всю ночь провел Рам­зай в лаборатории, пока не отделил новый газ от аргона и не определил его свойства. Очень уж долго скры­вался этот газ от исследователя, и Рамзай назвал его криптоном (по-гречески — скрытый).

Оставались в неизвестности еще два газа. Неутомимый исследова­тель продолжил поиски. В течение долгих месяцев ему удалось нако­лоть 15 литров жидкого аргона. По тому времени это было громадное количество.

Рамзай предположил, что в смеси с аргоном могут находиться и дру­гие, еще не открытые газы. Но ес­ли это так, то как отделить один от другого? Инертные газы с дру­гими элементами химически не со­единяются, и поэтому произвести такое разделение химическим путем невозможно. Оставалось одно: испа­рять жидкий аргон. Рамзай так и поступил. Его расчет был очень прост: известно, что каждое веще­ство имеет свою температуру ки­пения. Если жидкий аргон смешан с другими веществами, то испарять­ся они будут неодновременно. Рас­чет ученого блестяще оправдался. Когда Рамзай собрал первые порции испарившегося газа и произвел спек­тральный анализ, то наряду с ли­ниями гелия и аргона он увидел в спектре новую линию. Она принад­лежала новому, еще неизвестному газу, которому Рамзай дал название неон (по-гречески — новый).

Вскоре был найден и последний из предсказанных Рамзаем газов — ксенон. Произошло это так: разде­ляя аргон и криптон путем испаре­ния, Рамзай заметил на дне сосуда после испарения обоих газов не­сколько маленьких пузырьков. Это и был пятый элемент нулевой груп­пы таблицы Менделеева.

Он был найден в смеси двух инертных газов как посторонний. Отсюда и его название — ксенон (по-гречески — посторонний).

Ксенон оказался наиболее редким из инертных газов. Рамзаю при­шлось переработать 75 млн. литров воздуха, чтобы получить лишь 0,3 литра ксенона.

Так были найдены новые химиче­ские элементы, и Д. И. Менделеев, которому Рамзай сообщил резуль­таты своих исследований, поместил эти элементы в таблице именно в том месте, какое указывал англий­ский ученый, т. е. в нулевую группу.

Открытие Рамзая, таким образом, не подорвало, а еще более укрепи­ло периодический закон Менделеева как один из важнейших законов природы.

На этом, однако, история ред­ких газов не кончается. По суще­ству она только начинается.

В 1896 г. весь ученый мир был взволнован интересным открытием, которое сделал французский физик Беккерель. Он обнаружил, что не­которые минералы, содержащие уран, испускают невидимые лучи, свободно проходящие через черную плотную бумагу. Спустя три года супруги Кюри открыли новый хими­ческий элемент — радий. Этот эле­мент давал излучение, в миллион раз более сильное, чем то, которое обнаружил Беккерель. Открытие ра­диоактивных веществ привлекло большое внимание ученого мира. Английский физик Резерфорд, изу­чая новые, радиоактивные вещества, обнаружил на поверхности радия пузырьки какого-то газа. Этот газ, как и радий, испускал невидимые лучи. Дальнейшие исследования по­казали, что он не соединяется с другими химическими элементами т. е. ведет себя, как инертный газ. Резерфорд назвал его эманацией радия.

Рамзай заинтересовался новым инертным веществом. Вместе с хи­миком Содди он предпринимает ряд исследований нового газа и однаж­ды проделывает следующий опыт: наполняет стеклянную трубочку эманацией радия, запаивает ее и охлаждает жидким воздухом. В ре­зультате эманация радия превратилась из газообразного вещества в твердое тело. Спектральный анализ показал, что в трубке находится только эманация радия и ничего больше. Спустя четыре дня Рамзай стал исследовать содержимое труб­ки. Каково же было его изумле­ние, когда он обнаружил в трубке присутствие гелия! При этом коли­чество эманации радия заметно уменьшилось. Не могло быть сомне­ний, что элемент гелий получился из другого элемента — эманации ра­дия.

С этого момента возникает новая увлекательная наука о превращении элементов. Эта наука к настоящему времени добилась замечательных успехов. Сейчас уже известны та­кие естественные и искусственные превращения, как, например, урана в радий, радия в свинец, лития в гелий, азота в кислород и т. д.

Так открытие редких газов, кото­рому в значительной мере способ­ствовала периодическая система Менделеева, необычайно обогатило науку и раскрыло перед ней новые заманчивые горизонты.

Инертные газы находят широкое применение в технике. Если про­пускать через трубку, наполненную неоном, электрический ток, то неок будет светиться ярким красновато-оранжевым цветом. Свет неоновых трубок виден очень далеко. В туманные ночи, ненастную погоду не­оновые маяки указывают путь паро­ходам и воздушным кораблям. Ши­роко применяются неоновые трубки для световых вывесок магазинов и рекламы.

Если пропускать электрический ток через трубки, наполненные ар­гоном, то они излучают приятный синий свет.

Велико значение аргона и особен­но криптона и ксенона в электро­технике. Эти инертные газы обла­дают плохой теплопроводностью, и они служат для заполнения колб электрических лампочек. Тепло от накаленной нити к стенкам лампоч­ки передается плохо, поэтому увеличиваются долговечность лампочки и ее экономичность.

Еще большее значение в технике имеет гелий. Он негорюч, и поэтому им целесообразнее наполнять оболочки аэростатов и дирижаблей, чем водородом. Гелия необходим водолазам: применение смеси во­дорода и гелия для дыхания об­легчает работу водолаза, позволяя ему опускаться на большие глуби­ны. Применяется гелий и в хими­ческой промышленности при суш­ке взрывчатых веществ: его при­сутствие в воздухе сушилки устра­няет возможность взрыва. Наконец, при помощи гелия достигнута и самая низкая температура на Зем­ле— минус 272,9°.

Большое значение в медицине приобретает эманация радия. Лучи, испускаемые этим редким газом, служат ценным средством при ле­чении некоторых болезней.

Большая практическая ценность редких газов необычайно повысила потребность в них. Те небольшие количества, которые с таким трудом добывал Рамзай, конечно, не могли удовлетворить растущих нужд. Нужно было организовать получение редких газов в массовых масштабах. Но как это сделать?

Окружающий нас воздушный океан состоит из бесчисленного множества различных молекул. И в этом океане меньше всего содер­жится молекул инертных газов. За­дача состояла в том, чтобы найти способ собирать в больших количе­ствах молекулы этих редких газов, а затем — уметь их разделить.

Эта исключительно трудная зада­ча была решена с помощью техники искусственного холода, которая по­зволяет огромные количества воз­духа перевести в жидкое состояние. И холод же помогает разделить инертные газы, находящиеся в об­щей смеси.

Если эти газы одинаковы в своем отношении к химическим элементам, иг. е. ни с чем химически не соеди­няются, то к холоду они относятся по-разному. Они переходят в жид­кое состояние, начинают кипеть и испаряться при разных температу­рах. Этот принцип и положен в основу техники получения редких газов. Весь процесс протекает в так называемых ректификационных ко­лонках, которые представляют не­обычайно сложную аппаратуру. В них производится сжижение возду­ха, затем испарение его при разных температурах. Каждый испаряющий­ся газ поступает в особый сосуд.

Тысячи и десятки тысяч кубиче­ских метров редких газов получа­ются в ректификационных колонках.

Редкие газы перестают быть ред­кими, но ценность их для человека от этого только увеличивается.

Похожие статьи:

1. Газы и жизнь
2. Звери  редкие и  звери  обычные
3. Азот «Безжизненный» элемент — основа жизни
4. Опыт с водородными бактериями
5. Можно ли перевести зпаки на самообеспечение азотом!