원소 귀족
주기율표의 각 행은 끝에서 끝납니다. XNUMX여 년 전만 해도 그들의 존재는 상상조차 되지 않았다. 그런 다음 그들은 화학적 특성 또는 오히려 그들의 부재로 세상을 놀라게했습니다. 나중에 그들은 자연 법칙의 논리적 결과로 밝혀졌습니다. 희가스.
시간이 지남에 따라 그들은 "행동에 들어갔다"고 지난 세기 후반에 덜 고귀한 요소와 관련되기 시작했습니다. 초등학교 상류사회의 이야기를 다음과 같이 시작합시다.
옛날에…
… 영주가 있었습니다.
오래된 스케치에서 헨리 캐번디시 경(1731-1810).
헨리 캐번디시 그는 영국의 가장 높은 귀족에 속했지만 자연의 비밀을 배우는 데 관심이 있었습니다. 1766년 그는 수소를 발견했고 XNUMX년 후 그는 다른 원소를 찾을 수 있는 실험을 했습니다. 그는 공기에 이미 알려진 산소와 질소 외에 다른 성분이 포함되어 있는지 알고 싶었습니다. 그는 구부러진 유리관에 공기를 채우고 그 끝을 수은 용기에 담그고 그 사이에 방전을 통과시켰습니다. 스파크는 질소를 산소와 결합하게 하고 생성된 산성 화합물은 알칼리 용액에 흡수됩니다. 산소가 없을 때 Cavendish는 그것을 튜브에 넣고 모든 질소가 제거될 때까지 실험을 계속했습니다. 실험은 파이프의 가스 양이 지속적으로 감소하는 몇 주 동안 지속되었습니다. 일단 질소가 고갈되자 Cavendish는 산소를 제거하고 기포가 여전히 존재한다는 것을 발견했습니다. 1/120 초기 공기량. 주님은 그 결과를 경험의 실수로 여겼기 때문에 잔류물의 성질에 대해 묻지 않으셨습니다. 오늘 우리는 그가 개업에 매우 가깝다는 것을 압니다. 아르곤, 그러나 실험을 완료하는 데 XNUMX세기 이상이 걸렸습니다.
태양의 신비
일식은 항상 일반 사람들과 과학자들의 관심을 끌었다. 18년 1868월 XNUMX일, 이 현상을 관찰한 천문학자들은 처음으로 분광기(설계된 지 XNUMX년도 채 되지 않은)를 사용하여 어두운 원반으로 명확하게 보이는 태양 돌출부를 연구했습니다. 프랑스 국민 피에르 얀센 이런 식으로 그는 태양 코로나가 주로 수소와 지구의 다른 원소로 구성되어 있음을 증명했습니다. 그러나 다음날 태양을 다시 관찰하는 동안 그는 나트륨의 특징적인 노란색 선 근처에 위치한 이전에 설명되지 않은 스펙트럼 선을 발견했습니다. Janssen은 그 당시에 알려진 어떤 요소에도 그것을 돌릴 수 없었습니다. 영국의 천문학자도 같은 관찰을 했습니다. 노먼 로커. 과학자들은 우리 별의 신비한 구성 요소에 대해 다양한 가설을 제시했습니다. Lockyer는 그를 지명했습니다. 고에너지 레이저, 태양의 그리스 신인 Helios를 대신하여. 그러나 대부분의 과학자들은 그들이 본 노란색 선이 별의 극도로 높은 온도에서 수소 스펙트럼의 일부라고 믿었습니다. 1881년 이탈리아의 물리학자이자 기상학자인 루이지 팔미에리 분광기를 사용하여 베수비오 화산 가스를 연구했습니다. 스펙트럼에서 그는 헬륨으로 인한 노란색 밴드를 발견했습니다. 그러나 Palmieri는 자신의 실험 결과를 모호하게 설명했고 다른 과학자들은 확인하지 않았습니다. 이제 우리는 헬륨이 화산 가스에서 발견된다는 것을 알고 있으며 이탈리아가 실제로 지상 헬륨 스펙트럼을 처음으로 관찰했을 수 있습니다.
캐번디시 실험을 위한 장치를 보여주는 1901년의 삽화
소수점 셋째 자리에서 열기
XNUMX 세기의 마지막 XNUMX 년 초에 영국 물리학 자 레일리 경 (John William Strutt)는 다양한 가스의 밀도를 정확하게 결정하기로 결정했으며 이를 통해 원소의 원자 질량도 정확하게 결정할 수 있었습니다. Rayleigh는 부지런한 실험자였기 때문에 결과를 왜곡할 수 있는 불순물을 탐지하기 위해 다양한 소스에서 가스를 얻었습니다. 그는 결정 오류를 그 당시에는 매우 작았던 XNUMX분의 XNUMX퍼센트로 줄이는 데 성공했습니다. 분석된 가스는 측정 오차 내에서 결정된 밀도를 준수하는 것으로 나타났습니다. 화합물의 구성이 그 기원에 의존하지 않기 때문에 이것은 누구에게도 놀라운 일이 아닙니다. 예외는 질소였습니다. 생산 방법에 따라 밀도가 다릅니다. 질소 대기 (산소, 수증기 및 이산화탄소를 분리한 후 공기에서 얻음) 항상 화학 물질 (화합물의 분해에 의해 얻어짐). 그 차이는 이상하게도 일정했고 약 0,1%에 달했습니다. 이 현상을 설명할 수 없었던 레일리는 다른 과학자들에게 눈을 돌렸습니다.
화학자가 제공하는 도움 윌리엄 램지. 두 과학자 모두 공기에서 얻은 질소에 더 무거운 가스가 혼합되어 있다는 유일한 설명이 있다고 결론지었습니다. 그들이 Cavendish 실험에 대한 설명을 접했을 때 그들은 올바른 길을 가고 있다고 느꼈습니다. 그들은 이번에는 현대적인 장비를 사용하여 실험을 반복했고 곧 그들은 미지의 가스 샘플을 소유하게 되었습니다. 분광 분석 결과 알려진 물질과 별도로 존재하는 것으로 나타났으며 다른 연구에서는 별도의 원자로 존재하는 것으로 나타났습니다. 지금까지 그러한 가스는 알려지지 않았습니다(우리는 O2, N2, H2), 그래서 그것은 또한 새로운 요소를 여는 것을 의미했습니다. Rayleigh와 Ramsay는 그를 만들려고 했습니다. 아르곤 (그리스어 = 게으른) 다른 물질과 반응하지만 아무 소용이 없습니다. 응축 온도를 결정하기 위해 그들은 당시 세계에서 적절한 장치를 가진 유일한 사람에게로 향했습니다. 그것은 카롤 올제프스키, Jagiellonian University의 화학 교수. Olshevsky는 아르곤을 액화 및 응고시키고 다른 물리적 매개 변수도 결정했습니다.
1894년 1월 Rayleigh와 Ramsay의 보고는 큰 반향을 불러일으켰습니다. 과학자들은 여러 세대의 연구원들이 지구에 은보다 훨씬 많은 양으로 존재하는 XNUMX%의 공기 성분을 무시했다는 사실을 믿을 수 없었습니다. 다른 사람들의 테스트에서 아르곤의 존재가 확인되었습니다. 이 발견은 위대한 업적이자 신중한 실험의 승리로 정당하게 여겨졌습니다(새로운 요소는 소수점 세 번째 자리에 숨겨져 있다고 함). 그러나 아무도 예상하지 못했습니다 ...
... 가스의 전체 제품군.
헬륨 그룹(상단의 원자 번호, 하단의 원자 질량).
대기가 철저히 분석되기 전에도 XNUMX년 후, Ramsay는 산에 노출되었을 때 우라늄 광석에서 가스가 방출되었다고 보고한 지질학 저널 기사에 관심을 갖게 되었습니다. Ramsay는 다시 시도하고 분광기로 생성된 가스를 조사하고 익숙하지 않은 스펙트럼 선을 보았습니다. 상담 윌리엄 크룩스, 분광학 전문가는 그것이 오랫동안 지구에서 추구되어 왔다는 결론을 이끌어 냈습니다. 고에너지 레이저. 이제 우리는 이것이 천연 방사성 원소의 광석에 포함된 우라늄과 토륨의 붕괴 생성물 중 하나라는 것을 압니다. Ramsay는 다시 Olszewski에게 새 가스를 액화하도록 요청했습니다. 그러나 이번에는 장비가 충분히 낮은 온도를 달성할 수 없었고 1908년까지 액체 헬륨을 얻지 못했습니다.
헬륨은 또한 아르곤과 같이 비활성인 단원자 기체임이 밝혀졌습니다. 두 원소의 특성은 주기율표의 어떤 족에도 들어맞지 않아 별도의 족을 만들기로 결정했습니다. [helowce_uklad] Ramsay는 공백이 있다는 결론에 이르렀고 동료와 함께 모리셈 트래버스 추가 연구를 시작했습니다. 화학자들은 액체 공기를 증류하여 1898년에 세 가지 가스를 더 발견했습니다. 네온 (gr. = 새로운), 크립톤 (gr. = 스크리티)i 크세논 가스 원소 (그리스어 = 외국). 이들 모두는 헬륨과 함께 아르곤보다 훨씬 적은 양으로 공기 중에 존재합니다. 새로운 원소의 화학적 수동성은 연구원들로 하여금 그것들에 일반적인 이름을 부여하도록 했습니다. 희가스.
공기에서 분리하려는 시도가 실패한 후 방사성 변환의 산물로 또 다른 헬륨이 발견되었습니다. 1900년 프레데릭 돈 오라즈 앙드레 루이스 드번 그들은 라듐에서 가스가 방출되는 것을 알아차렸습니다. 라돈. 방출은 또한 토륨과 악티늄(토론과 액티논)을 방출한다는 사실을 곧 알게 되었습니다. 램지와 프레데릭 소디 그들이 하나의 원소이며 그들이 명명한 다음 희가스임을 증명했습니다. 니톤 (라틴어 = 가스 샘플이 어둠 속에서 빛나기 때문에 빛나다). 1923년에 니톤은 마침내 라돈이 되었으며, 이는 가장 오래 살았던 동위원소의 이름을 따서 명명되었습니다.
실제 주기율표를 완성하는 마지막 헬륨 설비는 2006년 Dubna에 있는 러시아 원자력 연구소에서 얻었습니다. XNUMX년 만에 승인된 이름, 오가네손, 러시아 핵 물리학자를 기리기 위해 유리 오가네시안. 새로운 원소에 대해 알려진 유일한 사실은 그것이 지금까지 알려진 것 중 가장 무겁고 XNUMX분의 XNUMX초 미만의 수명을 가진 몇 개의 핵만이 얻어졌다는 것입니다.
화학적 불일치
헬륨의 화학적 수동성에 대한 믿음은 1962년에 무너졌다. 닐 바틀렛 그는 화학식 Xe[PtF6]. 오늘날 크세논 화합물의 화학은 매우 광범위합니다. 이 원소의 불화물, 산화물 및 산염도 알려져 있습니다. 또한 정상적인 조건에서는 영구적인 화합물입니다. 크립톤은 크세논보다 가볍고 무거운 라돈과 마찬가지로 여러 불화물을 형성합니다(후자의 방사능은 연구를 훨씬 더 어렵게 만듭니다). 반면에 가장 가벼운 세 가지(헬륨, 네온, 아르곤)에는 영구적인 화합물이 없습니다.
덜 고귀한 파트너를 가진 희가스의 화합물은 오래된 불일치에 비유할 수 있습니다. 오늘날 이 개념은 더 이상 유효하지 않으며 놀라지 말아야 합니다.
헬리콥터, 왼쪽에서 오른쪽으로: 레일리 경(John William Strutt, 1842–1919), William Ramsay 경(1852–1916) 및 Morris Travers(1872–1961); 유니버시티 칼리지 런던 컬렉션의 초상화.
… 귀족은 일합니다.
헬륨은 질소와 산소 플랜트에서 액화 공기를 분리하여 얻습니다. 다른 한편으로, 헬륨의 공급원은 주로 천연 가스이며, 그 양은 부피의 몇 퍼센트에 달합니다(유럽에서 가장 큰 헬륨 생산 공장은 극복, 폴란드 주에서). 그들의 첫 번째 직업은 발광관에서 빛을 내는 것이었습니다. 요즘에도 네온 광고는 여전히 눈을 즐겁게 하지만 헬륨 재료는 또한 치과의사나 미용사에서 만날 아르곤 레이저와 같은 일부 유형의 레이저의 기초이기도 합니다.
소행성 세레스 근처에 있는 크세논 이온 탐사선 새벽의 아티스트 렌더링.
헬륨 설비의 화학적 수동성은 예를 들어 금속을 용접하거나 밀폐된 식품 포장을 할 때 산화를 방지하는 분위기를 만드는 데 사용됩니다. 헬륨 충전 램프는 더 높은 온도에서 작동하며(즉, 더 밝게 빛남) 전기를 더 효율적으로 사용합니다. 일반적으로 아르곤은 질소와 혼합되어 사용되지만 크립톤과 크세논은 더 나은 결과를 제공합니다. 크세논의 최신 용도는 화학 추진제 추진보다 더 효율적인 이온 로켓 추진의 추진 재료입니다. 가장 가벼운 헬륨은 날씨 풍선과 아이들을 위한 풍선으로 채워져 있습니다. 다이버는 산소와 혼합된 헬륨을 사용하여 깊은 수심에서 작업하므로 감압병을 예방하는 데 도움이 됩니다. 헬륨의 가장 중요한 응용 분야는 초전도체가 작동하는 데 필요한 저온을 달성하는 것입니다.
산소-헬륨 혼합물은 안전한 다이빙을 보장합니다.
