Введение, История открытия благородных газов - Благородные газы и их свойства
К благородным, или инертным, газам относятся: гелий Не, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Хе, радон Rn. Они относятся к VIII группе, главной подгруппе периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Одноатомные газы без цвета и запаха. Внешняя электронная оболочка молекул заполнена (s2p6), благодаря чему при нормальных условиях благородные газы моноатомны и химически инертны. Входят в состав земной атмосферы: наиболее распространен аргон (0,934% по объему), наименее распространен ксенон (0,86*10-5%). В небольших количествах содержатся в некоторых минералах, природных газах, в растворенном виде - в воде. Кроме этого, обнаружены также в атмосферах планет-гигантов и на Солнце (гелий).[2]
Химия благородных газов не является разнообразной в виду их инертности, но с другой стороны представляет собой очень интересной к исследованию из-за их особого строения и свойств. Изучение данных элементов и их соединений является очень актуальным, так как находится на стадии развития. Именно по этим причинам я посвятила им свою работу.
История открытия благородных газов
История открытия благородных газов драматична и могла бы послужить основой для хорошего химического детектива. А начиналась она довольно банально. Английский физик Джон Уильям Рэлей (Рис.1) не предполагал совершить никакого открытия. Опытный, педантичного склада экспериментатор, он в 1888 г. решил определить плотности и молекулярные массы различных газов с очень высокой для того времени степенью точности - до сотых долей процента. Однако азот, выделенный им из воздуха, неизменно оказывался тяжелее, чем полученный при разложении нитрата аммония. Литр азота воздуха имел массу 1,2572 г, а литр "химического" азота - 1,2505 г. Разница невелика, но она выходила за пределы экспериментальной погрешности и была постоянной. Сам Рэлей не сумел объяснить этот парадокс.
Через научный журнал "Nature" ("Природа") Рэлей в апреле 1894 г. обратился к ученным с просьбой помочь в решении проблемы. Откликнулся только один человек - заведующий кафедрой химии Лондонского университета Уильям Рамзай (Рис.2). Он высказал неожиданную идею: вероятно, в азоте, выделенном из воздуха, есть небольшая примесь какого-то другого, более тяжелого газа. Мысль была смелая, даже дерзкая - ведь до этого состав воздуха изучали сотни исследователей.
Но вот, анализируя лабораторные записи Г. Кавендиша, Рэлей и Рамзай обратили внимание на старый, забытый уже опыт, выполненный в 1785 г. Пропуская через воздух, содержащий избыток кислорода, электрические разряды, Кавендиш превращал азот в оксид NO2, который поглощал раствором щелочи. В итоге примерно сотая по объему часть воздуха не вступала в реакцию, оставаясь неизменной. Это уже был четкий ориентир. Рамзай изменил этот опыт, связав кислород с помощью меди в оксид меди (II), а азот - магнием в нитрид магния. "В остатке", как и у Кавендиша, небольшая часть исходного объема воздуха. Но "личность" нового газа так и не была установлена.
Газ вел себя парадоксально: он не вступал в реакции с хлором, металлами, кислотами, щелочами, т. е. был абсолютно химически инертен. И еще одна неожиданность: Рамзай доказал, что его молекула состоит из одного атома, а до той поры одноатомные газы были неизвестны.
12 августа 1894 г. Рэлей выступил с докладом о новом газе в Британской ассоциации содействия науке. А позже новый элемент был назван аргоном (от Греч. "аргос" - "ленивый", "безразличный").
Этому сообщению поверили далеко не все химики, усомнился в нем и сам Менделеев. Периодическая система элементов являла собой удивительно целостное строение, открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все ее "здание" рухнет.
Атомная масса газа (39,9) указывала ему место между калием (39,1) и кальцием (40,1). Но в этой части таблицы все клетки давно были заняты. Авторы открытия, горячие сторонники периодического закона, тоже не испытывали особого торжества. Аргон не имел в таблице аналогов, и вообще ему не находилось места в периодической системе: ну куда можно поместить элемент, лишенный химических свойств?
Ответ на этот вопрос пришел не сразу. Прежде всего вспомним об открытии, которое сделали почти одновременно, в 1868 г., два астронома - француз Пьер Жюль Сезар Жансен (Рис.3) и англичанин Джозеф Норман Локьер (Рис.4). Эти ученные с помощью недавно изобретенного прибора - спектроскопа изучили спектр солнечных протуберанцев и обнаружили в нем желтую линию, принадлежащую новому элементу. Но официальное признание он получил только лишь четверть века спустя. Это случилось только после того, как гелий (так его назвали в честь греческого бога Солнца Гелиоса) открыли на Земле.[1]
В 1895 г. Рамзай при обработке очень редкого минерала клевеита nUO3 * mUO2 * xPbO серной кислотой обнаружили газ, спектральный анализ которого показал, что это "земной" гелий. Как установили позже, гелий непрерывно образуется в минерале в результате радиоактивного распада урана.
Теперь уже двум элементам не было места в периодической системе: аргону и гелию. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай пришли к выводу, что инертным, т. е. лишенным химических свойств, газам надо отвести отдельную, так называемую нулевую группу между галогенами и щелочными металлами.
В надежде отыскать остальные инертные газы Рамзай вернулся к изучению воздуха. Следующий инертный газ выделили в 1898 г. "методом исключения", после того как кислород, азот и все более тяжелые компоненты воздуха были превращены в жидкость. Оставшийся газ собрали, поместили в разрядную трубку, пропустили через нее электрический ток, и трубка вспыхнула ярким красно - оранжевым светом. Элементу далее незамысловатое название "неон", что в переводе с греческого означает "новый".
В том же году Рамзай выделил из жидкого воздуха (предварительно удалив кислород, азот и аргон) смесь, в которой спектральным методом были открыты еще два газа: криптон ("скрытый", "секретный") и ксенон ("чуждый", "необычный"). Таким образом, к лету 1898 г. оказались известны пять благородных газов.
За исследования в области инертных газов Рэлей и Рамзай были удостоены Нобелевской премии.
Рамзая, открывшего пять элементов, можно сравнить с золотоискателем, которому фантастически повезло - он напал на "золотую жилу". Однако этот великий ученный вложил в ее разработку колоссальный труд и ювелирное искусство. За два года работы он получил 300мл ксенона, для чего пришлось переработать 77,5 млн литров воздуха, т. е. 100 тонн!
В 1899 г. тогда еще молодой английский физик Эрнест Резерфорд (Рис.5) обнаружил, что радиоактивный распад тория сопровождается выделением неизвестного газа. Это оказался последний представитель "благородного семейства". Впоследствии новый элемент получил название "радон", в честь своего непосредственного "ядерного предтечи" радия.
Открытие благородных газов имело огромное значение для научного сообщества. В частности, оно помогло в проведении спектральных исследований. Оранжевая линия спектра стабильного изотопа криптона-86 принята в качестве международного эталона длины волны света. Однако самое большое значение открытие этих элементов имело для развития понятия валентности и учения о межмолекулярных силах. В этом направлении работали ученые Коссель и Льюис, которые выдвинули гипотезу о том, что электронная оболочка из 8 электронов наиболее устойчива и различные атомы стремятся приобрести ее путем присоединения или отщепления электронов.
До 1962 года считалось, что инертные газы не вступают ни в какие реакции. В 1962 году канадский ученый Н. Бартлетт (Рис.6) смог получить соединение ксенона и гексафторида платины XePtF6. Бартлетт впервые получил соединение, в которое была вовлечена восьмиэлектронная оболочка ксенона. Таким образом был разрушен миф об абсолютной инертности благородно-газовой оболочки. После этого название "инертные газы" уже не соответствовало действительности, поэтому по аналогии с малоактивными благородными металлами эту группу химических элементов назвали благородными газами. Поскольку были получены химические соединения, в которых максимальная валентность благородных газов равна 8, вместо нулевой группы их стали считать главной подгруппой VIII группы Периодической системы. [1]
Похожие статьи
-
Кислород: история открытия и основные свойства
Кислород - элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8....
-
Введение, История открытия азота - Азот, его соединение и свойства. Азот в природе
Целью данной работы является изучение и анализ химического элемента - азота. Азот - это бесцветный газ, без вкуса и запаха. Один из самых...
-
Общая характеристика благородных газов - Благородные газы и их свойства
Главную подгруппу восьмой группы периодической системы составляют благородные газы -- гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Эти элементы...
-
История открытия - Свойства графена
Графен является двумерным кристаллом, состоящим из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную решетку. Его теоретическое исследование...
-
Химические свойства - Благородные газы и их свойства
В 1962 году Бартлетт, изучая свойства гексафторида платины, соединения более активного, чем сам фтор, установил, что потенциал ионизации у ксенона ниже,...
-
Оксид кадмия CdO можно получить сжиганием металла на воздухе или в кислороде, обжигом его сульфида или термическим разложением некоторых соединений. Это...
-
Структурные свойства фуллеренов - История открытия фуллеренов, их свойства
В молекулах фуллеренов атомы углерода расположены в вершинах правильных шести - и пятиугольников, из которых составлена поверхность сферы или эллипсоида....
-
История открытия фуллеренов - История открытия фуллеренов, их свойства
В 1985 году группа исследователей -- Роберт Керл, Харолд Крото, Ричард Смолли, Хис и О'Брайен -- исследовали масс-спектры паров графита, полученных при...
-
Заключение - Благородные газы и их свойства
В результате проделанной работы были изучены строение и свойства благородных газов, а так же их практическое применение. Данные элементы являются...
-
Молекулярные кристаллы фуллеренов -- полупроводники, однако в начале 1991 г. было установлено, что легирование твердого С60 небольшим количеством...
-
В 1999 исследователи из Университета Вены продемонстрировали применимость корпускулярно-волнового дуализма к таким молекулам как фуллерен Гидратированный...
-
Нелинейные оптические свойства фуллеренов - История открытия фуллеренов, их свойства
Анализ электронной структуры фуллеренов показывает наличие р-электронных систем, для которых имеются большие величины нелинейной восприимчивости....
-
Биография Ричарда Смолли - История открытия фуллеренов, их свойства
Смолли родился 6 июня 1943года в городе Акрон, штат Огайо. Учился в Мичиганском университете, получил степень бакалавра в 1965 году. В 1973 году получил...
-
Введение - Изменение физико-химических свойств материалов путем диффузии
Медь (лат. Cuprum) - химический элемент. Один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторым археологическим данным - медь была хорошо...
-
Применение благородных газов - Благородные газы и их свойства
Благородные (или инертные) газы, а также их соединения нашли широкое применение в науке и технике. Гелий является важным источником низких температур....
-
Физические свойства, Общая химическая характеристика кадмия - История открытия и свойства кадмия
Кадмий _ Серебристо-белый , отливающий синевой Металл , тускнеющий на воздухе из-за образования защитной пленки оксида. Температура плавления - 321C,...
-
Введение - Свойства фтора как химического элемента
Фтор (лат. Fluorum), F - химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, относится к галогенам, атомный номер 9, атомная масса 18,998403;...
-
Одно дерево бразильской гевеи в среднем, до недавнего времени, было способно давать лишь 2-3 кг каучука в год; годовая производительность одного гектара...
-
История открытия тиосульфата натрия, Строение молекулы и ее влияние на свойства - Тиосульфат натрия
Имя и время открытия тиосульфата натрия нам не известны. Во всяком случае в истории химии об этом не упоминается. Но в конце XVII и в начале XVIII века,...
-
Химические свойства фуллеренов, Литература - История открытия фуллеренов, их свойства
Фуллерены, несмотря на отсутствие атомов водорода, которые могут быть замещены как в случае обычных ароматических соединений, все же могут быть...
-
Введение - Свойства и применение никеля
Нимкель -- элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером...
-
Под действием видимого, ультрафиолетового и более коротковолнового излучения фуллерены полимеризуются и в таком виде не растворяются органическими...
-
Введение - Свойства веществ при низких температурах
Проблемой изучения свойств веществ при низких температурах занимались многие ученые. Для этого требовались сжиженные газы. Определенных успехов в...
-
Введение - Свойства и применение алюминия
Алюмимний -- элемент главной подгруппы третьей группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 13....
-
Фуллериты Конденсированные системы, состоящие из молекул фуллеренов, называются фуллеритами. Наиболее изученная система такого рода -- кристалл С60,...
-
Синтез фуллеренов - История открытия фуллеренов, их свойства
Первые фуллерены выделяли из конденсированных паров графита, получаемых при лазерном облучении твердых графитовых образцов. Фактически, это были следы...
-
Открытие периодического закона и его роль - Жизнь и деятельность Д. И. Менделеева
Конечно, начиная рассказывать об открытиях гениального ученого, нельзя не осветить главное открытие Д. И. Менделеева - Периодический закон. Ко времени...
-
Введение, История теоремы - Великая теорема Ферма
Она заинтересовала меня тем, что на вид очень простая и казалось бы, решить ее может каждый школьник, но найти ее решение на протяжении 358 лет пытались...
-
Способы получения благородных газов - Благородные газы и их свойства
Благородные газы встречаются в земной коре и атмосфере. Гелий - второй по распространенности элемент во Вселенной, в земной коре содержание гелия...
-
Биография ученых, Биография Роберта Керла - История открытия фуллеренов, их свойства
Биография Роберта Керла Роберт Керл родился 23 августа 1933 года в техасском городе Элис. Его отец был священником-протестантом, а мать - домохозяйкой....
-
Введение, Теоретическая часть - Механические свойства полимеров
Цель работы: Изучить прочность полиэтиленово й пленки при деформации растяжения и процесс релаксации напряжения. Построение деформационной и...
-
Бензойная смола (Gum benzoic, росный ладан, E-906) -- быстро затвердевающая на воздухе смола, получаемая путем надрезов ствола и ветвей стираксового...
-
Биологические свойства кадмия - История открытия и свойства кадмия
Кадмиевые покрытия, недопустимы, когда они должны контактировать с пищевыми продуктами. Сам металл нетоксичен, зато чрезвычайно Ядовиты растворимые...
-
Введение - Серебро: основные свойства и роль в мировой культуре
Серебром -- элемент побочной подгруппы первой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 47....
-
ВВЕДЕНИЕ - Получение калий йодата и изучение некоторых его свойств
Наше исследование проводилось В рамках школьного химико-биологического Проекта "Что вы знаете про йод?" . Проект реализуется в течение этого учебного...
-
Введение - Свойства аминокислот
Аминокисломты (аминокарбомновые кисломты) -- органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы....
-
Классификация и история открытия алкалоидов - Алкалоиды и история их открытия
Для удобства изучения алкалоиды делят на группы. Раньше, когда химическое строение алкалоидов было малоизвестным, их делили на группы в зависимости от...
-
История - Свойства и применение никеля
Никель (англ., франц. и нем. Nickel) открыт в 1751 г. Однако задолго до этого саксонские горняки хорошо знали руду, которая внешне походила на медную...
-
История открытия селена - Великие открытия Йенса Якоба Берцелиуса
Селен (англ. Selenium, франц. Selenium, нем. Selren) открыт Берцелиусом в 1817 г., который так рассказывает об этом открытии: "Я исследовал в сотружестве...
-
Физиологическое действие - Благородные газы и их свойства
Естественно было ожидать, что столь химически инертные вещества, как инертные газы, не должны влиять и на живые организмы. Но это не так. Вдыхание высших...
Введение, История открытия благородных газов - Благородные газы и их свойства