Aristocracia elemental

Cada fila da táboa periódica remata ao final. Hai pouco máis de cen anos, nin sequera se supoñía a súa existencia. Logo sorprenderon ao mundo coas súas propiedades químicas, ou mellor dito coa súa ausencia. Mesmo despois resultaron ser unha consecuencia lóxica das leis da natureza. gases nobres.

Co paso do tempo, "entraron en acción", e na segunda metade do século pasado comezaron a asociarse con elementos menos nobres. Comecemos a historia da alta sociedade elemental así:

Hai moito tempo…

... Había un señor.

Lord Henry Cavendish (1731-1810) nun vello esbozo.

Henry Cavendish pertencía á máis alta aristocracia británica, pero estaba interesado en coñecer os segredos da natureza. En 1766, descubriu o hidróxeno, e dezanove anos despois realizou un experimento no que puido atopar outro elemento. Quería descubrir se o aire contén outros compoñentes ademais do xa coñecidos osíxeno e nitróxeno. Encheu de aire un tubo de vidro dobrado, mergullou os seus extremos en recipientes de mercurio e pasou descargas eléctricas entre eles. As faíscas fixeron que o nitróxeno se combinase co osíxeno e os compostos ácidos resultantes foron absorbidos pola solución alcalina. En ausencia de osíxeno, Cavendish introduciuno no tubo e continuou o experimento ata que se eliminou todo o nitróxeno. O experimento durou varias semanas, durante as cales o volume de gas no tubo diminuíu constantemente. Unha vez esgotado o nitróxeno, Cavendish eliminou o osíxeno e descubriu que a burbulla aínda existía, que estimou que era ¹/₁₂₀ volume de aire inicial. O Señor non preguntou pola natureza dos residuos, considerando que o efecto era un erro da experiencia. Hoxe sabemos que estivo moi preto de estrear argón, pero levou máis dun século completar o experimento.

misterio solar

As eclipses solares sempre chamaron a atención tanto da xente común como dos científicos. O 18 de agosto de 1868, os astrónomos que observaron este fenómeno utilizaron por primeira vez un espectroscopio (deseñado hai menos de dez anos) para estudar as prominencias solares, claramente visibles cun disco escuro. francés Pierre Janssen deste xeito demostrou que a coroa solar está formada principalmente por hidróxeno e outros elementos da terra. Pero ao día seguinte, mentres observaba de novo o Sol, notou unha liña espectral previamente non descrita situada preto da característica liña amarela do sodio. Janssen non puido atribuílo a ningún elemento coñecido naquel momento. A mesma observación foi realizada por un astrónomo inglés Norman Locker. Os científicos presentaron varias hipóteses sobre o misterioso compoñente da nosa estrela. Lockyer púxoo láser de alta enerxía, en nome do deus grego do sol - Helios. Non obstante, a maioría dos científicos crían que a liña amarela que viron formaba parte do espectro do hidróxeno ás temperaturas extremadamente altas da estrela. En 1881, un físico e meteorólogo italiano Luigi Palmieri estudou os gases volcánicos do Vesubio mediante un espectroscopio. No seu espectro, atopou unha banda amarela atribuída ao helio. Non obstante, Palmieri describiu vagamente os resultados dos seus experimentos, e outros científicos non os confirmaron. Agora sabemos que o helio se atopa nos gases volcánicos, e Italia puido ser a primeira en observar o espectro do helio terrestre.

Ilustración de 1901 que mostra o aparello para o experimento Cavendish

Apertura no terceiro decimal

A principios da última década do século XNUMX, o físico inglés Lord Rayleigh (John William Strutt) decidiu determinar con precisión as densidades de varios gases, o que tamén permitiu determinar con precisión as masas atómicas dos seus elementos. Rayleigh era un experimentador dilixente, polo que obtivo gases dunha gran variedade de fontes para detectar impurezas que falsificasen os resultados. Conseguiu reducir a centésimas de por cento o erro de determinación, que naquel momento era moi pequeno. Os gases analizados mostraron o cumprimento da densidade determinada dentro do erro de medición. Isto non sorprendeu a ninguén, xa que a composición dos compostos químicos non depende da súa orixe. A excepción foi o nitróxeno, só que tiña unha densidade diferente dependendo do método de produción. Nitróxeno atmosférico (obtido do aire despois da separación de osíxeno, vapor de auga e dióxido de carbono) sempre foi máis pesado que químico (obtido por descomposición dos seus compostos). A diferenza, curiosamente, foi constante e ascendeu a preto do 0,1%. Rayleigh, incapaz de explicar este fenómeno, recorreu a outros científicos.

Axuda ofrecida por un químico William Ramsay. Ambos os científicos concluíron que a única explicación era a presenza dunha mestura dun gas máis pesado no nitróxeno obtido do aire. Cando se atoparon coa descrición do experimento Cavendish, sentiron que estaban no bo camiño. Repetiron o experimento, esta vez utilizando equipos modernos, e pronto tiveron unha mostra dun gas descoñecido no seu poder. A análise espectroscópica demostrou que existe por separado das substancias coñecidas, e outros estudos demostraron que existe como átomos separados. Ata agora, non se coñecen tales gases (temos O₂, N₂, H₂), polo que iso tamén supuxo abrir un novo elemento. Rayleigh e Ramsay intentaron facelo argón (grego = preguiceiro) para reaccionar con outras substancias, pero sen resultado. Para determinar a temperatura da súa condensación recorreron á única persoa do mundo naquel momento que tiña o aparello axeitado. Foi Karol Olszewski, profesor de química na Universidade Jagellónica. Olshevsky licuou e solidificou o argón, e tamén determinou os seus outros parámetros físicos.

O informe de Rayleigh e Ramsay en agosto de 1894 causou unha gran resonancia. Os científicos non podían crer que xeracións de investigadores descoidaran o 1% do compoñente do aire, que está presente na Terra nunha cantidade moi superior, por exemplo, á prata. As probas realizadas por outros confirmaron a existencia de argón. O descubrimento foi xustamente considerado un gran logro e un triunfo dun experimento coidadoso (díxose que o novo elemento estaba escondido no terceiro decimal). Non obstante, ninguén esperaba que houbese...

… Toda unha familia de gases.

Grupo helio (número atómico na parte superior, masa atómica na parte inferior).

Mesmo antes de que a atmosfera fora analizada a fondo, un ano despois, Ramsay interesouse por un artigo dunha revista xeolóxica que informaba da liberación de gas dos minerais de uranio cando se expuña ao ácido. Ramsay intentou de novo, examinou o gas resultante cun espectroscopio e viu liñas espectrais descoñecidas. Consulta con William Crookes, especialista en espectroscopia, levou á conclusión de que hai moito tempo que se busca na Terra láser de alta enerxía. Agora sabemos que este é un dos produtos de desintegración do uranio e do torio, contidos nos minerais dos elementos radiactivos naturais. Ramsay pediulle de novo a Olszewski que licuase o novo gas. Non obstante, esta vez o equipo non era capaz de acadar temperaturas suficientemente baixas e non se obtivo helio líquido ata 1908.

O helio tamén resultou ser un gas monoatómico e inactivo, como o argón. As propiedades de ambos os elementos non encaixaban en ningunha familia da táboa periódica e decidiuse crear un grupo separado para eles. [helowce_uklad] Ramsay chegou á conclusión de que hai lagoas nel, e xunto co seu colega Morrisem Traversem iniciou máis investigacións. Ao destilar aire líquido, os químicos descubriron tres gases máis en 1898: neón (gr. = novo), criptón (gr. = skryty) i xenon (Grego = estranxeiro). Todos eles, xunto co helio, están presentes no aire en cantidades mínimas, moito menos que o argón. A pasividade química dos novos elementos levou aos investigadores a darlles un nome común. gases nobres. 

Despois de intentos infrutuosos de separarse do aire, descubriuse outro helio como produto de transformacións radioactivas. En 1900 Frederick Dorn Oraz André-Louis Debirn notaron a liberación de gas (emanación, como dicían entón) do radio, ao que chamaban radón. Pronto se decatouse de que as emanacións tamén emiten torio e actinio (thoron e actinon). Ramsay e Frederick Soddy demostraron que son un elemento e son o seguinte gas nobre que chamaron nitón (Latín = brillar porque as mostras de gas brillaban na escuridade). En 1923, o nitón converteuse finalmente en radón, que recibe o nome do isótopo de vida máis longa.

A última das instalacións de helio que completan a táboa periódica real foi obtida en 2006 no laboratorio nuclear ruso en Dubna. O nome, aprobado só dez anos despois, Oganesson, en homenaxe ao físico nuclear ruso Yuri Oganesyan. O único que se sabe do novo elemento é que é o máis pesado coñecido ata o momento e que só se obtiveron uns poucos núcleos que viviron menos dun milisegundo.

Desalianzas químicas

A crenza na pasividade química do helio colapsou en 1962 cando Neil Bartlett obtivo un composto de fórmula Xe [PtF₆]. A química dos compostos de xenón hoxe en día é bastante extensa: coñécense fluoruros, óxidos e mesmo sales ácidas deste elemento. Ademais, son compostos permanentes en condicións normais. O kripton é máis lixeiro que o xenón, forma varios fluoruros, ao igual que o radón máis pesado (a radioactividade deste último dificulta moito a investigación). Por outra banda, os tres máis lixeiros -helio, neón e argón- non teñen compostos permanentes.

Os compostos químicos de gases nobres con socios menos nobres pódense comparar con antigas alianzas. Hoxe, este concepto xa non é válido, e non debe sorprenderse que...

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

... os aristócratas traballan.

O helio obtense separando o aire licuado en plantas de nitróxeno e osíxeno. Por outra banda, a fonte de helio é principalmente o gas natural, no que supón ata un pouco por cento do volume (en Europa, a maior planta de produción de helio opera en Superado, no Voivodato da Gran Polonia). A súa primeira ocupación foi brillar en tubos luminosos. Hoxe en día, a publicidade de neón segue a ser agradable á vista, pero os materiais de helio son tamén a base dalgúns tipos de láseres, como o láser de argón que coñeceremos no dentista ou na esteticista.

Representación artística da sonda iónica Xenon Dawn preto do asteroide Ceres.

A pasividade química das instalacións de helio utilízase para crear unha atmosfera que protexa contra a oxidación, por exemplo, ao soldar metais ou envases herméticos de alimentos. As lámpadas cheas de helio funcionan a unha temperatura máis alta (é dicir, brillan máis) e usan a electricidade de forma máis eficiente. Normalmente úsase argón mesturado con nitróxeno, pero o cripton e o xenón dan aínda mellores resultados. O último uso do xenón é como material de propulsión na propulsión de foguetes iónicos, que é máis eficiente que a propulsión de propulsor químico. O helio máis lixeiro está cheo de globos meteorolóxicos e globos para nenos. Nunha mestura con osíxeno, o helio é usado polos mergulladores para traballar a grandes profundidades, o que axuda a evitar a enfermidade por descompresión. A aplicación máis importante do helio é acadar as baixas temperaturas necesarias para que funcionen os supercondutores.

A mestura de osíxeno e helio garante un mergullo seguro.