18.1.4. Краткие исторические сведения

Открытие благородных газов было затруднено из-за малого содержания них элементов в природе и их химической пассивности.

Первыми были обнаружены аргон и гелий. Открытие аргона - результат высокой точности физико-химических определений. Английский физик Дж.У. Рэлей выполнял точные определения атомных масс кислорода, водорода, азота. Азот он получал двумя путями: пропусканием сухого, освобожденною от СО₂, воздуха, над раскаленной медью и термическим разложением нитрита аммония. В первом случае азот воздуха освобождался от кислорода, который связывался медью:

2Сu + О₂ = 2СuО.

Во втором - получался азот, легко поддающийся высушиванию:

NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O.

Рэлей обнаружил (1892 г.), что плотность азота, выделенного из воздуха, на 0,0016 г/л (0,13%) больше плотности азота, полученного из NH₄NO₂. Эта разница превышала погрешность эксперимента. Объяснил эту разницу английский химик У.Рамзай, предположивший наличие в атмосферном азоте примесей более тяжелых газов. Ученый принял во внимание опыт Г.Кавендиша (Англия), который еще в 1784 г., пропуская электрические искры через обогащенный кислородом воздух, пытался превратить весь содержащийся там азот в оксиды, которые затем поглощались щелочью. Кавендиш нашел, что некоторая часть воздуха не вступает в реакцию с кислородом и щелочью не поглощается. Полученные результаты тогда не были объяснены. Рамзай и Рэлей повторили (1894 г.) опыт Кавендиша и, исследовав пузырек нерастворившегося газа, обнаружили в нем новый, химически инертный элемент. Название его было составлено из греческой отрицательной приставки «а» и слова «эргон» - «дело», «деятельность». Отсюда «аргон» - «недеятельный», «вялый», «ленивый».

Сообщение Рэлея и Рамзая было неожиданным для научной общественности и вызвало всеобщее недоверие. Однако за открытием аргона последовала серия исследований, приведших к обнаружению других благородных газов.

Еще в 1868 г. французский астроном П.Ж.С. Жансен зафиксировал в спектре Солнца яркую желтую линию, обозначенную им D₃, которая не совпадала с желтой линией D натрия. Одновременно с ним эту же линию в спектре Солнца обнаружил английский астроном Дж.И. Локьер, отнесший ее к неизвестному элементу, который он решил назвать гелием (от греческого «гелиос» - «солнце»).

Затем новая желтая линия была обнаружена другими учеными в спектрах «земных» веществ: в газах из кратера Везувия и в газообразных продуктах взаимодействия концентрированной серной кислоты с урансодержащими минералами. В 1895 г Рамзай нашел в газах, выделяющихся при кислотной обработке минерала клевеита, азот, аргон и неизвестный газ, дающий ярко-желтую спектральную линию. Рамзай установил, что этот газ химически инертен, как и apгон. Гелий идентифицировали спектроскопически английские ученые У. Крукс и Локьер, которым Paмзай прислал пробу газа на исследование.

Используя метод Менделеева, Рамзай решил определить место аргона и гелия в Периодической системе, для чего разместил новые элементы в ПС в порядке возрастания атомных масс. Оказалось, что между Не и Аr остается пустая клетка. Ниже (между Вr и Rb) и еще ниже (между I и Cs) также имелись пустые места. Рамзай предположил (1897 г.), что благородные газы составляют особую группу. Д.И. Менделеев поместил их в отдельной группе ПС, получившей название «нулевой».

В 1898 г. Рамзай со своим ассистентом М. Траверсом спектроскопически обнаружил в пробе аргона один из предсказанных им газов, а затем выделил его в чистом виде путем фракционного испарения жидкого воздуха. Пришлось переработать тонны жидкого воздуха, чтобы получить весомые количества неизвестного газа. В память об них трудностях новый элемент и был назван криптоном oт греческого «криптос» - «секретный», «скрытный».

Неон был открыт также Рамзаем и Траверсом через несколько дней после обнаружения криптона: в спектре первых пузырьков газа, образующегося при испарении жидкого аргона, присутствовали линии, принадлежащие новому элементу. Название «неон» происходит от греческого «неос» - «новый».

В том же 1898 г. Рамзаем и Траверсом также и результате фракционирования жидкого воздуха в качестве примеси к криптону был открыт элемент ксенон, название которого происходит от греческого «ксенос» - «чужой», «странный», «необычный», «неслыханный».

При изучении ионизации воздуха радиоактивными веществами М. Склодовская-Кюри и П. Кюри заметили, что тела, находящиеся вблизи источника радиоактивности, приобретают радиоактивные свойства, которые сохраняются некоторое время после удаления радиоактивного препарата. Английский ученый Э. Резерфорд и другие исследователи в 1899 - 1900 гг. пытались объяснить что явление тем, что радиоактивное тело образует некоторое радиоактивное истечение, или эманацию (от латинских «эманарэ» - «истекать» и «эманатио» - «истечение»), пропитывающее окружающие тела. Однако оказалось, что это явление свойственно не только препаратам радия, но и препаратам тория и актиния. Обнаружилось также, что эманация способна вызывать фосфоресценцию некоторых веществ, например, сульфида цинка.

Вскоре Резерфорду и Ф. Содди (Англия) удалось доказать, что эманация - это газообразное вещество, которое подчиняется закону Бойля, при охлаждении переходит в жидкое состояние и имеет химические свойства, характерные для благородных газов. Название «эманация» предложено Резерфордом, обнаружившим, что ее образование из радия сопровождается выделением гелия (₈₈Ra → ₈₆Ra + ₂He). Позже это название было изменено на «эманация радия», чтобы отличить от эманации тория и актиния, которые в дальнейшем оказались изотопами эманации радия. В 1911 г. Рамзай дал эманации радия новое название «нитон» от латинского «нитенс» - «блестящий», «светящийся», чтобы подчеркнуть свойство радиоактивного газа вызывать фосфоресценцию некоторых веществ. Позже было принято название радон - производное от слова «радий». Эманации тория и актиния (изотопы радона) стали именовать тороном и актиноном.

История открытия благородных газов весьма поучительна - она показывает важность сочетания химических и физических методов исследования, а также необходимость точной оценки погрешности эксперимента. В то же время она показывает, что простыми методами можно достичь результатов, имеющих принципиальное значение для развития науки.