Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Мая 2012 в 21:07, реферат
В 1784 году английский ученый Г.Кавендиш заметил, что при пропускании электрических разрядов через воздух с последующим поглощением образовавшихся оксидов азота щелочью остается небольшое количество не поглощенного газа, около1/120 части первоначального объема. Что это за газ, Кавендиш не смог установить. Оставшийся пузырек газа проявлял поразительное постоянство, он нисколько не уменьшался при длительном воздействии электрических разрядов в присутствии кислорода, то есть оказался необыкновенно химически устойчив. А в 1890-х годах английский физик Дж. Рэлей, определяя плотность азота, обнаружил, что азот, выделенный при перегонке жидкого воздуха, всегда был тяжелее азота, полученного, например, из нитрита аммония .Он сообщил об этом коллеге и соотечественнику В. Рамзаю.
В. Рамзай предположил, что к атмосферному азоту примешан другой химически инертный, но более тяжелый газ. Как раз в это время Дьюар обратил внимание Дж. Рэлея на описание давнего опыта Г. Кавендиша. Прочитав и изучив протокол описанного опыта, Дж. Рэлей и В. Рамзай поверили, что они на правильном пути. И вот газовый пузырек, упорно не желавший у Г. Кавендиша соединиться с кислородом, был, вероятно, тем самым неизвестным газом, за которым они охотились. В. Рамзай и Дж. Рэлей стали работать над его выделением.
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ.
В 1784 году английский ученый Г.Кавендиш заметил, что при пропускании электрических разрядов через воздух с последующим поглощением образовавшихся оксидов азота щелочью остается небольшое количество не поглощенного газа, около1/120 части первоначального объема. Что это за газ, Кавендиш не смог установить. Оставшийся пузырек газа проявлял поразительное постоянство, он нисколько не уменьшался при длительном воздействии электрических разрядов в присутствии кислорода, то есть оказался необыкновенно химически устойчив. А в 1890-х годах английский физик Дж. Рэлей, определяя плотность азота, обнаружил, что азот, выделенный при перегонке жидкого воздуха, всегда был тяжелее азота, полученного, например, из нитрита аммония .Он сообщил об этом коллеге и соотечественнику В. Рамзаю.
В. Рамзай предположил, что к атмосферному азоту примешан другой химически инертный, но более тяжелый газ. Как раз в это время Дьюар обратил внимание Дж. Рэлея на описание давнего опыта Г. Кавендиша. Прочитав и изучив протокол описанного опыта, Дж. Рэлей и В. Рамзай поверили, что они на правильном пути. И вот газовый пузырек, упорно не желавший у Г. Кавендиша соединиться с кислородом, был, вероятно, тем самым неизвестным газом, за которым они охотились. В. Рамзай и Дж. Рэлей стали работать над его выделением.
Дж Рэлей повторил опыт Г. Кавендиша, но на более высоком техническом уровне, и получил неизвестный газ. А В. Рамзай многократно пропускал воздух, очищенный от воды и углекислого газа, через трубки с раскаленной медью для удаления кислорода, а затем над разогретыми кусочками магния для поглощения азота:
Время от времени В. Рамзай измерял плотность газа, циркулировавшего в аппарате, которая постепенно увеличивалась и к концу опыта остановилась на величине 19,086. Этим способом В. Рамзай выделил 100 см3 нового газа. Получив неизвестный газ двумя способами, они стали изучать его свойства. Они определили, что он почти в полтора раза тяжелее азота и составляет 1/ 80 часть объема воздуха, лучше растворяется в воде, чем азот и кислород. Затем ученые выяснили, что молекула этого газа – одноатомна. Значит, этот газ является простым веществом. Спектр выделенного газа с его характерными оранжевыми, синими и зелеными линиями очень отличался от спектров уже известных газов. В 1894 году они сообщили, что тяжелый газ найден. Он был назван аргоном ( недеятельным) из-за отсутствия способности у него к образованию соединений с другими элементами.
Позднее аргон был обнаружен
в минеральных водах и
Вскоре после открытия аргона был обнаружен еще один инертный газ - «земной» гелий. История его открытия такова. По одной версии во время полного солнечного затмения в 1868 году французский астроном П.Жансен, наблюдавший затмение в Индии, сфотографировал спектр хромосферы солнца и при изучении снимка обнаружил очень яркую желтую линию, не совпадающую с желтой линией натрия. Эту линию обнаружил и английский астроном Н.Локьер, исследуя спектр протуберанцев солнца. Оба отправили свои сообщения в Академию в Париж, куда они пришли в один и тот же день - 23 сентября 1868 года. Два сообщения из разных концов мира полностью согласовывались друг с другом. Открыт метод, позволяющий начать исследовать тайны космических тел. Французская Академия приняла решение отчеканить в честь выдающегося события медаль. На одной стороне медали были выбиты портреты П.Жансена и Н.Локьера над скрещенными ветвями лавра, на другой - изображение мифического бога солнца Аполлона. По краю медали надпись: «Анализ солнечных выступов 1868 года.» По второй версии в письмах Ж. Жансена и Н. Локьера не упоминалось ни о спектре, ни о новом элементе. Наблюдения протуберанцев этими учеными были лишь стимулом для дальнейшего исследования протуберанцев. И вот в последующих работах других ученых появляются сообщения о линиях в спектре, которые не принадлежали уже открытым элементам. Наиболее четко эту линию наблюдал в 1860 году итальянский ученый А.Секки, который позже обозначил ее как D3 ,но он предполагал, что эта линия принадлежит водороду, но находящемуся при высоких температурах и давлении.
Год спустя астроном С. Райе
высказал мысль, что
В начале 1895 года В.Рамзай узнал из письма сотрудника Британского музея К.Миерса, что американец В.Гильдебранд при изучении минералов, содержащих уран, (клевент) обнаружил выделение из них при кипячении в серной кислоте какого-то газа, принятого им за азот. В феврале 1895 года В. .Рамзай поручил своему ученику Д.Метьюзу повторить опыты В. Гильдебранда, так как он был уверен, что этим газом будет аргон. Д.Метьюз получил около 20 мл газа. И при исследовании его спектра 14 марта они с удивлением увидели яркую желтую линию, какой не было в спектрах азота и аргона и которая не совпадала с желтой линией натрия. Подозревая, что этот спектр принадлежит гелию, и не доверяя себе, В.Рамзай послал пробу газа известному спектроскописту В..Круксу. На другой день В. Крукс подтвердил открытие нового элемента – гелия на Земле и показал В.Рамзаю ряд других линий в спектре гелия - красные, синие, фиолетовые, которые, как менее яркие, астрономы не смогли различить в спектре Солнца Впервые короткое сообщение об открытии гелия на Земле В.Рамзай опубликовал в журнале “Chemical News”, издаваемым В.Круксом .После этого перед В.Рамзаем вновь встала проблема размещения гелия и аргона в периодической таблице. Не сразу он пришел к предположению о существовании особой нулевой группы периодической системы. Одновременно П.Лекок де Буабодран, пользуясь методом Д.И.Менделеева, пришел к этой мысли и предсказал существование еще трех инертных газов. Он подсчитал их атомные массы: 20,0945; 84,01; 137,71. Аналогичным образом В.Рамзай предположил существование инертного газа с атомной массой 20 и предпринял поиски его в атмосферном воздухе. Два инженера У.Хэмсон в Англии и Г.Линде в Германии изобрели эффективный способ сжижения газов. В начале 1898 года ассистент В.Рамзая М.Траверс начал конструировать холодильный аппарат для получения больших объемов жидкого аргона. Поскольку газы, входящие в атмосферу, сжижаются при разных температурах , то их можно просто отделить друг от друга.
24 мая 1898 года В.Рамзай и М.Траверс получили сосуд Дьюара жидкого воздуха. Но так как его оказалось мало, чтобы заняться поисками нового газа с атомной массой 20, то ученые решили использовать этот жидкий воздух для отработки техники разделения жидкого воздуха на отдельные фракции. И к концу дня у них осталась наиболее тяжелая фракция. Целую неделю она не привлекала внимания, пока 31 мая В. Рамзай не решил взяться за нее. Очистив ее от возможных примесей азота и кислорода, они подвергли ее спектральному анализу.
В.Рамзай и М.Траверс были бесконечно удивлены, когда увидели в спектре этих фракций две блестящие линии - желтую и зеленую, расположенные в местах, не соответствующих ни одному известному элементу. В дневнике В.Рамзай записал: «31 мая. Новый газ. Криптон. «Криптон» означает скрытый». Но это не был газ с атомной массой 20., его атомная масса была намного больше. Открытие неона последовало незамедлительно. В.Рамзай и М.Траверс при перегонке жидкого воздуха отобрали легкие фракции, так как разыскиваемый газ по летучести и другим свойствам должен был находиться где-то между гелием и аргоном. И в одной из них был обнаружен искомый инертный газ. 7 июня 1898 года, когда эту фракцию выделили, поместили в газоразрядную трубку и пропустили электрический ток, то появился яркий свет. В спектре было множество красных, желтых и зеленых линий. Газ оказался химически инертным и был назван неоном, что по-гречески значит «новый». Затем целая неделя ушла на подтверждение результатов, получение больших количеств неона и определения его плотности. Неон, как и ожидалось, оказался промежуточным между гелием и аргоном.
Теперь им предстояло открыть еще одного представителя инертных газов Пятый инертный газ уже уверенно стали искать в самой высококипящей фракции жидкого воздуха, после отгонки гелия, водорода, неона, кислорода, азота и, наконец, аргона. В один из дней июля 1898 года коллеги в очередной раз занимались перегонкой жидкого воздуха и разделением его на фракции. Более 50 фракций отобрали они к полуночи. В последней из них они обнаружили криптон. После этого была отобрана еще одна фракция. Утром В.Рамзай и М.Траверс наблюдали спектр этой фракции Он оказался своеобразным. Это был особый спектр с линиями от оранжевого до фиолетового цвета. Его нарекли именем ксенон («чужой»). В воздухе его оказалось крайне мало.
Таким образом, Д.Рэлей, В.Рамзай, М.Траверс выполнили очень трудное исследование, увенчавшееся открытием целой группы новых элементов
Название
Атомная масса
Содержание в атмосфере %
Гелий
Неон
20,179
Аргон
39,948
Криптон
83,80
Ксенон
131,30
Предложение У.Рамзая ввести в периодическую систему нулевую группу, хотя и не встретило возражений, но было реализовано лишь в 1900 году .По предложению Д.И.Менделеева нулевая группа размещалась в системе слева от первой группы щелочных металлов.
Интересна история открытия последнего инертного газа радона. Радон открывали неоднократно. Так как в начале века не существовало понятий об изотопах, то Э.Резерфорд и Р.Оуэнс, В.Рамзай и Ф.Содди, Е.Дорн, А.Дебьерн независимо друг от друга и практически одновременно (1900- 1904гг.) нашли изотопы одного и того же элемента - радона.
Радон, открытый Е.Дорном, это самый долгоживущий изотоп элемента №86. Он образуется при альфа-распаде радия-226. Массовое число этого изотопа - 222, период полураспада - 3,82 суток. Существует в природе как одно из промежуточных звеньев в цепи распада урана-238. Е.Дорн назвал его радоном, так как он был производным радия.
Эманация (название происходит от латинского слова «истечение») тория, открытая Э.Резерфордом и Р,Оуэнсом, член другого естественного радиоактивного семейства - семейства тория. Это был изотоп радона с массовым числом 220 и периодом полураспада 54,5 секунды. Актинон, открытый А.Дебьерном, тоже является членом радиоактивного семейства тория. Это природный изотоп радона и из природных - самый короткоживущий. Его период полураспада меньше 4 секунд (3,92 секунды), а массовое число 219.
Нитон, открытый В.Рамзаем и Ф.Содди, – то же самое, что и радон Е.Дорна. Таким образом, каждое новое открытие радона в отличие от других подобных историй не опровергало, а лишь дополняло предыдущие. В каждом из этих исследований, как считали их, авторы, был обнаружен свой, новый радиоактивный элемент. Да и не могли они считать иначе, так как их главная радиоактивная характеристика – период полураспада – был не одинаковым. Эманацию Резерфорда порождал торий. Актинон Дебьерна получался из актиния. Радон Дорна и нитон Рамзая (от латинского слова «блестящий, светящийся») были производными радия.