Pendefigaeth elfenol

Mae pob rhes o'r tabl cyfnodol yn gorffen ar y diwedd. Ychydig dros gan mlynedd yn ôl, nid oedd eu bodolaeth hyd yn oed i fod. Yna maent yn rhyfeddu y byd gyda'u priodweddau cemegol, neu yn hytrach eu habsenoldeb. Hyd yn oed yn ddiweddarach daethant yn ganlyniad rhesymegol i ddeddfau natur. nwyon nobl.

Dros amser, fe wnaethon nhw "fynd i weithredu", ac yn ail hanner y ganrif ddiwethaf dechreuon nhw fod yn gysylltiedig ag elfennau llai bonheddig. Gadewch i ni ddechrau stori cymdeithas uchel elfennol fel hyn:

Amser hir yn ôl…

… Yr oedd arglwydd.

Yr Arglwydd Henry Cavendish (1731-1810) mewn hen fraslun.

Henry Cavendish perthynai i'r uchelwyr Prydeinig uchaf, ond yr oedd ganddo ddiddordeb mewn dysgu cyfrinachau natur. Yn 1766, darganfu hydrogen, a phedair mlynedd ar bymtheg yn ddiweddarach cynhaliodd arbrawf lle llwyddodd i ddod o hyd i elfen arall. Roedd am ddarganfod a yw'r aer yn cynnwys cydrannau eraill ar wahân i'r ocsigen a'r nitrogen sydd eisoes yn hysbys. Llenwodd tiwb gwydr wedi'i blygu ag aer, trochi ei bennau mewn llestri mercwri a phasio gollyngiadau trydan rhyngddynt. Achosodd y gwreichion i'r nitrogen gyfuno ag ocsigen, a chafodd y cyfansoddion asidig o ganlyniad eu hamsugno gan yr hydoddiant alcali. Yn absenoldeb ocsigen, rhoddodd Cavendish ef i'r tiwb a pharhau â'r arbrawf nes bod yr holl nitrogen wedi'i dynnu. Parhaodd yr arbrawf sawl wythnos, pan oedd cyfaint y nwy yn y bibell yn gostwng yn gyson. Unwaith y daeth y nitrogen i ben, tynnodd Cavendish yr ocsigen a chanfod bod y swigen yn dal i fodoli, yr amcangyfrifodd ei fod yn ¹/₁₂₀ cyfaint aer cychwynnol. Ni ofynnodd yr Arglwydd am natur y gweddillion, gan ystyried yr effaith yn gamgymeriad profiad. Heddiw rydym yn gwybod ei fod yn agos iawn at agor argon, ond cymerodd fwy na chanrif i gwblhau'r arbrawf.

dirgelwch solar

Mae eclipsau solar bob amser wedi denu sylw pobl gyffredin a gwyddonwyr. Ar Awst 18, 1868, defnyddiodd seryddwyr a oedd yn arsylwi'r ffenomen hon sbectrosgop (a gynlluniwyd lai na deng mlynedd yn ôl) i astudio amlygrwydd solar, i'w weld yn glir gyda disg dywyll. Ffrangeg Pierre Janssen yn y modd hwn profodd fod y corona solar yn cynnwys hydrogen yn bennaf ac elfennau eraill o'r ddaear. Ond y diwrnod wedyn, wrth arsylwi ar yr Haul eto, sylwodd ar linell sbectrol nas disgrifiwyd o'r blaen wedi'i lleoli ger y llinell felen nodweddiadol o sodiwm. Nid oedd Janssen yn gallu ei briodoli i unrhyw elfen oedd yn hysbys ar y pryd. Yr un sylw a wnaed gan seryddwr Seisnig Norman Locker. Mae gwyddonwyr wedi cyflwyno damcaniaethau amrywiol am gydran dirgel ein seren. Enwodd Lockyer ef laser ynni uchel, ar ran duw Groeg yr haul - Helios. Fodd bynnag, roedd y rhan fwyaf o wyddonwyr yn credu bod y llinell felen a welsant yn rhan o'r sbectrwm hydrogen ar dymheredd eithriadol o uchel y seren. Yn 1881, ffisegydd Eidalaidd a meteorolegydd Luigi Palmieri astudio nwyon folcanig Vesuvius gan ddefnyddio sbectrosgop. Yn eu sbectrwm, daeth o hyd i fand melyn wedi'i briodoli i heliwm. Fodd bynnag, disgrifiodd Palmieri ganlyniadau ei arbrofion yn amwys, ac nid oedd gwyddonwyr eraill yn eu cadarnhau. Gwyddom bellach fod heliwm i'w gael mewn nwyon folcanig, ac efallai mai'r Eidal yn wir oedd y cyntaf i arsylwi ar y sbectrwm heliwm daearol.

Darlun o 1901 yn dangos y cyfarpar ar gyfer arbrawf Cavendish

Agor yn y trydydd lle degol

Ar ddechrau degawd olaf y XNUMXth ganrif, y ffisegydd Saesneg Arglwydd Rayleigh (John William Strutt) benderfynu'n gywir ddwysedd gwahanol nwyon, a oedd hefyd yn ei gwneud hi'n bosibl pennu masau atomig eu helfennau yn gywir. Roedd Rayleigh yn arbrofwr diwyd, felly cafodd nwyon o amrywiaeth eang o ffynonellau er mwyn canfod amhureddau a fyddai'n ffugio'r canlyniadau. Llwyddodd i leihau'r gwall penderfyniad i ganfedau y cant, a oedd ar y pryd yn fach iawn. Roedd y nwyon a ddadansoddwyd yn dangos cydymffurfiaeth â'r dwysedd a bennwyd yn y gwall mesur. Nid oedd hyn yn syndod i unrhyw un, gan nad yw cyfansoddiad cyfansoddion cemegol yn dibynnu ar eu tarddiad. Yr eithriad oedd nitrogen - dim ond roedd ganddo ddwysedd gwahanol yn dibynnu ar y dull cynhyrchu. Nitrogen atmosfferig (a geir o aer ar ôl gwahanu ocsigen, anwedd dŵr a charbon deuocsid) bob amser wedi bod yn drymach na cemegol (a geir trwy ddadelfennu ei gyfansoddion). Roedd y gwahaniaeth, yn rhyfedd ddigon, yn gyson ac yn dod i gyfanswm o tua 0,1%. Trodd Rayleigh, nad oedd yn gallu esbonio'r ffenomen hon, at wyddonwyr eraill.

Cymorth a gynigir gan fferyllydd William Ramsay. Daeth y ddau wyddonydd i'r casgliad mai'r unig esboniad oedd presenoldeb cymysgedd o nwy trymach yn y nitrogen a gafwyd o'r aer. Pan ddaethant ar draws y disgrifiad o arbrawf Cavendish, roeddent yn teimlo eu bod ar y trywydd iawn. Fe wnaethon nhw ailadrodd yr arbrawf, y tro hwn gan ddefnyddio offer modern, ac yn fuan roedd ganddyn nhw sampl o nwy anhysbys yn eu meddiant. Mae dadansoddiad sbectrosgopig wedi dangos ei fod yn bodoli ar wahân i sylweddau hysbys, ac mae astudiaethau eraill wedi dangos ei fod yn bodoli fel atomau ar wahân. Hyd yn hyn, nid yw nwyon o'r fath wedi bod yn hysbys (mae gennym ni O₂, N₂, H.₂), felly golygai hyny hefyd agor elfen newydd. Ceisiodd Rayleigh a Ramsay ei wneud argon (Groeg = diog) i adweithio â sylweddau eraill, ond yn ofer. Er mwyn pennu tymheredd ei anwedd, troesant at yr unig berson yn y byd yr adeg honno oedd â'r cyfarpar priodol. Yr oedd Karol Olszewski, athro cemeg ym Mhrifysgol Jagiellonian. Roedd Olshevsky yn hylifo a chaledu argon, a hefyd yn pennu ei baramedrau ffisegol eraill.

Achosodd adroddiad Rayleigh a Ramsay ym mis Awst 1894 gyseinedd mawr. Ni allai gwyddonwyr gredu bod cenedlaethau o ymchwilwyr wedi esgeuluso'r gydran 1% o aer, sy'n bresennol ar y Ddaear mewn swm llawer mwy nag, er enghraifft, arian. Mae profion gan eraill wedi cadarnhau bodolaeth argon. Roedd y darganfyddiad yn cael ei ystyried yn haeddiannol yn gamp fawr ac yn fuddugoliaeth o arbrofi gofalus (dywedwyd bod yr elfen newydd wedi'i chuddio yn y trydydd lle degol). Fodd bynnag, nid oedd neb yn disgwyl y byddai...

… teulu cyfan o nwyon.

Grŵp heliwm (rhif atomig ar y brig, màs atomig ar y gwaelod).

Hyd yn oed cyn i'r atmosffer gael ei ddadansoddi'n drylwyr, flwyddyn yn ddiweddarach, dechreuodd Ramsay ymddiddori mewn erthygl mewn cyfnodolyn daeareg a oedd yn adrodd am ryddhau nwy o fwynau wraniwm pan oedd yn agored i asid. Ceisiodd Ramsay eto, archwilio'r nwy canlyniadol gyda sbectrosgop a gweld llinellau sbectrol anghyfarwydd. Ymgynghori â William Crooks, arbenigwr mewn sbectrosgopeg, i'r casgliad y ceisiwyd ei hir ar y Ddaear laser ynni uchel. Nawr rydyn ni'n gwybod bod hwn yn un o gynhyrchion pydredd wraniwm a thoriwm, sydd wedi'i gynnwys ym mwynau elfennau ymbelydrol naturiol. Gofynnodd Ramsay eto i Olszewski hylifo'r nwy newydd. Fodd bynnag, y tro hwn nid oedd yr offer yn gallu cyrraedd tymereddau digon isel, ac ni chafwyd heliwm hylifol tan 1908.

Bu heliwm hefyd yn nwy monatomig ac yn anactif, fel argon. Nid oedd priodweddau'r ddwy elfen yn ffitio i unrhyw deulu o'r tabl cyfnodol a phenderfynwyd creu grŵp ar wahân ar eu cyfer. [helowce_uklad] Daeth Ramsay i’r casgliad bod bylchau ynddo, ac ynghyd â’i gydweithiwr Morrisem Traversem dechrau ymchwil pellach. Trwy ddistyllu aer hylifol, darganfu cemegwyr dri nwy arall ym 1898: neon (gr. = newydd), krypton (gr. = skryty) i xenon (Groeg = tramor). Mae pob un ohonynt, ynghyd â heliwm, yn bresennol yn yr awyr mewn symiau bach iawn, llawer llai nag argon. Ysgogodd goddefedd cemegol yr elfennau newydd ymchwilwyr i roi enw cyffredin iddynt. nwyon nobl. 

Ar ôl ymdrechion aflwyddiannus i wahanu o'r awyr, darganfuwyd heliwm arall fel cynnyrch trawsnewidiadau ymbelydrol. Yn 1900 Frederick Dorn Oraz Andre-Louis Debirn sylwasant ar ryddhau nwy (emanation, fel y dywedasant bryd hynny) o radiwm, a elwir ganddynt radon. Buan y sylwyd bod yr elifiannau hefyd yn allyrru thorium ac actinium (thoron ac actinon). Ramsay a Frederick Soddy profi eu bod yn un elfen a dyma'r nwy bonheddig nesaf a enwir ganddynt niton (Lladin = i ddisgleirio oherwydd bod y samplau nwy yn tywynnu yn y tywyllwch). Ym 1923, daeth nithon yn radon o'r diwedd, a enwyd ar ôl yr isotop hirhoedlog.

Cafwyd yr olaf o'r gosodiadau heliwm sy'n cwblhau'r tabl cyfnodol go iawn yn 2006 yn labordy niwclear Rwseg yn Dubna. Yr enw, a gymeradwywyd ddeng mlynedd yn ddiweddarach, Oganesson, er anrhydedd i'r ffisegydd niwclear Rwseg Yuri Oganesyan. Yr unig beth a wyddys am yr elfen newydd yw mai dyma'r drymaf a wyddys hyd yn hyn ac nad oes ond ychydig o gnewyllyn wedi'i gael sydd wedi byw am lai na milieiliad.

Camgyfrifoldebau cemegol

Cwympodd cred yn goddefedd cemegol heliwm yn 1962 pan Neil Bartlett cafodd gyfansoddyn o'r fformiwla Xe [PtF₆]. Mae cemeg cyfansoddion xenon heddiw yn eithaf helaeth: mae fflworidau, ocsidau a hyd yn oed halwynau asid yr elfen hon yn hysbys. Yn ogystal, maent yn gyfansoddion parhaol o dan amodau arferol. Mae Krypton yn ysgafnach na xenon, yn ffurfio sawl fflworid, fel y mae'r radon trymach (mae ymbelydredd yr olaf yn gwneud ymchwil yn llawer anoddach). Ar y llaw arall, nid oes gan y tri ysgafnaf - heliwm, neon ac argon - gyfansoddion parhaol.

Gellir cymharu cyfansoddion cemegol nwyon nobl â llai o bartneriaid bonheddig â'r hen gamgymeriadau. Heddiw, nid yw'r cysyniad hwn bellach yn ddilys, ac ni ddylid synnu bod ...

Hofrenyddion, o'r chwith i'r dde: yr Arglwydd Rayleigh (John William Strutt, 1842–1919), Syr William Ramsay (1852–1916) a Morris Travers (1872–1961); portread o gasgliad Coleg Prifysgol Llundain.

… gwaith aristocratiaid.

Ceir heliwm trwy wahanu aer hylifedig mewn planhigion nitrogen ac ocsigen. Ar y llaw arall, mae ffynhonnell heliwm yn nwy naturiol yn bennaf, lle mae hyd at ychydig y cant o'r cyfaint (yn Ewrop, mae'r planhigyn cynhyrchu heliwm mwyaf yn gweithredu yn Gorchfygodd, yn Greater Poland Voivodeship). Eu galwedigaeth gyntaf oedd disgleirio mewn tiwbiau goleuol. Y dyddiau hyn, mae hysbysebu neon yn dal i fod yn bleserus i'r llygad, ond mae deunyddiau heliwm hefyd yn sail i rai mathau o laserau, megis y laser argon y byddwn yn ei gyfarfod yn y deintydd neu'r harddwr.

Darlun arlunydd o'r Xenon Ion Probe Dawn ger yr asteroid Ceres.

Defnyddir goddefedd cemegol gosodiadau heliwm i greu awyrgylch sy'n amddiffyn rhag ocsideiddio, er enghraifft, wrth weldio metelau neu becynnu bwyd hermetig. Mae lampau llawn heliwm yn gweithredu ar dymheredd uwch (hynny yw, maen nhw'n disgleirio'n fwy disglair) ac yn defnyddio trydan yn fwy effeithlon. Fel arfer defnyddir argon wedi'i gymysgu â nitrogen, ond mae krypton a xenon yn rhoi canlyniadau gwell fyth. Mae'r defnydd diweddaraf o xenon fel deunydd gyrru mewn gyriant roced ïon, sy'n fwy effeithlon na gyriad gyriant cemegol. Mae'r heliwm ysgafnaf wedi'i lenwi â balwnau tywydd a balŵns i blant. Mewn cymysgedd ag ocsigen, mae deifwyr yn defnyddio heliwm i weithio ar ddyfnder mawr, sy'n helpu i osgoi salwch datgywasgiad. Cymhwysiad pwysicaf heliwm yw cyflawni'r tymereddau isel sydd eu hangen i uwch-ddargludyddion weithredu.

Mae cymysgedd ocsigen-heliwm yn sicrhau deifio diogel.