Путешествие в Страну элементов

Уже было сказано, что гелий присутствует в урановых минералах. Чем больше в клевеите урана, тем больше гелия. Рамзай долгое время старался найти взаимосвязь между содержанием урана и гелия, но это ему не удалось. Разгадка пришла с другой стороны; она была связана с открытием радиоактивности.

Обнаружили, что радий выделяет газообразное вещество, названное эманацией. 1 грамм радия давал в сутки 1 кубический миллиметр эманации. В 1903 году Рамзай и известный физик Содди занялись изучением эманации. Они имели в своем распоряжении всего лишь 50 миллиграммов бромистого радия; одновременно у них было не более 0,1 кубического миллиметра эманации.

Для выполнения работ Рамзай построил сверхчувствительные весы, показывающие четыре миллиардные доли грамма. Вскоре исследователи выяснили, что эманация является последним представителем семейства инертных газов.

Им долго не удавалось разглядеть спектр эманации. Как-то, оставив трубку с эманацией на несколько дней, они поместили ее в спектроскоп и были удивлены, увидев в спектре знакомые линии гелия.

Этот факт подтвердил предположение Резерфорда и Содди о том, что радиоактивное превращение связано с превращением атомов. Радий, самопроизвольно распадаясь, превращался в эманацию и выделял ядро атома гелия.

Один элемент превращался в другой!

Ученым стало понятным, почему гелий обнаруживается в урановых минералах; он один из продуктов распада урана. В 1923 году по решению Международного комитета по химическим элементам эманация была переименована в радон.

Инертные газы на Земле и вне ее

Вернемся снова к составу земной атмосферы. Вспомним, что на долю азота и кислорода приходится более 99 процентов. На все остальные газы, включая водород и двуокись углерода, приходится менее одного процента. Львиную долю этого процента забирает аргон. По сравнению с остальными инертными газами аргона очень много в атмосфере — 0,93 процента. Это объясняется радиоактивным распадом ⁴⁰K, в результате которого образуется ⁴⁰Ar, кстати, по этой же причине тяжелый изотоп аргона преобладает. 1 килограмм воздуха содержит 12,9 грамма аргона и десятую долю грамма всех остальных инертных газов.

Ксенон — очень редкий газ, его содержание в атмосфере равно 9·10^–7 процента, но в то же время абсолютное его содержание огромно. Если бы мы захотели поместить этот газ в железнодорожные цистерны, то потребовался бы поезд длиною в 80 земных экваторов, и если бы ваш путь пересек этот поезд, мчащийся со скоростью 90 километров в час, то подъема шлагбаума пришлось бы ждать четыре года.

Содержание радона в атмосфере ничтожно: 6·10^–18 процента. Если собрать весь радон земной атмосферы, то его можно будет поместить в пивную бочку средних размеров, объемом всего лишь 230 литров. Весит это количество радона два с небольшим килограмма, столько же, сколько том Большой Советской Энциклопедии.

Инертные газы содержатся не только в атмосфере: гелий и аргон можно обнаружить в снеге, граде, дождевой воде и минералах. При каждом вулканическом извержении выделяется значительное количество аргона. В 1902 году во время извержения вулкана Мон-Пеле на острове Мартиника выделялись газы, содержащие 0,7 процента аргона.

Совершенно иные цифры получим мы, если рассмотрим распространение элементов в космосе.

По последним научным данным, вселенная состоит по весу из 76 процентов водорода, 23 процентов гелия; только 1 процент приходится на долю всех остальных элементов таблицы Менделеева.

Так ли они инертны?

Вот, кажется, и все об инертных газах…

Впрочем, вправду ли они такие инертные, ленивые, химически мертвые? Еще в 1896 году был получен кристаллический гидрат аргона, но, по словам советского химика Б. А. Никитина, и через тридцать лет этот факт оставался непонятным и удивительным для многих исследователей.

Б. А. Никитин положил много сил исследованию соединений инертных газов. Он предложил оригинальный метод получения легкодиссоциирующих молекулярных соединений благородных газов.

Что такое молекулярное соединение и почему оно характерно для инертных газов?

Инертные газы обладают законченной, совершенной структурой электронных оболочек. На внешней электронной оболочке у них содержится восемь электронов, у гелия — два. Благородные газы очень крепко держат свои электроны, не отдают их чужим атомам и сами не принимают ничьих электронов — короче говоря, ионных соединений типа NaCl или NaF они не в состоянии образовать.

Атомы инертных газов не склонны также обобществить свой электрон с электроном другого атома и дать соединение с ковалентной связью, типа молекулы хлора. Валентная связь, обусловленная переходом электрона или обобществлением его, не имеет места у благородных газов. Но мы знаем, что при низких температурах они могут быть и жидкостью и даже твердым телом.

Какие же силы стягивают в жидкость однородную молекулу инертного газа? Межмолекулярные, или, как их еще называют, в честь голландского химика Ван дер Ваальса, вандерваальсовы силы…