Aristocràcia elemental

Cada fila de la taula periòdica acaba al final. Fa poc més de cent anys, ni tan sols se suposava la seva existència. Llavors van sorprendre el món amb les seves propietats químiques, o millor dit amb la seva absència. Fins i tot més tard van resultar ser una conseqüència lògica de les lleis de la naturalesa. gasos nobles.

Amb el temps, "entraren en acció", i a la segona meitat del segle passat es van començar a associar amb elements menys nobles. Comencem la història de l'alta societat elemental així:

Fa molt de temps…

… Hi havia un senyor.

Lord Henry Cavendish (1731-1810) en un esbós antic.

Henry Cavendish pertanyia a la màxima aristocràcia britànica, però li interessava aprendre els secrets de la natura. El 1766 va descobrir l'hidrogen i dinou anys més tard va fer un experiment en el qual va poder trobar un altre element. Volia esbrinar si l'aire conté altres components a més de l'oxigen i nitrogen ja coneguts. Va omplir d'aire un tub de vidre doblegat, va submergir els seus extrems en recipients de mercuri i va passar descàrregues elèctriques entre ells. Les espurnes van fer que el nitrogen es combines amb l'oxigen i els compostos àcids resultants van ser absorbits per la solució alcalina. En absència d'oxigen, Cavendish el va introduir al tub i va continuar l'experiment fins que es va eliminar tot el nitrogen. L'experiment va durar diverses setmanes, durant les quals el volum de gas a la canonada anava disminuint constantment. Un cop esgotat el nitrogen, Cavendish va treure l'oxigen i va trobar que la bombolla encara existia, que va estimar que era ¹/₁₂₀ volum d'aire inicial. El Senyor no va preguntar sobre la naturalesa dels residus, considerant l'efecte com un error d'experiència. Avui sabem que estava molt a prop d'estrenar argó, però va trigar més d'un segle a completar l'experiment.

misteri solar

Els eclipsis solars sempre han cridat l'atenció tant de la gent comuna com dels científics. El 18 d'agost de 1868, els astrònoms que observaven aquest fenomen van utilitzar per primera vegada un espectroscopi (dissenyat fa menys de deu anys) per estudiar les prominències solars, clarament visibles amb un disc enfosquit. francès Pierre Janssen d'aquesta manera va demostrar que la corona solar està formada principalment per hidrogen i altres elements de la terra. Però l'endemà, mentre tornava a observar el Sol, va notar una línia espectral no descrita anteriorment situada a prop de la característica línia groga del sodi. Janssen no va poder atribuir-ho a cap element conegut en aquell moment. La mateixa observació la va fer un astrònom anglès Norman Locker. Els científics han proposat diverses hipòtesis sobre el component misteriós de la nostra estrella. Lockyer li va posar el nom làser d'alta energia, en nom del déu grec del sol - Helios. Tanmateix, la majoria dels científics creien que la línia groga que van veure formava part de l'espectre d'hidrogen a les temperatures extremadament altes de l'estrella. El 1881, un físic i meteoròleg italià Luigi Palmieri va estudiar els gasos volcànics del Vesuvi mitjançant un espectroscopi. En el seu espectre, va trobar una banda groga atribuïda a l'heli. Tanmateix, Palmieri va descriure vagament els resultats dels seus experiments, i altres científics no els van confirmar. Ara sabem que l'heli es troba als gasos volcànics, i Itàlia pot haver estat la primera a observar l'espectre d'heli terrestre.

Il·lustració de 1901 que mostra l'aparell per a l'experiment de Cavendish

Obertura en tercer decimal

A principis de l'última dècada del segle XIX, el físic anglès Lord Rayleigh (John William Strutt) va decidir determinar amb precisió les densitats de diversos gasos, la qual cosa també va permetre determinar amb precisió les masses atòmiques dels seus elements. Rayleigh era un experimentador diligent, així que va obtenir gasos d'una gran varietat de fonts per tal de detectar impureses que falsificarien els resultats. Va aconseguir reduir l'error de determinació a centèsimes de per cent, que en aquell moment era molt petit. Els gasos analitzats van mostrar el compliment de la densitat determinada dins de l'error de mesura. Això no va sorprendre ningú, ja que la composició dels compostos químics no depèn del seu origen. L'excepció era el nitrogen, només que tenia una densitat diferent segons el mètode de producció. Nitrogen atmosfèric (obtingut de l'aire després de la separació d'oxigen, vapor d'aigua i diòxid de carboni) sempre ha estat més pesat que química (obtingut per la descomposició dels seus compostos). La diferència, curiosament, va ser constant i va ascendir al voltant del 0,1%. Rayleigh, incapaç d'explicar aquest fenomen, va recórrer a altres científics.

Ajut ofert per un químic Guillem Ramsay. Tots dos científics van concloure que l'única explicació era la presència d'una barreja d'un gas més pesat en el nitrogen obtingut de l'aire. Quan es van trobar amb la descripció de l'experiment de Cavendish, van sentir que anaven pel bon camí. Van repetir l'experiment, aquesta vegada amb equips moderns, i aviat van tenir una mostra d'un gas desconegut en el seu poder. L'anàlisi espectroscòpica ha demostrat que existeix per separat de les substàncies conegudes, i altres estudis han demostrat que existeix com àtoms separats. Fins ara, aquests gasos no s'han conegut (tenim O₂, N₂, H₂), de manera que això també significava obrir un nou element. Rayleigh i Ramsay van intentar fer-lo argó (grec = mandrós) per reaccionar amb altres substàncies, però sense èxit. Per determinar la temperatura de la seva condensació, van acudir a l'única persona del món en aquell moment que disposava de l'aparell adequat. Va ser Karol Olszewski, professor de química a la Universitat Jagel·loniana. Olshevsky va liquar i solidificar l'argó, i també va determinar els seus altres paràmetres físics.

L'informe de Rayleigh i Ramsay l'agost de 1894 va causar una gran ressonància. Els científics no podien creure que generacions d'investigadors haguessin descuidat el component de l'1% de l'aire, que està present a la Terra en una quantitat molt més gran que, per exemple, la plata. Les proves realitzades per altres han confirmat l'existència d'argó. El descobriment es va considerar amb raó com un gran assoliment i un triomf d'un experiment acurat (es deia que el nou element estava amagat al tercer decimal). Tanmateix, ningú esperava que hi hagués...

… Tota una família de gasos.

Grup Heli (nombre atòmic a la part superior, massa atòmica a la part inferior).

Fins i tot abans que l'atmosfera s'hagués analitzat a fons, un any més tard, Ramsay es va interessar en un article de la revista de geologia que informava de l'alliberament de gas dels minerals d'urani quan s'exposava a l'àcid. Ramsay va tornar a provar, va examinar el gas resultant amb un espectroscopi i va veure línies espectrals desconegudes. Consulta amb William Crookes, especialista en espectroscòpia, va portar a la conclusió que fa temps que es busca a la Terra làser d'alta energia. Ara sabem que aquest és un dels productes de desintegració de l'urani i el tori, continguts en els minerals d'elements radioactius naturals. Ramsay va tornar a demanar a Olszewski que liquassi el nou gas. No obstant això, aquesta vegada l'equip no va ser capaç d'aconseguir temperatures prou baixes i no es va obtenir heli líquid fins al 1908.

L'heli també va resultar ser un gas monoatòmic i inactiu, com l'argó. Les propietats d'ambdós elements no encaixaven en cap família de la taula periòdica i es va decidir crear un grup separat per a ells. [helowce_uklad] Ramsay va arribar a la conclusió que hi ha llacunes, i juntament amb el seu col·lega Morrisem Traversem va iniciar més investigacions. Destil·lant aire líquid, els químics van descobrir tres gasos més el 1898: neó (gr. = nou), criptó (gr. = skryty)i xenó (grec = estranger). Tots ells, juntament amb l'heli, estan presents a l'aire en quantitats mínimes, molt menys que l'argó. La passivitat química dels nous elements va impulsar els investigadors a donar-los un nom comú. gasos nobles. 

Després d'intents infructuosos de separar-se de l'aire, es va descobrir un altre heli com a producte de transformacions radioactives. L'any 1900 Frederic Dorn Oraz André-Louis Debirn van notar l'alliberament de gas (emanació, com deien aleshores) del radi, al qual van anomenar radó. Aviat es va notar que les emanacions també emeten tori i actini (thoron i actinon). Ramsay i Frederick Soddy van demostrar que són un element i són el següent gas noble que van anomenar niton (llatí = brillar perquè les mostres de gas brillaven a la foscor). El 1923, el nitó finalment es va convertir en radó, el nom de l'isòtop de vida més llarga.

L'última de les instal·lacions d'heli que tanquen la taula periòdica real es va obtenir l'any 2006 al laboratori nuclear rus de Dubna. El nom, aprovat només deu anys després, Oganesson, en honor al físic nuclear rus Yuri Oganesyan. L'únic que se sap del nou element és que és el més pesat conegut fins ara i que només s'han obtingut uns quants nuclis que han viscut menys d'un mil·lisegon.

Desaliances químiques

La creença en la passivitat química de l'heli es va esfondrar el 1962 quan Neil Bartlett va obtenir un compost de fórmula Xe [PtF₆]. La química dels compostos de xenó avui és força extensa: es coneixen fluorurs, òxids i fins i tot sals àcides d'aquest element. A més, són compostos permanents en condicions normals. El kripton és més lleuger que el xenó, forma diversos fluorurs, igual que el radó més pesat (la radioactivitat d'aquest últim dificulta molt la investigació). D'altra banda, els tres més lleugers -heli, neó i argó- no tenen compostos permanents.

Els compostos químics de gasos nobles amb socis menys nobles es poden comparar amb les antigues desaliances. Avui en dia, aquest concepte ja no és vàlid, i no s'ha d'estranyar que...

Helicòpters, d'esquerra a dreta: Lord Rayleigh (John William Strutt, 1842–1919), Sir William Ramsay (1852–1916) i Morris Travers (1872–1961); retrat de la col·lecció de la University College de Londres.

... els aristòcrates treballen.

L'heli s'obté separant l'aire liquat en plantes de nitrogen i oxigen. D'altra banda, la font d'heli és principalment el gas natural, en el qual representa fins a un poc per cent del volum (a Europa, la planta de producció d'heli més gran opera a Superat, al Voivodat de la Gran Polònia). La seva primera ocupació va ser brillar en tubs lluminosos. Avui dia, la publicitat de neó encara és agradable a la vista, però els materials d'heli també són la base d'alguns tipus de làsers, com el làser d'argó que coneixerem al dentista o a l'esteticista.

Representació artística de la sonda d'ions de xenó Dawn prop de l'asteroide Ceres.

La passivitat química de les instal·lacions d'heli s'utilitza per crear una atmosfera que protegeixi de l'oxidació, per exemple, quan es solden metalls o envasos hermètics d'aliments. Les làmpades plenes d'heli funcionen a una temperatura més alta (és a dir, brillen més) i utilitzen l'electricitat de manera més eficient. Normalment s'utilitza argó barrejat amb nitrogen, però el criptó i el xenó donen encara millors resultats. L'últim ús del xenó és com a material de propulsió en la propulsió de coets iònics, que és més eficient que la propulsió de propulsors químics. L'heli més lleuger està ple de globus meteorològics i globus per a nens. En una barreja amb oxigen, l'heli és utilitzat pels bussejadors per treballar a grans profunditats, la qual cosa ajuda a evitar la malaltia de la descompressió. L'aplicació més important de l'heli és aconseguir les baixes temperatures necessàries perquè funcionin els superconductors.

La barreja d'oxigen i heli garanteix una immersió segura.