گازهای بی اثر
گازهای نجیب (یا گازهای کمیاب یا گازهای بیاثر) که بی بو، و بی رنگ هستند، به عنصرهای هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، گزنون، رادون و آناناکتیوم گفته میشود که همه در دمای اتاق گازی هستند.
تراز الکترونی لایهٔ آخر این گازها پر بوده و بنابراین میل به واکنش آنها کم است.
هلیوم، بصورت مایع در ایجاد پایین ترین دمای ممکن و حفظ آن کاربرد دارد.
هلیوم دارای خواص زیست شناسی ویژه ای است که از آن میان میتوان به آمیختن آن با اکسیژن در اکسیژن درمانی جهت درمان بیماران مبتلا به آسم اشاره کرد. این مخلوط نسبت به نیتروژن آسانتر جریان می یابد و بیمار اکسیژن بیشتری دریافت میکند.
از هلیوم به عنوان ماده ای بی اثر برای رقیق کردن اکسیژن، برای بیهوشی استفاده میشود. به هرحال برای این منظور گاها نیتروژن مناسبتر است.
در راکتورهای هسته ای از هلیوم برای ایجاد محیط خنک کننده استفاده میشود. جهت طراحی و بررسی سرعتهای بسیار بالا برای هواپیماها در کانالهای هوا از هلیوم استفاده میشود.
در تولید دو فلز تیتانیوم و زیرکونیوم بعنوان اتمسفر بی اثر و در تهیه بلورهای سیلیسیوم و ژرمانیوم در ترانزیستور و در برخی از انواع طیف سنجهای جرمی بکار گرفته میشود.
همچنین در تجزیه مواد شامل عنصرهای سبک برای پر کردن طیف نگارهای پرتوی X، دماسنجهای گازی و شمارنده های نوترون و بعنوان فاز متحرک در کروماتوگرافی گازی(GC) نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
از نئون میتوان بعنوان منتقل کننده بار در متوقف کردن رعد و برق استفاده کرد. از نئون در برخی لامپهای الکترونی، لامپ آزمایش شمع اتومبیل، بعنوان شناساگرهای اخطار دهنده در خطوط برق با ولتاژهای بالا استفاده کرد.
كشف هلیوم و رادون غیر عادی صورت گرفته است . رادون در نتیجه بررسی های انجام شده درباره رادیوآكتیو، یا بهتر بگوئیم بر اثر به كار بستن روش های رادیو متری ، كشف شده است . بنابراین عنصر مزبور در فصل 11 در تاریخچه عناصر رادیوآكتیو مورد بحث قرار خواهد گرفت . داستان كشف هلیوم در تاریخ شیمی مقام ویژه ای دارد ، به این ترتیب كه در سال 1247 /1868 خطی در طیف مربوط به لكه های خورشید مشاهده در كه به هیچی یك از عناصر شناخته شده درزمین منسوب نبود . این خط را مربوط به عنصر جدیدی دانستند كه در خورشید وجود دارد و آن عنصر را « هلیوم » نامیدند . بیست و هفت سال بعد از آن زمان ، برای نخستین بار در روی زمین ، هلیوم به دست آمد .
ژانسن ستاره شناس فرانسوی والكیر ستاره شناس انگلیس ، به عنوان كاشفشین هلیوم معرفی شده اند . این دو نفر در سال 1247 / 1868 كسوف كامل خورشید را كه در سواحل اقیانوس هند بهتر قابل رؤیت بود ف مورد مطالعه قراردادند .آنان در گزارشی كه در این باره به آكادمی علوم پاریس فرستاده بودند و دریكی از اجلاس های آن آكادمی توسط یكی از اعضا قرائت شد ، نوشته بودند كه در طیفی كه از آن كسوف خورشید به دست آمده و عكس برداری شده است ، خط جدید زرد D مربوط به عنصری ناشناس ، وجود دارد . به عنوان یادبود این رویداد (كشف عنصر جدیدی كه در خورشید وجود دارد ولی در زمین یافت نمیشود ) نشان یادبودی ضرب شد .
دراین داستان جالب همه چیز دروغ بود جز دو تاریخ اشاره شده در آن ، نخست این كه گرچه در مرداد سال 1247 اوت سال 1868 لاكیر در ساحل اقیانوس هند نبود و كسوف كامل خورشید را ندید ، ولی ژانسن درهمان هنگام درباره كسوف مزبور مشاهداتی انجام داد . این مشاهدات از نظر ستاره شناسی حائز اهمیت زیادی بودند ولی از نظر تاریخچه هلیوم اثری نداشتند . ستاره شناس فرانسوی نخستین كسی بود كه كله های خورشید را دید ( پرتاب قطعات عظیمی از مواد خورشید ) و آنها را شرح داد ، ولی این كار در حین یك كسوف انجام نشد . متن تلگرافی كه وی به آكادمی علوم پاریس فرستاد به این شرح بو : « كسوف ولكه های خورشید رصد شدند ، طیف آن جالب و غیر منتظره است ، لكه های خورشید دارای طبیعت گازی هستند . »
تا آن زمان ، دانشمندان درباره طبیعت لكه های خورشید چیزی نمی دانستند . در آن هنگام معلوم شد كه ابرهائی از مواد گازی شكل دارای تركیب شیمیائی پیچیده هستند . ژانسن شرح مفصل مشاهداتش را در نامه ی دیگری فرستاد كه چهل روز بعد از نخستین گزارشش به آكادمی علوم ستاره شناس دیگر فرانسوی به نام ری دراین مورد رسیده بود . شخص اخیر نیز لكه های خورشید را دیده بود و نتیجه گیری هائی را درباره ی آنها توسط طیف سنج ویژه ای ، لكه های خورشید را مورد بررسی قرار می داد ومحل خطوط طیفی آنها را مشخص می كرد . در دوازدهم مهرماه آن سال / بیست و سوم اكتبر ، نامه ای به آكادمی علوم پاریس فرستاد كه برحسب اتفاق ، نامه ی وی همزمان با نامه ژانس رسید .
در پانزدهم مهر / بیست و ششم اكتبر ، نامه ی ژانسن ولاكیر در اجلاس آكادمی قرات شد ولی در آن نامه ها حتی كلمه ای درباره ی عنصر فرضی موجود درخورشید را درهنگامی كه خورشید یا خطی كه بعد ها به عنوان مشخصه طیف هلیوم شناخته شد ، اشاره نشده بود ، این بود كه لكه های خورشید را در هنگامی كه خورشید دچار كسوف نشده بود ، مورد مشاهد قرار داده اند . نشان ضرب شده هم تنها به منظور یادبود این رویداد ، ساخته شده بود .
به این ترتیب هلیوم نه در بیست و هفتم مرداد 1247 / هیجدهم اوت 1868 كشف شده است و نه توسط ژانسن یالاكیر . مشاهدات آنان در میان بسیاری از ستاره شناسان ، نهضتی را برای مطالعه دقیق لكه های خورشید برانگیخت . آن وقت بود كه متوجه شدند كه در طیف لكه های خورشید ، خطی وجود دارد كه به هیچی یك از عناصر شناخته شده در روی زمین قابل انتساب نیست . آن خط را سكسی ستاره شناس ایتالیائی مشاهد كرده و با D نشان داده است . نام این فرد را باید دركنار نام های ژانسن و لاكیر قرار داد . نقش او در كشف هلیوم كنتر از نقش آن دو نفر پیشگامانش نبوده است . درهر حال سكسی تصور می كرد كه خط D ممكن است مربوط به عنصری شناخته شده ای مانند هیدروژن باشد كه در شرائط فشار و درجه حرارت خیلی بالا چنین خطی ا خود منتشر می كند . اگر چنین فرضی به اثبات نمی رسید ، آنگاه سكسی قبول می كرد كه خط D مربوط به عنصری است كه در زمین شناخته نشده است . لاكیر و فرانكلند به تلاش برای حل مسئله ی عنوان شده توسط سكسی پرداختند ، اما هیچ گونه تغییری را در طیف هیدروژن مشاهده نكردند . بنابراین در مطلبی كه لاكیر درچهاردهم فروردین 1250 / سوم آوریل 1871 منتشر كرد بازهم عبارت «عنصر جدید X » را به كاربرد . نشانه هائی در دست است كه فرانكلند نام « هلیوم helium » ( مشتق از كلمه یونانی helios به معنی خورشیدی ) را پیشنهاد كرده است . كلمه « هلیوم » نخستین بار در اجلاس دوازدهم مرداد / سوم اوت همان سال جامعه انگلیسی لرد كلوین توسط رئیس جلسه ، تامسن بكار برده شد . اگر كشف هلیوم درآن مرحله به عنوان « كاری تمام شده » تلقی شود ، عملی غیر متعارف است . درآن زمان ، این تنها عنصری بود كه به شكل مادی قابل جدا كردن نبود . سوال این بود كه در شرائط معمولی هلیوم به چه شكل است ؛ جامد ، مایع یا گاز ؟ خواصش چیست ؟ جرمی اتمی اش چقدر است و جایش درمیان عناصر طبیعی در كجا است ؟
برای هیچی یك از سوالات بالا جواب تقریبی هم وجود نداشت . تردید سكسی همچنان برجای بود . بنابراین درهنگامی كه هلیوم هنوز عنصری فرضی بود ، دوره ای از تاریخش آغاز شده بود . درمورد هلیوم هم آهنگی عمومی حاصل نشده بود . مندلیف به طور جدی نظریه سكسی را كه خط زرد روشن طیف مربوط به عنصری شناخته شده در فشار و درجه حرارت بالا است ، تأئید می كرد . كروكس هلیوم را به طور كامل مستقل شناخت و آن را به عنوان ماده اولیه برای ساخت كلیه عناصر دیگر تلقی كرد و گفت كه این پدیده با تبدیل پی درپی رخ می دهد .
زمانی به نظر رسید كه اسرار آمیز بودن منحصر به هلیوم نیست . زیرا ستاره شناسان خصوص جدیدی را در طیف اجسام فلكی مانند خورشید ، ستارگان و غبارهای كیهانی یافتند . تعداد عناصری فرضی دیگر از جمله كورونیوم ، آركونیوم ، نبولیوم ، و پروتوفلوئورین در صحنه علم خود نمایی كردند.چندین سال بعد معلوم شد كه چنین عناصری وجودندارند و فقط هلیوم برجای ماند .
برای آن كه هلیوم به رسمیت شناخته شودمی بایتسی چهره زمینی خود رانشان دهد .تاریخچه زمینی هلیوم با یك حادثه آغاز شد .
در داوزدهم بهمن 1273 اول فوریه سال 1895 رامسی نامه كوتاهی از میئرز كارمند British Maseum دریافت كرد و در آن هنگام رامسی به عنوان كاشف آرگون شناخته شده بود و بناربراین ممكن است تصور شود كه میئرز وی را به طور اتفاقی به عنوان مخاطب نامه اش در نظر نگرفته باشد . میئرز در آن نامه درباره تجربه ای كه هیلدر براند امریكائی در سال 1269 / 1890 در انستیتوی زمینشناسی امریكا انجام داده است ، صحبت می كند و می نویسد كه وی با گرم كردن برخی از كانی های توریوم و اورانیوم ( به عنوان نمونه كلویت cleveite ) متوجه تولید گازی بی اثر شده است . طیف آن گاز شبیه طیف ازوت و در ضمن حاوی خطوطی اضافی نیز می باشد .
بعد ها هیلدر براند خودش به رامسی اعتراف كرده بود كه میخواسته است خطوط مزبور را به عنصر جدیدی نسبت دهد . در هر حال همكاران وی نسبت به نتیجه كار خوشبین نبودند و هیلدر براند ، از ادامه بررسی دست برداشت . در آن زمان رامسی سرگرم مطالعه آرگون و تلاش برای به دست آوردن تركیباتی از آن بود و در نتیجه از شاگردش ماتیوز خواست كه در مورد مطالب بالا به بررسی بپردازد . ماتیوز كانی را تحت اثر اسید سولفوریك قرار داد و او هم مانند هیلدر براند ، به تشكیل حباب های گازی شبیه ازوت اشاره كرد . وقتی مقدار كافی از گاز مزبور جمع آوری شد ، توسط رامسی مورد آزمایش طیف سنجی قرار گرفت . طیف به دست آمده غیر منتظره و حاوی نوار پهن درخشانی بود كه نظیر خطوطش در طیف های ازوت و آرگون وجود نداشت .
گرچه رامسی اطلاعات كافی را برای نتیجه گیری قطعی نداشت ولی حدس زد كه كلویت علاوره بر آرگون ، محتوی گاز ناشناخته دیگری است . وقت صرف كرد . در دوم فروردین آن سال بیست و دوم مارس وی در حضور برائونر طیف آرگون و گاز ناشناس را مورد مقایسه قرار داد . رامسی مؤقتاً گاز مزبور را كریپتون مشتق از كلمه یونانی به معنی مرموز یا مخفی نامید . دریادداشت روزانه سوم فروردین بیست و سوم مارس ، این دانشمند می نویسد كه رنگ زرد روشن دهه پنجم قرن سیزدهم اواخر دهه هفتم قرن نوزدهم لازم شده بود كه ثابت كنند كه خط D هلیوم خورشید با خط زرد روشن سدیم متفاوت است و به این ترتیب ملاحظه می شود كه تاریخ تكرار می شود . )
رامسی كه از نتایج به دست آمده اش كاملاً مطمئن نبود ، آمپولی از گازمزبور را برای كروكس فرستاد . روز بعد تلگرافی از كروكس رسید مبنی براین كه ( كریپتون همان هلیوم 49/587 است ، بیائید و ببینید ) شماره 49/587 مربوط به طوی مرج هلیوم خورشید بر طبق مقیاسی است كه در دستگاه های مربوط در نظر گرفته شده است . گرچه این اطلاعات شناسائی هلیوم را تسهیل می كردند ولی درهر حال كشف مزبور مستقلاً یعنی بدون هدف مشخص كشف هلیوم ، صورت گرفته بود . این موضوع سبب شد كه دانشمندان هلیوم را كه دیگر عنصر جدید شیمیائی فرضی نبود ، آگاهانه مورد بررسی قرار دهند . بی اثر بودن كامل هلیوم از نظر شیمیایی ، نكته ابهام آمیزی نبود زیرا نظیر چنین حالت بی اثری را قبل از آن زمان در آرگون دیده بودند 1273 /1894 )
كروكس در نشریه نهم فروردین 1274 بیست و نهم مارس 1895 مطلب كوتاهی درباره ی كشف هلیوم در زمین ، توسط رامسی ، نوشت . جالب است كه تقریباً در همان هنگام كلو دانشمند سوئی با دستیارش لونگلت در سنگ معدنی كلویت ( كه به افتخار كلونامگذاری شده بود ) ، هلیوم زمینی را كشف كردند . درهر حال این دو نفر قدرتی در تجربه های شان عقب بودند تنها ناخشنودی خود را از این پیش آمد ابراز داشتند ولی نتوانستند مدعی اولویت شوند . هلیوم زمینی مورد شناسائی همگانی قرار گرفت و هیچی گونه اقدامی برای رد كردن نتایج رامسی به عمل نیامد . زمان كوتاهی بعد از آن ، در دیگر كانی های و چشمه های آب معدنی ، هلیوم یافت شد . در سال 1277 / 1898 به وجود هلیوم در هوای جو زمین ، پی بردند .
در سال 1228 / 1849 در زندگینامه ای كه ویلسون از كاوندیش نوشته بود ، به تجربه ی مزبور اشاره شده بود . در اوایل دهه هفتم قرن سیزدهم / اوایل دهه نهم قرن نوزدهم ، رامسی واكنش میان ازوت ، اكسیژن و هیدروژن گازی را درحضور كاتالیزور پلاتین مورد بررسی قرار داد . از این تجربه نتیجه ای حاصل نشد و حتی رامسی نتایج كارش را منتشر نكرد به طوری كه بعدها یاد آوری كرد ، با خواندن كتاب ویلسون ، در جائی كه به شرح تجربه كاوندیش می رسد ، زیر نویس می كند كه : « مورد توجه قرار گیرد » وی از ویلیامز دستیارش تقاضا می كند كه به تكرار آن تجربه بپردازد ، ولی از نتیجه آن كار اطلاعی در دست نیست . به احتمال زیاد ، از آن نتیجه ای گرفته نشده است . درهر حال آن ماجرا برای رامسی فراموش نشدنی بوده است ( به طوری كه خودش می گوید در « ضمیر ناخود آگاهش » به جای مانده بود ) و در ما قبل تاریخ كشف آرگون نقشی ایفا كرده است . در آغاز رایلی شخصیت اصلی این كار بود و انگیزه ی تاریخی اش برای این كوشش ، تكمیل نظریه اتمی و ملكولی بوده است و برای تكمیل آن تظریه ، تعیین جرم اتمی عناصر ، نكته ی اساسی كار بوده است . تجربه های متعدد نشان داده بود كه در غالب موارد ، جرم های اتمی عناصر درست تعیین نشده اند . در همین گیرو دار در فاصله سالهای 1194 / 1815 و 1195 /1816 پروت فیزیكدان انگلیسی نظریه ای را ابراز كرد كه نقطه آغازی در تاریخ علوم طبیعی شد و آن تظریه از این قرار بود كه اتم های همه عناصر شیمیائی از اتمهای هیدروژن تشكیل شده اند و بنابراین جرمهای اتمی نسبی عناصر می بایستی اعداد درست باشند . به این ترتیب یامی بایستی حرف پروت نادرست باشد و یاجرم های اتمی را درست تعیین نكرده باشند .
برای ازمیان برداشتن اختلاف ، نیاز به مطالعه مجدد تركیب و طبیعت گازها بود . رایلی اندیشید كه باید نخست چگالی گازهای اصلی هوا یعنی ازوت و اكسیژن را به دست آورد تا از روی آن بتوان جرم اتمی شان را حساب كرد .
دراین مورد رایلی مقاله كوتاهی در هشتم مهر 1271 بیستم و نهم سپتامبر 1892 در نشریه معتبر انگلیسی به نام Nature نوشت . به نظر می رسید كه مقاله درباره مطلبی پیش پا افتاده باشد ؛ نوشته شده بود كه چگالی ازوت جدا شده از هوایجو با چگالی ازوت حاصل از عبور مخلوطی از هوا و آمونیا ك از روی سیم مس به حرارت قرمز ، متفاوت است . اختلاف چگالیها خیلی كم و در حدود 001/0 بود ولی نم شد آن را بر اشتباه تجربی حمل كرد . ازوت هوای جو سنگین تر بود . بنابراین رازی در كار بود كه آن را « اضافه چگالی غیر عادی ازت هوای جو » عنوان كردند . از هر منبع دیگری كه ازوت هیه می كردند به همان اندازه بالا سبكتر از ازوت هوای جو بود .
علت اختلاف مزبور چه می توانست باشد ؟ رامسی به مسئله مزبور علاقه مند شد . در سی ام فروردین 1273 نوزدهم آوریل سال 1894 با رایلی ملاقاتی كرد و درباره آن بحث كردند . هر دوی آن دو نفر درباره مطلب مزبور در عقاید شخصی شان پافشاری می كردند . رامسی معتقد بود كه ازوت هوای جو حاوی مخلوطی از گازهای سینگین تر از خودش است ، و رایلی برعكس وی عقیده داشت كه ازوت « شیمیایی » با مخلوطی از گازهای سبكتر ازخود همراه است .
به نظر می رسید كه عقیده رایلی جالبتر باشد . زیرا تركیب گازهای موجود در هوا را مدت بیش از صد سال مورد بررسی دقیق قرار داده بود ند . و بنابراین بعید بود كه جزئی از آن ناشناخته مانده باشد . دراین جا است كه باید به یاد تجربه كاوندیش بیفتیم كه « در ضمیرناخود آگاه رامسی متجلی می شود . در نهم اردیبهشت بیست و نهم آوریل رامسی برای همسرش نامه ای می فرستد ودرآن می نویسد كه احتمالاً ازوت ، گازنادری را همراه خود حمل می كند كه مورد توجه قرار نگرفته است ؛ ویلیامز ، ازورت را با منیزیوم تركیت می كند و میخواهد ببیند كه پس از واكنش چه چیزی باقی می ماند . به این ترتیب « ما می توانیم عنصر جدیدی را كشف كنیم »
آن نامه از رازی سرپوش بر می داشت : گاز ناشناس ، عنصری است كه مانند ازوت غیر فعال است یعنی به دشواری وارد واكنش های شیمیائی می شود . رامسی برای جدا كردن « بیگانه » از ازت ، تلاش كرد كه ازوت را با عنصر دیگری به صورت تركیب شیمیائی در آورد و از واكنش اثر اوزت بر براده منیزیوم به حرارت قرمز (@@@@ استفاده كند . این تنها موردی است كه علم شیمی در كشف گازی نادر ، نقشی ایفا كرده است .
رامسی درجدال باخودش ، احتمال دیگری را نیز در نظر گرفت و آن این بود كه فكر كند شاید گاز ناشناس همراه اوزت ، عنصری ناشناس نباشد ، بلكه شكل دیگری از خود اوزت با ملكول سه اتمی N باشد ، مانند اكسیژن كه هم به صورت ملكول O است و هم به صورت ازن ozone (o) وجود دارد . حذب اوزت توسط منیزیوم بایستی توأم با تجزیه ملكول N تركیب می شوند و به N تغییر می یابند . این طرز برداشت رامسی از وجود N بعدها به عنوان برگ برنده ای در دست مخالفین وجود آرگون در آمد . تلاش های بی ثمر برای جدا كردن ازوت مشابه با ازون بیش از دو ماه ادامه یافت ولی در دوازدهم مرداد سوم اوت رامسی مقدار 100 سانتی متر مكعب ازگازی را به دست آورد كه ازوت به وزن مخصوص 083 / 19 بود .
این دانشمند پیروزی اش را به اطلاع كروكس و رایلی رسانید . آمپولی از گاز مزبور را برای تجزیه طیف سنجی برای كروكس فرستاد . رایلی هم مقدار كمی از این گازها را خودش تهیه كرده بود . در نمیه اواخر مرداد اوت رامسی و رایلی درجلسه ای علمی با یكدیگر ملاقات كردند و گزارش مشتر كی دادند . آنها طیف گاز مزبور را شرح دادند وبر بی اثر بودن آن گاز از نظر شیمیائی ، تأكید كردند . تعداد زیادی دانشمندان ، گزارش را با علاقه مندی گوش دادند ولی درعین حال متعجب شدند كه چگونه ممكن است هوا محتوی جزء جدیدی باشد ؟ حتی لوج فیزیكدان برجسته پرسید كه : « راستی ، دوستان عزیز ، آیا نام گاز مزبور را كشف نكرده اید ؟)
مشكل نام آن عنصر دراواسط آبان اوائل نوامبر به این ترتیب حل شد كه رامسی به رایلی پیشنها كردكه با توجه به غیر فعال بودن استثنائی از نظر شیمیائی ف آن را آرگون ( از واژه یونانی به معنی غیر فعال بنامند و علامت شیمیائی اش را A قرار دهند . ( بعد ها تبدیل به Ar شد ) در دهم آذر سی ام نوامبر رئیس انجمن سلطنتی لرد كلون (تامسن ) كه در سال 1250 /1871 برای نخستین بار نام ( هلیوم ) را به كاربرد به طور رسمی موضوع كشف جزء جدید را درهوای جو به عنوان رویداد مهم علمی سال ، تلقی كرد . با این حال هنوز طبیعت آن جزء روشن نشده بود . آیا عنصری شیمیائی بود ؟ مراجعی مانند مندلیف و دوار مخترع ظروف مخصوص نگاهداری هوای مایع ، عقیده داشتند كه آرگون همان N است . بی اثر بودن كامل شیمیائی آرگون ، خاصیتی نا آشنا برای شیمیدانان بود و بنابرانی مطالعه درباره آن ( به ویژه تعیین جرم اتمی اش ) را دشوار می كرد . علاوه بر اینها معلوم شده بود كه آرگون بر خلاف كلیه گازه های عنصری شناخته شده تا آن زمان ، یك اتمی است ، یعنی ملكول هایش از یك اتم تشكیل شده اند .
در اجلاس بیست و سوم اسفند 1273 چهاردهم مارس 1895 ، جامعه شیمیدانان روسیه ، مندلیف اعلام كرد كه جرم اتمی 40 آرگون با سیستم تناوبی هماهنگی ندارد و بنابراین آرگون همان ازوت متراكم به فرمول N است .
حل مسائلی كه با كشف ارگون بروز كرده بودند ، زمان درازی به طول انجامید . دراین جریان ، كشف هلیوم كه گاز بی اثر و یك اتمی دیگری بود ، در حل مشكل آرگون مؤثر واثع شد . زوج آرگون هلیوم سبب شدند كه شكف چنین گازهائی را به عنوان موضوعی مبتنی بر اصوی طبیعی تلق كنند نه به عنوان اتفاق و تصادف غیر عادی و از آن پس عده ای به امید یافتن عناصر دیگری از این خانواده به تلاش پرداختند . تا سه سال بعد از آن تاریخ عنصر دیگری ازآن خانواده كشف نشد . در آن فاصله زمانی ، دانشمندان خواص هلیوم و آرگون را دقیقا مورد بررسی قرار دادند ، جرمهای اتمی شان را به طور دقیق تعیین كردند و عقایدی درباره مكان این دو عنصر در جدول تناوبی ابراز داشتند .
كشف آرگون و هلیوم ، از این نظر هم جالب است كه نه تنها شیمیدان را متوجه خاصیت « بی اثر » بودن شیمیائی این عناصر كرد ( پدیده ای كه در حدود ربع قرن بعد شناخته شد ) ، بلكه نظر آنان را درباره ی قانون تناوبی و جدول تناوبی كه تحت قیود محكم و شدیدی قرار داشت ف نیز تغییر داد . سه مشخصه مهم آرگون و هلیوم (جرم های اتمی ، جرم های اتمی ، ظرفیت صف و ملكول های یك اتمی ) هر دو عنصر را خارج از جدول تناوبی قرار داد . به همین دلیل مندلیف خیلی زود برداشت راحتی را كه با قبول N پدید آمد بود ، پذیرفت .
تاریخ قدرت عجیبی در پیشگوئی دارد . هنوز آرگون به طور كامل كشف نشده بود كه در چهارم خرداد 1273 / بیست و چهارم مه سال 1894 ، رامسی نامه ای به رایلی نوشت و طی آن از او پرسید كه آیا به نظر او جدول تناوبی جائی برای عناصر گازی شكل وجود دارد ، یعنی آیا ممكن است جدول مزبور را به این صورت نوشت :
رامسی می پنداشت كه دوره های كوتاه جدول نیز می توانند مانند دوره های بلندش مجموعه های سه تائی شبیه آهن ، كبالت و نیكل ، داشته باشند . كشف آرگن و هلیوم در رامسی این فكر را پدید آورده بودكه گازهای مزبور می توانند دو تا از مكان هائی را كه وی درجدول تنظمی اش باعلامت + نشان داده است ، اشغال كنند . جرم اتمی های این دو عنصر ( كه 4 و 40 بود ) ثابت می كرد كه He و Ar را در هر حال نمی شود در یك تناوب قرار داد . اندك اندك ، اندیشه گروه های سه تائی جدید به فراموشی سپرده شد و رامسی پیشنها كرد كه گازهای بی اثر را در آخر هر تناوب قرار دهند . با این ترتیب می شد انتظار داشت كه عنصری با جرم اتمی 20 كه بین هلیوم و آرگون قرار گیرد ، كشف شود . در اجلاس جامعه انگلیسی لرد كلون كه در مرداد 1276 / اوت سال 1897 در تورونتوبرگزار شد ، گزارش رامسی منحصراً به این عنصر اختصاص داشت . عنوان گزارش مزبور « گاز كشف نشده » بود . رامسی میخواست به شرح خواص جالب ان گاز بپردازد ولی اندیشید كه این كار با توجه به خاصیت اصلی آن كه عبارت بود از « ناشناخته بودن » كاری غیر معقول است .
در این جا ، باز آن اطمینانی را كه در آستانه كشف آرگون به رامسی دست داد و در نامه ی وی به همسرش دیده می شد ، به خاطر آوریم . اما این بارم ، آن حالت از جسارت یك رمان نویس سرچشمه نگرفته بود ، بلكه ناشی از اعتماد ضرب در تجربه بود . گاز كشف نشده ، نئون بود . بنابر بازی سرنوشت ( چیزی كه درعلوم زیاد معمول است ) ، واقعه ای مقدم بر این كشف روی داد . گاز جدید را ظاهراً می شد با تبخیر هوای مایع و تجزیه اجزای به دست آمده از ان كشف كرد . در این تجربه گازهای سبك تر از ارگون مرود توجه ویژه ای بودند . درچهارم خرداد 1277 / بیست و چهارم مه 1898 ، رامسی و تراورز ظرف دواری محتوی هوای مایع دریافت كردند . متأسفانه و شاید هم خوشبختانه ، مقدار هوای مایع آنقدر كم بود كه بررسی درباره اعقاب آرگون با آن میسر نبود و بنابراین دانشمندان مزبور تصمیم گرفتند با آن درباره نحوه تفكیك جزء به جزء هوای مایع ، بررسیهائی انجام دهند . وقتی به این كار اقدام كردند ، در پایان روز متوجه شدند كه قسمتی از مایع كه باقی مانده است ، جزء سنگین تر آن است .
به آن جزء مدت یك هفته توجهی نشد تا در یازدهم خرداد / سی و یكم مه ، رامسی تصمیم به بررسی آن گرفت . گاز مزبور را از ناخالصی اكسیژن و ازت ، عاری كردند و آنگاه در معرض آزمایش طیف سنجی قرار دادند . رامسی و تاورز در طیف به خط زرد روشنی برخوردند كه نه به هلیوم تعلق داشت و نه به سدیم ، انگشت به دهان ماندند . رامسی در یادداشت خود نوشت :« سی ویكم مه ، گازی جدید ، كریپتون » . لازم به یادآوری است كه این نام را قبلاً به هلیوم در قبل از كشفش داده بودند . اینك نام مزبور در تاریخ گازهای بی اثر ، وارد شد . درهر حال ، گازی كه رامسی كشفش را گزارش داد ، كریپتون نبود . چگالی و جرم اتمی اش بیش از مقادیر پیش بینی شده بود .
كشف واقعی نئون به دنبال این واقعه صورت گرفت . رامسی و تاورز اجزاء سبك تر هوای مایع تقطیر شده را مورد بررسی قرار دادن و یكی از آنه اگاز بی اثر جدیدی كشف كردند . رامسی بعدها به یاد آرد كه نام «نئون neon » (از واژه یونانی neos به معنی جدید ) توسط پسر دوازده ساله اش پیشنهاد شده بود . در مورد این عنصر ، آزمایش توسط تاورز به تنهائی انجام شده بود و هنگام آزمایش رامسی حضور نداشت . این تجربه در هیجدهم خرداد / هفتم ژوئن انجام گرفت . سپس یك هفته تمام برای تأكید نتایج چگالی اش ، وقت صرف شد گرچه هنوز گاز نئون به طور خالص به دست نیامده بود ف ولی همان گونه كه انتظار می رفت ف عنصری میان هلیوم و آرگون بود . مسئله جدا كردن كامل نئون و آرگون بعدها حل شد .
رامسی و تاورز در تلاش برای كشف گاز بی اثر دیگری بودند ولی دراین كار به اندازه موقعی كه درجستجوی نئون بودند ، امیدواری نداشتند . روزی درخرداد 1277 / ماه ژوئن سال 1898 آن دو همكار سرگرم تقطیر هوای مایع و جدا كردن آن به اجزایش بودند . حدود نیمه شب بیش از پنجاه جزء از آن جدا كرده بودند كه در آخریش شان كریپتون (جزء شماره 56) را یافتند . باگرم كردن آن جزء دیگری به دست امد 0 (جزء شماره 57 ) كه بیشترش اثرات انیدرید كربنیك بود . آن دو نفر با یكدیگر درباره عاقبت آن تجربه با هم بحث كردند و بالاخره تصمیم به ادامه تجربه گرفتند . صبح روزبعد با مشاهده طیف جزء شماره 57 به نتیجه ای بسیار غیر عادی برخوردند و معتقد شدند كه گاز جدیدی است . درهر حال گزنون (xenon ) خالص درنیمه سال 1279 / نیمه سال 1900 به دست آمد . نام «گزنون » از واژه exnos یونانی به معنی «بیگانه » گرفته شده است .
منابع:
- fa.wikipedia.org
- easyads.mihanblog.com
- tabriz-chemists.blogfa.com
ارسال مقاله توسط کاربر محترم سايت :hojat20
تراز الکترونی لایهٔ آخر این گازها پر بوده و بنابراین میل به واکنش آنها کم است.
کاربرد گازهای بی اثر
کاربردهای هلیوم
هلیوم، بصورت مایع در ایجاد پایین ترین دمای ممکن و حفظ آن کاربرد دارد.
هلیوم دارای خواص زیست شناسی ویژه ای است که از آن میان میتوان به آمیختن آن با اکسیژن در اکسیژن درمانی جهت درمان بیماران مبتلا به آسم اشاره کرد. این مخلوط نسبت به نیتروژن آسانتر جریان می یابد و بیمار اکسیژن بیشتری دریافت میکند.
از هلیوم به عنوان ماده ای بی اثر برای رقیق کردن اکسیژن، برای بیهوشی استفاده میشود. به هرحال برای این منظور گاها نیتروژن مناسبتر است.
در راکتورهای هسته ای از هلیوم برای ایجاد محیط خنک کننده استفاده میشود. جهت طراحی و بررسی سرعتهای بسیار بالا برای هواپیماها در کانالهای هوا از هلیوم استفاده میشود.
در تولید دو فلز تیتانیوم و زیرکونیوم بعنوان اتمسفر بی اثر و در تهیه بلورهای سیلیسیوم و ژرمانیوم در ترانزیستور و در برخی از انواع طیف سنجهای جرمی بکار گرفته میشود.
همچنین در تجزیه مواد شامل عنصرهای سبک برای پر کردن طیف نگارهای پرتوی X، دماسنجهای گازی و شمارنده های نوترون و بعنوان فاز متحرک در کروماتوگرافی گازی(GC) نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
کاربردهای نئون:
از نئون میتوان بعنوان منتقل کننده بار در متوقف کردن رعد و برق استفاده کرد. از نئون در برخی لامپهای الکترونی، لامپ آزمایش شمع اتومبیل، بعنوان شناساگرهای اخطار دهنده در خطوط برق با ولتاژهای بالا استفاده کرد.
کاربردهای آرگون:
هلیوم و دیگر گازهای بی اثر
كشف هلیوم و رادون غیر عادی صورت گرفته است . رادون در نتیجه بررسی های انجام شده درباره رادیوآكتیو، یا بهتر بگوئیم بر اثر به كار بستن روش های رادیو متری ، كشف شده است . بنابراین عنصر مزبور در فصل 11 در تاریخچه عناصر رادیوآكتیو مورد بحث قرار خواهد گرفت . داستان كشف هلیوم در تاریخ شیمی مقام ویژه ای دارد ، به این ترتیب كه در سال 1247 /1868 خطی در طیف مربوط به لكه های خورشید مشاهده در كه به هیچی یك از عناصر شناخته شده درزمین منسوب نبود . این خط را مربوط به عنصر جدیدی دانستند كه در خورشید وجود دارد و آن عنصر را « هلیوم » نامیدند . بیست و هفت سال بعد از آن زمان ، برای نخستین بار در روی زمین ، هلیوم به دست آمد .
هلیوم :
ژانسن ستاره شناس فرانسوی والكیر ستاره شناس انگلیس ، به عنوان كاشفشین هلیوم معرفی شده اند . این دو نفر در سال 1247 / 1868 كسوف كامل خورشید را كه در سواحل اقیانوس هند بهتر قابل رؤیت بود ف مورد مطالعه قراردادند .آنان در گزارشی كه در این باره به آكادمی علوم پاریس فرستاده بودند و دریكی از اجلاس های آن آكادمی توسط یكی از اعضا قرائت شد ، نوشته بودند كه در طیفی كه از آن كسوف خورشید به دست آمده و عكس برداری شده است ، خط جدید زرد D مربوط به عنصری ناشناس ، وجود دارد . به عنوان یادبود این رویداد (كشف عنصر جدیدی كه در خورشید وجود دارد ولی در زمین یافت نمیشود ) نشان یادبودی ضرب شد .
دراین داستان جالب همه چیز دروغ بود جز دو تاریخ اشاره شده در آن ، نخست این كه گرچه در مرداد سال 1247 اوت سال 1868 لاكیر در ساحل اقیانوس هند نبود و كسوف كامل خورشید را ندید ، ولی ژانسن درهمان هنگام درباره كسوف مزبور مشاهداتی انجام داد . این مشاهدات از نظر ستاره شناسی حائز اهمیت زیادی بودند ولی از نظر تاریخچه هلیوم اثری نداشتند . ستاره شناس فرانسوی نخستین كسی بود كه كله های خورشید را دید ( پرتاب قطعات عظیمی از مواد خورشید ) و آنها را شرح داد ، ولی این كار در حین یك كسوف انجام نشد . متن تلگرافی كه وی به آكادمی علوم پاریس فرستاد به این شرح بو : « كسوف ولكه های خورشید رصد شدند ، طیف آن جالب و غیر منتظره است ، لكه های خورشید دارای طبیعت گازی هستند . »
تا آن زمان ، دانشمندان درباره طبیعت لكه های خورشید چیزی نمی دانستند . در آن هنگام معلوم شد كه ابرهائی از مواد گازی شكل دارای تركیب شیمیائی پیچیده هستند . ژانسن شرح مفصل مشاهداتش را در نامه ی دیگری فرستاد كه چهل روز بعد از نخستین گزارشش به آكادمی علوم ستاره شناس دیگر فرانسوی به نام ری دراین مورد رسیده بود . شخص اخیر نیز لكه های خورشید را دیده بود و نتیجه گیری هائی را درباره ی آنها توسط طیف سنج ویژه ای ، لكه های خورشید را مورد بررسی قرار می داد ومحل خطوط طیفی آنها را مشخص می كرد . در دوازدهم مهرماه آن سال / بیست و سوم اكتبر ، نامه ای به آكادمی علوم پاریس فرستاد كه برحسب اتفاق ، نامه ی وی همزمان با نامه ژانس رسید .
در پانزدهم مهر / بیست و ششم اكتبر ، نامه ی ژانسن ولاكیر در اجلاس آكادمی قرات شد ولی در آن نامه ها حتی كلمه ای درباره ی عنصر فرضی موجود درخورشید را درهنگامی كه خورشید یا خطی كه بعد ها به عنوان مشخصه طیف هلیوم شناخته شد ، اشاره نشده بود ، این بود كه لكه های خورشید را در هنگامی كه خورشید دچار كسوف نشده بود ، مورد مشاهد قرار داده اند . نشان ضرب شده هم تنها به منظور یادبود این رویداد ، ساخته شده بود .
به این ترتیب هلیوم نه در بیست و هفتم مرداد 1247 / هیجدهم اوت 1868 كشف شده است و نه توسط ژانسن یالاكیر . مشاهدات آنان در میان بسیاری از ستاره شناسان ، نهضتی را برای مطالعه دقیق لكه های خورشید برانگیخت . آن وقت بود كه متوجه شدند كه در طیف لكه های خورشید ، خطی وجود دارد كه به هیچی یك از عناصر شناخته شده در روی زمین قابل انتساب نیست . آن خط را سكسی ستاره شناس ایتالیائی مشاهد كرده و با D نشان داده است . نام این فرد را باید دركنار نام های ژانسن و لاكیر قرار داد . نقش او در كشف هلیوم كنتر از نقش آن دو نفر پیشگامانش نبوده است . درهر حال سكسی تصور می كرد كه خط D ممكن است مربوط به عنصری شناخته شده ای مانند هیدروژن باشد كه در شرائط فشار و درجه حرارت خیلی بالا چنین خطی ا خود منتشر می كند . اگر چنین فرضی به اثبات نمی رسید ، آنگاه سكسی قبول می كرد كه خط D مربوط به عنصری است كه در زمین شناخته نشده است . لاكیر و فرانكلند به تلاش برای حل مسئله ی عنوان شده توسط سكسی پرداختند ، اما هیچ گونه تغییری را در طیف هیدروژن مشاهده نكردند . بنابراین در مطلبی كه لاكیر درچهاردهم فروردین 1250 / سوم آوریل 1871 منتشر كرد بازهم عبارت «عنصر جدید X » را به كاربرد . نشانه هائی در دست است كه فرانكلند نام « هلیوم helium » ( مشتق از كلمه یونانی helios به معنی خورشیدی ) را پیشنهاد كرده است . كلمه « هلیوم » نخستین بار در اجلاس دوازدهم مرداد / سوم اوت همان سال جامعه انگلیسی لرد كلوین توسط رئیس جلسه ، تامسن بكار برده شد . اگر كشف هلیوم درآن مرحله به عنوان « كاری تمام شده » تلقی شود ، عملی غیر متعارف است . درآن زمان ، این تنها عنصری بود كه به شكل مادی قابل جدا كردن نبود . سوال این بود كه در شرائط معمولی هلیوم به چه شكل است ؛ جامد ، مایع یا گاز ؟ خواصش چیست ؟ جرمی اتمی اش چقدر است و جایش درمیان عناصر طبیعی در كجا است ؟
برای هیچی یك از سوالات بالا جواب تقریبی هم وجود نداشت . تردید سكسی همچنان برجای بود . بنابراین درهنگامی كه هلیوم هنوز عنصری فرضی بود ، دوره ای از تاریخش آغاز شده بود . درمورد هلیوم هم آهنگی عمومی حاصل نشده بود . مندلیف به طور جدی نظریه سكسی را كه خط زرد روشن طیف مربوط به عنصری شناخته شده در فشار و درجه حرارت بالا است ، تأئید می كرد . كروكس هلیوم را به طور كامل مستقل شناخت و آن را به عنوان ماده اولیه برای ساخت كلیه عناصر دیگر تلقی كرد و گفت كه این پدیده با تبدیل پی درپی رخ می دهد .
زمانی به نظر رسید كه اسرار آمیز بودن منحصر به هلیوم نیست . زیرا ستاره شناسان خصوص جدیدی را در طیف اجسام فلكی مانند خورشید ، ستارگان و غبارهای كیهانی یافتند . تعداد عناصری فرضی دیگر از جمله كورونیوم ، آركونیوم ، نبولیوم ، و پروتوفلوئورین در صحنه علم خود نمایی كردند.چندین سال بعد معلوم شد كه چنین عناصری وجودندارند و فقط هلیوم برجای ماند .
برای آن كه هلیوم به رسمیت شناخته شودمی بایتسی چهره زمینی خود رانشان دهد .تاریخچه زمینی هلیوم با یك حادثه آغاز شد .
در داوزدهم بهمن 1273 اول فوریه سال 1895 رامسی نامه كوتاهی از میئرز كارمند British Maseum دریافت كرد و در آن هنگام رامسی به عنوان كاشف آرگون شناخته شده بود و بناربراین ممكن است تصور شود كه میئرز وی را به طور اتفاقی به عنوان مخاطب نامه اش در نظر نگرفته باشد . میئرز در آن نامه درباره تجربه ای كه هیلدر براند امریكائی در سال 1269 / 1890 در انستیتوی زمینشناسی امریكا انجام داده است ، صحبت می كند و می نویسد كه وی با گرم كردن برخی از كانی های توریوم و اورانیوم ( به عنوان نمونه كلویت cleveite ) متوجه تولید گازی بی اثر شده است . طیف آن گاز شبیه طیف ازوت و در ضمن حاوی خطوطی اضافی نیز می باشد .
بعد ها هیلدر براند خودش به رامسی اعتراف كرده بود كه میخواسته است خطوط مزبور را به عنصر جدیدی نسبت دهد . در هر حال همكاران وی نسبت به نتیجه كار خوشبین نبودند و هیلدر براند ، از ادامه بررسی دست برداشت . در آن زمان رامسی سرگرم مطالعه آرگون و تلاش برای به دست آوردن تركیباتی از آن بود و در نتیجه از شاگردش ماتیوز خواست كه در مورد مطالب بالا به بررسی بپردازد . ماتیوز كانی را تحت اثر اسید سولفوریك قرار داد و او هم مانند هیلدر براند ، به تشكیل حباب های گازی شبیه ازوت اشاره كرد . وقتی مقدار كافی از گاز مزبور جمع آوری شد ، توسط رامسی مورد آزمایش طیف سنجی قرار گرفت . طیف به دست آمده غیر منتظره و حاوی نوار پهن درخشانی بود كه نظیر خطوطش در طیف های ازوت و آرگون وجود نداشت .
گرچه رامسی اطلاعات كافی را برای نتیجه گیری قطعی نداشت ولی حدس زد كه كلویت علاوره بر آرگون ، محتوی گاز ناشناخته دیگری است . وقت صرف كرد . در دوم فروردین آن سال بیست و دوم مارس وی در حضور برائونر طیف آرگون و گاز ناشناس را مورد مقایسه قرار داد . رامسی مؤقتاً گاز مزبور را كریپتون مشتق از كلمه یونانی به معنی مرموز یا مخفی نامید . دریادداشت روزانه سوم فروردین بیست و سوم مارس ، این دانشمند می نویسد كه رنگ زرد روشن دهه پنجم قرن سیزدهم اواخر دهه هفتم قرن نوزدهم لازم شده بود كه ثابت كنند كه خط D هلیوم خورشید با خط زرد روشن سدیم متفاوت است و به این ترتیب ملاحظه می شود كه تاریخ تكرار می شود . )
رامسی كه از نتایج به دست آمده اش كاملاً مطمئن نبود ، آمپولی از گازمزبور را برای كروكس فرستاد . روز بعد تلگرافی از كروكس رسید مبنی براین كه ( كریپتون همان هلیوم 49/587 است ، بیائید و ببینید ) شماره 49/587 مربوط به طوی مرج هلیوم خورشید بر طبق مقیاسی است كه در دستگاه های مربوط در نظر گرفته شده است . گرچه این اطلاعات شناسائی هلیوم را تسهیل می كردند ولی درهر حال كشف مزبور مستقلاً یعنی بدون هدف مشخص كشف هلیوم ، صورت گرفته بود . این موضوع سبب شد كه دانشمندان هلیوم را كه دیگر عنصر جدید شیمیائی فرضی نبود ، آگاهانه مورد بررسی قرار دهند . بی اثر بودن كامل هلیوم از نظر شیمیایی ، نكته ابهام آمیزی نبود زیرا نظیر چنین حالت بی اثری را قبل از آن زمان در آرگون دیده بودند 1273 /1894 )
كروكس در نشریه نهم فروردین 1274 بیست و نهم مارس 1895 مطلب كوتاهی درباره ی كشف هلیوم در زمین ، توسط رامسی ، نوشت . جالب است كه تقریباً در همان هنگام كلو دانشمند سوئی با دستیارش لونگلت در سنگ معدنی كلویت ( كه به افتخار كلونامگذاری شده بود ) ، هلیوم زمینی را كشف كردند . درهر حال این دو نفر قدرتی در تجربه های شان عقب بودند تنها ناخشنودی خود را از این پیش آمد ابراز داشتند ولی نتوانستند مدعی اولویت شوند . هلیوم زمینی مورد شناسائی همگانی قرار گرفت و هیچی گونه اقدامی برای رد كردن نتایج رامسی به عمل نیامد . زمان كوتاهی بعد از آن ، در دیگر كانی های و چشمه های آب معدنی ، هلیوم یافت شد . در سال 1277 / 1898 به وجود هلیوم در هوای جو زمین ، پی بردند .
آرگون :
در سال 1228 / 1849 در زندگینامه ای كه ویلسون از كاوندیش نوشته بود ، به تجربه ی مزبور اشاره شده بود . در اوایل دهه هفتم قرن سیزدهم / اوایل دهه نهم قرن نوزدهم ، رامسی واكنش میان ازوت ، اكسیژن و هیدروژن گازی را درحضور كاتالیزور پلاتین مورد بررسی قرار داد . از این تجربه نتیجه ای حاصل نشد و حتی رامسی نتایج كارش را منتشر نكرد به طوری كه بعدها یاد آوری كرد ، با خواندن كتاب ویلسون ، در جائی كه به شرح تجربه كاوندیش می رسد ، زیر نویس می كند كه : « مورد توجه قرار گیرد » وی از ویلیامز دستیارش تقاضا می كند كه به تكرار آن تجربه بپردازد ، ولی از نتیجه آن كار اطلاعی در دست نیست . به احتمال زیاد ، از آن نتیجه ای گرفته نشده است . درهر حال آن ماجرا برای رامسی فراموش نشدنی بوده است ( به طوری كه خودش می گوید در « ضمیر ناخود آگاهش » به جای مانده بود ) و در ما قبل تاریخ كشف آرگون نقشی ایفا كرده است . در آغاز رایلی شخصیت اصلی این كار بود و انگیزه ی تاریخی اش برای این كوشش ، تكمیل نظریه اتمی و ملكولی بوده است و برای تكمیل آن تظریه ، تعیین جرم اتمی عناصر ، نكته ی اساسی كار بوده است . تجربه های متعدد نشان داده بود كه در غالب موارد ، جرم های اتمی عناصر درست تعیین نشده اند . در همین گیرو دار در فاصله سالهای 1194 / 1815 و 1195 /1816 پروت فیزیكدان انگلیسی نظریه ای را ابراز كرد كه نقطه آغازی در تاریخ علوم طبیعی شد و آن تظریه از این قرار بود كه اتم های همه عناصر شیمیائی از اتمهای هیدروژن تشكیل شده اند و بنابراین جرمهای اتمی نسبی عناصر می بایستی اعداد درست باشند . به این ترتیب یامی بایستی حرف پروت نادرست باشد و یاجرم های اتمی را درست تعیین نكرده باشند .
برای ازمیان برداشتن اختلاف ، نیاز به مطالعه مجدد تركیب و طبیعت گازها بود . رایلی اندیشید كه باید نخست چگالی گازهای اصلی هوا یعنی ازوت و اكسیژن را به دست آورد تا از روی آن بتوان جرم اتمی شان را حساب كرد .
دراین مورد رایلی مقاله كوتاهی در هشتم مهر 1271 بیستم و نهم سپتامبر 1892 در نشریه معتبر انگلیسی به نام Nature نوشت . به نظر می رسید كه مقاله درباره مطلبی پیش پا افتاده باشد ؛ نوشته شده بود كه چگالی ازوت جدا شده از هوایجو با چگالی ازوت حاصل از عبور مخلوطی از هوا و آمونیا ك از روی سیم مس به حرارت قرمز ، متفاوت است . اختلاف چگالیها خیلی كم و در حدود 001/0 بود ولی نم شد آن را بر اشتباه تجربی حمل كرد . ازوت هوای جو سنگین تر بود . بنابراین رازی در كار بود كه آن را « اضافه چگالی غیر عادی ازت هوای جو » عنوان كردند . از هر منبع دیگری كه ازوت هیه می كردند به همان اندازه بالا سبكتر از ازوت هوای جو بود .
علت اختلاف مزبور چه می توانست باشد ؟ رامسی به مسئله مزبور علاقه مند شد . در سی ام فروردین 1273 نوزدهم آوریل سال 1894 با رایلی ملاقاتی كرد و درباره آن بحث كردند . هر دوی آن دو نفر درباره مطلب مزبور در عقاید شخصی شان پافشاری می كردند . رامسی معتقد بود كه ازوت هوای جو حاوی مخلوطی از گازهای سینگین تر از خودش است ، و رایلی برعكس وی عقیده داشت كه ازوت « شیمیایی » با مخلوطی از گازهای سبكتر ازخود همراه است .
به نظر می رسید كه عقیده رایلی جالبتر باشد . زیرا تركیب گازهای موجود در هوا را مدت بیش از صد سال مورد بررسی دقیق قرار داده بود ند . و بنابراین بعید بود كه جزئی از آن ناشناخته مانده باشد . دراین جا است كه باید به یاد تجربه كاوندیش بیفتیم كه « در ضمیرناخود آگاه رامسی متجلی می شود . در نهم اردیبهشت بیست و نهم آوریل رامسی برای همسرش نامه ای می فرستد ودرآن می نویسد كه احتمالاً ازوت ، گازنادری را همراه خود حمل می كند كه مورد توجه قرار نگرفته است ؛ ویلیامز ، ازورت را با منیزیوم تركیت می كند و میخواهد ببیند كه پس از واكنش چه چیزی باقی می ماند . به این ترتیب « ما می توانیم عنصر جدیدی را كشف كنیم »
آن نامه از رازی سرپوش بر می داشت : گاز ناشناس ، عنصری است كه مانند ازوت غیر فعال است یعنی به دشواری وارد واكنش های شیمیائی می شود . رامسی برای جدا كردن « بیگانه » از ازت ، تلاش كرد كه ازوت را با عنصر دیگری به صورت تركیب شیمیائی در آورد و از واكنش اثر اوزت بر براده منیزیوم به حرارت قرمز (@@@@ استفاده كند . این تنها موردی است كه علم شیمی در كشف گازی نادر ، نقشی ایفا كرده است .
رامسی درجدال باخودش ، احتمال دیگری را نیز در نظر گرفت و آن این بود كه فكر كند شاید گاز ناشناس همراه اوزت ، عنصری ناشناس نباشد ، بلكه شكل دیگری از خود اوزت با ملكول سه اتمی N باشد ، مانند اكسیژن كه هم به صورت ملكول O است و هم به صورت ازن ozone (o) وجود دارد . حذب اوزت توسط منیزیوم بایستی توأم با تجزیه ملكول N تركیب می شوند و به N تغییر می یابند . این طرز برداشت رامسی از وجود N بعدها به عنوان برگ برنده ای در دست مخالفین وجود آرگون در آمد . تلاش های بی ثمر برای جدا كردن ازوت مشابه با ازون بیش از دو ماه ادامه یافت ولی در دوازدهم مرداد سوم اوت رامسی مقدار 100 سانتی متر مكعب ازگازی را به دست آورد كه ازوت به وزن مخصوص 083 / 19 بود .
این دانشمند پیروزی اش را به اطلاع كروكس و رایلی رسانید . آمپولی از گاز مزبور را برای تجزیه طیف سنجی برای كروكس فرستاد . رایلی هم مقدار كمی از این گازها را خودش تهیه كرده بود . در نمیه اواخر مرداد اوت رامسی و رایلی درجلسه ای علمی با یكدیگر ملاقات كردند و گزارش مشتر كی دادند . آنها طیف گاز مزبور را شرح دادند وبر بی اثر بودن آن گاز از نظر شیمیائی ، تأكید كردند . تعداد زیادی دانشمندان ، گزارش را با علاقه مندی گوش دادند ولی درعین حال متعجب شدند كه چگونه ممكن است هوا محتوی جزء جدیدی باشد ؟ حتی لوج فیزیكدان برجسته پرسید كه : « راستی ، دوستان عزیز ، آیا نام گاز مزبور را كشف نكرده اید ؟)
مشكل نام آن عنصر دراواسط آبان اوائل نوامبر به این ترتیب حل شد كه رامسی به رایلی پیشنها كردكه با توجه به غیر فعال بودن استثنائی از نظر شیمیائی ف آن را آرگون ( از واژه یونانی به معنی غیر فعال بنامند و علامت شیمیائی اش را A قرار دهند . ( بعد ها تبدیل به Ar شد ) در دهم آذر سی ام نوامبر رئیس انجمن سلطنتی لرد كلون (تامسن ) كه در سال 1250 /1871 برای نخستین بار نام ( هلیوم ) را به كاربرد به طور رسمی موضوع كشف جزء جدید را درهوای جو به عنوان رویداد مهم علمی سال ، تلقی كرد . با این حال هنوز طبیعت آن جزء روشن نشده بود . آیا عنصری شیمیائی بود ؟ مراجعی مانند مندلیف و دوار مخترع ظروف مخصوص نگاهداری هوای مایع ، عقیده داشتند كه آرگون همان N است . بی اثر بودن كامل شیمیائی آرگون ، خاصیتی نا آشنا برای شیمیدانان بود و بنابرانی مطالعه درباره آن ( به ویژه تعیین جرم اتمی اش ) را دشوار می كرد . علاوه بر اینها معلوم شده بود كه آرگون بر خلاف كلیه گازه های عنصری شناخته شده تا آن زمان ، یك اتمی است ، یعنی ملكول هایش از یك اتم تشكیل شده اند .
در اجلاس بیست و سوم اسفند 1273 چهاردهم مارس 1895 ، جامعه شیمیدانان روسیه ، مندلیف اعلام كرد كه جرم اتمی 40 آرگون با سیستم تناوبی هماهنگی ندارد و بنابراین آرگون همان ازوت متراكم به فرمول N است .
حل مسائلی كه با كشف ارگون بروز كرده بودند ، زمان درازی به طول انجامید . دراین جریان ، كشف هلیوم كه گاز بی اثر و یك اتمی دیگری بود ، در حل مشكل آرگون مؤثر واثع شد . زوج آرگون هلیوم سبب شدند كه شكف چنین گازهائی را به عنوان موضوعی مبتنی بر اصوی طبیعی تلق كنند نه به عنوان اتفاق و تصادف غیر عادی و از آن پس عده ای به امید یافتن عناصر دیگری از این خانواده به تلاش پرداختند . تا سه سال بعد از آن تاریخ عنصر دیگری ازآن خانواده كشف نشد . در آن فاصله زمانی ، دانشمندان خواص هلیوم و آرگون را دقیقا مورد بررسی قرار دادند ، جرمهای اتمی شان را به طور دقیق تعیین كردند و عقایدی درباره مكان این دو عنصر در جدول تناوبی ابراز داشتند .
كریپتون ، نئون و گزنون :
كشف آرگون و هلیوم ، از این نظر هم جالب است كه نه تنها شیمیدان را متوجه خاصیت « بی اثر » بودن شیمیائی این عناصر كرد ( پدیده ای كه در حدود ربع قرن بعد شناخته شد ) ، بلكه نظر آنان را درباره ی قانون تناوبی و جدول تناوبی كه تحت قیود محكم و شدیدی قرار داشت ف نیز تغییر داد . سه مشخصه مهم آرگون و هلیوم (جرم های اتمی ، جرم های اتمی ، ظرفیت صف و ملكول های یك اتمی ) هر دو عنصر را خارج از جدول تناوبی قرار داد . به همین دلیل مندلیف خیلی زود برداشت راحتی را كه با قبول N پدید آمد بود ، پذیرفت .
تاریخ قدرت عجیبی در پیشگوئی دارد . هنوز آرگون به طور كامل كشف نشده بود كه در چهارم خرداد 1273 / بیست و چهارم مه سال 1894 ، رامسی نامه ای به رایلی نوشت و طی آن از او پرسید كه آیا به نظر او جدول تناوبی جائی برای عناصر گازی شكل وجود دارد ، یعنی آیا ممكن است جدول مزبور را به این صورت نوشت :
رامسی می پنداشت كه دوره های كوتاه جدول نیز می توانند مانند دوره های بلندش مجموعه های سه تائی شبیه آهن ، كبالت و نیكل ، داشته باشند . كشف آرگن و هلیوم در رامسی این فكر را پدید آورده بودكه گازهای مزبور می توانند دو تا از مكان هائی را كه وی درجدول تنظمی اش باعلامت + نشان داده است ، اشغال كنند . جرم اتمی های این دو عنصر ( كه 4 و 40 بود ) ثابت می كرد كه He و Ar را در هر حال نمی شود در یك تناوب قرار داد . اندك اندك ، اندیشه گروه های سه تائی جدید به فراموشی سپرده شد و رامسی پیشنها كرد كه گازهای بی اثر را در آخر هر تناوب قرار دهند . با این ترتیب می شد انتظار داشت كه عنصری با جرم اتمی 20 كه بین هلیوم و آرگون قرار گیرد ، كشف شود . در اجلاس جامعه انگلیسی لرد كلون كه در مرداد 1276 / اوت سال 1897 در تورونتوبرگزار شد ، گزارش رامسی منحصراً به این عنصر اختصاص داشت . عنوان گزارش مزبور « گاز كشف نشده » بود . رامسی میخواست به شرح خواص جالب ان گاز بپردازد ولی اندیشید كه این كار با توجه به خاصیت اصلی آن كه عبارت بود از « ناشناخته بودن » كاری غیر معقول است .
در این جا ، باز آن اطمینانی را كه در آستانه كشف آرگون به رامسی دست داد و در نامه ی وی به همسرش دیده می شد ، به خاطر آوریم . اما این بارم ، آن حالت از جسارت یك رمان نویس سرچشمه نگرفته بود ، بلكه ناشی از اعتماد ضرب در تجربه بود . گاز كشف نشده ، نئون بود . بنابر بازی سرنوشت ( چیزی كه درعلوم زیاد معمول است ) ، واقعه ای مقدم بر این كشف روی داد . گاز جدید را ظاهراً می شد با تبخیر هوای مایع و تجزیه اجزای به دست آمده از ان كشف كرد . در این تجربه گازهای سبك تر از ارگون مرود توجه ویژه ای بودند . درچهارم خرداد 1277 / بیست و چهارم مه 1898 ، رامسی و تراورز ظرف دواری محتوی هوای مایع دریافت كردند . متأسفانه و شاید هم خوشبختانه ، مقدار هوای مایع آنقدر كم بود كه بررسی درباره اعقاب آرگون با آن میسر نبود و بنابراین دانشمندان مزبور تصمیم گرفتند با آن درباره نحوه تفكیك جزء به جزء هوای مایع ، بررسیهائی انجام دهند . وقتی به این كار اقدام كردند ، در پایان روز متوجه شدند كه قسمتی از مایع كه باقی مانده است ، جزء سنگین تر آن است .
به آن جزء مدت یك هفته توجهی نشد تا در یازدهم خرداد / سی و یكم مه ، رامسی تصمیم به بررسی آن گرفت . گاز مزبور را از ناخالصی اكسیژن و ازت ، عاری كردند و آنگاه در معرض آزمایش طیف سنجی قرار دادند . رامسی و تاورز در طیف به خط زرد روشنی برخوردند كه نه به هلیوم تعلق داشت و نه به سدیم ، انگشت به دهان ماندند . رامسی در یادداشت خود نوشت :« سی ویكم مه ، گازی جدید ، كریپتون » . لازم به یادآوری است كه این نام را قبلاً به هلیوم در قبل از كشفش داده بودند . اینك نام مزبور در تاریخ گازهای بی اثر ، وارد شد . درهر حال ، گازی كه رامسی كشفش را گزارش داد ، كریپتون نبود . چگالی و جرم اتمی اش بیش از مقادیر پیش بینی شده بود .
كشف واقعی نئون به دنبال این واقعه صورت گرفت . رامسی و تاورز اجزاء سبك تر هوای مایع تقطیر شده را مورد بررسی قرار دادن و یكی از آنه اگاز بی اثر جدیدی كشف كردند . رامسی بعدها به یاد آرد كه نام «نئون neon » (از واژه یونانی neos به معنی جدید ) توسط پسر دوازده ساله اش پیشنهاد شده بود . در مورد این عنصر ، آزمایش توسط تاورز به تنهائی انجام شده بود و هنگام آزمایش رامسی حضور نداشت . این تجربه در هیجدهم خرداد / هفتم ژوئن انجام گرفت . سپس یك هفته تمام برای تأكید نتایج چگالی اش ، وقت صرف شد گرچه هنوز گاز نئون به طور خالص به دست نیامده بود ف ولی همان گونه كه انتظار می رفت ف عنصری میان هلیوم و آرگون بود . مسئله جدا كردن كامل نئون و آرگون بعدها حل شد .
رامسی و تاورز در تلاش برای كشف گاز بی اثر دیگری بودند ولی دراین كار به اندازه موقعی كه درجستجوی نئون بودند ، امیدواری نداشتند . روزی درخرداد 1277 / ماه ژوئن سال 1898 آن دو همكار سرگرم تقطیر هوای مایع و جدا كردن آن به اجزایش بودند . حدود نیمه شب بیش از پنجاه جزء از آن جدا كرده بودند كه در آخریش شان كریپتون (جزء شماره 56) را یافتند . باگرم كردن آن جزء دیگری به دست امد 0 (جزء شماره 57 ) كه بیشترش اثرات انیدرید كربنیك بود . آن دو نفر با یكدیگر درباره عاقبت آن تجربه با هم بحث كردند و بالاخره تصمیم به ادامه تجربه گرفتند . صبح روزبعد با مشاهده طیف جزء شماره 57 به نتیجه ای بسیار غیر عادی برخوردند و معتقد شدند كه گاز جدیدی است . درهر حال گزنون (xenon ) خالص درنیمه سال 1279 / نیمه سال 1900 به دست آمد . نام «گزنون » از واژه exnos یونانی به معنی «بیگانه » گرفته شده است .
گازهای بی اثر به عنوان غذای اندیشه :
منابع:
- fa.wikipedia.org
- easyads.mihanblog.com
- tabriz-chemists.blogfa.com
ارسال مقاله توسط کاربر محترم سايت :hojat20
