Страница 65 из 83
Вскоре Рамзай послал своих помощников в лондонские химические магазины за урановым минералом клевеитом. Было куплено 30 граммов клевеита, и в тот же день Рамзай со своим помощником Метьюзом извлек несколько кубических сантиметров газа. Рамзай подверг этот газ спектроскопическому исследованию. Он увидел яркую желтую линию, очень похожую на линию натрия и в то же время отличающуюся от нее по своему положению в спектре. Рамзай был настолько удивлен, что разобрал спектроскоп, прочистил его, но при новом опыте снова обнаружил яркую желтую линию, не совпадавшую с линией натрия. Рамзай просмотрел спектры всех элементов. Наконец он вспомнил о загадочной линии в спектре солнечной короны.
В 1868 году во время солнечного затмения французский исследователь Жансен и англичанин Локьер обнаружили в спектре солнечных протуберанцев яркую желтую линию, которой не оказалось в спектрах земных источников света. В 1871 году Локьер высказал предположение, не принадлежит ли эта линия спектру неизвестного на Земле вещества.
Он называет этот гипотетический элемент гелием, то есть «солнечным». Но на Земле он обнаружен не был. Физики и химики им не заинтересовались: на Солнце, мол, совершенно другие условия, там и водород сойдет за гелий.
Так неужели в его руках этот самый гелий?! Рамзай почти уверен в этом, но он хочет услышать подтверждение от известного спектроскописта Крукса. Рамзай посылает ему газ на исследование и пишет о том, что нашел какой-то новый газ, названный им криптоном, по-гречески означает «скрытный». Телеграмма от Крукса гласила: «Криптон есть гелий».
К 1895 году открыли два инертных газа. Было ясно, что между ними должен находиться еще один газ, свойства которого Рамзай описал заранее по примеру Менделеева. Лекок де Буабодран предсказал даже атомный вес неоткрытого газа — 20,0945.
Но где же искать этот газ? Рамзай исследовал все тела, которые могли содержать газы, исследовал даже метеориты, но ничего нового не обнаружил. Тогда Рамзай снова обратился к воздуху. И неизвестно, обнаружил бы ученый новые инертные газы, если бы во время его поисков Линде в Германии и Хэмпсон в Англии не взяли одновременно патент на машину, сжижающую воздух.
Эта машина словно была изобретена специально для открытия инертных газов. Принцип ее действия основан на известном физическом явлении, если сжать воздух, а затем дать ему быстро расшириться, он охладится. Охлажденным воздухом охлаждают новую порцию сжатого воздуха, поступившую в машину, и т. д., пока воздух не превратится в жидкость.
В конце 1897 года Рамзай от Хэмпсона получил 100 кубических сантиметров жидкого воздуха.
Испарив почти весь азот и кислород, Рамзай оставшийся жидкий воздух поместил в газометр. Он думал найти там гелий, так как считал, что этот газ испаряется медленнее, чем кислород и азот. Он очистил газ в газометре от примеси кислорода и азота и снял спектр, в котором обнаружил две яркие ранее неизвестные линии.
Они принадлежали еще неизвестному газу, который Рамзай назвал псевдонимом гелия — криптоном, то есть «скрытным». Далее Рамзай поместил 15 литров аргона в баллоне в жидкий воздух. Для того чтобы найти инертный газ, по расчетам, более легкий, чем аргон и криптон. Рамзай собрал первые порции испарения аргона. Получился новый спектр с ярко-красными линиями. Рамзай назвал выделенный газ неоном, что по-гречески означает «новый».
В 1888 году помощник Рамзая Трэверс построил машину, способную давать температуру до –253 °C. С ее помощью был получен твердый аргон. Были отогнаны все газы, кроме криптона. И уже в неочищенном криптоне был найден ксенон («чуждый»). Для того чтобы получить 300 кубических сантиметров ксенона, ученым пришлось в течение двух лет переработать 77,5 миллиона литров атмосферного воздуха.
Таким образом, было найдено пять инертных газов. Оставалась очередь за шестым, самым тяжелым.
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.
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.