Ministère de l'Enseignement Général et Professionnel
Université technique d'État de Viatka
Faculté de chimie
Département de biotechnologie
Sur le thème : « Gaz inertes : historique des découvertes, propriétés, applications »
Développé par l'étudiant BT-21
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j'ai vérifié
Kirov 2000
1. Histoire de la découverte des gaz inertes.
D.D. Finkelstein - Gaz inertes. COMME. Assovskaya - Hélium sur terre et dans l'univers
Les gaz nobles qui résident sur la côte Est du tableau périodique sont ses aristocrates - distants et distants, ne prenant jamais la peine d'interagir avec la foule. éléments communs, constituant la grande majorité de la population mondiale. Si vous deviez résumer la chimie en une phrase, cela pourrait être ceci : les atomes doivent avoir une couche complète d’électrons pour se sentir satisfaits, et différents éléments voleront, perdront ou emprunteront différents nombres d’électrons pour obtenir une couche complète.
Les gaz rares comprennent l'hélium, le néon, l'argon, le krypton, le xénon et le radon. En termes de propriétés, ils ne ressemblent à aucun autre élément et dans le tableau périodique, ils se situent entre les métaux et les non-métaux typiques.
L'histoire de la découverte des gaz inertes est d'un grand intérêt : d'une part, comme un triomphe des méthodes quantitatives de chimie introduites par Lomonossov (la découverte de l'argon), et d'autre part, comme un triomphe de la prospective théorique (la découverte d'autres gaz inertes ), basé sur la plus grande généralisation de la chimie - loi périodique Mendeleïev.
C'est pourquoi le chlore, qui a besoin d'un électron supplémentaire pour sa coquille, se combine si bien avec le sodium, qui possède un électron supplémentaire pour produire du chlorure de sodium, le sel de table. Chaque élément aide l’autre, ils forment donc une alliance. En fait, presque tous les éléments forment des unions similaires.
Que ferons-nous du matériel reçu ?
Ils se situent numériquement entre les éléments qui manquent d’un électron et les éléments qui manquent d’un électron. En d’autres termes, ils possèdent déjà le nombre parfait d’électrons et n’ont pas besoin de conclure d’alliance avec quoi que ce soit. Cette qualité rend les gaz rares intrigants, mais leur mépris pour l’interaction avec la matière ordinaire les rend très difficiles à détecter. En fait, l’argon représente 1 % de l’air que nous respirons, ce qui le rend 25 fois plus répandu que le dioxyde de carbone.
La découverte du premier gaz rare, l'argon, par le physicien Rayleigh et le chimiste Ramsay s'est produite à une époque où la construction du système périodique semblait terminée et où il ne restait que quelques cellules vides.
En 1785, le chimiste et physicien anglais G. Cavendish découvrit dans l'air un nouveau gaz exceptionnellement stable chimiquement. Ce gaz représentait environ le cent vingtième du volume d’air. Mais Cavendish n’a pas pu découvrir de quel type de gaz il s’agissait.
Les scientifiques n'ont pas découvert l'hélium, un gaz rare, le deuxième plus grand élément de l'univers, sur Terre jusqu'à ce qu'ils pensent qu'il n'existait qu'en petites quantités et que les mineurs découvrent une immense cache souterraine au Kansas. Ils se rendirent compte qu'ils avaient découvert quelque chose d'inhabituel en essayant d'allumer le gaz qui sortait de évent dans le sol, mettez-y le feu. À leur grand étonnement, il ne l'attrapa pas.
Ces découvertes ont enthousiasmé de nombreux chimistes, mais ont posé un dilemme à d’autres, en particulier ceux qui étudient le tableau périodique. Jusque-là, le tableau comptait sept colonnes de large. Ces sept colonnes organisaient les éléments selon leur comportement dans réactions chimiques, et ils l'ont fait assez intelligemment. Alors, quelle est la place de ces nouveaux éléments non réactifs ?
Cette expérience est restée dans les mémoires 107 ans plus tard, lorsque John William Strutt (Lord Rayleigh) a découvert la même impureté, notant que l'azote présent dans l'air était plus lourd que l'azote isolé des composés. N'ayant pas trouvé d'explication fiable à l'anomalie, Rayleigh, par l'intermédiaire de la revue Nature, s'est tourné vers ses collègues naturalistes avec une proposition de réfléchir ensemble et de travailler à en démêler les causes...
Ce rejet des idées nouvelles ressemblait quelque peu au modèle de Mendeleïev. Comme beaucoup de scientifiques de son époque, il ne faisait confiance à rien qu’il ne pouvait détecter avec ses sens, ce qui signifiait qu’il rejetait également l’existence des électrons, de la radioactivité et, bien sûr, des atomes eux-mêmes. Il n’est donc pas surprenant que Mendeleïev ait eu de grandes difficultés à accepter les gaz nobles incolores, inodores et non réactifs – d’autant plus qu’ils ne rentraient pas dans son tableau périodique.
Cependant, à ce stade, le tableau était plus grand que périodique. Il a fait beaucoup pour développer et promouvoir l’idée, et il a mérité sa renommée. Mais en tant que concept scientifique, la table est devenue si importante pour la chimie que de nombreux autres scientifiques croient qu'ils s'y intéressent également - des scientifiques qui hésitent moins que Mendeleïev à propos des nouveaux gaz étranges. Finalement, l'un de ces scientifiques a suggéré de simplement attacher une nouvelle colonne au bord de la table, augmentant ainsi sa largeur à huit. En effet, elle aurait pu marcher des deux côtés, mais elle s'est retrouvée à droite, et c'est là qu'il reste.
Deux ans plus tard, Rayleigh et W. Ramsay établissent que l'azote présent dans l'air contient en réalité un mélange d'un gaz inconnu, plus lourd que l'azote et extrêmement inerte chimiquement. « L’air était débarrassé de son oxygène à l’aide de cuivre chaud, puis chauffé avec des morceaux de magnésium dans un tube. Après qu'une quantité significative d'azote ait été absorbée par le magnésium, la densité du résidu a été déterminée. La densité s'est avérée 15 fois supérieure à la densité de l'hydrogène, tandis que la densité de l'azote n'était que 14 fois supérieure à celle-ci. Cette densité augmentait à mesure que l'azote était absorbé, jusqu'à atteindre 18. Cela prouve que l'air contient un gaz dont la densité est supérieure à la densité de l'azote... J'ai reçu 100 cm3 de cette substance et j'ai trouvé que sa densité était de 19,9. Il s’est avéré qu’il s’agissait d’un gaz monoatomique. Lorsqu’ils ont rendu publique leur découverte, c’était stupéfiant. Il semblait incroyable à beaucoup que plusieurs générations de scientifiques qui avaient effectué des milliers de tests aériens l'aient négligé. composant, et un si remarquable - presque un pourcentage ! D’ailleurs, c’est ce jour et cette heure, le 13 août 1894, qu’Argon a reçu son nom, qui, traduit du grec, signifie « inactif ».
Compte tenu de sa personnalité, Mendeleïev était peut-être mécontent de ce désordre. Mais finalement, il a compris l’intérêt. En fait, il a utilisé la nouvelle structure à des fins de propagande, en présentant la nouvelle rubrique comme la justification la plus sûre de son système périodique. Au final, le reste de la table s'en est sorti indemne, et tout grand théorie scientifique doit être réinitialisé aux nouvelles observations. Le tableau périodique a réussi, surmontant avec grâce sa brève crise liée aux gaz rares et devenant l’icône scientifique incontestée que nous connaissons aujourd’hui.
L'hélium a été identifié pour la première fois comme élément chimique en 1868 par P. Jansen alors qu'il étudiait une éclipse solaire en Inde. À analyse spectrale Dans la chromosphère solaire, une raie jaune vif a été découverte, initialement attribuée au spectre du sodium, mais en 1871 J. Lockyer et P. Jansen ont prouvé que cette raie n'appartenait à aucun des éléments connus sur terre. Lockyer et E. Frankland ont nommé le nouvel élément hélium du grec. "helios" signifiant soleil. À cette époque, ils ne savaient pas que l’hélium était un gaz inerte et pensaient qu’il s’agissait d’un métal. Et seulement près d’un quart de siècle plus tard, l’hélium a été découvert sur Terre. En 1895, quelques mois après la découverte de l'argon, W. Ramsay et presque simultanément les chimistes suédois P. Kleve et N. Lenglet établissent que de l'hélium est libéré lorsque le minéral kleveite est chauffé. Un an plus tard, G. Keyser découvrit un mélange d'hélium dans l'atmosphère et, en 1906, de l'hélium fut découvert dans le gaz naturel des puits de pétrole du Kansas. La même année, E. Rutherford et T. Royds établissent que les particules a émises par les éléments radioactifs sont des noyaux d'hélium.
Plus tard, il s'est avéré qu'il était assez répandu sur Terre : il est présent sous forme de produit de désintégration éléments radioactifs dans les sables de monagite, dans les minéraux de thorium, dans les gaz de certaines sources d'eau minérale, dans les fumerolles de bore et enfin en grande quantité dans gaz naturels, qui peut en contenir jusqu'à 5 à 8 %, voire plus. Après l’hydrogène, c’est l’élément le plus abondant dans l’univers.
E. Il peut être obtenu sous forme pure en exploitant son inertie chimique ou sa difficulté de liquéfaction : sa température d'inversion est inférieure à celle de l'hydrogène, il peut être séparé des mélanges gazeux qui le contiennent en absorbant ou en brûlant tous les autres gaz présents.
HISTOIRE DE LA DÉCOUVERTE DES GAZ INTELLECT. Après la découverte de l'argon, alors que la famille des gaz rares n'était pas encore connue, Ramsay écrit à Relenk : « Ne vous semble-t-il pas qu'il y a une place pour les éléments gazeux à la fin de la première colonne du tableau périodique, c’est-à-dire entre les halogènes et les métaux alcalins ? Après avoir étudié les propriétés de l'hélium, qui déterminait sa place à la fin de la première période du tableau des éléments, ainsi que de l'argon - à la fin de la troisième période, Ramsay devint convaincu que des éléments similaires - d'ailleurs des gaz - devraient compléter d'autres périodes. Dans tous les cas, la substance qui occupe la dernière cellule de la deuxième période doit être gazeuse.
E. il ne forme pas d'hydrates, contrairement à la plupart des gaz rares, mais dans des conditions particulières il semble se combiner avec divers éléments pour produire des composés particulièrement instables : les éliures. Trouver du travail : dans les flacons sondes en remplacement de l'hydrogène, par rapport auquel il présente le grand avantage d'être ininflammable ; mélangé à de l'oxygène, pour respirer dans des conditions de pression supérieure à la pression atmosphérique en raison de sa faible solubilité dans le sang, ce qui évite les dangers d'embolie et de diverses maladies respiratoires ; pour remplir les lampes fluorescentes.
En septembre 1897, Ramsay s'exprima lors d'une réunion scientifique à Toronto (Canada) avec un rapport intitulé « Gaz non découvert ». Grâce à la méthode de Mendeleev, il a prédit l'existence d'un gaz dont la densité est proche de 10 et dont le poids atomique est proche de 20. Deux ans plus tôt, Lecoq de Boisbaudran, également basé sur la méthode de Mendeleïev, avait prédit les poids atomiques des trois gaz rares suivants ; 20.0945 ; 84.01 ; 132.71. Il est curieux que ce scientifique ait pris sur lui de faire une prévisionpoids atomique précis au quatrième chiffre, ce que Mendeleïev lui-même a évité de faire.
Où chercher du nouveau gaz ? Ramsay, comme d’autres scientifiques, ne le savait pas. Un nombre considérable de minéraux ont été triés,
eau différentes sources, les messagers de l'Univers - les météorites - n'ont pas été oubliés. Dans les spectres de gaz isolés de certains échantillons, des raies d'hélium et d'argon ont été trouvées, mais aucune nouvelle raie pouvant être attribuée à un élément inconnu n'a été détectée. Une réflexion s'est posée : existe-t-il un nouveau gaz contenu dans l'argon ou l'hélium comme impureté cachée ? Cependant, les expériences de séparation de l'hélium et de l'argon menées par Ramsay et Colley n'ont pas abouti. Puis, en collaboration avec Travers, Ramsay se tourne à nouveau vers les airs.
Traverse a tellement amélioré le système de refroidissement en profondeur des gaz que les expérimentateurs ont pu travailler avec de très grandes quantités d'air liquide, et l'air liquide est devenu disponible pour eux.
Grâce à des expériences précédentes, ils savaient que lorsque l’air liquide s’évapore lentement, l’hélium s’évapore en premier. Le gaz recherché devrait se situer quelque part entre l’hélium et l’argon en termes de volatilité et d’autres propriétés ; cela a été indiqué par sa place dans le tableau périodique. Cela signifie, selon Ramsay et Travers, que du nouveau gaz doit être recherché dans la première partie de l'air qui s'évapore avec l'hélium.
Lorsque cette fraction a été isolée, elle a été placée dans un tube à décharge gazeuse et passée électricité, apparu lumière brillante. Le spectre comportait de nombreuses lignes rouges, oranges, jaunes et vertes ; par la suite, ils furent plusieurs centaines. Le gaz s’est avéré chimiquement inerte et a été nommé néon, ce qui signifie « nouveau » en grec. Le gaz doit ce nom à l’exclamation « nouveau ! » qui s’échappa du fils de Ramsay, âgé de douze ans, qui, entrant dans le laboratoire de son père, vit de manière inattendue la lueur rouge vif du gaz nouvellement obtenu.
La découverte du krypton a précédé celle du néon et était presque accidentelle. C'est le résultat d'une erreur de Ramsay qui, voulant isoler l'hélium de l'air, s'est d'abord trompé de chemin. Il essaya d'obtenir ce gaz à partir des résidus résultant de la lente évaporation de l'air, c'est-à-dire des fractions les plus bouillantes. Bien sûr, il n'y avait pas d'hélium là-bas, mais dans le spectre de ces fractions, Ramsay a vu deux raies brillantes - jaune et verte, situées à des endroits qui ne correspondaient à aucun élément connu. Il a donc été ouvert. Il s'est avéré être deux fois plus lourd que l'argon et l'air en contient 5 fois moins que l'hélium - environ 0,0001 volume. %. Le nom « krypton » a été donné en souvenir des difficultés qu’il a fallu surmonter pour l’isoler sous une forme relativement pure. Et ce nom du gaz véritablement nouveau n’a pas dû être changé, comme le nom « hélium terrestre ».
Le cinquième gaz inerte a déjà été recherché avec confiance dans la fraction la plus bouillante de l'air liquide, après la distillation de l'hélium, de l'hydrogène, du néon, de l'oxygène, de l'azote et, enfin, de l'argon. Le résidu était brut (c'est-à-dire non raffiné). Cependant, le résidu après purification avait une lueur bleue et donnait un spectre spécial avec des lignes allant de l'orange à violet. On lui a donné le nom (« étranger ») pour indiquer que dans la fraction de l'air de Krypton, il ressemblait à un étranger, un étranger. Il y en avait très peu dans l’air : environ deux millionièmes de pourcentage en volume.
L'extraordinaire subtilité de l'art expérimental de Ramsay et Travers pour cette époque peut être jugée par le fait que l'individualité du xénon en tant que nouveau élément chimique ils ont établi en travaillant avec 0,2 cm³ ce gaz, et pour étudier propriétés physiques utilisé moins de 4 cm³ . Au total, ces scientifiques ont reçu moins de 300 cm en deux ans.³ le xénon, ayant traité 77,5 millions de litres d'air, soit 100 tonnes.
Alors, dans fin XIX siècles, en seulement quatre ans, les cinq éléments inactifs furent connus. Désormais, personne ne doutait de leur place dans le tableau périodique. De plus, trois d'entre eux - le néon, le krypton et le xénon - avaient leur place déterminée à l'avance. Le 16 mars 1900, une rencontre entre Mendeleïev et Ramsay eut lieu à Londres. Les deux scientifiques ont convenu de la nécessité d'introduire nouveau groupe dans le tableau périodique des éléments. C'est précisément ce qui constitue le lien logiquement nécessaire entre les halogènes, qui possèdent les propriétés électronégatives les plus prononcées, et les métaux alcalins électropositifs. L’idée de créer un groupe distinct de gaz inertes a également été exprimée par le chimiste belge A. Herrera dans un article publié 11 jours avant la rencontre de Mendeleïev avec Ramsay. En 1903, la 7e édition des « Fondements de la chimie » de Mendeleev a été publiée, qui contenait un tableau périodique comprenant un groupe distinct de gaz inertes.
Pendant plus de six décennies, les gaz inertes ont été regroupés dans un groupe distinct portant un numéro nul. Il est désormais d'usage de les inclure dans le huitième groupe comme sous-groupe principal.
D.D. Finkelstein - Gaz inertes. COMME. Assovskaya - Hélium sur terre et dans l'univers.
— Parmi les noyaux, il n'a pas d'égal en termes de stabilité, puisque les spins de deux protons
— Lorsqu'une particule et une antiparticule entrent en collision, elles doivent disparaître, se transformer
— La masse totale de l'atmosphère, approximativement égale à 5 150 000 milliards
- Formez une paire - une de chaque atome
— Ils sont construits symétriquement, leurs configurations électriques sont fermées et au maximum
— Des réactions thermonucléaires censées se produire à l'intérieur du Soleil
— L'isotope naturel de la lumière de l'hélium est très rare
— Toutes les planètes système solaire contiennent de l'hélium radiogénique
- un litre d'azote atmosphérique pesait 1,6 mg de plus qu'un litre d'azote « chimique »
— La densité de l'hélium par rapport à l'air est de 0,138, le volume spécifique
— Plus de 97 % de la matière de l'Univers est concentrée dans les étoiles
- Pour exposer le noyau d'hélium, vous devez dépenser une quantité d'énergie record - 78,61 eV
— Les premières tentatives scientifiques pour estimer l'âge de la Terre remontent à XVIIIe siècle
- Un gaz véritablement noble. Il n'a pas encore été possible de le faire réagir
— α naturel -la désintégration a été détectée dans 29 isotopes terrestres
- En raison de leur indifférence chimique, ils sont appelés inertes, inactifs
— Processus technologiques et les opérations ne sont pas autorisées dans environnement aérien
— De la métallurgie et de la science des fusées à la médecine et à la conserverie
— Placement d'un groupe de gaz rares sur le côté gauche
— Les gaz inertes sont présents partout dans la croûte terrestre
- ET isotope lourd⁴ Non ; il est un produit α -désintégration de substances radioactives lourdes
— À côté de l'hélium ordinaire, un isotope jusqu'alors inconnu apparaît : l'hélium-3.
— Dans le sang d'un plongeur, d'un caissonnier lors d'un long séjour
— Depuis les profondeurs de la planète jusqu'à l'atmosphère, puis vers l'espace
— Leur nom vient du latin clatratus, qui signifie enfermé
— S'évapore lentement de l'atmosphère vers l'espace
— Une adhésion moléculaire se produit ; sans eux, les cristaux se désintégreraient