История открытия благородных газов драматична и могла бы послужить ос­новой для хорошего химического детектива. А началась она довольно банально. Английский физик Джон Уильям Рэлей не предполагал совершить никакого открытия. Опытный, педантичного склада эксперимента­тор, он в 1888 г. решил определить плотности и молекулярные массы различных газов с очень высокой для того времени степенью точно­сти — до сотых долей процента. Од­нако азот, выделенный им из возду­ха, неизменно оказывался тяжелее, чем полученный при разложении нитрита аммония. Литр азота возду­ха имел массу 1,2572 г, а литр «хими­ческого» азота — 1,2505 г. Разница не­велика, но она выходила за пределы экспериментальной погрешности и была постоянной. Сам Рэлей не сумел объяснить этот парадокс.

Через научный журнал «Nature» («Природа») Рэлей в апреле 1894 г. обратился к учёным с просьбой по­мочь в решении проблемы. Отклик­нулся только один человек — заведу­ющий кафедрой химии Лондонского университета Уильям Рамзай (1852— 1916). Он высказал неожиданную идею: вероятно, в азоте, выделенном из воздуха, есть небольшая примесь какого-то другого, более тяжёлого газа. Мысль была смелая, даже дерз­кая — ведь до этого состав воздуха изучали сотни исследователей.

Но вот, анализируя лабораторные записи Г. Кавендиша, Рэлей и Рамзай обратили внимание на старый, забы­тый уже опыт, выполненный в 1785 г. Пропуская через воздух, содержащий избыток кислорода, электрические разряды, Кавендиш превращал азот в оксид NO₂, который поглощал раство­ром щёлочи. В итоге примерно сотая по объёму часть воздуха не вступала в реакцию, оставаясь неизменной. Это был уже чёткий ориентир. Рамзай изменил этот опыт, связав кислород с помощью меди в оксид меди (II), а азот — магнием в нитрид магния. «В остатке», как и у Кавендиша, оказа­лась небольшая часть исходного объ­ёма воздуха. Но «личность» нового га­за так и не была установлена.



Джон Уильям Рэлей.



Уильям Рамзай.



Свечение стеклянных трубок, заполненных инертными газами. Гелий дает жёлтое свечение, неон — красное, аргон — голубое, криптон — зелёное.

Газ вёл себя парадоксально: он не вступал в реакции с хлором, метал­лами, кислотами, щелочами, т. е. был абсолютно химически инертен. И ещё одна неожиданность: Рамзай доказал, что его молекула состоит из одного атома, а до той поры одноатомные га­зы были неизвестны.

12 августа 1894 г. Рэлей выступил с докладом о новом газе в Британ­ской ассоциации содействия науке. А позже новый элемент был назван аргоном (от греч. «аргос» — «лени­вый», «безразличный»).

Этому сообщению поверили дале­ко не все химики, усомнился в нём и сам Менделеев. Периодическая систе­ма элементов являла собой удиви­тельно целостное строение: открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что всё её «здание» рухнет. Атомная масса газа (39,9) указывала ему место между калием (39,1) и кальцием (40,1). Но в этой части таб­лицы все клетки были давно заняты. Авторы открытия, горячие сторон­ники периодического закона, тоже не испытывали особого торжества. Аргон не имел в таблице аналогов, и вообще ему не находилось места в пе­риодической системе: ну куда можно поместить элемент, лишённый хими­ческих свойств?

Ответ на этот вопрос пришёл не сразу. Прежде всего вспомнили об открытии, которое сделали почти одновременно, в 1868 г., два астроно­ма — француз Пьер Жюль Сезар Жансен и англичанин Джозеф Норман Локьер. Эти учёные с помощью недавно изобретённого прибора — спектроскопа изучали спектр солнеч­ных протуберанцев и обнаружили в нём жёлтую линию, принадлежащую новому элементу. Но официальное признание он получил лишь четверть века спустя. Это случилось только после того как гелий (так его назвали в честь греческого бога Солнца Гелиоса) открыли на Земле.

В 1895 г. Рамзай при обработке очень редкого минерала клевеита nUO₃•mUO₂•хPbO серной кислотой обнаружил газ, спектральный анализ которого показал, что это «земной» гелий. Как установили позже, гелий непрерывно образуется в минерале в результате радиоактивного распада урана.

Теперь уже двум элементам не бы­ло места в периодической системе: аргону и гелию. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай при­шли к выводу, что инертным, т. е. ли­шённым химических свойств, газам надо отвести отдельную, так называ­емую нулевую группу между галогена­ми и щелочными металлами.

В надежде отыскать остальные инертные газы Рамзай вернулся к изучению воздуха. Следующий инерт­ный газ выделили в 1898 г. «методом исключения», после того как кисло­род, азот и все более тяжёлые компо­ненты воздуха были превращены в жидкость. Оставшийся газ собрали, поместили в разрядную трубку, про­пустили через неё электрический ток, и трубка вспыхнула ярким крас­но-оранжевым светом. Элементу дали незамысловатое название «неон», что в переводе с греческого означает «новый».

В том же году Рамзай выделил из жидкого воздуха (предварительно удалив кислород, азот и аргон) смесь, в которой спектральным методом были открыты ещё два газа: криптон («скрытый», «секретный») и ксенон («чуждый», «необычный»). Таким об­разом, к лету 1898 г. оказались извест­ны пять благородных газов.

За исследования в области инерт­ных газов Рэлей и Рамзай были удо­стоены Нобелевской премии.

Рамзая, открывшего пять элемен­тов, вполне можно сравнить с золо­тоискателем, которому фантастиче­ски повезло — он напал на «золотую жилу». Однако этот великий учёный вложил в её разработку колоссальный труд и ювелирное искусство. За два года работы он получил всего 300 мл ксенона, для чего пришлось перера­ботать 77,5 млн. литров воздуха, т. е. 100 тонн!

В 1899 г. тогда ещё молодой анг­лийский физик Эрнест Резерфорд об­наружил, что радиоактивный распад тория сопровождается выделением неизвестного газа. Это оказался пос­ледний представитель «благородного семейства». Впоследствии новый эле­мент получил название «радон», в честь своего непосредственного «ядер­ного предтечи» радия.

Чтобы дать наглядное представле­ние о содержании благородных газов в земной атмосфере, отметим, что 1 м³ (1000 л) воздуха включает 9,3 л Ar, 18 мл Ne, 4,6 мл He, 1,1 мл Kr, 0,086 мл Xe и лишь 6•10^-16 мл радиоактивно­го радона. Если бы молекулы воздуха были видимы и проходили перед на­блюдателем по одной в секунду, то мо­лекула аргона появлялась бы в среднем каждые две минуты, криптона — один раз в десять дней, молекулу ксенона пришлось бы дожидаться четыре ме­сяца, а молекулу радона — 50 трилли­онов лет! Однако абсолютное количе­ство благородных газов в атмосфере огромно. Только ксенона в ней содер­жится 430 млн. тонн.



Солнечная корона во время полного солнечного затмения.



* При радиоактивном распаде ²³²₉₀Th образуется изотоп радона ²²⁰₈₆Rn (Т_1/2 = 55,6 с), который раньше называли тороном (Тn).