Ксенон. Очень яркий
Обнаружить данный элемент — задача довольно сложная. В 1 м³ воздуха содержится 9,3 л аргона и всего 0,08 мл ксенона. Работал над его открытием все тот же Уильям Рамзай в компании с англичанином-тезкой Уильямом Траверсом. Они все так же сжижали воздух и разделяли его на фракции из разных газов. Эта пара переработала около 100 т жидкого воздуха, и каждый раз после выделения и очистки криптона все равно оставался остаток. Этот остаток в электрическом разряде светился, давая удивительной красоты голубоватый спектр в областях от оранжевой до фиолетовой. Как мы помним, каждый элемент имеет свой набор спектральных линий. Полученный новый набор не был похож ни на один ранее известный. Вывод напрашивался сам собой: получен новый химический элемент. Его назвали ксеноном, что в переводе означает «чужой».
«Чужим» он стал по причине того, что вроде бы инертный газ, но ученые нашли первые химические соединения именно с ксеноном. Этот факт, конечно, немного смутил ученых, но вскоре они во всем разобрались, и все встало на свои места. Чем больше атом, тем слабее связаны с ядром внешние электроны. Поэтому их легче потерять и затем вступить в реакции с кем-нибудь, у кого проще отобрать электрон.
До 1961 года считалось, что инертные газы не могут вступать в реакции с другими веществами. Вера в инертность была абсолютной. Значит и химикам особо делать нечего с этими элементами. Похимичить-то не получится. Максимум перегонять газы из одного сосуда в другой. Однако ученый из Канады Бартлетт проводил опыты с гексафторидом платины PtF6 при комнатной температуре и получил твердое желто-оранжевое вещество, которое являлось гексафтороплатинатом ксенона Xe[PtF6]. Мало того, что было доказано, что инертный газ ксенон может участвовать в химических реакциях, так с ним можно проводить и другие химические превращения. Данное открытие в мире химии поначалу было воспринято в штыки. В этот факт не хотели верить.
В 1979 году при действии высокого давления на замороженный ксенон удалось получить его в металлическом состоянии. Он оказался сверхпроводником. Правда температура сверхпроводимости около –266 °C.
О применении ксенона вы и сами знаете. Вы, наверное, слышали про ксеноновые лампы автомобилей. В таких лампах светит дуговой разряд в ксеноне, находящемся под высоким давлением. Свет появляется мгновенно после включения. Он очень ярок и его цвет близок к белому. На него можно смотреть только через фильтр, так как глаза не выдерживают таких ярких лучей. Поэтому постепенно ксеноновые фары запрещают, хотя выглядят они очень эффектно. Ксенон, как и криптон, используется в осветительной технике в других областях. Например, где требуется правильная цветопередача, то есть при съемках фильмов. Конечно, их все сильнее вытесняют другие источники света, но порой без ксеноновых ламп не обойтись.
Также соединения ксенона со фтором применяют для хранения и транспортировки самого ксенона и агрессивного фтора.
Радон. Радиоактивный и инертный
Открытие радона происходило несколько раз. Причем каждое новое открытие не опровергало предыдущее, а дополняло его. В период 1900–1904 года Резерфорд и Оуэнс, Рамзай и Содди, Дебьерн, Дорн независимо друг от друга продолжали работы супругов Кюри в области радиоактивности. Все они совершили открытие «нового элемента», обнаружив новые радиоактивные газообразные элементы. Но по факту все они открыли радиоактивные изотопы одного и того же элемента — радона. В те времена не было понятия о нейтронах, протонах и устройстве атома и, в частности, ядра.
Все открытые «новые элементы» имели разные периоды полураспада, по которым их собственно и идентифицировали. Дорн открыл самый долгоживущий изотоп 222Rn с периодом полураспада 3,82 дня. Он образуется в цепочке радиоактивного распада 238U. Резерфорд и Оуэнс открыли изотоп 220Rn с периодом полураспада 54,5 секунды. Он образуется в цепочке радиоактивного распада тория. Дебьерн тоже открыл члена радиоактивного семейства тория, но изотоп 219Rn с периодом полураспада 4 секунды. Так как все они были получены из твердых минералов, то назывались эманациями. Эманирование — это выделение газа твердыми телами. Позже данному элементу было подобрано название радон, которое созвучно с названиями других инертных газов: неон, аргон, криптон, ксенон.
Применение радона обусловлено его свойствами. Так, например, его радиоактивность применяется в медицине. Из этого элемента делают радоновые ванны: в воде растворяют микроколичества радона, а затем пациенты принимают такие ванны. Вдыхать радон небезопасно. Мало того, что он радиоактивен, так и его дочерние продукты деления тоже радиоактивны. Поэтому при приеме ванн воздушное пространство и содержимое ванны разделяют, и пациент не дышит испарениями из воды.
Также было обнаружено, что в подземных водах вблизи землетрясений повышается концентрация радона до самого землетрясения. Этот факт стали применять для прогнозирования землетрясений.
Оганесон. Последний
Это 118-ый и самый последний химический элемент, который удалось синтезировать ученым. Известно про него совсем немного: он относится к инертным газам и обладает радиоактивностью. О химических и физических свойствах говорить сложно, так как в Дубне было получено всего 3 атома оганесона. Хватит пальцев одной руки, чтобы пересчитать, и то, лишние останутся.
Существуют ли элементы после оганесона, например 119, 120 и т. д., пока никто не знает.
118-ый элемент на данный момент является краем науки о веществе. Предполагается, что где-то там возможно существование стабильных изотопов разных элементов. Но это вопрос будущего. Возможно именно ты, дорогой читатель, выучишься на физика-ядерщика и займешься данными исследованиями в научном институте в городе Дубне.
Начиная с висмута, включительно, все элементы до 118-ого имеют только радиоактивные изотопы. Рано или поздно они распадутся с образованием стабильных изотопов других, более легких элементов.
Стоит отметить, что оганесон впервые синтезирован и определен, и был получен именно новый элемент, в научном институте в городе Дубна Московской области коллективом под руководством Юрия Цолаковича Оганесяна. Право давать имя новым открытым элементам дается их первооткрывателям. Коллектив, работавший над его синтезом, выдвинул вариант «оганесон». Здесь отметим, что выдвигаемое название должно быть удобным в произношении практически на всех языках мира. И окончательное решение по присвоению имени принимает международная комиссия из ИЮПАК/IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry/ Международный союз теоретической и прикладной химии).
После долгих обсуждений и неоспоримых доказательств, что 118-ый элемент был получен именно коллективом ученых из Дубны, в 2016 году комиссия ИЮПАК приняла решение утвердить название оганесон. Это второй случай, когда имя новому элементу, названного в честь его первооткрывателя, дают при жизни самого первооткрывателя. Например, Эйнштейн совсем чуть-чуть не дожил до присвоения 99-ому элементу имени эйнштейний.
Галогены
В следующем столбце, который находится слева от инертных газов, находятся элементы, которые называют галогенами.
Все они имеют ns2np5 конфигурацию внешней электронной оболочки. Каждому из них не хватает всего одного электрона, чтобы полностью заполнить шестью электронами свой внешний р-уровень. И все они стремятся сделать это, чтобы быть такими же, как инертные газы. Это стремление, собственно, и определяет химические свойства данных элементов.
Проще всего отобрать электрон у щелочных металлов. Он у них всего один на внешнем уровне. До заполнения всего уровня очень далеко. Поэтому мы ежедневно сталкиваемся с такими соединениями, как самая обычная поваренная соль. Это хлорид натрия NaCl. Соединение хлора — галогена и натрия — щелочного металла.
Соединения фтора называют фторидами (KF), соединения хлора — хлоридами (NaCl), соединения брома — бромидами (KBr), соединения йода — йодидами (KI). Все достаточно просто и запоминается легко.
Причем самый «злой» из всех галогенов — это фтор. Его атом самый маленький из них, поэтому желание получить всего один электрон самое большое. У остальных галогенов все больше и больше электронные оболочки, внешний электронный уровень все дальше и дальше от ядра, поэтому желание получить еще один электрон все меньше. Но это не значит, что они безопаснее. Нет, конечно же.
Это свойство также хорошо видно, если взять, например, раствор иодида калия KI и добавить к нему бром Br2. У брома желание больше, поэтому он выгонит йод из соединения с калием и образует бромид калия. При этом выделится элементарный йод I2, имеющий коричневый цвет.
Отметим, что при нормальных условиях (25оС и 101,3 кПа) йод твердый. Аптечный же йод является более сложным соединением состава K[I(I2)]. О химии таких соединений читатель может узнать уже в вузе.
Если же атомам галогенов неоткуда взять электроны, то они соединяются с такими же атомами галогенов, которые есть поблизости. Поэтому все молекулы галогенов двухатомные: F2, Cl2, Br2, I2. Индекс 2 справа внизу от символа элемента говорит о том, что в данной молекуле 2 атома этого элемента. Но если они на своем пути повстречают какое-то вещество, которое им по зубам, то они его профторируют, прохлорируют, пробромируют или пройодируют.
Фтор. Зло воплоти
Фтор — самый активный, самый реакционноспособный, самый элеткроотрицательный, самый агрессивный, самый злой в химическом понимании. Если вы имеете дело со фтором, то будьте крайне аккуратны. Он вступает в химические реакции практически со всем, что встречает на своем пути. Ведь ему так нужен этот единственный электрон, чтобы полностью завершить свою внешнюю электронную оболочку. В его поведении все подчинено именно этой цели. Он настолько «злой» и жадный, что даже способен вступать в реакцию с инертными газами, лишь бы заполучить этот несчастный восьмой электрон.