Рэмзэй и Трэверс стали выпаривать твердый аргон и собирать первые порции пара отдельно от последующих. Первым всегда уходил гелий. А когда мороз делался слабее, начинал улетучиваться и неон. За ним испарялись аргон и криптон. А в самых последних пузырьках пара Рэмзэй и Трэверс отыскали еще один неизвестный газ. Его они назвали ксеноном. По-гречески это значит «чуждый».
Каждый новый газ они очищали и взвешивали на точных весах.
Наконец работа была закончена.
Когда-то, до Рэлея и Рэмзэя, ученые были уверены, что воздух состоит только из кислорода и азота. Потом был открыт аргон. А Рэмзэй и Трэверс доказали, что к каждому литру воздуха подмешано, кроме аргона, 18 кубических миллиметров неона, 5 кубических миллиметров гелия, 1 кубический миллиметр криптона, одна десятая кубического миллиметра ксенона.
Добыв из воздуха эти газы, Рэмзэй принялся проделывать с ними всевозможные опыты. Он хотел узнать, вступают ли они в какие-нибудь химические соединения.
Оказалось, что не вступают. Не только аргон и гелий, но и неон, криптон и ксенон не захотели соединяться ни с одним веществом.
Гелий, аргон, неон, криптон, ксенон – все они оказались ленивыми газами. Целая компания лентяев! И всех их Рэмзэй выделил из воздуха, очистил и изучил. Он изучил их спектры, измерил их плотности, температуры замерзания и кипения [10] .
Первое время эти ленивые газы были большой редкостью в лабораториях. Очень немногие химики могли похвастаться тем, что держали в руках хотя бы крохотный пузырек неона или гелия. А криптон и ксенон еще и в наше время редко можно найти в химической лаборатории, несмотря на то, что после их открытия прошло уже сорок лет. И это понятно: на литр воздуха приходится криптона всего только 1 кубический миллиметр, а ксенона еще того меньше. И добыть их из воздуха очень трудно.
Только аргон и неон давно перестали быть редкостью. Их добывают из воздуха на химических заводах. В Москве на заводе «Сжатый газ» есть машина, выпускающая 2,5 тысячи литров аргона в час.
Скоро станут добывать на заводах и криптон, и ксенон. В 1934 году Парижская Академия наук напечатала статью французского химика Клода. Клод пишет, что его ассистент Гомонэ построил машину для добывания криптона и ксенона. В свою машину он наливает жидкий воздух. Сквозь этот жидкий воздух насосы гонят струю обыкновенного – газообразного – воздуха. Из этой струи капельками выпадают криптон и ксенон и оседают в жидком воздухе. Чем дольше работает машина, тем богаче криптоном и ксеноном становится жидкость. Машина Гомонэ извлекает из воздуха пол-литра криптона в час. Это не очень много. Но Клод и Гомонэ уже начали строить машину, которая будет добывать каждый час 100 литров криптона и 10 литров ксенона.
Редчайшие газы – криптон и ксенон – перестанут считаться редчайшими. Их будут добывать на заводах и продавать в химических магазинах.
Но для чего нужны эти ленивые газы? Стоит ли их добывать?
Стоит. Они нужны электротехникам. Электротехники наполняют ими электрические лампочки. Лампочка накаливания, наполненная аргоном или неоном, горит ярче обыкновенной, дольше служит и расходует меньше энергии. А если ее наполнить криптоном или ксеноном, то она будет еще ярче, еще долговечней. Обыкновенная лампочка, рассчитанная на 110 вольт, мгновенно перегорает, если пустить в нее ток с напряжением в 200 вольт. А лампочка, наполненная криптоном, выдерживает такую перегрузку много часов и не портится.
Всем, кто бывал в большом городе, случалось видеть электрическую рекламу. В окнах больших магазинов, на вывесках кинематографов горят узоры и надписи, составленные из стеклянных светящихся трубок.
Знаете ли вы, что светится в этих трубках? Трубка, горящая синим светом, наполнена разреженным аргоном; трубка, дающая красновато-оранжевый свет, – неоном.
Это те самые газы, которые добыл из воздуха профессор Рэмзэй. Светятся они потому, что через них проходит электрический ток.
Вглядитесь в трубку, наполненную неоном, когда она светится. Многие говорят, что этот свет неприятен, что он режет глаза. Но у него есть чудесное свойство: он далеко виден даже в тумане.
В лондонском предместье Кройдон стоит маяк для самолетов и дирижаблей. Это железная башня, на которой укреплены шестнадцать стеклянных трубок. Каждая трубка длиною в 6 метров. Все они наполнены неоном.
В туманные ночи, когда не видно ни луны, ни звезд, ярко светятся неоновые трубки, указывая дорогу воздушным кораблям.
Поиски во всех направлениях
Солнечный газ гелий был найден трижды: сначала в солнечных выступах, потом в клевеите и наконец – вместе с другими ленивыми газами – в воздухе. Но ученые на этом не остановились.
Если ленивые газы растворены в воздухе, то почему бы им не быть растворенными также и в воде? Химики принялись искать ленивые газы и в дождевой воде, и в речной, и в морской, и в ключевой, и в водопроводной. И, действительно, они их там обнаружили, но в ничтожном количестве: вода содержит еще меньше ленивых газов, чем воздух. Одно только нашлось исключение – минеральная вода. В некоторых минеральных источниках было обнаружено довольно много гелия. Немецкий физик Кайзер нашел гелий в воде одного источника в горах Шварцвальда, Рэмзэй отыскал гелий в целебном источнике Котрэ в Пиренейских горах, а Рэлей – в водах, бьющих из-под земли в известном английском курорте Бат.
Нет такого вещества, в котором химики не искали бы гелия, аргона и других ленивых газов. Они исследовали и вулканическую лаву, и всевозможные руды, и падающие с неба метеориты. Одному химику даже пришла в голову мысль поискать эти газы в растениях и животных. Он растолок горох и подверг исследованию его химический состав, чтобы узнать, нет ли в горохе гелия. Потом он захлороформировал двух мышей, а когда они умерли – высушил их тела в электрической печке, тоже растолок и занялся изучением порошка – нет ли в мышах гелия?
Но самый тщательный химический анализ не мог обнаружить в мышах ни гелия, ни аргона. [11]
А вот во многих минералах действительно удалось найти гелий. Гелий давно уже был найден в клевеите – почему бы не поискать его и в других минералах? Рэмзэй и Трэверс принялись за работу. И вскоре гелий был найден в уранините, фергусоните, самарските, колумбите, монаците.
Но больше всего гелия оказалось в одном минерале, который добывают на острове Цейлоне. Называется этот минерал – торианит. Если килограмм торианита раскалить докрасна, то он отдаст около десяти литров гелия.
Много минералов изучил Рэмзэй, ища в них гелий. Из своих наблюдений он вывел странное правило: гелий всегда оказывается в тех минералах, которые содержат металлы уран и торий. Если в состав минерала входит металл уран или металл торий, то в нем наверняка можно рассчитывать найти и гелий. А если в минерале нет ни урана, ни тория, то из него не удастся выжать ни одного пузырька гелия.
Долго думал Рэмзэй о том, что бы это могло означать. Гелий не соединяется ни с ураном, ни с торием: ведь он ленивый газ. Так почему же он всегда встречается там, где встречаются уран и торий? Что общего у него с ними?
Но как Рэмзэй ни старался, как ни ломал себе голову, ему не удалось разрешить эту загадку.
Загадку разрешили другие – физик Резерфорд и химик Содди.
Невидимые лучи
Металл уран был известен химикам давно – еще с восемнадцатого века. Химики изучили и чистый уран, и разнообразнейшие соединения урана с другими веществами. Но никому из них не приходило в голову, что в уране есть что-то необыкновенное. И в самом деле, на первый взгляд ничего необыкновенного в уране нет. По виду он похож на серебро, по тяжести на платину, а химические свойства у него почти такие же, как у металла вольфрама. Химики были твердо убеждены, что уран – заурядный металл, металл, каких много.
Но в марте 1896 года парижский химик Беккерель неожиданно обнаружил, что этот заурядный металл имеет странное свойство: он испускает лучи. Прошло несколько месяцев, и другой химик, Шмидт, заметил, что такие же лучи испускает другой металл – торий. Потом в Париже двое ученых – Пьер Кюри и его жена Мария Кюри – открыли в урановой руде примесь третьего металла, испускающего лучи, – металла радия. А в Канаде, в городе Монреаль, два молодых человека – физик Резерфорд и химик Содди – нашли еще одно вещество, испускающее лучи. На этот раз вещество оказалось не металлом, а газом. В металле радии были обнаружены крохотные пузырьки нового газа, испускающего лучи. Резерфорд и Содди собрали пузырьки и изучили их. Оказалось, что это ленивый газ, такой же, как аргон, гелий, неон, криптон, ксенон. Резерфорд и Содди дали новому ленивому газу имя нитон [12] . По-гречески это значит «сияющий».
Эрнест Резерфорд
Уран, торий, радий, нитон – четыре вещества, испускающие лучи. Из них первые два – уран и торий – были известны уже целое столетие. Почему же так долго никто не замечал, что они испускают лучи? Почему это было открыто только в конце девятнадцатого века?
Да потому, что эти лучи – невидимые. Раскаленный уголь, раскаленное железо, расплавленная платина испускают лучи, которые можно увидеть глазами. А торий, уран, радий, нитон испускают лучи, которые увидеть невозможно.
А если так, то каким же образом физики все-таки заметили эти лучи?Фредерик Содди
Лучей урана, тория, нитона, радия не видит человеческий глаз. Но их видит фотографическая пластинка. Пластинка чернеет, когда на нее падают невидимые лучи. Но есть и еще способ заметить их безо всякой фотографической пластинки. Существует такое вещество: сернистый цинк. Когда на сернистый цинк падают невидимые лучи, он начинает светиться.
Фотография, снятая лучами радия
Фредерик Содци сделал такой опыт: он взял стеклянную трубочку, в которой было немного радия, и фотографическую пластинку, запертую в кассету, в которую не проникает ни один луч света. Содпи стал водить трубочкой, как карандашом, по кассете. Лучи, испускаемые радием, прошли через кассету, и на пластинке отпечатались те самые слова, – Radium writing – «писание радием», – которые Содци вывел на кассете своей трубочкой. После этого Содди проявил пластинку, отфиксировал ее и приготовил позитив.