Ине́ртные га́зы(подгруппа гелия), а также благоро́дные или ре́дкие га́зы — группа химических элементов со схожими свойствами: при нормальных условиях представляют собой одноатомные газы без цвета, запаха и вкуса с очень низкой химической реактивностью. К благородным газам относятся гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радиоактивныйрадон (Rn). Формально к этой группе также причисляют недавно открытый оганесон (Og), однако его химические свойства почти не исследованы и скорее всего будут близки к свойствам металлоидов, таких как астат (At) и теллур (Te).
В первых 6 периодах периодической системы элементов инертные газы относятся к последней, 18-й группе, они химически неактивны и способны участвовать в химических реакциях лишь при экстремальных условиях.. Согласно старой европейской системе нумерации групп периодической таблицы, группа инертных газов обозначается VIIIA (главная подгруппа VIII-й группы, или подгруппа гелия); кроме того, иногда группа инертных газов обозначается цифрой 0, ввиду характерной для них нулевой валентности. Возможно, что из-за релятивистских эффектов элемент 7-го периода 4-й группыфлеровий обладает некоторыми свойствами благородных газов. Он может заменить в периодической таблице оганесон.
Иногда в текстах технического характера под названием «инертного газа» можно встретить также и азот, который и в самом деле в нормальных условиях демонстрирует химическую пассивность. Однако на самом деле этот газ инертным не является.
...о высоте атмосферы говорят и огни северного сияния. Человек давно любовался этой небесной иллюминацией, но только сравнительно недавно мы узнали, что спектр этих необычайно красивых огней состоит главным образом из линий благородных газов...[2]
Существование инертных газов предсказал в 80-х годах прошлого столетия видный русский ученый и революционер Н. А. Морозов. <...> Эти вещества должны быть газообразными, ― считал Морозов.[4]
Создатель периодического закона Д. И. Менделеев не был знаком с книгой Н. А. Морозова, и до открытия инертных газов нулевой группы в его системе не существовало.[4]
...первое соединение одного из инертных газов ― аргона, относящееся к этому типу <гидратов>, было получено в 1896 г. французским физиком Н. Вийяром, который сжимал аргон до 15U атмосфер при 0°C.[4]
Настоящий переворот в химии инертных газов произошел летом 1962 г., когда американскому химику Н. Бартлету удалось синтезировать соединение ксенона с гексафторидом платины.[4]
...за год из одного грамма урана, радия, тория образуется вполне определённое количество благородного газа. Накапливающийся под землей газ будет, естественно, растворяться природными водами, и по содержанию гелия в воде нетрудно узнать её возраст.[5]
— Анна Иванисова, «Сколько лет воде», 1965
В состав таких <неорганических> полимеров входит подавляющее большинство элементов. Не образуют их лишь одновалентные щелочные металлы и инертные газы.[6]
Интересно, что в свободном состоянии газ, содержащийся в клатратах гидрохинона, занимает объём в 100 раз больший, чем объём кристаллов, и поэтому клатратные соединения можно использовать для хранения инертных газов.[7]
— Сергей Кара-Мурза, «Клатраты: молекулы в гостях у кристаллов», 1966
В общем-то неон ― лёгкий газ: он легче воздуха в 1,44 раза, легче аргона почти в 2 раза, но тяжелее гелия ― в 5 раз. По комплексу свойств он ближе к гелию, чем к аргону, и вместе с гелием составляет подгруппу лёгких инертных газов.[8]
«Не кажется ли вам, что есть место для газообразных элементов в конце первой колонны Периодической системы, т. е. между галогенами и щелочными металлами?» Это слова из письма Рамзая Рэлею. Письмо было написано, когда из всех инертных газов науке были известны лишь гелий и аргон.[8]
Известно, что тяжёлые инертные газы оказывают на организм человека и животного наркотическое действие. Неону это свойство также присуще, но в очень малой степени, так как мала растворимость неона в жирах, крови, лимфе и других жидкостях организма.[8]
Причину неоновой бедности нашей планеты учёные усматривают в том, что некогда Земля потеряла свою первичную атмосферу, которая и унесла с собой основную массу инертных газов. Они ведь не могли, как кислород и другие газы, химически связаться с другими элементами в минералы и тем самым закрепиться на планете.[8]
Работы Рамзая и его сотрудников открыли новую эпоху в химии. «Благородные» инертные газы составили нулевую группу в менделеевской таблице. (Позже к ним присоединился и радон).[10]
— Сергей Погодин, «Открытие нулевой группы элементов», 1968
Аргон ― самый распространенный на Земле инертный газ. В земной атмосфере аргона 0,93% по объему или 1,286% по весу.[11]
Своё название <инертные> газы получили из-за того, что практически не реагируют с другими веществами. <...> Однако в 1962 году стало ясно, что по крайней мере три из них — криптон, ксенон и радон — могут вступать в реакцию с фтором.[12]
— Айзек Азимов, «Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики», 1969
Разумеется, соединения криптона и других благородных газов получить не легко. Так, кристаллический KrF2 был получен в результате воздействия тихого электрического разряда на смесь из фтора, криптона и аргона...[13]
...в качестве такого элемента в 1905 году Менделеев называет… «мировой эфир». Более того, он помещает его в нулевую группу над гелием и рассчитывает его атомный вес ― 0,000001! Инертный газ со столь малым атомным весом должен быть, по мнению Менделеева, всепроникающим…[14]
...в месяцы, предшествующие катаклизму, в подземных водах близ будущего эпицентра землетрясения увеличивается количество благородных газов ― радона, гелия, аргона, а также соединений фтора и урана.[15]
Наличие у инертных газов свойства не вступать в химическое соединение было настолько очевидным, что это свойство было закреплено в самом названии «инертные»; когда же в 1962 г. были получены первые соединения с участием этих газов, химики, по-видимому, не испытали никакого стыда...[16]
— Владимир Успенский, «Семь размышлений на темы философии математики», 2002
{{Q...замена крови инертным газом придвигала его к полуживым существам, наделяла свойством призрака, какой-то особенной, медленной странностью, делавшей его посторонним всему на свете…[17]|Автор=Александр Иличевский, «Матисс», 2006}}
«Благородный» – немного старомодное слово, которое ассоциируется скорее с этикой и психологией, чем с химией. Действительно, термин «благородные газы» зародился в колыбели западной философии – Древней Греции.[18]
У всех этих элементов внешние оболочки «закрыты», на них красуется полный комплект электронов. Поэтому ни один благородный газ не реагирует с другими элементами при нормальных условиях. Вот почему, несмотря на исключительно упорные попытки обнаружить и назвать эти элементы (попытки предпринимались на протяжении всего XIX века), восемнадцатый столбец пустовал вплоть до 1895 года.[18]
Такая отрешенность от мирской суеты, роднящая благородные газы с идеальными окружностями и треугольниками, несомненно, очаровала бы Платона. Именно с очарованием можно сравнить чувства учёных, обнаруживших гелий и его собратьев на Земле, – неудивительно, что эти газы были названы «благородными».[18]
Размещение Гелия над Неоном и другими инертными газами было вполне понятно и оправдано во времена Менделеева, когда не знали о строении атомов, и не было квантовой механики.[19]
— Сен Гук Ким, «Элементы», 2016
Инертный Гелий <в таблице Жанета> возглавляет группу химически очень активных щелочноземельных металлов. Это для подавляющего большинства <...> не приемлемо. Но если исходить из строения электронных оболочек атомов, то такое расположение Гелия научно оправдано.[19]
— Сен Гук Ким, «Элементы», 2016
Гелий является s-элементом, как щёлочноземельные металлы, тогда как все благородные газы, над которыми его традиционно ставят в роли типозадающего в гомологической группе инертных элементов-аналогов, являются р-элементами.[19]
— Светлана Соколова, «Оганесон: попасть в клеточку», 2016
Оганесон – исключение. Из-за необычного распределения электронов он легко отдает и принимает электроны, а значит, может быть химически реактивным. Получается, что оганесон – парадоксально неинертный благородный газ.
К тому же он вовсе и не газ в привычном понимании этого слова. <...> Это уже не благородный газ, а благородная твердь какая-то.[21]
— Виктор Ковылин, «Оганесон – как странный сон», 2018
Подгруппа гелия в научной и научно-популярной литературе
Но существует ещё один тип соединений, в котором молекулы одного типа как бы «включены» в молекулы (или в кристаллическую решетку) другого вещества. В таких «молекулярных соединениях» связь между отдельными частицами обусловлена только вандер-ваальсовыми силами, первое соединение одного из инертных газов ― аргона, относящееся к этому типу, было получено в 1896 г. французским физиком Н. Вийяром, который сжимал аргон до 15U атмосфер при 0°C. Вийяр определил упругость диссоциации гидрата аргона при двух температурах и нашел ее равной 150 ат при 0° C и 210 ат при 8° C. Намного позже, в 1923-1925 гг., Р. Форкран тем же методом синтезировал гидраты криптона и ксенона, которые оказались значительно устойчивее гидрата аргона. Таким образом, гидраты были получены только для трех инертных газов, а для остальных ― радона, неона и гелия ― они оставались неизвестными. Открытие этих гидратов, которые бесспорно доказывали реальность существования каких-то соединений инертных газов, весьма долго оставалось для многих непонятным и удивительным.[4]
Настоящий переворот в химии инертных газов произошел летом 1962 г., когда американскому химику Н. Бартлету удалось синтезировать соединение ксенона с гексафторидом платины. <...> К настоящему времени синтезировано и довольно подробно изучено около тридцати соединений ксенона, криптона и радона (большинство из них принадлежит ксенону, что касается радона, то известен только его фторид). Несмотря на то что вопрос о строении соединений инертных газов еще окончательно не решен, можно с уверенностью считать их самыми обычными химическими соединениями, обладающими настоящими химическими связями.[4]
До недавнего времени химиков удивляла способность инертных газов ― неона, аргона и радона ― давать соединения с водой, так называемые «газовые гидраты», имеющие вполне определённый состав и напоминающие по своим свойствам химические соединения. Сравнительно недавно удалось установить, что «газовые гидраты» ― это, по сути дела, те же соединения включения...[7]
— Сергей Кара-Мурза, «Клатраты: молекулы в гостях у кристаллов», 1966
...были получены и клатраты инертных газов с гидрохиноном. Гелий не даёт таких соединений, так как его атом слишком мал и свободно выходит из кристаллической ячейки. Интересно, что в свободном состоянии газ, содержащийся в клатратах гидрохинона, занимает объём в 100 раз больший, чем объём кристаллов, и поэтому клатратные соединения можно использовать для хранения инертных газов. Например, клатрат гидрохинона с Kr85 ― один из наиболее удобных в обращении источников излучения.[7]
— Сергей Кара-Мурза, «Клатраты: молекулы в гостях у кристаллов», 1966
Есть у неона черта, резко выделяющая его среди других благородных газов. Это ― ярко-красный цвет излучения, причем интенсивность и оттенки свечения неона сильно зависят от напряжения тока, создающего электрический разряд, и примесей других газов.[8]
«Не кажется ли вам, что есть место для газообразных элементов в конце первой колонны Периодической системы, т. е. между галогенами и щелочными металлами?» Это слова из письма Рамзая Рэлею. Письмо было написано, когда из всех инертных газов науке были известны лишь гелий и аргон. Место первого из них обозначилось в конце первого периода. Аргон заключил третий. А второй? В 1897 году Рамзай выступил в Торонто с докладом под названием «Неоткрытый газ». Пользуясь «методом нашего учителя Менделеева», как выразился учёный, он предсказал существование простого газа с плотностью по водороду 10, атомным весом 20 и иными, промежуточными между He и Ar, константами.[8]
Известно, что тяжёлые инертные газы оказывают на организм человека и животного наркотическое действие. Неону это свойство также присуще, но в очень малой степени, так как мала растворимость неона в жирах, крови, лимфе и других жидкостях организма. Чтобы появились первые симптомы наркоза, необходимо вдыхать смесь неона с кислородом под давлением не меньше 25 атмосфер. <...>
Как видно из диаграммы, неон ― самый малочисленный обитатель Земли из всех элементов своего периода. Это характерно для всех инертных газов, несмотря на то, что они ― элементы с чётными массовыми числами (таким элементам обычно присуща большая распространённость).[8]
Словом, процесс образования позитрония, в какой бы среде он ни происходил, требует строгих энергетических рамок. Эти энергетические «от и до» в физике называют щелью Оре ― в честь норвежского ученого, предложившего такую модель. Ширина щели определяется потенциалом ионизации окружающих молекул и энергией связи электрона с позитроном в атоме позитрония. Если по своим энергетическим данным позитрон попадает в щель Орё, то в среде инертного газа он почти наверняка образует атом позитрония, забрав электрон у одного из атомов. Но так обстоит дело только в инертных газах. В ином окружении это может случиться, а может и не случиться, потому что у процесса образования позитрония есть конкуренты.[22]
С возрастом природные воды насыщаются благородными газами. Аргон, ксенон, криптон и главным образом гелий образуются в процессе радиоактивного распада (альфа-распад ― это и есть образование гелия) и под действием космического излучения на атмосферные газы. Так как радиоактивные элементы «генерируют» гелий с постоянной скоростью, то за год из одного грамма урана, радия, тория образуется вполне определенное количество благородного газа. Накапливающийся под землей газ будет, естественно, растворяться природными водами, и по содержанию гелия в воде нетрудно узнать ее возраст. Для этого нужно сначала определить количество урана, радия и тория в породах; по которым текут подземные реки, рассчитать годовой выход газа и проанализировать пробу на гелий. А методика анализа сейчас освоена в совершенстве.[5]
— Анна Иванисова, «Сколько лет воде», 1969
Разумеется, соединения криптона и других благородных газов получить не легко. Так, кристаллический KrF2 был получен в результате воздействия тихого электрического разряда на смесь из фтора, криптона и аргона в молярном отношении 1:70:200. Условия реакции: давление ― 20 мм ртутного столба, температура ― минус 183° C. В сходных условиях образуется и тетрафторид криптона KrF4. При комнатной температуре оба фторида разлагаются, причем дифторид ― со взрывом. Но при температуре сухого льда (-78° C) и ниже эти бесцветные кристаллы довольно устойчивы. А по химическим свойствам это весьма активные окислители, вытесняющие хлор из соляной кислоты и кислород из воды. Они реагируют с органическими соединениями, замещая в них водород на фтор. Бумага, этиловый спирт и многие другие соединения от соприкосновения с KrF2 и KrF4 воспламеняются. Как компактные и достаточно удобные в обращении фторирующие агенты фториды криптона уже приобрели прикладное значение.[13]
В периодической системе есть несколько семейств тесно между собой связанных и обладающих схожими свойствами элементов. Например, элементы 2, 10, 18, 36, 54 и 86 (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон) являются инертными газами. Своё название эти газы получили из-за того, что практически не реагируют с другими веществами. До 1962 года учёные были уверены, что эти газы вообще не вступают в химические реакции. Однако в 1962 году стало ясно, что по крайней мере три из них — криптон, ксенон и радон — могут вступать в реакцию с фтором.[12]
— Айзек Азимов, «Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики», 1969
Сенсацией явилось получение соединений благородных газов. По правилам валентности им не полагалось бы образовывать какие-либо вещества. Поскольку по таблице Менделеева эти атомы (аргон, неон) обладают нулевой валентностью, они не должны вступать в связь с атомами другого сорта. По этой причине их и называют благородными, или инертными. В соответствии со сказанным можно придумывать молекулы, в которых углерод выступает как бы пятивалентным, фосфор ― восьмивалентным, а сера соединяется с тремя соседями. Законам природы это не противоречит.[23]
Молибден применяют для очистки благородных газов от примеси кислорода. Неон или аргон пропускают над нагретой до 600-900° C поверхностью молибдена, и она жадно поглощает кислород.[24]
— Борис Казаков, «Молибден», 1990
Не так давно в нашей стране группе ученых был выдан диплом на открытие, которое помогает предвидеть землетрясения. Они установили, что в месяцы, предшествующие катаклизму, в подземных водах близ будущего эпицентра землетрясения увеличивается количество благородных газов ― радона, гелия, аргона, а также соединений фтора и урана. Сейчас, зная эту закономерность, можно достаточно уверенно предсказывать землетрясения силой в четыре-пять баллов и выше.[15]
— Борис Надыкто, «Электронные фазы твердых тел», 2001
Гелий – элемент № 2. У него есть два электрона, именно столько требуется ему для заполнения своего единственного энергетического уровня. Благодаря такой «закрытой» конфигурации гелий является поразительно независимым веществом. Ему не приходится взаимодействовать с другими атомами, делиться электронами или воровать их, он всегда целый. Можно сказать, что гелий гармоничен сам по себе. Более того, подобная конфигурация наблюдается во всем восемнадцатом столбце под гелием – у газов неона, аргона, криптона, ксенона и радона. У всех этих элементов внешние оболочки «закрыты», на них красуется полный комплект электронов. Поэтому ни один благородный газ не реагирует с другими элементами при нормальных условиях. Вот почему, несмотря на исключительно упорные попытки обнаружить и назвать эти элементы (попытки предпринимались на протяжении всего XIX века), восемнадцатый столбец пустовал вплоть до 1895 года. Такая отрешенность от мирской суеты, роднящая благородные газы с идеальными окружностями и треугольниками, несомненно, очаровала бы Платона. Именно с очарованием можно сравнить чувства ученых, обнаруживших гелий и его собратьев на Земле, – неудивительно, что эти газы были названы «благородными».[18]
Именно с очарованием можно сравнить чувства учёных, обнаруживших гелий и его собратьев на Земле, – неудивительно, что эти газы были названы «благородными». Можно выразить эту идею и на языке Платона: «Он, обожающий всё совершенное и вечное и презирающий тленное и мирское, несомненно, предпочел бы благородные газы всем другим элементам. Ведь благородные газы никогда не изменяют себе, не колеблются, не потакают другим элементам – не то что плебеи, торгующие всякой всячиной на рынке. Эти газы непогрешимы и идеальны».[18]
...существуют суператомы. Эти скопления, включающие в себя от восьми до ста атомов одного элемента, обладают сверхъестественной способностью «притворяться» отдельными атомами других элементов. Например, если правильно сгруппировать тринадцать атомов алюминия, они начинают проявлять такие же свойства, как ядовитый бром. <...> Другие скопления атомов алюминия напоминают по свойствам атомы благородных газов, полупроводники, кальций и иные элементы, расположенные в совершенно других областях периодической системы.[18]
Размещение Гелия над Неоном и другими инертными газами было вполне понятно и оправдано во времена Менделеева, когда не знали о строении атомов, и не было квантовой механики. В самом деле, газ Гелий более инертен, чем все другие благородные газы и имеет наименьшую атомную массу среди них. Поэтому логично было ставить Гелий на первое место типозадающего элемента в гомологической группе инертных атомарных элементов-аналогов.
Но, когда открыли строение атомов, и было установлено, что в явлении периодичности свойств химических элементов лежит квантово-механическая основа формирования электронных оболочек, становится непонятным положение Гелия...[19]
— Сен Гук Ким, «Элементы», 2016
Между тем, существует Периодическая Таблица химических элементов по версии Жанета с четырьмя s-элементами в начале (на самом верху, справа, над всеми остальными s-элементами) Таблицы, которую он разработал ещё в конце 20-х годов XX века. <...>
Инертный Гелий <в этой таблице> возглавляет группу химически очень активных щелочноземельных металлов. Это для подавляющего большинства образованных (со средних школ, лицеев и гимназий) людей совершенно непривычно, более того, не приемлемо. Но если исходить из строения электронных оболочек атомов, то такое расположение Гелия научно оправдано.
Гелий является s-элементом, как щелочноземельные металлы, тогда как все благородные газы, над которыми его традиционно ставят в роли типозадающего в гомологической группе инертных элементов-аналогов, являются р-элементами.[19]
— Сен Гук Ким, «Элементы», 2016
...оганесон – элемент сверхтяжелый, а значит, из-за большого заряда ядра его электроны разгоняются до таких значительных скоростей, что возникает необходимость учитывать теорию относительностиЭйнштейна, и если включить ее в расчеты, то получается странная штука: вместо дискретных электронных оболочек электроны витают в более-менее равномерно размытом облаке электронного газа!
Благородные газы еще называют инертными, потому что они химически неактивны и участвуют в реакциях лишь в экстремальных условиях, как при апокалипсисе. Оганесон – исключение. Из-за необычного распределения электронов он легко отдает и принимает электроны, а значит, может быть химически реактивным. Получается, что оганесон – парадоксально неинертный благородный газ.
К тому же он вовсе и не газ в привычном понимании этого слова. В «размазанном» состоянии облака электроны оганесона легко поляризуются, а значит, атомы элемента будут связываться друг с другом прочными вандерваальсовыми взаимодействиями. Вместо того чтобы отскакивать друг от друга, словно футбольные мячики, как в типичных газах, атомы оганесона при комнатной температуре, вероятно, будут стремиться слипнуться в твердое вещество! Это уже не благородный газ, а благородная твердь какая-то.[21]
— Виктор Ковылин, «Оганесон – как странный сон», 2018
Подгруппа гелия в философии, публицистике и документальной прозе
Когда-то, до Рэлея и Рамзая, ученые были уверены, что воздух состоит только из кислорода и азота. Потом был открыт аргон. А Рамзай 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, Рамзай 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 инертными — ленивыми газами. Целая компания лентяев! И всех их Рамзай выделил из воздуха, очистил и изучил.[26]
В 90-х годах XIX века была открыта новая группа элементов ― шесть инертных газов (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон), причём вначале были открыты два из «их ― гелий и аргон, а компасом для открытия остальных служил периодический закон. Таким образом, периодический закон Менделеева был триумфально подтвержден многочисленными опытами. <...> После открытия инертных газов и других новых элементов оказалось, что химические свойства элементов, определяемые строением электронных оболочек, повторяются в периодах, содержащих 2, 8, 18 или 32 элемента.[27]
Аналогично этому в 90-х годах XIX века спектральным путём открывались и исследовались инертные газы английскими химиками Рамзаем и Траверсом, поскольку в силу своей химической недеятельности эти газы не могли быть изучены с помощью химических реакций. Однако каждый из этих газов обладал специфически отличным спектром, подобно любому химическому элементу.[28]
— Бонифатий Кедров, «Опыт методологического анализа научных открытий», 1960
Рассматривая редкоземельные элементы в их совокупности, периодическая система ничего не могла сказать об их индивидуальных свойствах. И не могла объяснить, почему для церия, празеодима и тербия известно четырехвалентное состояние, а для самария и европия ― двухвалентное. Это и сделал в 1929 г. немецкий химик Вильгельм Клемм. Своеобразными «инертными газами» в его таблице были трёхвалентные ионы лантана, гадолиния и лютеция. В этом случае ион лантана имел, как говорят физики, электронную конфигурацию ближайшего «обычного» инертного газа ксенона; ион лютеция ― ту же структуру плюс заполненная подоболочка, содержащая 14 электронов; у гадолиния же эта подоболочка заполнялась наполовину (семь электронов). Так Клемму удалось объяснить аномальные (отличные от трёх) валентности лантаноидов.[29]
— Дмитрий Трифонов, «Настанет ли век редкоземельных элементов?», 1965
Открытие аргона и гелия столкнуло периодический закон с большими трудностями. Возник вопрос о размещении новых элементов в периодической системе. Принцип периодического повторения свойств элементов не мог допустить существования только аргона и гелия. Поместив гелий между водородом и литием, а аргон ― между хлором и калием, Уильям Рамзай предположил, что недостающие элементы должны быть аналогами аргона и гелия и обладать сходными свойствами. Иными словами, это должны быть более тяжёлые инертные газы… Действительно, в 1897-1898 гг. были открыты неон, криптон и ксенон.[4]
Намного позже, в 1923-1925 гг., Р. Форкран тем же методом синтезировал гидраты криптона и ксенона, которые оказались значительно устойчивее гидрата аргона. Таким образом, гидраты были получены только для трёх инертных газов, а для остальных ― радона, неона и гелия ― они оставались неизвестными. Открытие этих гидратов, которые бесспорно доказывали реальность существования каких-то соединений инертных газов, весьма долго оставалось для многих непонятным и удивительным. Некоторую ясность в этот вопрос внесли исследования советского химика Б. А. Никитина по химии радона и других инертных газов, проведенные в период с 1935 по 1952 г. Несмотря на то, что число известных молекулярных соединений довольно велико, теория их была почти не разработана. <...> Никитину впервые удалось получить кристаллогидраты радона и неона. <...> Основываясь на химических свойствах инертных газов и разности упругости диссоциации их гидратов, Б. А. Никитин разработал метод разделения этих гидратов. Исследования Б. А. Никитина в области химии инертных газов по оригинальности выполнения и принципиальному значению можно назвать классическими. Но все же полученные им соединения инертных газов нельзя считать истинно химическими.[4]
Существование инертных газов предсказал в 80-х годах прошлого столетия видный русский учёный и революционер Н. А. Морозов. В книге «Периодические системы строения вещества» Н. А. Морозов, анализируя систему строения органических веществ, писал, что в органических веществах переход между соединениями с резко противоположными свойствами совершается через вещества с пассивными (инертными) свойствами. Он пришёл к выводу, что в периодической системе элементов переход от активнейших галогенов с наиболее выраженными электроотрицательным и свойствами к электроположительным щелочным металлам должен происходить через элементы инертные. Эти вещества должны быть газообразными, ― считал Морозов. В той части периодической системы элементов, где сейчас находятся гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон, он поставил числа 4, 20, 40, 82 и т. д. ― предполагаемые атомные веса недостающих элементов. Создатель периодического закона Д. И. Менделеев не был знаком с книгой Н. А. Морозова, и до открытия инертных газов нулевой группы в его системе не существовало.[4]
...в 1894 году по всему миру разнеслась сенсационная весть: в атмосферном воздухе найден новый химический элемент ― аргон! Открытие принадлежало Уильяму Рамзаю. Оно вызвало много споров, сомнений: для нового элемента не находилось места в периодической системе, созданной в 1869 году русским химиком Д. И. Менделеевым… А открытия продолжают следовать одно за другим. В следующем году Рамзай возвестил о получении им в лаборатории гелия ― элемента, в 1868 году открытого на Солнце. В 1898 году Рамзай и его ассистент М. У. Траверс в остатке от испарения жидкого воздуха обнаружили еще три недеятельных газа; Рамзай окрестил их «инертными». Это были криптон, неон и ксенон. Работы Рамзая и его сотрудников открыли новую эпоху в химии. «Благородные» инертные газы составили нулевую группу в менделеевской таблице. (Позже к ним присоединился и радон).[10]
— Сергей Погодин, «Открытие нулевой группы элементов», 1968
Однако Менделеев сам нарушил свой исходный принцип, поместив в двух случаях более тяжёлый элемент перед более лёгким. После открытия нулевой группы появилась и третья аномальная пара.[30] Перестановки в этих парах, в соответствии с возрастающими атомными весами, означали бы резкое нарушение в периодичности. Щелочной металл оказался бы вместе с благородными газами, а благородный газ ― со щелочными металлами. Значит, закон истинен, а исходная идея об определяющей роли массы атома ― ошибочна. Только после открытия внутреннего строения атома был раскрыт смысл этого противоречия.[31]
Но вот что любопытно. Самого Менделеева необычайно занимал вопрос: а почему Периодическая система должна начинаться именно с водорода? Что мешает существованию элементов с атомным весом, меньшим единицы? И в качестве такого элемента в 1905 году Менделеев называет… «мировой эфир». Более того, он помещает его в нулевую группу над гелием и рассчитывает его атомный вес ― 0,000001! Инертный газ со столь малым атомным весом должен быть, по мнению Менделеева, всепроникающим, а его упругие колебания могли бы объяснить световые явления…[14]
С изменением представлений об осмысленности или бессмысленности понятий меняется и представление и о самой сущности научной истины. Меняется представление об очевидности. Как в своё время все знали, что гроза вызывается высшими силами, так теперь все знают, что причина грозы ― в атмосферном электричестве. Наличие у инертных газов свойства не вступать в химическое соединение было настолько очевидным, что это свойство было закреплено в самом названии «инертные»; когда же в 1962 г. были получены первые соединения с участием этих газов, химики, по-видимому, не испытали никакого стыда, а лишь с удовольствием констатировали, что «для объяснения строения этих соединений не потребовалось принципиально новых представлений о природе химической связи»...[16]
— Владимир Успенский, «Семь размышлений на темы философии математики», 2002
Лучше всего использовать принципиально новые источники свечения ― металлогалогеновые лампы, более известные как ксеноновые. Ксеноновая лампа ― газоразрядная колба, наполненная смесью инертных газов, включающих ксенон.[32]
— Ксеноновый свет ― что это такое и зачем это нужно, 2004
Начнём с восемнадцатого столбца, крайнего справа. В нём расположены благородные (инертные) газы. «Благородный» – немного старомодное слово, которое ассоциируется скорее с этикой и психологией, чем с химией. Действительно, термин «благородные газы» зародился в колыбели западной философии – Древней Греции. Именно в Греции жил Платон, впервые предложивший термин «элемент» (по-гречески – «стойхейя»). Это слово он использовал как общее название для мельчайших частиц материи. <...>
...во всех своих диалогах Платон подчеркивал, что абстрактные и неизменные сущности по природе своей более благородны, чем те субстанции, которые перемешиваются друг с другом и взаимодействуют с грубой материей.[18]
А что вообще там <на Марсе> в атмосфере? Есть углекислый газ, есть азот, из которого, в основном, состоит воздух на Земле. Есть инертный газ аргон, которого довольно много, но он практически незаметен, на то он инертный газ.[33]
— Александр Родин, «Погода и климат на Марсе», 2013
Чем глубже опускается под воду человек, тем дольше проходит декомпрессия. Так, чтобы подняться с глубины, например, 300 метров, требуется около 12 суток. Но даже такой медленный подъем в гипербарическом комплексе не позволяет на 100% вывести пузырьки инертного газа из организма. Это приводит к целому ряду профессиональных болезней ― так называемых кессонных заболеваний.[34]
«(Гелий, ― объяснял Митя в скобках, ― был назван так в честь Солнца: ведь по-гречески Гелиос значит Солнце; а гелий был найден учеными сначала на Солнце и только потом на Земле)».
― То есть как это: сначала на Солнце и только потом на Земле? ― Маршак ударил Митю по колену. ― Ведь не могли же ученые слетать на Солнце? Что-то не понимаю я ничего в ваших скобках! ― повторял Маршак и тряс Митю за колено. ― Ничего не понимаю. Митя терпеливо объяснил: речь идет о том, как учёные открывали один за другим «ленивые», инертные газы. Среди них и гелий. В скобках дано разъяснение: гелий, в отличие от других, найден был сначала на Солнце, а потом на Земле. Потому и назван в честь Солнца.
― И об этом событии вы сообщаете в скобках! Раньше на Солнце, потом на Земле. Да чего стоят все ваши подробности ― какие-то там горелки, и пробирки, и опыты! и биографии ученых! если вы сами не знаете, о чем пишете?
― Я? Я не знаю? ― взвился Митя. ― Я пишу книгу о спектральном анализе. Вы меня просили написать о самом процессе исследования. Вот я и пишу популярно и подробно.[35]
Мы клянёмся и божимся, что ни в чём так не нуждаемся, как в правде. Правда для нас что кислород, — но воздух, которым мы дышим, состоит не только из кислорода. Как нам известно еще из средней школы, кислорода в воздухе чуть больше одной пятой. Четыре пятых воздуха или, иначе говоря, земной атмосферы состоят в основном из азота и чуть-чуть из благородных газов и углекислого газа. <...> Сталкиваясь с бесчисленными несообразностями и противоречиями, человек чувствует неодолимую потребность мысленно хотя бы упорядочить этот хаос и гармонизировать картину мира. С помощью одних фактов этого не добьёшься.[36]
— Лев Левицкий, «Термос времени», дневник от 10 июня 1997
Мир камней демократичнее, чем мир людей. Смешную иерархию элементов придумали люди. Золото они назвали «благородным» за то, что оно не подвержено коррозии, а ксенон с криптоном полупрезрительно окрестили «инертными газами» ровно за то же самое свойство ― нежелание вступать в случайные контакты с другими.[37]
— Василий Авченко, «Кристалл в прозрачной оправе». Рассказы о воде и камнях, 2015
Подгруппа гелия в беллетристике и художественных текстах
Наконец, о высоте атмосферы говорят и огни северного сияния. Человек давно любовался этой небесной иллюминацией, но только сравнительно недавно мы узнали, что спектр этих необычайно красивых огней состоит главным образом из линий благородных газов и особенно гелия. Линии кислорода, азота, неона и гелия сверкают в северном сиянии еще на высоте восьмисот километров. Возможно, что электрические силы вихрями отрывают и поднимают к высоким слоям атмосферы атомы ее газов. Но как бы то ни было, эти атомы существуют даже на такой огромной высоте.[2]
Видимо, огненное дыхание синей звезды согнало прочь покров лёгких газов, длинным, слабо сиявшим хвостом тянувшийся за планетой по ее теневой стороне. Разрушительные испарения фтора, яд окиси углерода, мёртвая плотность инертных газов ― в этой атмосфере ничто земное не просуществовало бы и секунды. Из недр планеты выпирали острые пики, рёбра, отвесные иззубренные стены красных, как свежие раны, черных, как бездны, каменных масс. На обдутых бешеными вихрями плоскогорьях из вулканических лав виднелись трещины и провалы, источавшие раскаленную магму и казавшиеся жилами кровавого огня.[3]
Снабдить один из водяных баков самозахлопывающейся крышкой. Положить туда в виде приманки сосуд со свежей кровью, а не консервированной из врачебного запаса. Кровь даст любой из астролётчиков. Если чёрное «нечто» проникнет туда и крышка захлопнется, то через заранее подготовленные краны надо продуть баллон инертным земным газом и заварить наглухо края крышки.[3]
И могло показаться, что всё очень просто: выделить, разделить, взвесить, измерить… Но аргона ничтожно мало в минералах. За ним увязывается его близнец, такой же инертный газ ― гелий. Мешает и воздух, от которого нелегко избавиться, а ведь в нем тоже есть аргон. Оставлять его нельзя ― часы будут врать. К счастью, аргон атмосферный ― другой изотоп, с другим атомным весом. В минерале запрятаны ― хотя и в микроскопических дозах ― азот и водород, углекислый газ и водяные пары, гелий и аргон. До конца пути должен дойти только последний, остальные надо отсеять. И минерал плавят в почти полной пустоте, при давлении всего в одну десятимиллионную долю атмосферы.[38]
...опыты Николаева-Графтена с жидкими газами переменного состава (а нам, подчеркиваю, неизвестен состав жидкости) показывают, что в определённых условиях ряд промежуточных соединений благородных газов играет роль замедлителей испарения. Это лабораторный факт.[39]
Человек купался в смеси благородных газов, купался там, где никогда не было и не будет солнца. Инженер громко фыркал от удовольствия. Волночки с тихим шелестом набегали на берег. Кругом медленно темнело.[39]
Преступники брали его в подельники, так как, хорошенько толкнувшись, живой мертвец мог перелететь через любой забор. И вообще, наделенный такой летучей проходимостью, человек представлял собой особенную ценность. Правда, он при этом мучился изменённым сознанием: замена крови инертным газом придвигала его к полуживым существам, наделяла свойством призрака, какой-то особенной, медленной странностью, делавшей его посторонним всему на свете…[17]
Драгоценности, которые я ей дарил, она ни разу не надевала после примерки, хранила их в запрятанной в белье коробке из-под трюфелей, и тяга ее ко мне была не выше физиологической вынужденности. Возможно, всё это искажено и усилено болью и общим нездоровьем, которое преследует после расставания с Терезой, и я не могу теперь отринуть от себя фантомную часть жизни, она стала больше меня самого, я полон ею, как воздушный шар полон летучим инертным газом.[40]
↑ 12345Сен Гук Ким, Ирина Ким, Дмитрий Ким. Элементы. — Санкт-Петербург: ООО «СУПЕР Издательство», 2019 г.
↑С. Соколова. Оганесон: попасть в клеточку. — М.: «Кот Шрёдингера» № 12 (26), 2016 г.
↑ 12Виктор Ковылин. Оганесон – как странный сон. По материалам: Science News, Химия и жизнь. Научная статья: Physical Review Letters (Jerabek et al., 2018) — М.: the Batrachospermum Magazine, 11.07.2018 г.
↑А. И. Китайгородский. Заглянем в будущее (серия «Эврика»). — М.: Молодая гвардия, 1974 г.
↑Б.Казаков, «Молибден» (статья) — М., журнал «Химия и жизнь», № 3, 1965 г.
↑Борис Надыкто. Электронные фазы твердых тел. — М.: «Российский химический журнал», 2001 г.
↑М. П. Бронштейн «Солнечное вещество». — М.: Детиздат ЦК ВЛКСМ, 1936 г.
↑В. И. Гольданский, Основа науки о веществе. ― М.: «Наука и жизнь», № 9, 1951 г.
↑Б. М. Кедров «Опыт методологического анализа научных открытий». — М.: Вопросы философии, № 5, 1960 г.
↑Д. Трифонов. Настанет ли век редкоземельных элементов? — М.: «Химия и жизнь», № 2, 1965 г.
↑Речь идёт о следующих парах элементов: теллур (с массой 127,6) был помещён впереди йода (126,9), кобальт (с массой 58,9) впереди никеля (58,7) и, наконец, торий 232,0 впереди протактиния (231).
↑М. В. Волькенштейн, «Не нуждаясь в мистических санкциях...» — М.: «Химия и жизнь», № 9, 1968 г.
↑Ксеноновый свет ― что это такое и зачем это нужно. — «Калининградские Новые колеса» 26 ноября 2004 г.
↑Александр Родин. Погода и климат на Марсе. — М.: «Знание-сила», №12, 2013 г.
↑А. М. Городницкий. Тайны и мифы науки. В поисках истины. — М.: Эксмо, Яуза, 2014 г.
