История химии с древнейших времен до конца XX века. В 2 т. Т. 2

Некоторые выводы чешского химика оказались преждевременными, спорными и гипотетичными. Как выяснилось в последующих работах, Б. Браунер ошибался, считая все РЗЭ четырехвалентными металлами^{298}. Поэтому неверным оказалось их размещение в четвертой группе Периодической системы[21]. Б. Браунер не дал и не мог дать обоснования причин близости химических свойств РЗЭ. Это объяснение было получено значительно позже.

В дальнейшем было решено разместить РЗЭ в третьей группе

шестого периода, если небезосновательно предположить, что он длиннее, чем четвертый и пятый, которые, в свою очередь, длиннее, чем второй и третий периоды. 

2.6.2. Открытие благородных газов

«Мир химических процессов, — писал К.А. Винклер в 1897 г., — подобен театральным подмосткам, на которых непрерывно разыгрывается сцена за сценой. Действующими лицами являются в них элементы. Каждому из элементов назначена своя особенная роль, иногда роль статиста, иногда роль одного из главных действующих лиц»^{299}.

К началу 90-х годов XIX в. английский физик Джон Уильям Cmpamm

, лорд Рэлей, с большой точностью экспериментально определил атомные массы кислорода, водорода и азота. При этом ему удалось заметить странную закономерность: атомная масса азота имела переменные значения в зависимости от происхождения исследуемого вещества.

Значения атомной массы N, полученного перегонкой жидкого воздуха, немного превышали аналогичные параметры, рассчитанные для азота, выделенного химическим путем, например, при разложении оксидов азота, аммиака, мочевины или нитрита аммония. Было установлено, что 1 л N₂, полученного первым способом, имеет массу 1,2521 г, а для азота, приготовленного разложением веществ, эта характеристика составляла 1,2505 г. Эта разница была не так уж мала, чтобы можно было причислить ее к систематической погрешности эксперимента. К тому же она постоянно повторялась независимо от источника получения азота химическим способом. Эта ситуация известна в истории науки как «парадокс десятичного знака».

^{Джон Уильям Стратт, лорд Рэлей (1842–1919)} 

Не придя к разгадке результатов эксперимента, осенью 1892 г. Рэлей в журнале «Nature» опубликовал письмо к ученым с просьбой дать объяснение этому факту. C воззванием ознакомились многие ведущие специалисты в области химии и физики, однако никто из них не оказался в состоянии ответить на поставленный вопрос.

Этой проблемой заинтересовался шотландский химик Уильям Рамзай. Он вспомнил об опытах Г. Кавендиша (см. т. 1, глава 6, п. 6.6.2), который пытался связать азот воздуха с кислородом. В течение многих недель он подвергал воздействию электрического разряда в U-образных трубках обогащенный кислородом атмосферный воздух, в результате чего в них образовывались все новые порции NO₂, которые исследователь периодически пропускал через раствор щелочи. Кавендиш в свое время обнаружил, что последний пузырек газа не удавалось заставить взаимодействовать с кислородом ни при каких условиях. Английский ученый оценил объем оставшегося газового пузыря примерно как 1/120 часть от первоначального объема воздуха. Разгадать головоломку Г. Кавендиш не смог, поэтому прекратил свое исследование, даже не опубликовав его результатов. Только спустя много лет английский физик Джеймс Максвелл (см. т. 2, глава 3, п. 3.2) собрал и напечатал неизданные рукописи и лабораторные записи Г. Кавендиша.

Уильям Рамзай (1852–1916) 

У Уильяма Рамзая также не было готового ответа, тем не менее, он предложил Рэлею свое сотрудничество. Интуиция побудила Рамзая предположить, что азот воздуха содержит примеси неизвестного и более тяжелого газа. Джеймс Дьюар (см. т. 2, глава 3, п. 3.2.6) обратил внимание Рэлея на описание старинных опытов Кавендиша, которые уже были к этому времени опубликованы.

Пытаясь решить поставленную задачу, каждый из ученых пошел своим путем. Рэлей повторил опыт Кавендиша в увеличенном масштабе и на более высоком техническом уровне. Газ, оставшийся после поглощения раствором щелочи оксидов азота и CO₂, Рэлей высушивал и пропускал в течение нескольких дней через фарфоровую трубку с нагретыми медными опилками, связывающими остатки кислорода.

У. Рамзай воспользовался открытой им способностью нагретого металлического магния поглощать азот, образуя твердый нитрид магния. Несколько литров азота, полученного из сжиженного воздуха, шотландский химик многократно пропускал через собранный им прибор. Через 10 дней объем газа перестал уменьшаться, следовательно, весь азот оказался связанным. Одновременно путем соединения с медью был удален кислород, присутствовавший в качестве примеси к азоту. Уже в первом опыте, выполненном по описанной методике, Рамзаю удалось собрать около 100 см³ нового газа.