|
A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. A légkör összetételére vonatkozó ismereteink nem régi keletűek. A múlt század folyamán csak egyetlen gázt ismertek: a levegőt. Mikor azt látták, hogy valamely test, pl. a víz elpárolog, azt mondták: átváltozik levegővé. Ilyen átalakulások elképzelése akkor semmi nehézséget sem okozott; az anyag megmaradásának törvénye s az elemek tana később fejlődött csak ki.
1772 körül Scheele svéd és Priestley amerikai vegyészek észrevették, hogy a levegőben két különnemű gáz van összekeveredve, melyek ellentétes tulajdonságúak. Ezen két gáz valódi természetét pár évvel később Lavoisier, a híres franczia chémikus kutatta ki; kimutatta, hogy az egyik, melyet oxigénnek nevezett el, az égést táplálja, a másik, a nitrogén, pedig nem. Meghatározta azt is, hogy bizonyos térfogatú levegőnek része oxigén és része nitrogén.
A későbbi chémikusok azután megállapították, hogy a levegő összetétele állandó. Lord Henry Cavendish valami 60 fajta levegőt gyűjtött össze, melyek a föld különböző helyeiről és különböző időkből származtak, megvizsgálta mindegyiknek összetételét és azt tapasztalta, hogy az oxigén és nitrogén aránya állandó.
A jelen század chémikusai azután kimutatták, hogy a levegőben az oxigénen és nitrogénen, mint főalkatrészeken kívül még más gázok is előfordulnak. Ezen nem is csodálkozhatunk, hiszen a föld mélyéből, felületéről és a vizekből kiáramló gázok mind a levegőbe kerülnek. Valamint a föld folyóvizei az óceánba jutnak, úgy a chémiai átalakulásoknál fejlődő gázok a légóceánba áramlanak. A levegő ily mellékalkatrészei: a vízgőz, szénsav, ózon és az ammoniak. Ezek azonban összevéve is a levegőnek csak kis részét teszik ki; liter levegőből l. esik a nitrogénre, l. az oxigénre és csak l. a mellékalkatrészekre. Kivált az ózon és ammoniak mennyisége nagyon csekély; köbméter levegőben van gr. ózon és gr. ammoniak.
Képzelhetjük, mily finom meghatározások szükségesek ahhoz, hogy ily csekély mennyiségek is felismerhetők és lemérhetők legyenek! A mai tudomány emberei azonban még tovább mentek, ilyan alkatrészeket is fedeztek fel a levegőben, melyek még ezerszer, sőt százezerszer kisebb részét képezik annak, mint az ammoniak. Ilyen járulékgázok: a szénoxid, kénes sav, kénhydrogén, mocsárgáz, jód stb. Némelyikből 1 köbkilométerben nem fordul elő több grammnál s a chémiai analysis mégis felismerte.
Mikor a chémia ily finom meghatározásokat végrehajtani képes, méltán csodálatot és kételkedést kelthetett az a jelentés, mellyel Lord Rayleigh és William Ramsay, híres angol tudósok 1895 január havában lepték meg a tudományos világot. E szerint ők a levegőben olyan új gázt fedeztek fel, mely abban háromszor nagyobb mennyiségben fordul elő, mint a vízgőz és sok ezerszerte nagyobb mennyiségben, mint a járulékalkatrészek bármelyike, melyeknek arányszáma régóta meg van állapítva. A csodálatot az keltette, hogyan maradhatott ez a nagy mennyiségű gáz oly sokáig ismeretlenül, holott az ügyes chémikusok a sokszorta kisebb mennyiségű többi alkotórészeket oly pontosan felismerték és lemérték.
A hír igaz volt, mert a két felfedező az új gázt literszámra tudta előállítani és a többi gáztól elütő tulajdonságait megállapítani. A tudomány e ritka jelenségét megértjük, ha az új gáz tulajdonságaival megismerkedünk. Előbb azonban elmondjuk, minő okoskodások és kísérletek útján jutott a két nagy angol tudós az új gáz felfedezéséhez.
Lord Rayleigh hosszú évek során át azzal foglalkozott, hogy a különböző gázok sűrűségét egész pontosan lemérje. Méréseinek során a nitrogén is kísérletezés alá került. A nitrogént kétféle úton nyerte: 1. oly vegyületekből, melyeknek egyik elemét a nitrogén képezi (pl. ammoniumnitrát, ureum, nitrogénoxidul st.), 2. a levegőből. Az első fajta nitrogén a chémiai nitrogén, a második fajta pedig a légköri nitrogén. Feltűnt neki, hogy a légköri ntirogén mindig súlyosabb, mint a chémiai, ugyanis
a légköri nitrogén literének súlya gr. a chémiai nitrogén literének súlya gr.
Az eltérés ugyan csak a harmadik tizedesnél kezdődik, de hogy állandóan meg van, annak bizonyára van oka. Miért nehezebb a légköri nitrogén, mint a chémiai? Először kísérleteiben nem bízott, variálta őket mindenféleképpen; majd ismét más tudósok adataihoz fordult, de az eredmény mindig csak az volt. Mikor látta, hogy a meghatározások helyesek, a rendhagyóságnak magyarázatát igyekezett adni. Sok sikertelen elmélkedés után ahhoz az egyszerű és terrmészetes magyarázathoz fordult, hogy a légköri nitrogén azért súlyosabb, mert benne valamely ismeretlen súlyosabb gáz van. A feladat most már az volt: a két gázt egymástól elválasztani. Ennek végrehajtása czéljából szövetkezett Ramsay-vel, a híres chémikussal.
A feladat abból állott: az új gázt a nitrogéntől valami módon megszabadítani, vagy a mint a chémikusok mondják, a nitrogént redukálni. A művelet aránylag könnyű szerrel végezhető. Egy nagy üvegcsőbe körülbelül liter légköri levegőt zártak el, melyet előbb a porrészecskéktől, ózontól, ammoniaktól, szénsavtól és vízgőztől megtisztítottak. A csövön azután két platina elektród között elektromos szikrákat bocsátottak át. Az elektromos energiát egy volt sarkfeszültséggel dolgozó Ruhmkorff szolgáltatta. A kisülések hatása alatt a nitrogén az oxigénnel nitrogéndioxiddá egyesült, a keletkező vegyületet a csőben lévő alkalikus oldat elnyelte. Bizonyos idő múlva a csőben lévő összes oxigén elfogyott; hogy a nitrogén reductióját tovább folytathassák, új oxygén mennyiséget kellett a csőbe bevezetni. Ily módon mintegy napi folytonos elektromos kisülések hatása alatt, miközben liter oxygén fogyott el, a nitrogén teljesen redukálva volt; a csőben nem maradt belőle egy szemernyi sem; az egész teret az új gáz töltötte ki. A liter levegőből hátramaradt gázmaradék a normális nyomás alatt -nyi tért foglalt el. Ez volt az új gáz, az argon, miként felfedezői elnevezték.
Az argon felfedezése nem a véletlen, nem a kísérleti esetlegesség műve. Rayleigh számításai alapján már több évvel a tényleges előállítás előtt kimondta, hogy a levegőben kell valamely, eladdig ismeretlen gáznak lenni, melynek sűrűsége nagyobb, mint a nitrogéné. Az argon Rayleigh lelkében már meg volt akkor is, midőn tényleges előállításától még nagyon messze volt. Ez a felfedezés a szigorú gondolkodás, a kétségbevonhatatlan számadatok eredménye; "a harmadik tizedes győzelme," mint azt Rayleigh tréfásan mondani szokta. És valóban, hisz a kiindulási pontot az a körülmény szolgáltatta, hogy a légköri nitrogén sűrűsége a harmadik tizedesjegyben eltér a chémiai úton nyert nitrogén sűrűségétől. Rayleigh gondolatmenete és következtetései erősen emlékeztetnek azon módra, mellyel Leverrier, a híres franczia csillagász, a Neptun bolygó pályáját, helyét és nagyságát előre meghatározta, úgy, hogy a messzelátót csak az ég kijelölt helyére kellett irányítani és a bolygó fel volt fedezve.
Az argon előállításának módján a felfedezők újabban sokat egyszerűsítettek; ma már óránként 7-8 liter argon gázt tudnak gyártani. Elegendő gáz állván rendelkezésükre az argon physikai és chémiai tulajdonságait megállapították; meghatározták azon arányszámot is, mely szerint a levegő gázkeverékében helyet foglal. E szrint liter levegőben van liter oxigén, liter nitrogén és liter argon. A súlyviszonyok a gázok különböző sűrűsége miatt kissé mások: gr. levegőből gr. oxigén, gr. ntirogén és gr. argon.
Oly teremben, melynek hossza m., szélessége és magassága is m., van liter levegő; ebből nitrogén liter, melynek súlya kg., oxygén liter, melynek súlya kg. és argon liter, melynek súlya kg. Az argon tehát a légkör elég tekintélyes részét teszi ki.
Az argon -szer sűrűbb a hydrogénnél és -ször sűrűbb a levegőnél; liter argon súlya gr., tehát jóval súlyosabb, mint a többi légköri gázok, kivéve a szénsavat; ugyanis l. oxygén súlya gr., liter nitrogén gr., l. szénsav gr., l száraz levegőé pedig gr. A többi physikai tulajdonságai közül említést érdemel, hogy a víz nagy mohósággal nyeli el; ezen körülménynek tulajdonítandó, hogy az eső és a folyóvizek argontartalomban igen gazdagok.
Az argon legnevezetesebb sajátsága: teljes chémiai tétlensége, melynél fogva semmiféle elemmel sem vegyül. E tekintetben egyedül áll az elemek közt, ilyent még eddig nem ismertünk. Már maga a nitrogén is igen nehezen vegyül, azonban az elektromos szikra hatása alatt az oxygénnel és magas hőfokon a fémekkel mégis egyesül; mindezen körülmények hatástalanok az argonra. Felfedezése óta nagyon sok kísérletező különféle feltételek alatt a legtöbb elemmel próbálta egyesíteni, de mindig siker nélkül. Az argon tehát oly elem, melynek chémiai tulajdonságai nincsenek; valódi physikai elem. A föld megszilárdulása óta ott van a légkörben, de a végbemenő jelenségek tétlen szemlélője maradt, maga nem vett bennük részt.
Ramsy az argon vegyületei után hiába kutatott, de ezen munkája nem maradt haszontalan, mert egy másik új elem felfedezéséhez vezetett. A cleveit nevű ritka ásványfajról ismeretes volt, hogy ha kénsavval forralják, akkor gázt bocsát ki, melyről azt tartották, hogy nitrogén. Ramsay megvizsgálta és azt tapasztalta, hogy sem nem nitrogén, sem nem argon, hanem egy új gáz.
Ismeretes, hogy a gázok legjellemzőbb tulajdonságai közé tartozik az a színkép, melyek a spektroszkópban mutatnak. Minden gáz izzó állapotában színes sugarakat bocsát ki, melyek egy prizmán áthaladva, különböző törést szenvednek; ha azután a prizmán keresztülhatoló megtört sugarakat messzelátóval szemléljük, az egyes sugaraknak megfelelő színes vonalakat látunk egymás mellett. Ezen vonalak alkotják a színképet. Minden testnek meg van a maga jellemző színképe, pl. a natriumot két fényes sárga vonal, a lithiumot két vörös vonal, a hydrogént két kék és egy vörös vonal jellemzi stb.
Crookes már év előtt a Napban oly színképet fedezett fel, melyhez megfelelőt a földön hiába keresett, holott a nap legtöbb eleme ugyanaz, mint a földé. Ezen ismeretlen elemet, melytől az a színkép származott, elnevezte helium-nak. Ramsay a cleveit ásványból nyert új gázt elküldte Crookesnak, hogy vizsgálja meg. Crookes legnagyobb meglepetésére azt tapasztalta, hogy az új gáz színképe teljesen ugyanaz, mint a Napban feltételezett héliumé. Így tehát végre a földön is megtalálták azt az elemet, melyet évvel előbb a Napban fedeztek fel.
A helium jelentékeny mennyiségben a cleveiten kívül más ásványfajokban is előfordul. Éppúgy, mint az argon a forrásvizekben is fel van oldva. Ramsay egy meteoritban is feltalálta. A légkörben csak minimális része szerepel. Az argonnal ellentétben, a helium gyakran képez vegyületeket. Sűrűsége kicsiny, csak körülbelül kétszer nagyobb, mint a hydrogéné. Az utóbbi gázhoz annyiban hasonlít, hogy nehezen folyósodik. Múlt május havában Dewar angol tudós folyósította először a heliumot és a hydrogént is, amazt , ezt fokon.
Egyszerű test-e az argon és a helium? Ez utóbbi többek észlelései szerint csakugyan úgy viselkedik, mint az egyszerű testek vagy elemek. Nem úgy azonban az argon. Oly jelenségek merültek fel, melyek Ramsay szerint azt engedték gyanítani, hogy nem is annyira egyszerű gázzal, hanem inkább gázkeverékkel van dolga. Meg akart róla bizonyosodni. Két út kínálkozott: 1. a színképi vizsgálat, 2. a folyósítás. Saját kísérleteiben nem bízott teljesen, azért az első vizsgálat megejtésére Crookest, a másodikra pedig Olszewski-t kérte fel, kik ezen szakokban elsőrangú szaktekintélyek. Crookes az ő kitűnő színképelemző készülékében megvizsgálta az argon színképét és a következőket tapasztalta: az argon színképe nem állandó, mint a többi elemeké, hanem a gáz nyomása szerint változik; ily módon az argon a körülmények szerint több színképet mutat; az egyikben a vörös vonalak túlnyomók, a másikban pedig a kékek. Ez a körülmény arra a következtetésre utal, hogy az argon nem egyszerű test, hanem gázkeverék.
Olszewski a folyós levegő segítségével, melyet nagyban tudott előállítani, folyósította az argont. Ez a gáz C foknál és afm. nyomás alatt színtelen, átlátszó folyadékká változik, melynek sűrűsége körülbelül -szer nagyobb, mint a folyós vízé. Ha a hőmérsékletet még jobban süllyesztette, az argon megszilárdult és átlátszó kristályokat alkotott. Még alacsonyabb hőfoknál a kristályok tejszínűvé váltak s átlátszóságukat elvesztették. Ezt a rendhagyó magaviseletet csak úgy tudjuk megmagyarázni, ha felvesszük, hogy az argonnak nevezett gáz nem tiszta, hanem más anyagokat is tartalmaz.
Crookes és Olszewski eredményei megerősítették Ramsayt azon véleményében, hogy az argon nem tiszta gáz; hozzá kellett látni a többi gázok elválasztásához. De hogyan? Ezekről is fel kellett tenni, hogy épp oly kevéssé vegyülnek más elemekkel, mint az argon. A chémiai módszerek nem vezethettek czélhoz, a physikaiakhoz kellett tehát fordulni. Eljárása abból állott, hogy az argont folyósította. A szükséges igen alacsony hőmérsékletet a folyós levegő segítségével, mely mai nap már kereskedésben is kapható, állította elő. A gázkeverék azon része, mely előbb fagy meg, mint az argon, a cső fenekén szilárd kristály alakjában vált ki, az argon pedig körülötte még folyós állapotban volt. Ezután a folyós argont elpárologtatta, s a kristályt képező anyagot külön csőben fogta fel. Ez volt az az anyag, mely az argon tisztátalanságát részben okozta. Tulajdonságainak megvizsgálására nem kellett egyebet tenni, mint a cső igen alacsony hőmérsékletét megszüntetni (a csövet kivenni a folyós levegőből), miközben a kristály lassan megolvadt és elpárolgott. Az így nyert gáz a metargon nevet kapta. Sűrűsége atm. nyomásnál (hydrogéné. Tulajdonságai nagyon közel állanak az argon tulajdonságaihoz.
De a metargon nem volt az egyetlen test, mely az argonnal együtt gázkeveréket alkot. Ramsay még egyet fedezett fel. Ezt pedig úgy nyerte, hogy a folyós argont lassan párologtatta s e művelet kezdetén fejlődő gázt felfogta. Úgy okoskodott, hogy ha az argonban oly gáz fordul elő, mely illékonyabb, mint az argon, akkor az előbb fog elpárologni. Okoskodása helyesnek bizonyult, mert az ily úton nyert gáz az argontól eltérő tulajdonságokat mutatott. Sűrűsége csak , tehát jóval könnyebb, mint akár az argon, akár a metargon. Ez a gáz a neon nevet kapta.
Az argon társaságában tehát még két új elemi gáz szerepel a légkörben: a metargon és a neon. Amaz nehezebb, emez könnyebb mint az argon. A neon különben a légkör legkönnyebb alkotórésze.
Ramsay még a folyós levegővel is úgy járt el, mint előbb az argonnal; ily módon még két új elemet fedezett fel, az egyik, mely nem párolog oly hamar, mint a nitrogén, oxygén vagy argon és -szer sűrűbb, mint a hydrogén, a krypton nevet kapta; a másiknak tulajdonságai még nincsenek teljesen megvizsgálva, de annyi bizonyos, hogy több mint -szor nehezebb, mint a hydrogén, ennek neve xenon.
A légkörben tehát az ismert gázokon kívül még az argon, helium, krypton, neon, metargon és xenon nevű gázok is szerepelnek, az argon igen jelentékeny mennyiségben. Ezen gázok valamennyien elemek, melyek (a helium kivételével) más elemekkel nem vegyülnek.
Cavendisch, Devonshire herceg unokaöccse s igen gazdag ember volt. Róla mondta a szellemes franczia tudós, Biot: ,,Gazdagabb mint az összes tudósok és tudósabb, mint az összes gazdagok." Saját költségén nagy laboratóriumot épített és ott minden hivatalos elfoglaltságtól mentén, tisztán a physikának és chemiának élt. Számos felfedezés ered tőle. |
PDF | MathML