10月2日—發現惰性元素一族的人

惰性元素無味無色,又不大參與化學反應,那麼當初究竟是如何發現的?

惰性元素中最早被發現的是氦,但它卻不是在地球上找到的。1868年8月18日,法國天文學家讓森(Pierre Janssen)趁日全食用光譜儀觀測用光譜儀日珥,發現了一條不曾看過的黃色亮線。因為這條線靠近鈉的黃色譜線D-1和D-2,他以為也是鈉發出的,便將它命名為D-3線,渾然不知自己發現了新元素——氦。

兩個月後,英國天文學家洛克耶(Joseph Lockyer)也發現了這條黃色譜線,他意識到這可能是新的元素,於是和化學家合作,確認已知元素的光譜都沒這條線後,於11月宣布這是全新的元素,並命名為Helium,取自太陽的希臘文”helios”。

氦的譜線。

但多年過去都沒見到氦的蹤跡,讓科學家不禁懷疑真的有氦這新元素。1882年,義大利物理學家帕密里(Luigi Palmieri)於維蘇威火山噴發的岩漿中觀測到D-3線,但大家仍半信半疑,因為在門得列夫1870年發表的週期表中,根本沒有氦的容身之處。

1894年4月,英國物理學家瑞利到倫敦大學演講,提到一個奇特現象:從亞硝酸銨分解得到的氮氣,和從空氣中分餾出來的氮氣,兩者的密度竟然不一樣。出生於1852年10月2日的拉姆齊(William Ramsay)在此任教,他已研究氮氧化物多年,立刻進行實驗,結果從中分離出尚未發現的氣體。這氣體似乎和其它元素都不起化學反應,於是他將它取名為Argon(氬),希臘字源就是懶惰的意思。

英國物理學家瑞利(John Strutt, 3rd Baron Rayleigh)

氬無法塞進現有的週期表,代表週期表需要修正,這也給予了氦翻身的機會。拉姆齊想起美國地質調查局的化學家希勒布蘭德(William Hillebrand)曾發表一篇論文,提及將瀝青鈾礦置於硫酸中加熱,然後用光譜儀觀測所產生的氣體,發現有幾條未知的譜線。拉姆齊便於1895年重覆希勒布蘭德的實驗,結果除了氮和氬的光譜,還看見了一條明亮的黃線,正是波長588 nm的D-3線,氦的真實性歷經27年終於獲得證實。

氦和氬填入週期表後,兩者之間明顯有個原子量應為20的空格,拉姆齊相信除此之外,肯定還有更多惰性元素。但惰性元素不參與化學反應,怎樣才能找到?1898年,可將氣體液化的機器問世,拉姆齊和助手崔維斯(Morris Travers)用來製備大量液態空氣,再慢慢加熱。不同氣體的沸點不同,他們予以逐一分餾,陸續發現了氪(Krypton,源自希臘語「隱藏」)、氖(Neon,希臘語「新的」之意),以及氙(Xenon,源自希臘語「外來者」、「陌生人」)。

拉姆齊於1904年獲頒諾貝爾化學獎,以表揚他「發現空氣中的惰性氣體元素,並確定它們在元素周期表中的位置」。正如瑞典皇家科學院主席在頌辭中所說:「在連一個代表性的元素都還沒人確知的情況下,竟能發現全新的一群元素,這在化學史上是絕無僅有之事。」

參考資料:

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/William_Ramsay
  2. https://www.britannica.com/biography/William-Ramsay
  3. Sir William Ramsay – Biographical (nobelprize.org)
  4. https://en.wikipedia.org/wiki/Argon#History

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