A levegõ új elemei.

Ha sötét szobában gyertyát gyujtunk, áttekinthetjük legközelebbi környezetünket, sôt igen közelben még olvashatunk is mellette; de ha 100 gyertyával világított teremben még egy gyertyát gyujtunk, azt észre sem vesszük. De nemcsak a szobában lakó fogja ezeket a jelenségeket észlelni, hanem a házon kivül járó-kelô közönség is ugyanazt fogja tapasztalni. Fel fog tünni a szerény szoba kivilágított ablaka, de nem ötlik majd fel az az egy gyertyafénnyel való szaporodás a nagy terem ablakán.

Igy vagyunk a tudományban is. Ha a tudomány egyik-másik sötét  területén fel-felvillan egy-egy szikra, azt csak az a tudós látja, a ki ott tapogat és nagy gonddal lánggá akarja gerjeszteni a szikrát. Ha ez nem  sikerül, a legérdekesebb fölfedezés hire nem terjed a laboratórium falain túl. Ilyen szikrát gerjesztett 114 évvel azelôtt Cavendish hires angol  chemikus (Phil. Trans. 75., 372., 1785). Az õ idejében a levegô alkotó részeirõl még keveset tudtak. A nitrogént a levegõ flogisztonos részének nevezték el a tudósok, az  oxigént pedig deflogisztonizált levegônek tartották. Cavendish tudta, hogy adott mennyiségû nitrogént, oxigén jelenlétében, elektromos szikrák  átcsapása által majdnem teljesen el lehet tüntetni, t. i. salétromossavá lehet átalakítani és az utóbbit lúgokkal elnyeletni. Tudta, hogy ezt csak majdnem sikerül, de teljesen befejezni, vagyis a nitrogént teljesen eltüntetni nem sikerült, még akkor sem, mikor a szikrát heteken át üttette az említett keveréken. Cavendish a hátramaradt gáznemû testnek még mennyiségét is meghatározta és arra a végeredményre jutott, hogy az egésznek nem több mint 120 részét teszi. Cavendish e bámulatra való kisérleteivel az argon-elem fölfedezôje lett, bár nem ismerte fel ez új elem mibenlétét s természetét, mert a flogiszton-elmélet békóiból nem tudott  szabadulni és a tudomány oly hatalmas segédeszközével nem rendelkezett, mint a minô a színképelemzés. A szikra nem vált lánggá, a külvilág  nem vette észre felvillanását: Cavendish fölfedezése feledésbe merült. Azóta sokan foglalkoztak a levegô alkotó részeinek tanulmányozásával. Romba dôlt a flogiszton-elmélet. Rutherford 177 2-ben felismerte a nitrogént, Priestley s tôle függetlenül Scheele  1775-ben fölfedezte az oxigént, de fölfedezésük nagy fontosságát még nekik sem sikerült kifejteniök. Ez csak a nagy lángésznek, Lavoisier-nek sikerült  csak hogy az ô korszakalkotó tanulmányai inkább az oxigénnek a chemiai folyamatokban való szerepére vonatkoztak, mint a levegõ alkotó részeinek pontos megállapítására. Az elsô pontos légelemzést Dumas és Boussingault végezte és arra az eredményre jutottak, hogy a tiszta levegô csak oxigént és nitrogént tartalmaz, még pedig súlyrészekben kifejezve: 23,005 súlyrész oxigént és 76,995 súlyrész nitrogént; vagy térfogatokban kifejezve: egy hektoliter levegô tartalmaz 20,77  liter oxigént és 79,23 liter nitrogént.

Késôbben Bunsen és utána Regnault még pontosabban állapították meg a levegõ összetételét (Bunsen elemzései szerint középértékben 100 térfogat levegôben van 20,924 liter oxigén és 79,924 liter nitrogén) és kimutatták, hogy a levegõ összetétele mindenütt megközelítôleg egyenlô; jóllehet Regnault adataiból kitünt, hogy a levegõ oxigéntartalma nem egészen szigorúan állandó, hanem, bár nagyon szûk határok között, ingadozik. Regnault elemzéseinek eredményét a következõ táblázat adja:
 

Az elemzések
száma
A levegõ eredete Oxigéntartalom
legkevesebb legtöbb
100 Párizs 20,913 20,999
9 Lyon 20,918 20,966
30 Berlin 20,908 20,998
10 Madrid 20,916 20,982
23 Genf és Chamounix 20,909 20,993
5 Atlanti-tenger 20,918 20,965
2 Ecuador 20,960 –
2 Pichinca csúcsa 20,949 20,988
2 Déli Jegestenger 20,860 20,940

A levegõ összetétele tehát véglegesen megállapítottnak látszott. A  közönség tudomást vett ez érdekes eredményekrôl, a fiziológus, az orvos  számolt vele és lassanként hozzászokott a chemikus is, hogy a levegõben csakugyan nincs más, mint oxigén és nitrogén. S ha néha-néha valami kis új adattal szaporították a levegôre vonatkozó ismereteinket, észre sem vettük. Ki volt világítva a nagy terem és egy újabb gyertyafény hozzá csatolását senki sem vette figyelembe. A tudós kutatók lassanként más, még ismeretlen területek tanulmányozásával foglalkoztak; parlagon hevert a mezõ, nem munkálta senki.

Csak 1894-ben foglalkozott ismét egy angol chemikus, lord Rayleigh a levegô alkotó részeinek tanulmányozásával és azt a feltünõ tényt állapította meg, hogy magából a levegôbõl kapott nitrogénnek más fajsúlya van, mint annak a nitrogénnek, a melyet ô chemiai vegyületekbôl állított elô. Rayleigh azt találta, hogy az elôbbi, tehát a levegô nitrogénje, 1/2 százalékkal nehezebb, mint az úgynevezett "chemiai nitrogén" és kezdte kutatni ennek az okát. Ezt a munkát már nem maga végezte, hanem William Ramsay, a londoni University College chemia professzorával és vele oldotta meg az olyannyira érdekes és fontos problémát. E két tudós angol megismételte Cavendish kisérletét, persze javított és sokkal tökéletesebb eszközökkel. A szikrák átüttetésére olyanfajta Ruhmkorff-induktort használtak, mellyel harminczszor gyorsabban dolgozhattak, mint Cavendish a maga primitiv masinájával. Minden kétséget kizáró módon megállapították, hogy Cavendish sejtelme helyes volt, és hogy az a bizonyos maradék nem más, mint egy új elem a levegôben, melyet argonnak kereszteltek.

Megállapították azt is, hogy az új elem sûrûsége megközelitôleg 19,96, ha a hidrogén sûrûségének egységére vonatkoztatjuk. Az új elem a chemiai indifferentismus prototipja, mert semmiféle más elemmel nem egyesül. (Ezért adták neki az argon – nem erélyes – nevet.) Hiába követtek el mindent, hogy megtörjék a közönyösséget, nem sikerült. Elem voltát a színképelemzéssel igazolták.

Ez a rendkívüli fölfedezés a tudományos világban csakugyan – bár triviális kifejezés – bombaként hatott. Hogyan lehetséges az, hogy a bennünket környezô, annyira ismeretes levegõ, mely annyiszor volt kutatás tárgya, valóban új elemet tartalmazzon, a melynek jelenlétérõl eddig sejtelmünk sem volt

Ezzel a tudós angolok nem is közönséges gyertyát gyújtottak, hanem fölfedezésük mint egy nagy elektromos fonál bevilágított a már kiaknázottnak vélt területre és arra engedett következtetni, hogy ennél még különbet is meg fogunk érni, mert az argon tanulmányozására alkalmazott új módszerek bizonyára még újabb eredményekre fognak vezetni. És nem is csalódtunk.

Lázas tevékenységgel mások is hozzáláttak az új elem elválasztásához, esetleg még újabb elemek felfedezéséhez. E munkásságnak elsô eredménye a helium-elem volt, a melynek a Nap légkörében való jelenlétét már régebben sejtették. (A nap színképében 1868-ban Lockyer fedezett föl egy új vonalat, melybôl következtette, hogy valószinûleg egy új elemé. Ezt ô a Nap szóról héliumnak nevezte.) Most már reá jöttek, hogy ez az új elem bizonyos ritka urántartalmú ásványokban is megvan.

Ez alatt Ramsay, elõbb Dr. Collie, késôbben Dr. Travers segédeivel folytatta az argon tanulmányozását. Feltünt ugyanis, hogy az új elem sûrûsége valószinûleg nagyobbnak találtatott, miként az elemek periodikus törvénye szerint várni lehetett volna, úgy, hogy valószinûleg az argon egy még sûrûbb gázt, azaz egy még újabb, eddig ismeretlen elemet tartalmaz, mi által sûrûsége nagyobbnak találtatott.

Ramsay-nak rendelkezésére állottak a modern kor minden vívmányai. Nagyszabású kisérletekhez fogott. Felhasználta a Hampson–Linde-féle fagyasztó gépet és nagyobb mennyiségû argont folyósított vele. Megjegyzendô, hogy ez az elem –186,9 oC-on forr! Valóban hozzá kell szoknunk, hogy a folyósított oxigénrôl és nitrogénrôl úgy beszélhessünk, mint valami más közönséges folyadékról. A folyós oxigén forráspontja –181,4o, a nitrogén pedig csak –194,4o-on forr és –214 oC-on megfagy. Ramsay azon volt, hogy egész argon készletét folyósítsa. De mielôtt e nagy munkához hozzálátott volna, valódi angol módra elôbb trainirozta magát és segédjét, vagy a miként maga mondja, elõbb játszott egy liter folyósított levegõvel, hogy szoktassa magát ez újfajta folyadékkal való bánáshoz. De hogy hiába ne pocsékolják azt a sok levegôt, olyformán párologtatták el, hogy az utolsó maradékot külön felfogták és vizsgálták. E maradék leginkább oxgénbõl és argonból állott, de eltávolításuk után a színképelemzés útján meggyôzõdtek, hogy ismét egy új elemmel van dolguk, még pedig jelentékenyen nehezebb gázzal, mint a minô az argon volt. Meghatározták a sûrûségét és 22,5-nek találták. Ezt az elemet a fölfedezõk krypton-nak  (az elrejtett) nevezték. Ezek után foglalkoztak az argon tanulmányozásával.

Az elõleges kisérletek befejezése után Ramsay most már hozzá látott a tulajdonképeni feladatához és folyósitotta az összes argon készletét. Ily úton vagy 25 köbczentiméter színtelen folyadékot kapott, melyben kevés fehér pehely úszott. Erre óvatosan elpárologtatták az argont és arról gondoskodtak, hogy az ismét gázalakúvá vált elem külön gyüjtessék; a szilárd maradék makacson hátramaradt és csak a Töpler-féle  szivattyúval sikerült elpárologtatni. Az angol tudósok elõbb a könnyebben  elpárologtatható részét vizsgálták meg és sûrûségét 14,67, tehát sokkal  kisebbnek találták, mint az argonét. A részletes desztillácziónak ez elsô  terméke tehát ismét új anyagot tartalmazott és most azon voltak, hogy az utóbbit a felesleges argontól elválasszák. Elég eredeti módon tették azt.

Ritkított térben forraló levegõ lehûtötte kigyócsövön át kényszeritették a gázkeveréket, mialatt a jelenlevô fölösleges argon folyósodott,  az új elem pedig megtartotta gáznemû állapotát. Tehát úgy jártak el,  mint a szeszgyáros, midôn deflegmálja a szeszpárákat. Nagyon megörültek az angolok, midôn az ily módon megtisztított gáznemû testnek  sûrûségét csak 9,76-nak találták; színképelemzés útján azonban meggyõzôdtek, hogy még mindig argonnal van tisztátalanítva és most azon voltak, hogy az argonnak nyomait is eltávolítják az új gázból.

Ez utóbbit neon-nak (az új) keresztelték. A színképi elemzés azt is kiderítette, hogy az argon mellett a tisztátalan neon még héliumot is tartalmaz, és ez úton konstatálták elôször a hélium jelenlétét a körlégben is. Az argonnal és héliummal tisztátalanított gázt most valóban zseniális módon tisztították. Telítettek vele folyósított tiszta oxigént és ezt az oldatot részletezett desztilláczió útján három részre bontották. Kaptak forraló levegôvel hûtött csôben nem sûríthetô – különösen héliumban gazdag elsô részletet, az egésznek körülbelül 1/5 részét – egy középsô porcziót, a melyben majdnem tiszta neon foglaltatott és egy harmadik utolsó, argon és neonból álló részt. A közelitôleg tiszta neon sûrûségét meghatározták és 10,04-nek találták.

E kisérletek után az angol tudósok ismét a folyósított levegôvel kezdtek dolgozni és azt is nagyobb mennyiségben újra a részletes frakczionálásnak vetették alá, és e közben érdekesnél érdekesebb eredményre jutottak. Találtak a már említett krypton mellett még két új elemet, a metargon-t és a xenont (az idegen). Ez utóbbi a legnehezebb, mert sûrûsége 32,5-nek bizonyult. E gáznemû új elemek tüzetes tanulmányozásával most foglalkoznak az angol tudósok.

Most már csak a tiszta argon sûrûségének újra való meghatározása maradt hátra és akkor kiderült, hogy ez érdekes elem sûrûsége 19,96, pedig Rayleigh és Ramsay az úgynevezett tisztátalan argon sûrûségét is 19,94-nek találták. Tiszta dolog tehát, hogy az argonhoz kevert új elemek csak kevéssé változtatják az argon sûrûségét, de kitünik az is, hogy az újonnan feltalált elemek véghetetlen csekély mennyiségben vannak a levegôben. Így például 15 liter argonban a legsûrûbb elemet, a xenont nem sikerült kimutatni. Ezt csak igen sok folyósított levegô elpárologtatásával lehetett megkapni és sûrûségét meghatározni.

Az angol chemikusok további munkálatairól ezentúl is értesíteni fogjuk olvasóinkat.

WARTHA  VINCZE

Természettudományi Közlöny, XXXI. kötet. 1899. 114–118. oldal
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/
http://www.ch.bme.hu/chemonet/TermVil/


Vissza