Вот, кажется, и все об инертных газах…

Впрочем, вправду ли они такие инертные, ленивые, химически мертвые? Еще в 1896 году был получен кристаллический гидрат аргона, но, по словам советского химика Б. А. Никитина, и через тридцать лет этот факт оставался непонятным и удивительным для многих исследователей.

Б. А. Никитин положил много сил исследованию соединений инертных газов. Он предложил оригинальный метод получения легкодиссоциирующих молекулярных соединений благородных газов.

Что такое молекулярное соединение и почему оно характерно для инертных газов?

Инертные газы обладают законченной, совершенной структурой электронных оболочек. На внешней электронной оболочке у них содержится восемь электронов, у гелия — два. Благородные газы очень крепко держат свои электроны, не отдают их чужим атомам и сами не принимают ничьих электронов — короче говоря, ионных соединений типа NaCl или NaF они не в состоянии образовать.

Атомы инертных газов не склонны также обобществить свой электрон с электроном другого атома и дать соединение с ковалентной связью, типа молекулы хлора. Валентная связь, обусловленная переходом электрона или обобществлением его, не имеет места у благородных газов. Но мы знаем, что при низких температурах они могут быть и жидкостью и даже твердым телом.

Какие же силы стягивают в жидкость однородную молекулу инертного газа? Межмолекулярные, или, как их еще называют, в честь голландского химика Ван дер Ваальса, вандерваальсовы силы…

В любой молекуле есть как положительно заряженные частицы — ядра атомов, так и отрицательные — электроны. И для отрицательных и для положительных зарядов есть точки, которые можно назвать «электрическим центром тяжести». Эти точки — своего рода полюсы молекулы. Если в молекуле отрицательный и положительный полюсы совпадают, то молекула будет неполярной. Молекулы инертных газов неполярны; они построены очень гармонично.

При несовпадении электрических центров тяжести получается полярная молекула.

Молекулярные соединения образуются за счет вандерваальсовых сил, имеющих электрическое происхождение. Эти силы примерно в 100 раз слабее обычных валентных химических сил.

Итак, вандерваальсовы силы связывают молекулы инертных газов в жидкость. Какой характер имеют эти силы здесь? Ведь молекула в данном случае совершенно неполярна. Оказывается, не совсем. В атоме не только электроны вращаются вокруг ядра, но и сами ядра колеблются относительно своих положений равновесия. А поэтому на очень короткое время идеальная симметричная структура молекулы инертного газа искажается. Часть электронных орбит время от времени на мгновение смещается и образует диполь, правда очень небольшой.

А могут ли вандерваальсовы силы связать молекулу инертного газа с молекулой другого вещества? Могут, особенно если эти другие молекулы близки им по размерам и по форме, или, как говорят химики, изоморфны. Б. А. Никитин обнаружил, что радон, например, изоморфен с сероводородом и двуокисью серы; их кристаллические структуры сходны. Частицы радона могут заменять частицы сероводорода в кристаллической решетке, образуя смешанные кристаллы.

Гидрат радона также изоморфен с гидратом сероводорода. Если под большим давлением пропускать радон через ледяную воду, то образующийся гидрат тут же распадается. Стоит только добавить к инертному газу сероводород, и образующийся гидрат сероводорода уловит радон в свою кристаллическую решетку.

Наряду с гидратом сероводорода получится гидрат радона. Этим методом, названным методом изоморфного соосаждения, Никитин впервые получил кристаллогидраты всех инертных газов, кроме гелия, и обнаружил, что все они содержат по шесть молекул воды. Здесь атом инертного газа плотно взят в кольцо полярными молекулами воды.

Молекулярные соединения инертных газов малоустойчивы, но являются полноценными химическими соединениями, так как обладают вполне определенным химическим составом.

Чем выше молекулярный вес инертного газа, тем прочнее его гидрат. Если гидрат ксенона получают при 0 °C, почти при нормальном давлении, то гидрат неона при той же температуре необходимо сжимать до 300 атмосфер. Различная устойчивость гидратов благородных газов может быть использована для их разделения.

В результате работ советского ученого образовалась новая глава в химии — химия инертных газов, играющая важную роль в изучении природы молекулярных соединений.

Все началось с открытия Рентгена. В 1895 году он обнаружил невидимые лучи, способные проходить сквозь вещества, непроницаемые для обычных световых лучей. Их можно было заметить по действию на фотопластинку, которую они засвечивали, даже если она была обернута в черную бумагу. Рентген назвал их икс-лучами, поскольку не мог установить их природы. Теперь они известны всем как рентгеновы.

Икс-лучи вызвали огромный интерес ученых всего мира.

Французский физик Анри Беккерель решил выяснить, не связано ли появление рентгеновых лучей с флуоресценцией. Так называется холодное свечение некоторых веществ. К ним относится, в частности, калий уранил-нитрат. «Облученные ярким солнечным светом соли урана испускают рентгеновы лучи», — вскоре заявил Беккерель. Казалось, все было в порядке вещей, но ученый обнаружил, что урановые соединения испускали лучи, даже если их предварительно не освещали. Более того, интенсивность излучения всегда была пропорциональна содержанию урана в солях. Наиболее «лучистым» оказался металлический уран. Пришлось Беккерелю заявить, что он открыл новые, «урановые» лучи.

Вскоре супруги Мария и Пьер Кюри, систематически исследовав многие соединения, пришли к любопытному выводу: неизвестные лучи испускают также и препараты тория. Появились новые, «ториевые» лучи. Все это было загадочно и непонятно. «Лучевая лихорадка» приобрела характер эпидемии. То и дело в печати появлялись сообщения об открытии новых и новых видов лучей.

Супруги Кюри между тем продолжали исследовать лучи Беккереля. Скоро они установили, что минералы урана испускают лучей гораздо больше, чем если бы они состояли целиком из чистого урана. Это уже было совсем удивительно. Может, дело вовсе не в уране и последний элемент таблицы Менделеева не повинен в странном лучеиспускании?

Молодые ученые продолжают работу. В 1898 году они открывают сразу два новых элемента, которые способны испускать беккерелевы лучи, но эта способность у них примерно в миллион раз выше, чем у урана и тория. Один из элементов был назван полонием, в честь Польши — родины Марии Кюри, а второй — радием, от латинского слова «радиус», что значит «луч».

Способность веществ самопроизвольно испускать невидимые лучи супруги Кюри назвали радиоактивностью, а вещества, обладающие такой способностью, — радиоактивными.

Суть этого явления теперь не представляет загадки. Не все атомные ядра устойчивы. Особенно тяжелые ядра, принадлежащие атомам элементов конца таблицы Менделеева. Эти неустойчивые ядра способны самопроизвольно распадаться, превращаясь в другие.

Все эти превращения можно разбить на несколько групп. К первой группе относятся те, которые связаны с испусканием ядрами так называемых альфа (α) — частиц. Вес каждой альфа-частицы равен четырем атомным единицам массы, причем она несет два положительных заряда. Следовательно, альфа-частицы — это не что иное, как ядра атомов элемента гелия. Из ядер тяжелых атомов они выбрасываются с громадной скоростью, равной 15–20 тысячам километров в секунду. Различают альфа-частицы по величине их энергии, однако чаще пользуются на практике другой характеристикой — длиной свободного пробега. Длина пути альфа-частицы в каждом веществе строго постоянна; она тем больше, чем больше ее энергия. Радиоактивные элементы конца периодической системы испускают альфа-частицы с длиной пробега в воздухе от 2 до 8 сантиметров. При движении в веществе альфа-частицы сталкиваются с его атомами, вызывая их ионизацию, а потому, теряя энергию, довольно быстро замедляются.