Сосуды Дьюара
Дьюар сам приготовлял у себя в лаборатории жидкий воздух, но его способ превращения воздуха в жидкость был сложен и труден, а к тому же изобретатель хранил его в секрете.
Практичные и доступные холодильные машины были изобретены другими учеными – немцем Линде и англичанином Хэмпсоном.
Хэмпсон жил в том же городе, что и Рэмзэй, – в Лондоне. Он знал, что Рэмзэю нужен жидкий воздух.
Первые сто кубических сантиметров, добытых новой холодильной машиной, Хэмпсон налил в дьюар и послал Рэмзэю.
Нечаянная находка
Молодые химики, работавшие в лаборатории Рэмзэя, оставили свои склянки, тигли и весы и побежали взглянуть на невиданное вещество – жидкий воздух. Каждому хотелось посмотреть, как будет Рэмзэй извлекать из жидкого воздуха гелий.
Но прежде, чем заняться поисками гелия, Рэмзэй показал своим ученикам несколько удивительных опытов.
Он опустил в жидкий воздух резиновый мячик, а потом вынул его и бросил об пол. Мячик не подпрыгнул, а разлетелся вдребезги: резина при температуре жидкого воздуха потеряла свою упругость и сделалась хрупкой, как стекло. Потом Рэмзэй опустил в жидкий воздух флакончик со ртутью. Ртуть сейчас же замерзла и стала крепче железа. Тут же, на глазах у своих учеников, Рэмзэй сделал из замерзшей ртути молоток и вбил им в стенку гвоздь. Потом он погрузил в жидкий воздух кусок хлеба, а через минуту вынул его оттуда и приказал завесить все окна в лаборатории плотными шторами. В комнате стало темно, и все увидели, что обыкновенный белый хлеб, побывавший в жидком воздухе, светится голубым сиянием.
Много еще других опытов проделал Рэмзэй. Все знакомые вещи чудесно менялись, погружаясь в кипящую без огня жидкость. Молодые химики стояли вокруг и следили за каждым движением Рэмзэя. Одно только было им непонятно: почему он все откладывает поиски гелия и тратит время на фокусы? А между тем драгоценная жидкость испаряется в открытом сосуде, и с каждой минутой ее становится все меньше и меньше.
Еще сильнее удивились химики, когда Рэмзэй, прекратив свои опыты, оставил дьюар на столе и спокойно отправился обедать.
Вернулся он только через полтора часа. В дьюаре кипели ничтожные остатки жидкого воздуха – несколько кубических сантиметров. Но Рэмзэя это нисколько не смутило. Он с умыслом оттягивал время. Гелий, – думал он, – как и большинство газов, по всей вероятности, улетучивается медленнее, чем кислород и азот. Поэтому пусть жидкий воздух испаряется: из него уйдет почти весь кислород с азотом, а гелий во всяком случае останется в дьюаре.
Когда жидкого воздуха осталось немного, всего только два-три кубических сантиметра, Рэмзэй перелил его в закрытый сосуд – газометр, – чтобы пар, богатый гелием, не растекался больше по комнате. В газометре жидкость продолжала кипеть, но пары оставались взаперти.
Рэмзэй полагал, что в этих-то парах содержится гелий.
Чтобы окончательно очистить пары от кислорода и азота, Рэмзэй стал продувать их через батарею фарфоровых трубок – сперва с раскаленной медью, а потом с раскаленным магнием. В первой батарее газ начисто избавился от кислорода, а во второй – от азота.
Наконец-то у Рэмзэя было несколько пузырьков газа, проскочившего через обе батареи. Он ввел их в спектроскопическую трубочку и включил электрический ток.
Запертые в трубочке газы засветились, и Рэмзэй начал изучать их спектр.
Он увидел спектральные линии аргона – оранжевые и зеленые. Они горели точь-в-точь на тех местах, где Рэмзэй привык их видеть в аргоновом спектре. Но линий гелия в спектре не было.
Видно, гелий улетучился прежде, чем жидкий воздух был перелит из дьюара в газометр.
Значит, Рэмзэй ошибся в своих расчетах. Одно из двух: либо гелия в воздухе нет, либо он испаряется с той же быстротой, что кислород и азот, а может, еще быстрее.
Но Рэмзэю не пришлось жалеть о своей ошибке. Внимательно рассмотрев спектр, он обнаружил в нем, кроме линий аргона, еще какие-то две яркие спектральные линии, которых он никогда прежде не видал, – одну желтую, другую – зеленую. Ни та, ни другая не совпадала со спектральными линиями известных раньше веществ. Значит, вместе с аргоном в спектроскопической трубочке оказался какой-то новый газ.
Рэмзэй решил назвать этот газ "криптоном". Криптон по-гречески значит "скрытый". Когда-то Рэмзэй собирался назвать криптоном гелий, но так как у гелия уже было имя, которое дал ему астроном Локайер, – имя "криптон" пригодилось для нового газа.
Криптона в воздухе очень мало, но он улетучивался из дьюара медленно – гораздо медленнее, чем кислород и азот. Вот потому-то последние остатки жидкого воздуха, перелитые в газометр, оказались богатыми криптоном. И чувствительный спектроскоп явственно обнаружил рядом с зелеными и оранжевыми линиями аргона желтую и зеленую линии криптона.
Так Рэмзэй искал в воздухе гелий, а нашел криптон.
Гелий открыт в третий раз
Через два дня Хэмпсон снова прислал Рэмзэю жидкий воздух, на этот раз уже несколько литров. Рэмзэй решил возобновить охоту за гелием. Неудача прежней попытки не смущала его. Теперь он уж знал, как поступить. Гелий – если только в воздухе он есть – испаряется быстрее, чем кислород, азот и аргон. Значит, нужно искать его не в последних остатках испаряющегося жидкого воздуха или жидкого аргона, а в первых пузырьках уходящего пара.
Рэмзэй взял 15 литров аргона, запер их в стеклянный баллон, а баллон погрузил в полученный от Хэмпсона жидкий воздух. Аргон сильно охладился и тоже стал жидким.
Прибор Рэмзэя для сжижения аргона
В газометре с находится ртуть, а над нею аргон. Если открыть кран, аргон потечет по трубке в стеклянный шар а, погруженный в дьюар с жидким воздухом. Трубка в устроена для того, чтобы жидкий воздух, испаряясь и превращаясь в газообразный, свободно уходил в атмосферу. Если бы трубки в не было, то при испарении жидкого воздуха давление в дьюаре возрастало бы непрестанно, и в конце концов дьюар разорвался бы на куски.)
Тогда Рэмзэй принялся медленно выпаривать его. Первые пузырьки пара он перевел в спектроскопическую трубочку и пропустил через нее ток.
Газ в трубочке загорелся оранжево-красным огнем.
Когда Рэмзэй стал смотреть в спектроскоп, он увидел множество ярких оранжевых линий. Эти линии лежали в спектре на тех местах, где не горят линии ни одного из веществ, известных химикам раньше. Значит, Рэмзэю опять удалось найти какой-то, до той поры неведомый, газ.
Рэмзэй сразу же придумал для нового газа имя. Он решил назвать его неоном. Неон – по-гречески значит "новый".
Но в спектре были не только незнакомые линии нового газа неона. Рядом с ними горела и желтая линия. Она была тусклой, но все же Рэмзэй ее заметил. Он точно измерил ее положение в спектре.
Сомнений у него больше не оставалось. Это была желтая линия D 3 , спектральная линия гелия.
Значит, все-таки Рэмзэй оказался прав. Гелий – таинственный солнечный газ – и в самом деле содержится в воздухе. Вместе с воздухом он окружает нас со всех сторон и входит в наши легкие.
Через несколько лет Рэмзэю как-то пришлось читать публичную лекцию. Излагая историю своего открытия, он сказал:
– Поиски гелия напоминают мне поиски очков, которые старый профессор ищет на ковре, на столе, под газетами – и находит наконец у себя на носу. Гелий очень долго искали. А он был в воздухе!
Компания лентяев
Целых три года изучал Рэмзэй новооткрытые газы. Помощник Рэмзэя, Трэверс, построил машину, способную производить еще больший холод, чем машина Хэмпсона. Хэмпсон добился мороза в 192 градуса, а в машине, построенной Трэверсом, стоял двухсотпятидесятитрехградусный мороз. У Хэмпсона в жидкость превращался воздух, а у Трэверса не только воздух, но и водород. Аргон у Хэмпсона был жидким, как вода, а у Трэверса он замерзал и становился твердым, как лед.
Рэмзэй и Трэверс стали выпаривать твердый аргон и собирать первые порции пара отдельно от последующих. Первым всегда уходил гелий. А когда мороз делался слабее, начинал улетучиваться и неон. За ним испарялись аргон и криптон. А в самых последних пузырьках пара Рэмзэй и Трэверс отыскали еще один неизвестный газ. Его они назвали ксеноном. По-гречески это значит "чуждый".
Каждый новый газ они очищали и взвешивали на точных весах.
Наконец работа была закончена.
Когда-то, до Рэлея и Рэмзэя, ученые были уверены, что воздух состоит только из кислорода и азота. Потом был открыт аргон. А Рэмзэй и Трэверс доказали, что к каждому литру воздуха подмешано, кроме аргона, 18 кубических миллиметров неона, 5 кубических миллиметров гелия, 1 кубический миллиметр криптона, одна десятая кубического миллиметра ксенона.
Добыв из воздуха эти газы, Рэмзэй принялся проделывать с ними всевозможные опыты. Он хотел узнать, вступают ли они в какие-нибудь химические соединения.
Оказалось, что не вступают. Не только аргон и гелий, но и неон, криптон и ксенон не захотели соединяться ни с одним веществом.
Гелий, аргон, неон, криптон, ксенон – все они оказались ленивыми газами. Целая компания лентяев! И всех их Рэмзэй выделил из воздуха, очистил и изучил. Он изучил их спектры, измерил их плотности, температуры замерзания и кипения [10] .