巻末特集 探究の歴史[本誌p.288-289]

Discovery of Noble Gases


Density of Nitrogen

窒素の密度

大気窒素 化学窒素
赤熱銅による…$2.31026\mathrm{g}$ 平均 $2.3102\mathrm{g}$ 酸化窒素$\mathsf{NO}$から…$2.30008\mathrm{g}$ 平均 $2.2993\mathrm{g}$
赤熱鉄による…$2.31003\mathrm{g}$ 亜酸化窒素$\mathsf{N_2O}$から…$2.29904\mathrm{g}$
鉄(Ⅱ)塩による…$2.31020\mathrm{g}$ 亜硝酸アンモニウム$\mathsf{NH_4NO_2}$から…$2.29869\mathrm{g}$

The Question is, to What is the Discrepancy Due?

この相違の原因は何によるものだろうか?

Argon, a new Constituent of the Atmosphere

アルゴン,大気の新しい成分

  • I. 様々な原料から得られる窒素の密度
  • II. 空気中のこれまで知られていなかった成分の存在を推定する理由
  • III. 遊離窒素を化合させる方法
  • IV. アルカリの存在下で電気火花によって酸素と窒素を化合させる初期の実験
  • V. 赤熱マグネシウムによる空気から窒素をとり除く初期の実験
  • VI. 気体拡散によるアルゴンが空気中に存在することの証明
  • VII. アルゴンが窒素から由来せず,化学源からも由来しないことを証明する否定実験
  • VIII. 大規模なアルゴンの分離
  • IX. 酸素を用いて調製したアルゴンの密度
  • X. マグネシウムを用いて調製したアルゴンの密度
  • XI. アルゴンのスペクトル
  • XII. アルゴンの水への溶解度
  • XIII. 低温での挙動
  • XIV. 比熱の比
  • XV. 化合を誘発する試み
  • XVI. 全体的な結論

Discovery of Noble Gases

貴ガスの発見

授賞理由
  • レイリー:気体の密度に関する研究,およびこの研究により成されたアルゴンの発見
  • ラムゼー:空気中の貴ガス元素の発見と周期律におけるその位置の決定

1892年,レイリーが『Nature』に発表した文

窒素の密度

私は窒素の密度に関する最近のいくつかの結果に非常に困惑している。そして化学の読者がこの原因についての提案を提供してくださるならありがたい。2つの方法によって,私はまったく異なる値を得た。相対的な差は約$\dfrac{1}{1000}$で,それ自体は小さいが,それは実験誤差の完全に範囲外であり,気体の性質の違いのみに起因している。

第1の方法では,大気の酸素は,金属の銅(それ自体は酸化物から水素によって還元される)によって通常の方法で除去される。炭酸カリウムによって$\mathsf{CO_2}$を除去された空気は,大きなブンゼンバーナーを介して硬質ガラス中で加熱された銅に酸素を放出し,炉内で約1フィートの赤熱銅を通過する。この管は単に指標として用いられ,その中の銅は全体にわたって明るいままであった。次いで,気体は,硫酸の入った洗浄瓶を通り,再び酸化銅を介して炉を通過し,最後に硫酸,炭酸カリウム,および無水リン酸上を通過した。

ラムゼー教授が私に提案した第2の方法は,初めの加熱された銅の管を,液体アンモニアを含む洗浄瓶に置き換え,それを通して空気を泡立たせたことを除いて,全て同じである。アンモニア法は非常に便利だが,それによって得られる窒素は,第1の方法の窒素よりも$\dfrac{1}{1000}$軽いものであった。この相違の原因は何によるものだろうか?

第1の窒素は,残留酸素を含むとする場合,重すぎる。この仮説では,1%程度の酸素が必要となる。私はアルカリ性のピロガロールを用いても何も検出することができなかった。この窒素の密度は,同じ調製方法を用いてルデュックによって最近得られたものと密接に一致することに留意されたい。

一方,アンモニア製の窒素は,不純物の存在によって,軽いのだろうか?窒素より軽い気体は多くなく,水素,アンモニア,水蒸気が含まれていないことは完全に確保されている。概して,不純物が水素であり,この程度の希釈で,酸化銅の作用を逃れたというのが,より見込みがある仮定のようだ。しかし,特別な実験はこの説明を排除するように見える。

第1の方法によって調製された窒素の中で,炉管の中に入る前に,$1000\sim 2000$容量の水素が導入された。これを均一に行うために,気体を小さな水素発生器に通して泡立てさせた。この水素発生器は,外部接点を閉じることによって,それ自体の起電力で作動させることができる。水素生成速度は,回路に組み込まれた適切な検流計によって決められた。しかし,水素の導入は密度にほとんど影響を与えず,酸化銅が所望の役割を行うことができることを示している。 その違いが不純物とは無関係である可能性はあるのだろうか?窒素そのものはある程度異なる(解離した)状態にあるのだろうか?

秤量球の充填の間,気体の通過率は非常に均一で,一時間当たり約3リットルであることを述べておく。

レイリー

ターリングプレイス,ウィザム,9月24日