Storia e applicazioni della chimica/Gas nobili

I gas nobili vennero scoperti da diversi scienziati, tra questi il più influente è stato William Ramsay, che per i suoi studi su questi elementi venne insignito del premio Nobel per la chimica nel 1904.

Biografia di Ramsay

Ramsay nacque a Glasgow nel 1852, in un ambiente con un buon background scientifico, dato che la famiglia di suo padre produceva coloranti e diversi parenti da parte di madre operavano in ambito medico.

Ramsay studiò all'Università di Glasgow, ma non si diplomò: andò quindi in Germania a studiare con Rudolph Fittig a Tubinga, dove ottenne il dottorato di ricerca nel 1872. Dopo il suo ritorno a Glasgow, pubblicò ricerche sulle sostanze organiche e nel 1880 fu nominato professore di chimica allo University College di Bristol. Nel 1887 accettò la cattedra di chimica generale allo University College di Londra.

Nel 1912 andò in pensione. Tuttavia, subì le conseguenze delle sue ricerche svolte in ambito radioattivo, durante le quali maneggiava i materiali senza particolari precauzioni, sviluppando un tumore alla mandibola che lo portò alla morte il 23 luglio 1916.

Scoperte

William Ramsay al lavoro nel suo laboratorio

Le prime osservazioni che suggerivano la presenza di gas inerti nell'aria si devono a Henry Cavendish, il quale nel 1785 trattò miscele di aria e ossigeno con scintille elettriche per rimuovere l'azoto come ossido. Dopo l'assorbimento dei prodotti, Cavendish notò che una frazione residua di materiale (grande circa un centoventesimo del volume d'aria originale) non aveva reagito. Un secolo dopo, Ramsay fece degli esperimenti arrivando a conclusioni importanti sull'associazione e sulla dissociazione molecolare. Scoprì successivamente che l'azoto atmosferico era più denso dell'azoto dei composti chimici e in seguito si accorse che Cavendish aveva già ottenuto un risultato simile, avendo notato che rimaneva una piccola bolla dopo la rimozione chimica dei gas atmosferici da un campione di aria, ma non riuscendo a spiegarne la natura. Ramsay e Rayleigh studiarono insieme questo gas, isolando l’azoto atmosferico sul magnesio a caldo per formare nitruro di magnesio. I due annunciarono poi la scoperta di un nuovo elemento nel 1895, che chiamarono "argon" dal greco "pigro". Ma successivamente Crookes confermò che quell'elemento appena scoperto non era argon, ma bensì elio: da quel punto Ramsay capì che ulteriori gas nobili dovevano ancora essere scoperti. L'argon non poteva essere accettato anche per via del suo apparente peso atomico, che sarebbe stato superiore a quello del potassio, e quindi maldisposto nella tavola periodica.

Completamento dell'ottavo gruppo

Per confermare la scoperta e le proprietà di tali gas, Ramsay necessitava di strutture per il trattamento dell'aria, come la liquefazione e la distillazione frazionata: si rivolse quindi a William Hampson, che nel 1895 brevettò un processo innovativo per la liquefazione dei gas. Successivamente Ramsay e il suo assistente Morris Travers costruirono il loro apparato di distillazione, e riuscirono a confermare l'inattività chimica di alcuni gas, isolandoli e mappando i loro spettri: non fu un lavoro facile dato che quei gas (neon, kripton e xenon) erano presenti in piccole quantità (parti per milione). In questi anni quindi riuscirono quasi a completare l’ottavo gruppo della tavola periodica.

Inizialmente, Ramsay scoprì anche il "meta-argon", un elemento simile all'argon ma leggermente inferiore in peso atomico e con diverse righe spettrali; scoprì però che il suo campione di argon conteneva impurezze di monossido di carbonio, responsabili delle anomalie. Commentò così la sua svista:

« In tali circostanze dovremmo rimpiangere la pubblicazione di un errore? Mi sembra che un errore sporadico dovrebbe essere scusabile. Nessuno può essere infallibile; e inoltre, in queste congetture si ha sempre un gran numero di buoni amici che correggono prontamente l'inesattezza. »
(William Ramsay)

Altre scoperte

Ramsay fu attirato da un altro gas pesante scoperto da Rutherford e Marie Curie. Questo gas, chiamato "emanazione" da Rutherford, aveva assunto forme diverse (emanazione del torio, del radio, ecc.) che erano state classificate come isotopi. Successivamente Ramsay e Frederick Soddy (che collaborò con Rutherford) scoprirono che un contenitore sigillato di radon può generare le righe spettrali dell'elio, dopo un certo intervallo di tempo. Ciò fece intuire che la radioattività includeva anche fenomeni di disintegrazione atomica, e che le particelle alfa erano nuclei di elio.

Bibliografia

• Davies, Alwyn G. Sir William Ramsay and the Noble Gases, Science Progress, vol. 95, no. 1, Mar. 2012, pp. 23–49
• Hein, Hilde, e George E. Hein. The Chemistry of Noble Gases - A Modern Case History in Experimental Science, Journal of the History of Ideas, vol. 27, no. 3, 1966, pp. 417–428.
• Sutton, Mike. History of noble gases, Chemistry World, 9 settembre 2016