Νέα περίοδος της Χημείας
Εκείνη την εποχή ήταν γνωστές 38 περίπου χημικές ουσίες που σήμερα αναγνωρίζονται ως στοιχεία. Οι περισσότερες από αυτές ήταν μέταλλα. Υπήρχαν επίσης μερικές ουσίες για τις οποίες οι επιστήμονες γνώριζαν ότι είναι οξείδια –ενώσεις του οξυγόνου με κάποιο μέταλλο- αλλά δεν είχαν βρει τρόπο να τις διασπάσουν και να απομονώσουν το ελεύθερο μέταλλο.
Όλες οι συνήθεις χημικές μέθοδοι με τις οποίες είχαν απομονωθεί άλλα μέταλλα είχαν αποδειχθεί αναποτελεσματικές. Ήταν γνωστό, όμως, ότι με το ηλεκτρικό ρεύμα είχε επιτευχθεί η διάσπαση μορίων του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο, μια διάσπαση που επίσης δεν επιτυγχάνεται με τις συνήθεις χημικές μεθόδους. Επομένως το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να προκαλεί επίσης τη διάσπαση αυτών των οξειδίων.
Ο Davy ενδιαφέρθηκε για το πρόβλημα και κατασκεύασε μια ηλεκτρική στήλη με 250 μεταλλικές πλάκες, την ισχυρότερη που είχε κατασκευασθεί ως τότε. Η εποχή του ηλεκτρισμού έμπαινε στην περιοχή της Χημείας και μάλιστα πολύ δραστικά καθώς έδωσε τη δυνατότητα για την απομόνωση πολλών από τα πιο δραστικά στοιχεία.
Νάτριο Na – Κάλιο K – Μαγνήσιο Mg - Ασβέστιο Ca – Βάριο Ba
Στις 6 Οκτωβρίου του 1807, ο Davy (Sir Humphry Davy, 1778 –1829), διοχέτευσε ηλεκτρικό ρεύμα διά μέσου τηγμένης ανθρακικής ποτάσας, με αποτέλεσμα να απελευθερωθεί ένα μέταλλο το οποίο ονόμασε potassium (= κάλιο).
Όταν τα μικρά στιλπνά σφαιρίδια του μετάλλου έρχονταν σε επαφή με το νερό, διασπούσαν τα μόρια του νερού καθώς το μέταλλο ενωνόταν και πάλι με το οξυγόνο, ενώ το απελευθερούμενο υδρογόνο θερμαινόταν τόσο πολύ ώστε αναφλεγόταν. Μια εβδομάδα αργότερα, ο Davy απομόνωσε το νάτριο από ανθρακικό νάτριο με ανάλογη διαδικασία.
Τον επόμενο χρόνο, χρησιμοποιώντας παρόμοιες μεθόδους, ο Davy απομόνωσε τα στοιχεία βάριο, ασβέστιο και μαγνήσιο. Όλα είναι πολύ ενεργά στοιχεία, που παρουσιάζουν πολύ ισχυρό δεσμό με το οξυγόνο και δεν μπορούν να απομονωθούν εύκολα με μη ηλεκτρικές μεθόδους. Αυτές οι ανακαλύψεις προκάλεσαν τεράστια αίσθηση στον επιστημονικό κόσμο και είχαν ως αποτέλεσμα να γίνουν πολλές έρευνες στον τομέα της ηλεκτροχημείας.
Νάτριο. Το όνομα σόδα χαρακτήριζε σε κάποιες Ευρωπαϊκές γλώσσες από πολύ παλιά το ανθρακικό νάτριο ενώ το καθαυτό Αιγυπτιακό όνομα της ουσίας πέρασε μέσω του Ελληνικού νίτρον στα Λατινικά ως νάτρον και έδωσε στο στοιχείο το όνομα που επιθυμούσε ο Berzelius το 1813. Ο Davy φυσικά είχε προτείνει τον όρο sodium με το οποίο είναι γνωστό το στοιχείο στη διεθνή βιβλιογραφία. Η επιθυμία του Berzelius διατηρήθηκε εν μέρει καθώς το σύμβολο του στοιχείου δεν είναι το So αλλά το Na.
Κάλιο. Ανάλογη είναι και η περίπτωση του στοιχείου αυτού με τον Davy να δίνει το κοινό σήμερα όνομα potassium ενώ ο Gilbert στα 1809 το χαρακτήρισε ως kalium και το σύμβολο Κ έμεινε για να δηλώνει το συγκεκριμένο στοιχείο.
Μαγνήσιο. Το όνομα ήταν σε χρήση από πολύ παλιά αναφερόμενο στη μαγνησία γη, με σαφή την ένδειξη προέλευσης από την περιοχή της Μαγνησίας. Η λευκή μαγνησία όπως ήταν γνωστή στους μέσους χρόνους (magnesia alba) είχε περίπου την ακόλουθη σύσταση MgCO3.Mg(OH)2.
Ασβέστιο. Ο ασβέστης, ως δομικό υλικό, χρησιμοποιούταν από τους Προϊστορικούς Χρόνους (περίπου από το 14.000 π.Χ.). Η πρώτη καταγεγραμμένη ασβεστοκάμινος, χρονολογείται από το 2.500 π.Χ. και βρέθηκε στην πόλη Khafajah της Μεσοποταμίας. Η επίσημη ονομασία του ασβεστίου «calcium» προέρχεται από την λατινική λέξη calx, που σημαίνει «ασβέστης».
Βάριο. Το όνομα του βαρίου προέρχεται από την ελληνική λέξη βαρύς, που αποδίδεται στην πολύ υψηλή πυκνότητα των ορυκτών στα οποία απαντάται. Οι αλχημιστές του Μεσαίωνα γνώριζαν κάποια ορυκτά του βαρίου, τα οποία τους είχαν κινήσει το ενδιαφέρον αφού είχαν την ικανότητα, μετά από έκθεσή τους στο φως, να λάμπουν για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Ο Σουηδός χημικός Carl Wilhelm Scheele (1742–1786), διατύπωσε το 1774 πως το ορυκτό βαρίτης (BaSO4) περιείχε ένα νέο στοιχείο, αλλά δεν κατάφερε να απομονώσει το βάριο, παρά μόνο το οξείδιό του, BaO. Δύο χρόνια αργότερα, ο Σουηδός χημικός και μεταλλουργός Johan Gottlieb Gahn (1745-1818) απομόνωσε, μετά από παρόμοια μελέτη, επίσης το οξείδιο του βαρίου.
Βόριο, Β
Το όνομα βόριο (boron), έλκει την καταγωγή του από την αραβική λέξη buraq ή την περσική λέξη burah, οι οποίες είναι οι αντίστοιχες ονομασίες για το ορυκτό βόρακα (Na2B4O7.10H2O). Οι ενώσεις του βορίου ήταν γνωστές χιλιάδες χρόνια πριν. Βόρακας υπήρχε στις ερήμους του δυτικού Θιβέτ, όπου πήρε το όνομα tincal, ένα όνομα προερχόμενο από τα Σανσκριτικά.
Το βόριο δεν είχε αναγνωρισθεί ως στοιχείο, μέχρι που απομονώθηκε από τον Sir Humphry Davy και τους Gay-Lussac (Joseph Louis Gay-Lussac, 1778–1850) και Thénard (Louis Jacques Thénard, 1777-1857). Το 1808, ο Davy παρατήρησε πως, η διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος διαμέσου διαλύματος βοριούχων αλάτων, οδηγούσε στην απόθεση ενός καφέ ιζήματος στο ένα από τα ηλεκτρόδια.
Στα επακόλουθα πειράματά του, αντί της ηλεκτρόλυσης, χρησιμοποίησε κάλιο για την αναγωγή του βορικού οξέος. Παρήγαγε αρκετό στοιχειακό βόριο, ώστε να επιβεβαιώσει την ύπαρξη του νέου στοιχείου και το ονόμασε boracium. Οι Gay-Lussac και Thénard, χρησιμοποίησαν σίδηρο για την αναγωγή του βορικού οξέος, σε υψηλές θερμοκρασίες. Ο Berzelius (Jöns Jacob Berzelius 1779–1848) αναγνώρισε το βόριο ως στοιχείο το 1824.
Ιώδιο, I
Ο Γάλλος χημικός Bernard Courtois (1777-1838), ασχολούνταν επαγγελματικά με την παρασκευή νιτρικού καλίου (που είναι ένα απαραίτητο συστατικό της πυρίτιδας). Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιούσε ως πρώτη ύλη τα θαλάσσια φύκη. Από αυτά έπαιρνε ανθρακικό κάλιο (ποτάσα) το οποίο με την κατάλληλη επεξεργασία του έδινε νιτρικό κάλιο.
Ένα στάδιο της διεργασίας εξαγωγής του ανθρακικού καλίου ήταν η θέρμανση των φυκών μέσα σε οξύ. Μια μέρα το 1811, ο Courtois χρησιμοποίησε πολύ μεγάλη ποσότητα οξέος και όταν το θέρμανε, εμφανίστηκε ένας ατμός με ωραίο ιώδες χρώμα. Με τη συμπύκνωση του ατμού, παρήγαγε σκούρους στιλπνούς κρυστάλλους.
Υποπτεύθηκε ότι οι κρύσταλλοι αυτοί μπορεί να αποτελούν ένα νέο στοιχείο και τους έδωσε σε άλλους χημικούς για επιβεβαίωση. Πραγματικά ήταν ένα νέο στοιχείο που με πρόταση του Davy ονομάσθηκε ιώδιο, λόγω του χρώματός του, από την ελληνική λέξη ιώδης.
Κάδμιο, Cd
Το 1817 ο Γερμανός χημικός Strohmeyer (Friedrich Strohmeyer, 1776-1835) ανέλυσε το περιεχόμενο μιας φιάλης από ένα φαρμακείο, η οποία περιείχε ανθρακικό ψευδάργυρο. Διαπίστωσε ότι με ισχυρή θέρμανση έπαιρνε κίτρινο χρώμα, πράγμα που δεν έπρεπε να συμβαίνει.
Η μοναδική εξήγηση ήταν ότι περιείχε μια πρόσμιξη και όταν την απομόνωσε διαπίστωσε ότι επρόκειτο για ένα νέο στοιχείο, το οποίο ονόμασε κάδμιο (από την λέξη «καδμεία», που ήταν είδος ορυκτού).
Λίθιο, Li
Ο Σουηδός χημικός Arfwedson (Johan August Arfwedson, 1792-1841) ανακάλυψε το στοιχείο λίθιο (από την ελληνική λέξη λίθο, επειδή το στοιχείο αυτό απαντάται σε ορυκτά, σε αντίθεση με το νάτριο και το κάλιο, που μοιάζουν με αυτό, αλλά απαντώνται στα φυτά).
Σελήνιο, Se
Το σελήνιο ανακαλύφθηκε το 1817, από τους Jöns Jakob Berzelius και Johan Gottlieb Gahn. Ο Berzelius διαπίστωσε πολλές ομοιότητες μεταξύ του νέου στοιχείου και των στοιχείων θείο και τελλούριο. Αφού λοιπόν το τελλούριο είχε πάρει το όνομά του από την Γη, αποφάσισε το νέο αυτό στοιχείο, να πάρει το όνομά του από την Σελήνη.
Πυρίτιο, Si
Το πυρίτιο, όπως γνωρίζουν τώρα οι χημικοί, είναι το πιο διαδεδομένο χημικό στοιχείο του φλοιού της Γης, μετά το οξυγόνο. Αποτελεί συστατικό των περισσότερων πετρωμάτων, της άμμου και του γυαλιού.
Αλλά, ο δεσμός του με τα άλλα άτομα είναι τόσο ισχυρός ώστε δεν είναι εύκολο να απομονωθεί. Το 1824, ωστόσο, ο Berzelius κατόρθωσε να απομονώσει πυρίτιο από τις ενώσεις του.
Αργίλιο, Al
Αν και το αργίλιο είναι πιο διαδεδομένο από τον σίδηρο (μόνο το οξυγόνο και το πυρίτιο είναι πιο διαδεδομένα από αυτό), είναι εξαιρετικά δύσκολο να διασπαστεί ο δεσμός που το συνδέει με άλλα άτομα.
Ο Hans Christian Oersted (1777–1851), ο άνθρωπος που ανακάλυψε τον ηλεκτρομαγνητισμό, ήταν επίσης ο πρώτος που απομόνωσε το αργίλιο. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποίησε ένα ακόμη πιο δραστικό στοιχείο, το κάλιο, το οποίο μπορούσε να αποσπάσει τα άλλα άτομα από τον δεσμό του αργιλίου. Με αυτήν τη μέθοδο, το 1825, κατόρθωσε να απομονώσει τα πρώτα κομμάτια αργιλίου.
Η διεργασία της απομόνωσής του, όμως, ήταν τόσο δύσκολη, ώστε το αργίλιο παρέμεινε ουσιαστικά πολύτιμο μέταλλο επί εξήντα χρόνια ακόμη, ώσπου επινοήθηκε μια φθηνή μέθοδος για την παραγωγή του σε μεγάλες ποσότητες.
Βρώμιο, Br
Δεκαπέντε χρόνια πριν, ο Bernard Courtois είχε ανακαλύψει το ιώδιο στα φύκια. Ο Γάλλος χημικός Balard (Antoine-Jerome Balard, 1802-1876), που εργαζόταν επίσης με φύκια, διαπίστωσε ότι μερικές φορές, στο υγρό που χρησιμοποιούσε για να διαλύσει τις στάχτες των φυκιών εμφανιζόταν μια ουσία με καστανό χρώμα.
Το 1826 διαπίστωσε ότι το χρώμα οφείλεται σε μια χημική ουσία με ιδιότητες που ήταν ενδιάμεσες ανάμεσα σε εκείνες του χλωρίου και του ιωδίου. Για ένα διάστημα νόμισε ότι είχε ανακαλύψει μια ένωση αυτών των δύο στοιχείων, αλλά προχωρώντας στις έρευνές του βεβαιώθηκε ότι επρόκειτο για ένα νέο στοιχείο, το οποίο ονόμασε βρώμιο, λόγω της έντονης οσμής του.
Θόριο, Th
Ο Morten Thrane Esmark (1801-1882), βρήκε ένα μαύρο ορυκτό στη νήσο Løvøya της Νορβηγίας και έδωσε ένα δείγμα στον πατέρα του Jens Esmark (1763-1839), ο οποίος υπήρξε διάσημος μεταλλειολόγος, καθώς επίσης και ο πρώτος καθηγητής Γεωλογίας της Νορβηγίας, στο Πανεπιστήμιο του Όσλο.
Παρ’ όλα αυτά, δεν κατάφερε να προσδιορίσει τη σύσταση του ορυκτού και έστειλε ένα δείγμα προς εξέταση, στον Σουηδό χημικό Jöns Jakob Berzelius, το 1828. Ο Berzelius αποφάνθηκε πως περιείχε ένα νέο στοιχείο, το οποίο ονόμασε θόριο, από τον Νορβηγό θεό των κεραυνών Θορ. Δημοσίευσε τα ευρήματά του το 1829
Η πρώτη φορά που παρατηρήθηκε πως το θόριο είναι ραδιενεργό, ήταν το 1898. Η ανακάλυψη αυτή έγινε ανεξάρτητα από την Πολωνή χημικό Marie Curie (Marie Skłodowska-Curie, 1867–1934) και τον Γερμανό χημικό Gerhard Carl Schmidt (1865–1949).
Λανθάνιο, La
Οι σπάνιες γαίες είχαν πολύ πιο πολύπλοκο χημικό χαρακτήρα από ότι θα μπορούσε να υποψιασθεί ο Gadolin, ο άνθρωπος που τις ανακάλυψε το 1794. Ο κυριότερος από τους ερευνητές που αποκάλυψαν αυτό τον πολύπλοκο χαρακτήρα ήταν ο Σουηδός χημικός Mosander (Carl Gustaf Mosander, 1797-1858).
Το 1839 άρχισε να μελετά μια ένωση του δημητρίου, ενός στοιχείου που είχε απομονωθεί από κάποιο ορυκτό. Κατά τις έρευνές του ανακάλυψε ένα νέο στοιχείο που το ονόμασε λανθάνιο, επειδή ήταν καλά «κρυμμένο» μέσα στο ορυκτό.
Στα επόμενα χρόνια απομόνωσε τέσσερα ακόμη στοιχεία από σπάνιες γαίες: το ύττριο, το έρβιο, το τέρβιο και το διδύμιο. Τα τρία πρώτα στοιχεία πήραν το όνομά τους από συλλαβές της λέξης Ytterby, η οποία είναι το όνομα του Σουηδικού λατομείου όπου εντοπίσθηκε το πρώτο ορυκτό που περιείχε σπάνιες γαίες. Το τελευταίο στοιχείο ονομάσθηκε διδύμιο, επειδή παρουσίαζε ιδιότητες παρόμοιες με εκείνες του λανθανίου. Γενικότερα όμως όλες οι σπάνιες γαίες μοιάζουν πάρα πολύ μεταξύ τους
Ρουβίδιο Rb - Καίσιο Cs
Ο Γερμανός φυσικός Kirchhoff (Gustav Robert Kirchhoff, 1824-1887), είχε αρχίσει να μελετά με προσοχή τα φάσματα που παράγονται όταν διάφορα στοιχεία θερμανθούν ώσπου να πυρακτωθούν. Διαπίστωσε ότι κάθε στοιχείο παράγει φως σε ορισμένα μόνο μήκη κύματος, με αποτέλεσμα το φάσμα να αποτελείται, μερικές φορές, από λίγες μόνο φωτεινές γραμμές, οι οποίες συχνά είχαν μεγάλη απόσταση μεταξύ τους.
Το 1859, ο Kirchhoff ανακοίνωσε ότι κάθε στοιχείο παράγει χαρακτηριστικές φασματικές γραμμές σε συγκεκριμένα μήκη κύματος και ότι απορροφά τα ίδια μήκη κύματος όταν οι ατμοί του είναι ψυχρότεροι από την φωτεινή πηγή. Οι γραμμές είναι διαφορετικές για κάθε στοιχείο και δεν υπάρχουν στοιχεία που οι φασματικές γραμμές τους να βρίσκονται στις ίδιες ακριβώς θέσεις. Ουσιαστικά, κάθε στοιχείο έχει το δικό του «φασματικό αποτύπωμα».
Αυτό σήμαινε ότι, αν πυρακτώσουμε ένα δείγμα μεταλλεύματος και παρατηρήσουμε έστω και μία φασματική γραμμή που να βρίσκεται σε θέση η οποία δεν αντιστοιχεί σε κανένα γνωστό στοιχείο, μπορούμε να συμπεράνουμε με βεβαιότητα ότι μέσα στο μετάλλευμα υπάρχει κάποιο νέο στοιχείο. Χρησιμοποιώντας τέτοια φασματοσκοπικά δεδομένα, ο Kirchhoff ανακάλυψε το καίσιο, το 1860.
Το όνομα του στοιχείου προέρχεται από την λατινική λέξη ceasius, που σημαίνει «φαιοκύανος», επειδή αυτό ήταν το χρώμα της φασματικής γραμμής που πρόδωσε την ύπαρξη του καισίου. Τον επόμενο χρόνο ο Kirchhoff ανακάλυψε το ρουβίδιο, ένα συγγενικό στοιχείο, το όνομα του οποίου προέρχεται από την λατινική λέξη rubidus, που σημαίνει «κόκκινος».
Ο Kirchhoff επισήμανε επίσης ότι οι σκοτεινές γραμμές του ηλιακού φάσματος οφείλονται στην απορρόφηση του φωτός στα συγκεκριμένα μήκη κύματος από τα αέρια που αποτελούν την, σχετικά ψυχρή, ατμόσφαιρα του Ηλίου. Από τις γραμμές αυτές, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι στην ατμόσφαιρα του Ηλίου υπάρχει νάτριο, καθώς και πέντε ή έξι άλλα στοιχεία.
Αυτή ήταν η πρώτη παρατήρηση που έδειχνε ότι τα ίδια χημικά στοιχεία τα οποία υπάρχουν στην Γη υπάρχουν και σε άλλα ουράνια σώματα και, επομένως, και σε ολόκληρο το Σύμπαν.
Θάλλιο Tl
Ο Βρετανός φυσικός Crookes (William Crookes, 1832-1919) πειραματιζόταν με μεταλλεύματα σεληνίου και το 1869, ανέλυσε ένα τέτοιο μετάλλευμα, που όταν το θέρμανε, παρουσίασε μια έντονη πράσινη γραμμή, η οποία δεν εμφανιζόταν σε κανένα γνωστό στοιχείο.
Ο Crookes ανέλυσε το μετάλλευμα αναζητώντας το νέο στοιχείο. Το ανακάλυψε και το ονόμασε θάλλιο, από την ελληνική λέξη θαλλός (τρυφερό κλαδί, βλαστάρι), λόγω του χρώματος της χαρακτηριστικής φασματικής γραμμής του.
Ίνδιο In
Ο Γερμανός μεταλλειολόγος Reich (Ferdinand Reich, 1799-1882) είχε την υπόνοια ότι ένα κίτρινο ίζημα που είχε παραγάγει από μετάλλευμα ψευδαργύρου μπορεί να περιέχει ένα νέο μέταλλο.
Επειδή ο ίδιος είχε αχρωματοψία, ζήτησε από τον βοηθό του Richter (Theodor Richter, 1824-1898) να το εξετάσει φασματοσκοπικά. Ο Ρίχτερ έκανε την ανάλυση και εντόπισε μια γραμμή ινδικοκυανού χρώματος που δεν ανήκε σε κανένα γνωστό στοιχείο. Έτσι, το νέο στοιχείο ονομάσθηκε ίνδιο.
Ήλιον He
Οι βελτιώσεις που είχαν επέλθει στα μεταφορικά μέσα επέτρεπαν στους αστρονόμους να ταξιδεύουν σε όλο τον κόσμο, όταν ήταν απαραίτητο. Το πιο θεαματικό αστρονομικό φαινόμενο που συνήθως περιορίζεται σε μικρές περιοχές του κόσμου, είναι η ολική έκλειψη του ηλίου. Το 1868 θα γινόταν μια έκλειψη που θα ήταν ορατή σε ορισμένες περιοχές της Ινδίας και οι Ευρωπαίοι αστρονόμοι δεν δίστασαν να κάνουν αυτό το ταξίδι.
Ένας Γάλλος αστρονόμος που πήγε στην Ινδία, ο Janssen (Pierre-Jules-Cezar Janssen, 1824-1907), μελέτησε το φάσμα των ηλιακών προεξοχών. Στο μεταξύ ο Βρετανός αστρονόμος Lockyer (Joseph Norman Lockyer, 1836-1920) είχε αποδείξει ότι είναι δυνατόν να μελετηθεί το φάσμα των προεξοχών ακόμη και χωρίς να υπάρχει έκλειψη, αν δοθεί η δυνατότητα στο φως που προέρχεται από τα άκρα του ηλιακού δίσκου να διέλθει από ένα πρίσμα.
Ο Janssen διέκρινε μια φασματική γραμμή που δεν αντιστοιχούσε σε κανένα από τα γνωστά στοιχεία. Έστειλε μια σχετική αναφορά στον Lockyer, ο οποίος κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η γραμμή αυτή προέρχεται από ένα άγνωστο ως τότε στοιχείο. Το στοιχείο αυτό ονομάσθηκε ήλιον επειδή εντοπίσθηκε στον Ήλιο.
Από τότε έχουν εντοπισθεί σε φως από αστρικές πηγές αρκετές άγνωστες φασματικές γραμμές, από τις οποίες έχει συναχθεί η ύπαρξη άλλων νέων στοιχείων. Το ήλιον όμως που ήταν το πρώτο από αυτά τα στοιχεία παραμένει το μόνο για τα οποία αποδείχθηκε αναμφισβήτητα ότι είναι ένα νέο χημικό στοιχείο. Η απόδειξη αυτή έγινε μετά από είκοσι πέντε περίπου χρόνια.
Το αργόν που είχε ανακαλυφθεί το 1894 από τους Rayleigh και Ramsay δεν ταίριαζε σε καμία από τις γνωστές οικογένειες, αλλά το ατομικό του βάρος έδειχνε ότι πρέπει να βρίσκεται στην περιοχή του χλωρίου και του καλίου. Αφού το περιοδικό σύστημα βασίζεται κυρίως στο σθένος, ήταν λογικό να τοποθετηθεί το αργόν ανάμεσα στο χλώριο και το κάλιο.
Και τα δύο αυτά στοιχεία έχουν σθένος 1 και αφού το αργόν δεν ενώνεται με κανένα άλλο στοιχείο, έπρεπε να έχει σθένος 0. Η σειρά τιμών σθένους 1,0,1 ήταν λογική και επομένως το αργόν γινόταν το πρώτο μέλος μιας ομάδας στοιχείων με σθένος 0. Ο Ramsay άρχισε να αναζητεί τα υπόλοιπα στοιχεία της ομάδας και το 1895 πληροφορήθηκε ότι στην Αμερική είχαν απομονωθεί από μετάλλευμα ουρανίου, δείγματα ενός αερίου που αρχικά οι επιστήμονες το εξέλαβαν για άζωτο.
Ο Ramsay επανέλαβε τα πειράματα με μια ποσότητα μεταλλεύματος ουρανίου και απομόνωσε ένα αέριο που έμοιαζε με το άζωτο στο ότι ήταν εντελώς αδρανές. Όταν όμως το εξέτασε φασματοσκοπικά, διαπίστωσε ότι δεν είχε τις χαρακτηριστικές φασματικές γραμμές του αζώτου. Αντίθετα εμφάνισε τις φασματικές γραμμές που είχε εντοπίσει ο Janssen στο ηλιακό φως. Έτσι ο Ramsay είχε εντοπίσει ήλιο στην Γη. Μελετώντας το νέο αέριο διαπίστωσε ότι η θέση του στο περιοδικό σύστημα είναι ανάμεσα στο υδρογόνο και το λίθιο.
Γάλλιο Ga
Η ανακάλυψη νέων χημικών στοιχείων συνεχίσθηκε μετά την παρουσίαση του περιοδικού συστήματος των στοιχείων από τον Mendeleev (1869). Το 1874, ο Γάλλος χημικός Boisbaudran (Paul-Emile Lecoq de Boisbaudran, 1838-1912) ανακάλυψε ένα μετάλλευμα ψευδαργύρου που παρουσίαζε άγνωστες φασματικές γραμμές.
Απομόνωσε το νέο στοιχείο και το ονόμασε γάλλιο, από τη λατινική ονομασία της Γαλλίας μετά την κατάρρευση της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας. Όταν ανακοινώθηκε η ανακάλυψη, ο Mendeleev είχε επισημάνει αμέσως ότι το στοιχείο αυτό ήταν το «έκα-αργίλιο».
Και είχε δίκιο. Τα χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες του γαλλίου ήταν ακριβώς εκείνες που είχε προβλέψει για το έκα-αργίλιο. Έτσι, στο εξής κανείς δεν θα μπορούσε να αρνηθεί την εγκυρότητα του περιοδικού συστήματος των στοιχείων.
Υττέρβιο Yb
Μέχρι τότε είχαν απομονωθεί έξι χημικά στοιχεία από σπάνιες γαίες, αλλά ο κατάλογος δεν είχε εξαντληθεί. Το 1878 ο Ελβετός χημικός Marignac (Jean Charles Galissard de Marignac, 1817-1894) ανακάλυψε ένα ακόμη στοιχείο και το ονόμασε υττέρβιο, από το όνομα του λατομείο του Ytterby, όπου είχε ανακαλυφθεί η πρώτη σπάνια γαία από τον Gadolin. Ήταν το τέταρτο στοιχείο που έπαιρνε το όνομά του από το συγκεκριμένο λατομείο. Τα άλλα τρία ήταν το ύττριο, το έρβιο και το τέρβιο.
Σκάνδιο Sc
Από τότε που ο Gadolin είχε ανακαλύψει τις σπάνιες γαίες, είχαν εξαχθεί από αυτές γύρω στα 12 στοιχεία τα οποία έμοιαζαν πολύ μεταξύ τους. Ένα στοιχείο που δεν ανήκει ακριβώς στην σειρά των σπάνιων γαιών, αλλά έχει παρόμοιες ιδιότητες, ανακαλύφθηκε το 1879 από τον Σουηδό χημικό Lars Fredrik Nilson (1840-1899). Το ονόμασε σκάνδιο, προς τιμήν της Σκανδιναβίας.
Ο Σουηδός χημικός Per Teodor Cleve (1840-1905) επισήμανε λίγο αργότερα ότι οι ιδιότητές του είναι ακριβώς εκείνες του «έκα-βορίου» του Mendeleev και ότι ταιριάζει στον πίνακα του περιοδικού συστήματος, ακριβώς στη θέση του έκα-βορίου. Επρόκειτο για την ανακάλυψη του δεύτερου στοιχείου από εκείνα που είχε προβλέψει ο Mendeleev.
Θούλιο Tm - Όλμιο Ho – Σαμάριο Sm
Το σκάνδιο δεν ανήκε στη σειρά των σπάνιων γαιών, το ίδιο έτος όμως ανακαλύφθηκαν άλλα στοιχεία αυτής της σειράς. Ο Cleve, που αναγνώρισε ότι το σκάνδιο είναι το έκα-βόριο, απομόνωσε δύο νέα στοιχεία από σπάνιες γαίες και έδωσε και στα δύο ονόματα σκανδιναβικού χαρακτήρα.
Το πρώτο ήταν το θούλιο, που πήρε το όνομά του από την Θούλη, την βορειότερη σύμφωνα με τους κλασικούς μύθους, περιοχή της Γης, που οι μεταγενέστεροι Ευρωπαίοι ταύτισαν με την Σκανδιναβία. Το άλλο το ονόμασε όλμιο, από το όνομα της Στοκχόλμης.
Την ίδια χρονιά, ο Boisbaudran, που είχε ανακαλύψει το γάλλιο, εντόπισε ένα νέο στοιχείο σε σπάνιες γαίες, το οποίο ονόμασε σαμάριο, επειδή το ανακάλυψε σε ένα ορυκτό που ονομάζεται σαμαρκίτης. (Το ορυκτό, με την σειρά του, είχε πάρει το όνομά του από έναν κατά τα άλλα άγνωστο Ρώσο μηχανικό ορυχείων που λεγόταν Σαμάρσκι).
Γαδολίνι, Gd
Ο Marignac που είχε ανακαλύψει το υττέρβιο, ανακάλυψε το 1880 ένα ακόμη χημικό στοιχείο από την σειρά των σπάνιων γαιών. Το στοιχείο ονομάσθηκε γαδολίνιο, προς τιμήν του Gadolin, του επιστήμονα που είχε ανακαλύψει τις σπάνιες γαίες.
Πρασεοδύμιο Pr - Νεοδύμιο Nd
Το διδύμιο είναι ένα στοιχείο των σπάνιων γαιών που είχε ανακαλυφθεί από τον Mosander σαράντα περίπου χρόνια νωρίτερα. Το όνομά του οφείλεται στο γεγονός ότι μοιάζει πολύ με άλλα στοιχεία των σπάνιων γαιών. Ωστόσο, το όνομα αυτό του ταίριαζε περισσότερο από όσο νόμιζαν αρχικά οι χημικοί , γιατί το διδύμιο ήταν και στην πραγματικότητα «δίδυμο», ήταν δηλαδή μίγμα δύο πολύ όμοιων στοιχείων.
Το 1885, μετά από εκτεταμένη και εξαιρετικά προσεκτική έρευνα, ο Αυστριακός χημικός Welsbach (Carl Auer von Welsbach, 1858-1929) κατόρθωσε να διαχωρίσει τα δύο στοιχεία. Το ένα το ονόμασε πρασεοδύμιο (λόγω του χρώματος μιας χαρακτηριστικής γραμμής του φάσματός του) και το άλλο νεοδύμιο (νέο δίδυμο).
Δυσπρόσιο Dy
Ο Boisbaudran, που είχε απομονώσει ήδη το γάλλιο (1874) και το σαμάριο (1879), έκανε έρευνες σχετικά με ένα μετάλλευμα σπάνιων γαιών το οποίο περιείχε όλμιο, όταν ανακάλυψε ότι περιείχε επίσης μια μικρή ποσότητα ενός ακόμη στοιχείου των σπάνιων γαιών, το οποίο ονόμασε δυσπρόσιο (από την ελληνική λέξη δυσπρόσιτος).
Φθόριο F
Επί τρία τέταρτα του αιώνα, οι χημικοί γνώριζαν την ύπαρξη ενός συγκεκριμένου χημικού στοιχείου. Του είχαν δώσει μάλιστα και όνομα: φθόριο. Ωστόσο, το φθόριο ήταν το δραστικότερο γνωστό στοιχείο, πιο δραστικό και από το οξυγόνο και το χλώριο, και καμιά μέθοδος δεν ήταν ικανή να το αποσπάσει από τις ενώσεις του με άλλα στοιχεία.
Αρκετοί χημικοί προσπάθησαν να το απομονώσουν, αλλά διαπίστωσαν ότι το εγχείρημα αυτό δεν ήταν απλώς δύσκολο αλλά ήταν και επικίνδυνο, αφού τα υλικά με τα οποία έπρεπε να εργασθούν είναι δηλητηριώδη.
Τελικά δοκίμασε και ένας Γάλλος χημικός, ο Henri Moissan (1852-1907). Χρησιμοποίησε όργανα από λευκόχρυσο, γιατί είναι μια από τις ελάχιστες ουσίες με τις οποίες δεν μπορεί να ενωθεί το φθόριο. Αν κατόρθωνε να απομονώσει το φθόριο μέσα σε λευκόχρυσο, το στοιχείο αυτό θα έμενε απομονωμένο.
Στις 26 Ιουνίου του 1886, ο Moissan τοποθέτησε σε δοχείο από λευκόχρυσο διάλυμα φθοριούχου καλίου σε υδροφθόριο, το πάγωσε στους -50οC για να περιορίσει λίγο την δραστικότητα του φθορίου και διοχέτευσε στο διάλυμα ηλεκτρικό ρεύμα. Έτσι συγκέντρωσε ένα αέριο με ανοιχτό κίτρινο χρώμα, που ήταν το φθόριο. Για το επίτευγμά του τιμήθηκε με το Βραβείο Νομπέλ Χημείας το 1906.
Φθορίτης πρωτοαναφέρθηκε από τον Agricola ως μέσο για την εύκολη ρευστοποίηση (flux, παράγωγο του Λατινικού ρήματος fluo που σημαίνει ρέω). Στα Ελληνικά και μερικές άλλες γλώσσες έχει προτιμηθεί η ορολογία φθόριο που προτάθηκε από τον Andre-Marie Ampere και στηρίζεται στο ελληνικό «φθόρος» επειδή καταστρέφει με τη μορφή του οξέος του το γυαλί.
Γερμάνιο Ge
Ο Γερμανός χημικός Clemens Alexander Winkler (1838-1904), ανέλυσε ένα μετάλλευμα αργύρου και όταν ολοκλήρωσε την ανάλυσή του διαπίστωσε ότι τα στοιχεία που είχε εντοπίσει αποτελούσαν μόνο το 93% του συνόλου. Απορημένος, άρχισε τις έρευνες για να εντοπίσει το υπόλοιπο 7% και, το 1886, ανακάλυψε ένα άγνωστο ως τότε χημικό στοιχείο το οποίο ονόμασε γερμάνιο, προς τιμήν της Γερμανίας.
Αποδείχθηκε ότι το στοιχείο αυτό ήταν το «έκα-πυρίτιο». Έτσι συμπληρώθηκε το τελευταίο κενό του περιοδικού συστήματος για το οποίο ο Mendeleev είχε προβλέψει ότι αντιστοιχεί σε ένα άγνωστο στοιχείο. Επί πλέον, οι ιδιότητες που είχε προβλέψει ο Mendeleev αποδείχθηκαν για άλλη μια φορά απόλυτα σωστές. Η απόλυτη επαλήθευση αυτών των τριών προβλέψεων αποτελεί ένα κατόρθωμα εξίσου εκπληκτικό με την ανακάλυψη του Ποσειδώνα.
Αργόν Ar
Από τότε που ο Prout είχε υποστηρίξει ότι το άτομο του υδρογόνου είναι η θεμελιώδης δομική μονάδα όλων των άλλων ατόμων, οι χημικοί μετρούσαν με όλο και μεγαλύτερη ακρίβεια το ατομικό βάρος διαφόρων χημικών στοιχείων. Το γεγονός ότι πολλά ατομικά βάρη δεν ήταν πολλαπλάσια του ατομικού βάρους του υδρογόνου έδειχνε να καταρρίπτει την θεωρία του Prout.
Παραδείγματος χάριν, δώδεκα χρόνια νωρίτερα ο Βρετανός φυσικός Rayleigh (John William Strutt, Lord of Rayleigh,1842-1919), είχε αποδείξει ότι το ατομικό βάρος του οξυγόνου, αν και θεωρείται 16 φορές μεγαλύτερο από το ατομικό βάρος του υδρογόνου, στην πραγματικότητα είναι 15,882 φορές μεγαλύτερο.
Ο Rayleigh προσπάθησε να μετρήσει και το ατομικό βάρος του αζώτου. Στην περίπτωση όμως του αζώτου, συνάντησε ένα πρόβλημα. Το οξυγόνο είχε πάντα το ίδιο ατομικό βάρος ανεξάρτητα από τον τρόπο παρασκευής του, αυτό όμως δεν ίσχυε για το άζωτο. Το ατομικό βάρος του αζώτου που λαμβανόταν από την ατμόσφαιρα ήταν πάντοτε μεγαλύτερο από το ατομικό βάρος του αζώτου που παρασκευαζόταν από διάφορες αζωτούχες ενώσεις.
Ο Rayleigh δεν μπορούσε να βρει μια ικανοποιητική εξήγηση και έγραψε ένα γράμμα στο περιοδικό Nature, ζητώντας ερμηνείες από άλλους επιστήμονες. Ο Βρετανός χημικός William Ramsay (1852-1916), αποφάσισε να ασχοληθεί με το πρόβλημα.
Θυμήθηκε κάτι που είχε διαβάσει σχετικά, ότι ο Henry Cavendish (1731 -1810) είχε προσπαθήσει να ενώσει άζωτο του αέρα με οξυγόνο και είχε διαπιστώσει ότι απέμενε μια μικρή φυσαλίδα αερίου το οποίο δεν ενωνόταν με κανένα τρόπο με το οξυγόνο. Έτσι είχε καταλήξει στο συμπέρασμα ότι μπορεί στην ατμόσφαιρα να υπάρχει μια μικρή ποσότητα αερίου που έχει μεγαλύτερη πυκνότητα από το άζωτο και είναι ακόμη πιο αδρανές, αλλά δεν είχε διερευνήσει περισσότερο το θέμα
Ο Rayleigh επανέλαβε το πείραμα και διαπίστωσε κι αυτός ότι απέμενε μια μικρή ποσότητα αερίου. Είχε όμως στη διάθεσή του φασματοσκοπικές μεθόδους που δεν υπήρχαν στην εποχή του Cavendish. Έτσι θέρμανε το αέριο, μελέτησε τις φασματικές γραμμές του και είδε ότι βρίσκονται σε θέσεις που δεν αντιστοιχούν σε κανένα γνωστό στοιχείο.
Ήταν φανερό ότι επρόκειτο για ένα άγνωστο ως τότε άγνωστο χημικό στοιχείο, το οποίο αποτελεί το 1% περίπου της ατμόσφαιρας. Το αέριο αυτό ήταν εντελώς αδρανές και δεν αντιδρούσε με καμία ουσία. Είχε επίσης μεγαλύτερη πυκνότητα από το άζωτο.
Η παρουσία αυτού του άγνωστου αερίου μέσα στο άζωτο που απομονωνόταν από τον αέρα έδινε στο άζωτο ένα αφύσικα υψηλό ατομικό βάρος, ενώ το άζωτο που προερχόταν από χημικές ενώσεις στις οποίες δεν υπήρχε η πρόσμιξη αυτού του νέου αερίου έδινε το πραγματικό ατομικό βάρος του στοιχείου.
Η ανακάλυψη ανακοινώθηκε στις 13 Αυγούστου 1894 και το νέο αέριο ονομάσθηκε αργόν επειδή είναι εντελώς αδρανές. Για την εργασία τους αυτή, ο μεν Rayleigh έλαβε το Βραβείο Νομπέλ Φυσικής, ο δε Ramsay το Βραβείο Νομπέλ Χημείας το 1904.
Ράδιο Ra – Πολώνιο Po
Η Marie και ο Pierre Curie εξακολούθησαν να μελετούν τις ακτινοβολίες που παράγονται από το ουράνιο. Το 1898, η Marie Curie απέδειξε ότι το θόριο, ένα άλλο βαρύ μέταλλο, παράγει επίσης ακτινοβολίες και ονόμασε το φαινόμενο ραδιενέργεια. Έτσι, σύμφωνα με την νέα ορολογία, το ουράνιο και το θόριο είναι ραδιενεργά στοιχεία.
Η Curie ανακάλυψε επίσης ότι, ενώ η ραδιενέργεια που εκπέμπουν οι καθαρές ενώσεις του ουρανίου αντιστοιχεί πάντα στην ποσότητα του ουρανίου που περιέχουν, μερικά μεταλλεύματα του ουρανίου παράγουν πολύ περισσότερη ραδιενέργεια από όση θα δικαιολογούσε η περιεκτικότητά τους σε ουράνιο.
Έτσι οδηγήθηκε στο συμπέρασμα ότι τα μεταλλεύματα αυτά πρέπει να περιέχουν και άλλα στοιχεία (σε μικρές ποσότητες, αλλιώς θα είχαν ανακαλυφθεί νωρίτερα) τα οποία παρουσιάζουν πολύ μεγαλύτερη ραδιενέργεια από το ουράνιο.
Τον Ιούλιο του 1898, το ζεύγος Curie εντόπισε ένα τέτοιο στοιχείο, το οποίο ονόμασε πολώνιο, προς τιμήν της πατρίδας της Marie Curie. Τον Δεκέμβριο του 1898 εντόπισε ένα δεύτερο στοιχείο, το οποίο ονόμασε ράδιο, λόγω της έντονης ραδιενέργειάς του.
Για τις εργασίες τους σχετικά με την ραδιενέργεια, ο Pierre και η Marie Curie, τιμήθηκαν με το βραβείο Νομπέλ Φυσικής από κοινού με τον Henri Becquerel το 1903. Για τον εντοπισμό του πολωνίου και του ραδίου, η Marie Curie έλαβε το βραβείο Νομπέλ Χημείας το 1911 (ο σύζυγός της είχε πεθάνει).
Νέον Ne – Κρυπτόν Kr - Ξένο Xe
Τα τέσσερα τελευταία χρόνια, ο Ramsay είχε ανακαλύψει το αργόν και το ήλιο. Αλλά η ομάδα μηδενικού σθένους του περιοδικού συστήματος έπρεπε να έχει αρκετά μέλη ακόμη και ο Ramsay άρχισε να τα αναζητεί, με την βοήθεια του Βρετανού χημικού Travers (Morris Williams Travers, 1872-1961).
Ένας Βρετανός εφευρέτης , ο William Hampson (1854-1926), είχε αναπτύξει μια μέθοδο για την παραγωγή υγρού αέρα σε μεγάλες ποσότητες. Έδωσε μια ποσότητα υγρού αέρα στον Ramsay και στον Travers, οι οποίοι την υπέβαλαν σε απόσταξη και στο κλάσμα του αργού ανακάλυψαν το νέον, το κρυπτόν και το ξένον.
Τα νέα στοιχεία ήταν όλα αέρια και είχαν μηδενικό σθένος. Τα πέντε στοιχεία (συμπεριλαμβανομένου του ηλίου και του αργού) ονομάσθηκαν αδρανή αέρια, ή πιο πρόσφατα, ευγενή αέρια.
Ακτίνιο Ac
Τα μεταλλεύματα ουρανίου περιείχαν και άλλα χημικά στοιχεία, πέρα από το πολώνιο και το ράδιο που είχε ανακαλύψει το ζεύγος Curie (1898). Το 1899, ο Γάλλος χημικός Andre-Louis Debierne (1874-1949), ένας στενός φίλος των Curie, απομόνωσε ένα ακόμη στοιχείο από μετάλλευμα ουρανίου και το ονόμασε ακτίνιο.
