Нил Бартлет

Eден од најистакнатите хемичари на дваесеттиот век, кој со своите експерименти го прекрши едно од основните начела на хемијата-инертноста на благородните гасови и ги натера научниците одново да ги пишуваат учебниците по хемија,не ја доби Нобеловата награда за хемија иако сите негови современици лобираа за тоа а весниците  го славеа како „Докторот од Њукасл кој го „истумба“ светот на хемијата со неговиот жолт прашок“

Науката е  колаборативна дисциплина. Но, понекогаш, едно лице, може да направи неверојатно откритие што засекогаш ќе го измени научното поле. Нил Бартлет, додека работел во својата лабораторија, покажал дека „инертноста“ на елементите од групата 18 не е фундаментален закон на природата како што се верувало претходно. Откритието на Бартлет значело дека сите постоечки учебници морале да се пишуваат одново. Научниците отсекогаш верувале дека благородните гасови, познати и како инертни или ретки гасови, хемиски не можат да реагираат. Хелиум, неон, аргон, криптон, ксенон и радон (сите гасови на собна температура) се сметаа за „осаменици“ на Периодниот систем. Нивната инертност стана основен принцип на хемијата, објавена во учебници и се предава во училниците низ целиот свет.

Конвенционалната научна мудрост сметаше дека овие  елементи не можат да формираат соединенија бидејќи нивната електронска структура е исклучително стабилна. За сите, освен хелиумот, максималниот капацитет на надворешната електронска обвивка на атомот на благородниот гас е осум електрони. За хелиум, таа граница е само два електрони. Овие електронски распореди се особено стабилни, оставајќи ги благородните гасови без тенденција да примаат или оддаваат електрони. Ова ги наведе хемичарите да ги сметаат за тотално нереактивни.

Неколку хемичари се сомневале во апсолутната инертност на благородните гасови. Меѓу тие научници спаѓаат Валтер Косел во 1916 година и добитникот на Нобеловата награда за хемичар Линус Полинг во 1933 година. Тие предвиделе дека високо реактивни атоми како што е флуорот може да формираат соединенија со ксенон, најтешкиот од благородните елементи и чии електрони, не се така цврсто врзани како оние на полесните гасови. Подоцна навистина ќе се пронајдат криптон хексафлуорид (KrF₆) и ксенон хексафлуорид (XeF₆).

Првични истражувања

Во 1961 година Нил Бартлет предавал хемија на Универзитетот во Британска Колумбија во Ванкувер, Канада. Неколку години претходно, додека експериментирал со флуор и платина, тој случајно произвел темно-црвена цврста супстанца чиј точен хемиски состав останал мистерија. Со помош на неговиот асистент Дерек Ломан, упорно го истражувал идентитетот на црвената супстанца и на крајот откриле дека познатиот гасовит флуорид, платина хексафлуорид (PtF₆), може да оксидира кислород и да произведе црвена, цврста супстанца, кое тој и Ломан го идентификувале како O₂⁺PtF₆^-.

Она што било најнеобично за ова соединение е тоа што содржи кислород во форма на позитивно наелектризирани јони, иако кислородот обично има нето негативен полнеж. Кислородот нормално ги повлекува електроните од другите атоми и затоа се нарекува оксидирачки агенс или оксиданс. Но, Бартлет верувал дека во овој случај, компонентата PtF₆ е помоќен оксидирачки агенс дури и од кислородот и дека извлекува електрони од кислородот, оставајќи кислород со нето позитивен полнеж.

Иако PtF₆ првпат беше подготвен неколку години порано од истражувачите од Националната лабораторија Аргон, неговата оксидирачка моќ не беше препознаена до истражувањето на Бартлет. Токму овој развој го иницирал Бартлет да теоретизира дека ако PtF₆ може да оксидира кислород, тогаш би можел да ја постигне и „невозможната“ задача за оксидирање на ксенон, чиј потенцијал за јонизација (енергија потребна за отстранување на електрон) е многу сличен на оној на кислород.

Експеримент  со ксенон

Во март 1962 година, Бартлет измислил едноставен експеримент за да ја тестира својата хипотеза. Тој поставил стаклен апарат кој содржи PtF₆ - црвен гас - во еден контејнер и ксенон - безбоен гас - во соседниот сад, одделен и запечатен.

Кога ја скршил заптивката помеѓу црвениот гас PtF₆ и безбојниот гас ксенон, веднаш дошло до интеракција, предизвикувајќи таложење на портокалово-жолта цврста супстанца. Реакцијата се одвивала на собна температура,моментно и бурно, и била „извонредно возбудлива“. Тој бил сигурен дека портокалово-жолтата цврста материја е првото соединение на благороден гас во светот (иако, продуктот веројатно бил мешавина од неколку соединенија, работата на Бартлет е првиот доказ дека соединенија може да се подготват од благороден гас).

Но, убедувањето на другите  се покажало донекаде тешко. Преовладувал ставот дека ниту еден научник не може да прекрши едно од основните начела на хемијата: инертноста на благородните гасови. Бартлет на забава и неверување на некои негови колеги инсистирал на тоа дека има! Доказот бил во новата смеса што ја направил. Таа портокалово-жолта цврста материја последователно е идентификувана во лабораториски студии како ксенон хексафлуороплатинат (XePtF₆), првото соединение од благороден гас во светот.

Xe + PtF₆ = XePtF₆

За неколку месеци,  и други хемичари успешно го повториле експериментот. Иако сложените хемиски детали зад реакцијата ќе бидат потребни години за да се разјаснат, а формулата на шарениот продукт подоцна била изменета како [XeF]⁺[PtF₅]^-, значењето на експериментот останало јасно. Тој потоа успеал да произведе и репродуцира неколку други флуориди на ксенон: XeF₂, XeF₄ и XeF₆. Со искористување на растворувачите и основните својства на XeF₆, тој успеал да го подготви првото петвалентно златно соединение, Xe₂F₁₁⁺AuF₆⁻

Поттикнати од успехот на Бартлет,  и други научници наскоро почнале да прават нови соединенија од ксенон, а подоцна и од радон и криптон. Со едноставниот експеримент на Бартлет, стариот „закон“ за нереактивност на благородните гасови е конечно победен. Беше пуштено во употреба новото поле за хемија на благородни гасови, со своите возбудливи можности.

Ветувачки случувања од благородната хемија на гасови

Експериментот на Бартлет ја отворил вратата за подобро разбирање на оксидационите состојби на атомите и нивните можни реакции. Денес, хемијата на благородни гасови стана моќна алатка за развој на нови соединенија со корисни својства. „Важниот аспект на моето откритие“, рекол Бартлет, „беше да го привлечам вниманието на основните хемиски размислувања - особено дека квантитативните енергетски разлики се важни кога се разгледуваат варијациите во хемијата на елементите во рамката на Периодниот систем“.

Се проценува дека денес се познати повеќе од 100 соединенија на благородни гасови. Овие кревки соединенија се богати со енергија: тие имаат тенденција да бидат крајно нестабилни и затоа многу реактивни. Секоја година се откриваат се повеќе. Во 2002 година, истражувачите од Универзитетот во Хелсинки во Финска објавија формирање на првото и единствено познато соединение на аргон (произведено на екстремно ниски температури). Од шесте познати благородни гасови, само хелиум и неон не формирале соединенија до денес.

Благородните гасни соединенија веќе имаат влијание врз нашиот секојдневен живот.

XeF₂ се користи за конвертирање на урацил во 5-флуороурацил, еден од првите антитуморни агенси. Реактивноста на радонот значи дека тој може хемиски да се исчисти од воздухот во рудниците за ураниум и други рудници. Ексимерните ласери користат соединенија од аргон, криптон или ксенон за да произведат прецизни зраци на ултравиолетова светлина (кога се електрично стимулирани) кои се користат за извршување на операција на очите за поправка на видот.

Соединенијата на овие гасови се подготвени да играат уште поголема улога во иднина. Истражувачите неодамна успеаја да комбинираат благородни гасови со јаглеводороди, развој што може да доведе до нови и подобри синтетички пристапи за некои органски материјали. Благородните гасови и нивните соединенија исто така ветуваат како зелени хемиски реагенси кои овозможуваат поеколошки производствени процеси. 

Нил Бартлет во неговата лабораторија.

„Мислам дека на моменти се поистоветував со инертните гасови, а понекогаш ги антропоморфизирав, замислувајќи ги осамени, отсечени, копнежливи за поврзување. Дали врските, поврзувањето со други елементи беше апсолутно невозможно за нив“?

Колку била опасна работата со овие хемикали, зборува следниот податок:Во јануари 1963 година, Бартлет и неговиот асистент биле хоспитализирани по страшна експлозија во нивната лабораторијата. Додека гледале во она што мислеле дека би можело да се првите кристали на XeF₂, соединението експлодирало, и таа експлозија внесла парчиња стакло во очите на двајцата научници. Двајцата поминале во болница четири недели, а Бартлет останал со оштетен вид на едното око. Последното парче стакло од оваа несреќа е отстрането дури 27 години подоцна.

Биографија на Нил Бартлет (1932-2008)

 Нил Бартлет е роден на 15 септември 1932 година во Њукасл-на-Тајн, Обединетото Кралство. Едно од неговите најрани сеќавања е лабораторискиот експеримент што го спровел на часовите,  како дванаесетгодишен ученик. Во експериментот, тој измешал раствор од воден раствор на амонијак (безбоен) со бакар сулфат (син камен) во вода, предизвикувајќи реакција која на крајот би создала „убави, добро формирани кристали“. Од тој момент „Бев заразен со хемијата“, пишува Бартлет, кој копнеел да знае зошто се случила трансформацијата. Тој не можел да знае дека настанот нејасно ќе го навести неговиот познат експеримент неколку децении подоцна, во кој тој го произведе првото  соединение на благороден гас во светот.

Почнал да се навлегува во хемијата до тој степен што изградил своја сопствена импровизирана лабораторија во домот на неговиот родител, комплетна, со колби и чаши и хемикалии што ги купил во локална продавница за набавки. Таа љубопитност се пренесува понатаму се до академскиот успех.

Бартлет го посетувал Кралскиот колеџ во Дурам (Велика Британија), каде дипломирал во 1954 година и докторирал во 1958 година.Истат година Бартлет бил назначен за предавач по хемија на Универзитетот на Британска Колумбија во Ванкувер, Канада, каде што останал до 1966 година, на крајот достигнувајќи го звањето редовен професор. Во 1966 година станал професор по хемија на Универзитетот Принстон, а истовремено работел и како член на истражувачкиот кадар во лабораториите Бел. Во 1969 година, се приклучил на Универзитетот во Калифорнија, Беркли, како професор по хемија, пензионирајќи се во 1993 година.

Почести

Во 1968 година бил награден со медалот Елиот Кресон. Во 1973 година, тој станал член на Кралското друштво (Обединето Кралство). Во 1976 година ја добил наградата Велч за хемија за неговата синтеза на хемиски соединенија на благородни гасови и последователно отворање на широки нови полиња на истражување во неорганската хемија. Тој е избран за член на Американската академија за уметности и науки во 1977 година а во 1979 година, тој е награден како странски соработник на Националната академија на науките. Исто така е награден со престижниот медал Дејви во 2002 година за неговото откритие дека благородните гасови сепак не се толку благородни. Претходните добитници на Медалот Дејви се Роберт Вилхелм Бунсен, пронаоѓачот на горилникот на Бунзен и Алберт Ладенбург, кој го предложи постоењето на соединението призман.

Во 2006 година, неговото истражување за реактивноста на благородните гасови е назначено, од Американското хемиско здружение и Канадското здружение за хемија (CSC) како меѓународно историско хемиско обележје на Универзитетот во Британска Колумбија како признание за неговото значење, „фундаментално за научно разбирање на хемиската врска“. Бартлет бил номиниран за Нобеловата награда за хемија секоја година помеѓу 1963 и 1966 година, но не ја добил наградата.