Tijdschrift van het Willems-Fonds. Jaargang 5

[p. 14]

Nieuw ontdekte dampkringsgassen.

Het is thans ongeveer anderhalve eeuw geleden sedert, voor het eerst, de samenstelling van den gasmantel die onze aarde aan alle zijden omgeeft, ernstig begon bestudeerd te worden.

Van oudsher en dat wel tot in de nieuwere tijden, gold namelijk de lucht als enkelvoudige stof, als zoog. grondstof (‘element’). J. Mayow, in de XVII^e eeuw, was de eerste die vermoedde dat de lucht den naam van grondstof niet verdiende; hij merkt reeds op dat de lucht in verbranding en ademhaling een rol speelt; slechts een gedeelte nochtans van dit gas is in staat die te onderhouden. Bijna gelijktijdig werden dan, in het laatste dertigtal jaren der XVIII^e eeuw, de stikstof door Rutherford en door Scheele, de zuurstof door Priestley en Scheele ontdekt. In een vermaard gebleven proef toonde eindelijk in 1775 Lavoisier aan dat de dampkringslucht die twee gasvormige grondstoffen bevat.

Op die vaste grondslagen werd verder voortgebouwd; na de eerste gewichtige stappen volgden menige nieuwe bijdragen op ditgebied; de ontdekkingen der groote achttiende-eeuwsche scheikundigen werden bevestigd of aangevuld door altijd diepergaande en vaster wordende kennis der minder belangrijke begeleiders van stikstof en zuurstof in onzen dampkring.

Na al die vele navorschingen scheen het vóór eenigen tijd bepaald vastgesteld, dat deze gasvormige gordel van onzen wereldbol uit een mengsel bestaat van twee hoofdgassen:

76,99 gewichtsdeelen = 79,05 ruimtedeelen stikstof (N).
23,01 gewichtsdeelen = 20,95 ruimtedeelen zuurstof (O).

Daar treden nog als regelmatige, ofschoon minder rijkelijk

[p. 15]

vertegenwoordigde bestanddeelen bij, waterdamp (H₂O), kooldioxyde (CO₂), ozone (O₃), ammoniakzouten (vooral salpeterigzout ammonium (NO₂-NH₄); in veel kleiner hoeveelheid komen, ten deele slechts plaatselijk, in den dampkring voor: kooloxyde (CO), mijngas (CH₄), zwavelwaterstof (H₂S), jodium waterstofsuperoxyde (H₂O₂) enz.

Niettegenstaande dat er, voor die verscheidene gassen, zoowel toenemings- als ook afnemingsoorzaken bestaan, blijven toch, tusschen de drie belangrijkste onder hen, stikstof, zuurstof, kooldioxyde, de bekende verhoudingen onveranderd, of wijzigen zich ten minste op bijna onmerkbare wijze. Zuurstof b.v. is misschien bezig zeer langzaam toe te nemen; stikstof zou daarentegen een tijdperk van zeer trage afneming ingetreden zijn. Wat kooldioxyde betreft, het schijnt dat het natuurlijke spel der chemische evenwichtswetten zou volstaan om de onveranderlijkheid van het CO₂ gehalte van den dampkring te verzekeren, trots alle afnemings- of toenemingsoorzaken.

Het is thans, niet lang geleden, aan twee Engelsche natuuronderzoekers, Lord Rayleigh en Prof. W. Ramsay gelukt, na die meer dan ééne eeuw lange ernstige navorschingsperiode der dampkringssamenstelling, nog een heele reeks nieuwe gassen in ons luchtomhulsel aan te toonen; deze laatste zijn alle, wel is waar, daarin in zeer kleine verhouding aanwezig, maar vormen er niettemin standvastige, algemeen verspreide bestanddeelen van. Hun ontdekking danken de twee geleerden niet aan het toeval; het bestaan der nieuwe luchtsoorten werd veel meer in hun geest een werkelijkheid, een bewezen feit, alvorens ze inderdaad daargesteld werden, want dit bestaan was een onvermijdelijk gevolg van de vergelijking der waargenomen feiten.

De ontdekking van het eerste dier geheimzinnige gassen, van het Argon, werd dan ook reeds op voorhand aangekondigd, nl. op het Congres door de British Association for the Advancement of Science, in Augustus 1894 te Oxford gehouden.

[p. 16]

Sedert een vijftiental jaren reeds had Lord Rayleigh de studie ondernomen der gasdichtheden; als nu de stikstof aan de beurt kwam, waren hem tweeërlei bronnen beschikbaar om zich het gas voor zijn proeven aan te schaffen.

Stikstof komt immers, zooals reeds hooger vermeld, met andere gassen vermengd, overvloedig in den dampkring voor. Rayleigh hoefde dus slechts een zekere hoeveelheid lucht in een geschikt toestel op te sluiten, daaruit vervolgens waterdamp en koolzuurgas (kooldioxyde) enz, door kali b.v. te laten opslorpen, dan zuurstof door phosphor b.v. eveneens uit het gasmengsel te verwijderen: hetgeen dan, gasvormig, onopgeslorpt bleef, moest dus zuivere stikstof zijn. Het op zulke wijs uit den dampkring getrokken gas zullen wij dampkringsstikstof noemen.

Maar, buiten den dampkring, waar zij in ongebonden, vrijen toestand voorkomt, vormt bovendien stiks of met andere grondstoffen een zeer groot getal bepaalde scheikundige verbindingen, zooals nl. de ammoniakzouten, de salpeters, de talrijke soms zeer ingewikkelde stikstofhoudende stoffen door plant- of diercellen bereid; daaruit ook kan men putten door een geschikte verbinding b.v. ammonia, salpetrigzuurammonium, enz. op scheikundigen weg te ontbinden, te ontdubbelen, om de stikstof er van te winnen; op die wijs kan men een zeer zuiver produkt verkrijgen; dit laatste zullen wij ‘scheikundige stikstof’ noemen.

Lord Rayleygh onderzocht de dichtheid zoowel van dampkrings-als ook van scheikundige stikstof; de eerste bleek dichter te zijn, d.i. één ruimtedeel van de eerste woog zwaarder dan een zelfde ruimtedeel van de tweede. Hij vond namelijk dat:

1 lit. dampkringstikstof 1,2572 gr. weegt
en 1 lit. scheik. stikstof 1,2505 gr. weegt

dus een verschil van ongeveer 0,007 gr. (7 duizendsten van een gram) per liter, Daar in het vervolg, die cijfers bleken juist te

[p. 17]

zijn, moest hij dus als onvermijdelijk gevolg aannemen dat de zoog. dampkringsstikstof een mengsel was van ware, zuivere stikstof met een vreemd, zwaarder, dichter gas⁽¹⁾. De aanwezigheid, in de dampkringsstikstof, van een of meer nog onbekende luchtsoorten was, van dan af, een feit. De ontdekking van Argon is dus wel, zooals Lord Rayleigh het zelf uitdrukte ‘de triomf van het derde decimale cijfer.’

Het kwam er nu op aan, die nieuweling of -lingen uit de gaswereld van zijn begeleiders, en wel voornamelijk van de stikstof, af te scheiden, om hun eigenschappen te kunnen onderzoeken.

Om dit doel te bereiken, wendden Lord Rayleigh en de door hem als medewerker ter hulp geroepen Prof. Ramsay, vooreerst de reeds oude Cavendish'sche methode aan. De twee onderzoekers onderwierpen een mengsel van dampkringslucht met zuivere zuurstof, in tegenwoordigheid van een kalioplossing, aan den invloed van electrische ontladingen. In die omstandigheden verbinden zich zuurstof en stikstof langzamerhand tot salpeter- en salpeterzuur, die als oplosbare zouten door de kali worden opgenomen. Uit 7 lit. lucht was, na 7 dagen, eindelijk alle stikstofgas verdwenen; slechts een klein volumen gas, nl. 65 cm⁵, liet zich niet met zuurstof verbinden, en was dus van stikstof verschillend; het was het gezochte, nieuw gas.

Het is opmerkenswaardig dat reeds in 't jaar 1785 de welbekende natuur- en scheikundige M. Cavendish deze proef met veel minder volmaakte toestellen, en met veel meer geduld gewapend, genomen had; dan reeds zelfs had de vermaarde Engelschman dezelfde feiten waargenomen, en daaruit de slotsom getrokken dat het, in zijn toestel achterblijvende

(1) Men weet b.v. dat 1 lit. zuivere spiritus (alcohol) 800 gr. weegt; vindt men voor 1 lit. alcoholmonster 900 gr., dan zal men daaruit mogen besluiten dat er aan den alcohol, een zekere hoeveelheid van een zwaarder vloeistof, b.v. water werd toegevoegd.

[p. 18]

gedeelte waarschijnlijk een nieuwe gassoort zijn moest; zóó na kwam hij de ontdekking van Argon te gemoet; hij heeft immers de nieuwe luchtsoort gezien, afgezonderd van al haar begeleiders; alleenlijk heeft hij nagelaten die te bestudeeren en te... benamen.

‘Daarom,’ zegt hij, ‘heb ik een proef genomen om te bepalen of een gedeelte stikstof (phlogisticated air) uit den dampkring zich geheel tot salpeterzuur (nitrous air) kan laten vervormen, dan wel of er niet een gedeelte daarvan van verschillenden aard zou zijn, en die verandering zou weigeren te ondergaan....’

‘Om dit doel te bereiken, liet ik een mengsel van zuurstof (dephlogisticated air) en gewone lucht op dezelfde wijs als voorheen, zijn volumen verminderen tot een klein gedeelte van zijn oorspronkelijke ruimte. Verder, om zooveel mogelijk de in den toestel overblijvende stikstof te binden, voegde ik er nog zuurstof bij, en liet dan nogmaals de electrische vonk overspringen, totdat er geene vermindering van het volumen meer plaats greep.... liet dan een weinig zwavellever opgaan om de overtollige zuurstof op te slorpen; er bleef dan niets meer onopgeslorpt over dan een kleine luchtbel die zeker niet meer dan 1/120 van de gebruikte stikstof uitmaakte, zoodat, indien er eenig gedeelte van de dampkringsstikstof van het overige verschilt, en geen salpeterzuur kan geven, wij, met zekerheid mogen besluiten dat het niet meer dan 1/120 van het geheel zijn kan’.⁽¹⁾

Bijna hetzelfde cijfer werd onlangs, na anderhalve eeuw en met veel verbeterde toestellen, teruggevonden.

Later werd, door andere chemici, de stikstof door andere reagentiën verwijderd, b.v. door ze bij hooge temperatuur door Magnesium, door Magnesium en Kalk, of door nog andere metalen weer te laten opslorpen. In hoofdzaak bleef toch de bereiding van Argon dezelfde.

(1) Philosoph. Transact, of the R. Soc. of London. - Vol. LXXV. For the year 1785. - Part II, blz. 372. - XXIII. Experiments on air by Henry Cavendish. Esq., F.R.S. and A.S. Read June 2, 1785.

[p. 19]

Wat de verspreiding van de nieuwe grondstof in de natuur betreft, overal in den dampkring heeft men haar aanwezigheid aangeteekend, in alle plaatsen en op alle hoogten; Argon werd aangetoond in Parijs. 10 met. boven den grond en boven op den Eiffeltoren, insgelijks onder de oppervlakte van den grond, b.v. in ijzergroeven bleek het aanwezig te zijn; daar het daarenboven in water oplosbaar is, en zelfs door die vloeistof in sterkere mate dan stikstof wordt opgenomen, is het in alle wateren vertegenwoordigd, en dat wel betrekkelijk rijker dan in den dampkring, b.v. in regenwater, in bronnen en rivieren. - Eindelijk schijnt het zelfs buiten onze wereld, met name in zekere sterren en nevelvlekken aangetoond te zijn geworden.

Volgens de laatste onderzoekingen, verdeden zich de drie voornaamste dampkringsgassen als volgt:

in 100 ruimtedeelen lucht, komen voor 21d.O.+78,05d.N+0,94d.A.
in 100 gewichtsdeelen lucht, komen voor 23.2d.O.+75,5d.N+1,30d.A.

Met het oog nu op zijn scheikundige eigenaardigheden, bleek Argon, zooals immers verwacht mocht worden, uiterst ongevoelig, passief te zijn; het weerstaat, volgens de eigen woorden van Lord Rayleigh ‘zelfs aan die verleidingen waaronder stikstof bezwijkt.’ Juist om die groote ongevoeligheid werd het overigens zoolang over het hoofd gezien, en met stikstof verward⁽¹⁾; immers om stikstof uit den dampkring af te zonderen, placht men, zooals reeds hooger vermeld, een voor een al zijn begeleiders door de geschikte reagentiën te laten opslorpen: hetgeen dan aan alle reagentiën ongevoelig bleef, en dus onopgeslorpt achterbleef, ging als stikstof door; zij alleen, zoo luidde het, kon zooveel verleiding onbeantwoord laten; thans kent men echter een nog passiever stof, Argon. Eenige weinige grondstoffen of verbindingen, b.v. zuur-

(1) Argon komt 3 maal overvloediger dan waterdamp, 30-100maal overvloediger dan Co₂, eenige honderden malen overvloediger dan ammonia, ozone enz. in den dampkring voor.

[p. 20]

stof, zekere metalen, waterstof enz., vermogen, onder begunstigenden invloed van warmte of electrische ontlading, de stikstof in beslag te nemen; Argon weigerde, tot nog toe, met om het even welke stof ook, zelfs met de krachtigste onder hen, zooals fluor-, natrium- of kaliumdampen, koningswater, een verbinding aan te gaan. Het verdient ten volle zijn naam Argon⁽¹⁾, hetgeen lui, werkeloos beduidt.

Op dezelfde wijs als men in de onzuivere, zoog. dampkringsstikstof, een nieuw gas, Argon, verscholen vond, zoo liet zich dit laatste op zijn beurt ontdubbelen, en dat wel in zulke mate, dat, in de handen der scheikundigen het onzuivere Argon ook een mengsel van verscheidene nieuwe gassen bleek te zijn. Hier gold niet meer een op ongevoeligheid, op scheikundige passiviteit der af te zonderen stoffen berustende methode; want bij al die nieuw ontdekte gasten van onzen dampkring moest men die onverschilligheid verwachten, daar alle verkregen werden door verwijdering van de andere, actieve, bestanddeelen die zich met de gebruikte reagentiën lieten verbinden. De wegen die tot de ontdekking van deze jongste, zoolang verscholen gebleven luchtsoorten geleid hebben, zijn tweeërlei: de optische en de thermische, d.i. de studie van hun gedrag tegenover licht en warmte. Iedereen weet dat zekere stoffen in een kleurlooze vlam gebracht, aan deze een bijzondere kleur mededeelen; met eenige oefening kan men zelf vaak daaraan reeds de aanwezigheid van de eene of andere scheikundige stof erkennen.

Wanneer men echter dit gekleurde licht in een doorschijnend prisma ontvangt, dan verkrijgt men het zoogen. spectrum van die stof; voor een gas of damp b.v. ziet men een bepaalde reeks van verschillend gekleurde strepen op donkeren grond; daar die strepen, voor iedere stof, nauwkeurig dezelfde kleur vertoonen en denzelfden stand innemen, zoo kan men door aandachtige waarneming van het spectrum in een

(1) Gr. ̓αργός = werkeloos.

[p. 21]

geschikten toestel, de bestanddeelen van het onderzocht mengsel met zekerheid bepalen; die zoogen. spectraal-analyse is een zeer fijne, zeer gevoelige; immers men kan met hare hulp b.v. 4/3000000 mgr. natrium ontdekken.

In veel gevallen is de warmte van de vlam voldoende om de onderzochte stof te vervluchtigen, d.i. om haar gasvormig te maken; voor andere, minder vluchtige zelfstandigheden, gebruikt men daartoe de eleclrische vonk; van de gassen, die reeds den dampvorm bezitten, sluit men gewoonlijk een zeer kleine hoeveelheid in een gesloten buis op en laat men door het gas electrische vonken overspriugen, waardoor het dan lichtend wordt.

Crookes, een meester in dit vak, nam op zich de spectroscopische studie van het nieuw ontdekte Argon. Daar hij, naar de omstandigheden twee diep van elkander verschillende strepenreeksen waarnam, een in het rood, een in 't blauw, rees bij hem de meening op dat Argon waarschijnlijk niet één gas was, maar liever een mengsel van verschillende nog onbekende luchtsoorten.

En inderdaad, dank zij een zeer nauwkeurige studie der smelt- en kookpunten, gelukte het in de zoo dikwerf onderzochte dampkringslucht, nog vier onbekende gassen aan te toonen.

De vermaarde natuurkundige Prof. Olszewski heeft de verdichting van Argon uitgevoerd; door het gas, onder gewonen druk, geleidelijk af te koelen, verkreeg hij eerst, op een temperatuur van - 187°, een kleurlooze vloeistof, vervolgens, op - 189°, een vaste, gekristalliseerde massa. Nochtans had hij opgemerkt dat dit vast worden niet ineens, maar om zoo te zeggen, in twee tempo's geschiedde, hetgeen met de uitkomst van het spectroscopisch onderzoek volkomen strookte, nl. dat er ten minste twee verschillende stoffen in 't mengsel aanwezig waren.

Om die van elkander te scheiden, in spijt der zeer genaderde

[p. 22]

vriespunten, moest men het verschijnsel van naderbij onderzoeken, het trachten langzamer te laten plaats grijpen om het zoo lang mogelijk in den tijd uit te rekken; men moest dus de temperatuur trager laten dalen en rijzen.

In die omstandigheden slaagden Ramsay en Travers er werkelijk in, het gasmengsel door een ware distillatie van 18 1. vloeibaar Argon in zijn afzonderlijke bestanddeelen te splitsen: een eerste daling van de temperatuur veroorzaakte nl. het vriezen van het lichtst bevriesbaar gedeelte, in den vorm van ijsachtige kristallen die zeer traag verdampen en dus in de overtollige vloeistof blijven rondzwemmen, als men deze laatste ras laat verdampen; men verkrijgt ze op die wijs, zuiver van alle vreemde stoffen, en kan ze aan een nadere studie onderwerpen: dit eerst bevriezende gas werd Metargon⁽¹⁾ genoemd; zijn dichtheid bedraagt ongeveer 19,87, en zijn spectrum vertoont onder andere, een gele en een groene streep.

De gassen nu die van het Metargon verdampten, kan men verder in afzonderlijke gedeelten opvangen. Wanneer ze uit den vloeibaren in den gasvormigen toestand overgaan ten gevolge van een gering wijzigen der temperatuur, werden de eerste 100 cm⁵ opgevangen, waarvan de dichtheid bleek ongeveer 13 te wezen; het spectrum vertoont veel strepen in het oranje, in het geel en in het violet; dit nieuw gas, Neon⁽²⁾ gedoopt, schijnt het lichtste te zijn onder alle de bestanddeelen van den dampkring. Dichtheid: 9.76.

Eerst met een iets hoogeren temperatuursgraad wordt Argon op zijn beurt gasvormig; het bezit dan een dichtheid van ongeveer 19,94.

Op dezelfde wijs verkregen, in een andere proef, de twee geleerden door langzaam verdampen van 800 cm⁵ vloeibare lucht nog twee nieuwe gassen.

In de het laatst verdampende gedeelten, namelijk in de

(1) D.i. begeleider van Argon Gr. μετά = mede, nevens.

(2) Gr. νέοϚ = nieuw.

[p. 23]

laatste 10 cm⁵ toonde het spectroscopische onderzoek aan, dat men voor een mengsel van Argon met een nog onbekend gas stond; dit laatste vertoonde twee heldere strepen, nl. in het gele en in het groene; het kreeg den naam Krypton⁽¹⁾. Volgens Berthelot zou dit spectrum zeer veel gelijken op dit van het noorderlicht.

Eindelijk, het laatste van alle, op den hoogst en temperatuursgraad ging nog een vierde luchtsoort over, de dichtste van alle, die Ramsay Xenon⁽²⁾ noemt, waarvan het spectrum op dit van Argon gelijkt, maar met een verschillenden stand der lichtstrepen. D.: 32.5.

Uit de jongste onderzoekingen schijnt Baly van Londen door spectroscopisch onderzoek, nog het Helium⁽³⁾ in het Neon aangetoond te hebben; dit laatste zou op ongeveer - 240° koken; door zijn mindere oplosbaarheid in vloeibare zuurstof zou het misschien van Neon kunnen gezuiverd worden. Het is opmerkelijk dat het Helium sinds jaren, ook spectroscopisch, in den dampkring van de zon werd ontdekt.

Onlangs werd het ook in zekere delfstoffen, b.v. in het noordsch Clevelt waargenomen.

In de zoog. dampkringsstikstof zijn er dus thans, in kleine hoeveelheid, zes nieuwe gassen ontdekt: neon, argon, metargon, krypton, xenon, helium.

Juni 1899.

D^r Alb. Tiberghien.

(1) Gr. ϰρυπτός = verborgen.

(2) Gr. ξένος = vreemdeling.

(3) Gr. ῆλιος = zon.