جایزه نوبل شیمی 1904 به سر ویلیام رمزی “به پاس خدمات وی در کشف عناصر گازی بی اثر در هوا و تعیین جایگاه آنها در سیستم تناوبی” اهدا شد.

یکی از برجسته‌ترین ویژگی‌های تحقیقات علوم طبیعی در عصر ما، اقدام متقابلی است که فیزیک و شیمی را مشخص می‌کند، که باعث می‌شود یک اکتشاف مهم در یکی از این علوم تقریباً همیشه بر علم خواهر تأثیر بگذارد. بنابراین تحقیقات لرد ریلی در مورد خواص فیزیکی گازهای خاصی که به تازگی جایزه دریافت کرده اند، منجر به یک سری اکتشافات شگفت انگیز و مهم در بخش شیمی محض شد.

لرد رایلی با اثبات تفاوت قابل توجه چگالی موجود بین نیتروژن جو و نیتروژن شیمیایی آماده شده، دانشمند بریتانیایی دیگری که قبلاً به عنوان یک شیمیدان برجسته شناخته شده بود، اجازه همکاری در تحقیقات ادامه دار را دریافت کرد تا در صورت امکان، علت وضعیت عجیب چیزهایی که قبلا ذکر شد. نتیجه این همکاری کشف (منتشر شده در سال 1894) بود که هوا حاوی یک جزء گازی است که قبلاً ناشناخته بود، با چگالی تقریباً یک و نیم نیتروژن، که وزن مخصوص بالاتر نیتروژن جو را توضیح می دهد. . مطالعه دقیق خواص گاز جدید به زودی بدون تردید ثابت کرد که یک عنصر شیمیایی جدید کشف شده است که به دلیل عدم تمایل آن به ارتباط شیمیایی با عناصر دیگر، آرگون (“غیرفعال”) نامیده می شود.

همکار شیمیایی لرد رایلی که به اثبات وجود آرگون در پوشش گازی کره زمین رضایت نداشت، به ابتکار خود، خود را وقف جستجوی وجود آرگون در پوسته جامد زمین کرد. این او را به یک کشف جدید سوق داد که به ندرت کمتر از قبلی شگفت‌انگیز بود. او موفق شد گازی را از برخی کانی‌های اورانیوم جدا کند، گازی که در طیف‌سنجی ثابت شد، نه با آرگون، بلکه مشابه با عنصر خورشیدی هلیم که تاکنون در زمین کشف نشده بود، وجود آن را برای اولین بار توسط یانسن، فرانسوی نشان داده بود. ستاره شناس، در طی یک بررسی طیف سنجی کروموسفر خورشیدی در سال 1868، در حالی که مشاهداتی بر روی یک خورشید گرفتگی در هند انجام می داد. متعاقباً مشخص شد که هلیوم در آب برخی از چشمه‌های معدنی، در شهاب‌سنگ‌های خاص نیز وجود دارد و مانند آرگون، تنها در درجه‌ای بسیار کمتر، جزئی از جو زمین را تشکیل می‌دهد.

به محض اینکه وزن اتمی دو گاز جدید تقریباً تعیین شد – 4 برای هلیوم و 40 برای آرگون – دانشمند پرانرژی با استدلال نظری به جستجوی گاز اولیه دیگری که وزن اتمی آن باید باشد هدایت شد. بین دو گاز قبلی و احتمالاً باید حدود 20 باشد. او با تعداد زیادی تلاش بی‌ثمر در جهات مختلف، سرانجام زمانی که مشکل ساخت هوای مایع در مقیاس بزرگ عملاً حل شد، یک عامل فعال به دست آورد. با کمک دمای پایینی که هنگام تبخیر هوای مایع رخ می دهد (200- درجه سانتیگراد و پایین تر) او توانست مقادیر قابل توجهی از آرگون مایع را بدون هیچ مشکلی به دست آورد و هم با تقطیر جزئی آن و هم با تقسیم مستقیم هوای مایع. او موفق شد عنصر مورد نظر را که توسط او نئون («جدید») نامیده می‌شد، در بخش‌های آزادانه‌تر نشان دهد. همه اینها نبود: در بخش‌های کمتر آزادانه هوا، او تقریباً به طور همزمان دو عنصر جدید، هر دو گازی در دمای معمولی، با چگالی بیشتر از آرگون را کشف کرد، که وجود آنها را – البته با اطمینان نسبتاً کمتر – پیش‌بینی کرده بود. که او فرقه های کریپتون (“پنهان”) و زنون (“غریب”) را پیشنهاد کرد.

این گازها در هوا اتفاق می‌افتند، اما به‌عنوان یک قاعده کم، زیرا در حالی که آرگون تقریباً 1 صدم حجم هوا را تشکیل می‌دهد، نئون تنها به‌عنوان 1 تا 2 صد هزارم، هلیوم به‌عنوان 1 تا 2 میلیونم، کریپتون به‌عنوان یک میلیونم و زنون وجود دارد. فقط در حدود 1 بیست میلیونم قسمت در هر جلد. این بیش از هر چیز ما را قادر می سازد تا ایده ای از مشکلات گسترده ای که در این تحقیقات وجود دارد شکل دهیم. با وجود همه موانع، نه تنها می توان عناصر جدید را جدا کرد، بلکه می توان ویژگی های آنها را با دقتی بررسی کرد که امکان تعیین جایگاه آنها در سیستم تناوبی عناصر را فراهم کرد. نشان داده شده است که پنج گاز جدید، یا همان طور که اغلب آنها را “گازهای نجیب” می نامند، یک خانواده طبیعی از عناصر را تشکیل می دهند که با عدم وجود قطبیت الکتریکی کاملاً از همه عناصری که قبلاً شناخته شده بودند متمایز می شوند و یک فضای خالی را در سیستم تناوبی پر می کنند. تاکنون بین هالوژن های بسیار منفی و فلزات قلیایی بسیار مثبت وجود داشته است.

کشف یک گروه کاملاً جدید از عناصر، که هیچ نماینده ای از آنها با قطعیت شناخته نشده بود، چیزی کاملاً منحصر به فرد در تاریخ شیمی است و ذاتاً پیشرفتی در علم با اهمیت خاص است. زمانی که به یاد بیاوریم که همه این عناصر اجزای جو زمین هستند، این پیشرفت قابل توجه تر است و اگرچه ظاهراً برای تحقیقات علمی بسیار در دسترس هستند، اما برای مدت طولانی هوش و ذکاوت دانشمندان برجسته را که از زمان Scheele، Priestley و Lavoisier تا امروز ما در تعیین خواص شیمیایی و فیزیکی هوا مشغول بوده‌اند. با این حال، این کشف بسیار بیشتر از افزودن ساده پنج عنصر جدید به هفتاد عنصری است که قبلاً شناخته شده است. این به دلیل ویژگی خنثی گازهای جدید است که مطمئناً مطالعه آنها را بسیار دشوار می کند، اما در عین حال آنها را در موقعیت بسیار عجیبی در میان عناصر دیگر قرار می دهد. علیرغم تلاش های مکرر و خستگی ناپذیر، القای ترکیب شیمیایی چه با یکدیگر و چه با عناصر شناخته شده دیگر، در هیچ مورد تایید شده غیرممکن است. چنین بی اثری کاملی در میان عناصر قبلاً ناشناخته بود. در واقع تقریباً عموماً اعتقاد بر این بود که قدرت ورود به واکنش شیمیایی یک ویژگی اساسی است که – اگرچه در درجه بالاتر یا پایین تر – همه عناصر را مشخص می کند. کشف گازهای نجیب این مانع از دانش ما را برطرف کرده، دیدگاه بسیار محدود ما را نسبت به ماهیت عناصر گسترش داده است، و به همین دلیل، از جنبه نظری، مورد توجه ویژه است.