Otvorite li koju staru knjigu iz kemije, poput udžbenika anorganske kemije iz 1873. godine što ga je napisao „Dr. E. F. v. Gorup-Besanez“ (a koju držim na počasnom mjestu na polici s knjigama), naći ćete da se zrak sastoji od 21 % kisika i 79 % dušika (0,004 % ugljikova dioksida treba zanemariti). Kako to, kad u školi učimo da u zraku ima doduše od 21 % kisika, ali samo 78 (ne 79!) posto dušika? Gdje je nestalo tih jedan posto?

Čitatelj će prvo pomisliti: krivo su mjerili. No ta pretpostavka stoji na klimavim nogama. Krivo mjeriti znači mjeriti s (velikom) statističkom ili sustavnom pogreškom. Statistička pogreška znači da je rezultat određen s manjim brojem znamenki, recimo da se kaže da u zraku ima 1/5 kisika i 4/5 dušika, a ne kada se rezultat razlikuje na posljednjoj signifikantnoj znamenki. Protiv te pretpostavke govori i činjenica da su stari kemičari i te kako znali točno odrediti sastav zraka, tim više što im je udio kisika u zraku bio vrlo važan, pa su ga mjerili gdje god su mogli. Za to im je služio uređaj koji su zvali eudiometar, „mjerač dobrote“ zraka. Riječ čudno zvuči ušima današnjeg kemičara, ali je u njihovo doba imala i te kako smisla.

Sve do otkrića pravih uzročnika bolesti, a to su dakako bakterije i virusi, njihov se uzrok tražio u lošem zraku. Zrak u gradu i pokraj močvara bio je pokvaren, loš, kužan, pun mijazama, pa stoga radi očuvanja zdravlja treba ići na čisti zrak, u toplije i vjetrovitije krajeve. Gradski su se bedemi rušili da bi u grad ušao čist zrak, a to je prije svega značilo da zrak bude suh. To je i razlog zašto se Luj XIV ni nitko iz njegove svite nije kupao. Ne zato što su voljeli živjeti u smradu i gadu (higijenu su održavali brisanjem vlažnim ručnicima) nego zato što su se bojali vode, jer je voda, vlaga u zraku – misli su – korijen sviju zala. Dvorac Versailles se nalazio u močvarnom kraju, pa se na svaki način trebalo zaštititi od kužnog zraka koji je dopirao iz baruština. A bila je jednostavno riječ o tome da se u močvari legu komarci koji prenose bolesti, među kojima je najgora bila malarija – malarija uostalom znači mala aria, loš zrak.

Pojavom kemije plinova u 18. stoljeću ništa se u tom smislu nije promijenilo, samo se „pokvarenost zraka“ tražila u manjem sadržaju kisika ili, kako se onda govorilo, u tome koliko je zrak flogistoniran. Napravljene su stotine mjerenja udjela kisika u zraku, na svim mjestima do kojih je stizao kemičar sa svojim eudiometrom, da bi se na kraju zaključilo kako se sastav atmosfere ne mijenja, da je svuda jednak. To se moglo znati i bez tih silnih mjerenja jer se zrak horizontalnim i vertikalnim strujanjima stalno miješa.

Odakle onda potječe ta razlika od jedan posto, između 78 i 79 posto dušika u zraku?

To pitanje nije dakako nitko postavljao jer je bilo nesumnjivo da zrak sadrži upravo 79 % dušika – dok nije iskrslo pitanje točne gustoće dušika. Engleski fizičar Lord Layleigh bavio se mjerenjem gustoće plinova kako bi iz njih mogao odrediti njihove relativne molekulske mase. Gustoća plinova je naime proporcionalna relativnoj molekulskoj masi jer – prema Avogadrovoj hipotezi – jednak volumen bilo kojeg plina pri jednakom tlaku i temperaturi sadrži jednak broj molekula. Ili, praktičnije, mol bilo kojeg plina zaprema pri standardnim uvjetima (0 ^oC, 1,013 bar) 22,414 litre. I eto, Rayleigh je izmjerio da litra dušika što ga je izdvojio iz zraka ima 1,2572 grama. Pomnožimo li taj broj sa 22,414 dolazimo do 28,18 grama što je znatno više od 28,01, koliko iznosi relativna molekulska masa dušika, N₂, ako je izračunamo prema podacima iz periodnog sustava elemenata. Ne znam je li to bunilo Lorda Rayleigha, ali se na prijedlog kemičara Sir Williama Ramsaya potrudio da odredi i gustoću dušika dobivenog kemijskim putem, iz dušikovih spojeva. I gle: dobio je 0,5 % manju vrijednost – 1,2521 g/L. U dušiku iz zraka moralo je biti još nešto, neki plin teži od dušika, koji mu povećava gustoću.

Sada se posla prihvatio kemičar Ramsay. Preveo je dušik iz zraka preko užarenog magnezija koji ga je vezao spajajući se s njime u magnezijev nitrid, Mg₃N₂. Plin koji je preostao činio je 1/80 volumena početnog plina. Novi je plin bio 19,086 puta teži od vodika, pa mu je prema tome i određena relativna molekulska masa (M_r = 38). Spektar koji su potom snimili pokazao je da je ne odgovara spektru nijednog poznatog kemijskog elementa. No, je li baš tako?

Čovjek se ne osjeća ugodnim ako je postavio teoriju, a onda je netko sruši jednim jedinim eksperimentom. Taj netko tko je bio vrlo nezadovoljan otkrićem dvojice britanskih znanstvenika nije bio nitko drugi nego otac periodnog sustava elemenata, Dmitrij Ivanovič Mendeljejev. Otkriven je novi kemijski element, ali gdje da ga stavi? Za njega nije predvidio mjesto u svome sustavu. Stoga je zastupao tezu da nije riječ o novom kemijskom elementu nego o troatomnoj molekuli dušika, N₃. Izračunamo li naime njezinu relativnu molekulsku masu (3 × 14 = 42) dolazimo vrlo blizu broju 38. Treba samo biti pošten i priznati pogrešku u mjerenju, koja iznosi ne baš malih 9,5 %.

Sve su se međutim sumnje raspršile kada je Rayleigh odredio specifičnu toplinu novoga plina pri stalnom tlaku (C_p) i volumenu (C_v), pa je iz njihova omjera (1,67) utvrdio da je riječ o plinu čija se molekula sastoji od samo jednog atoma. Novi je plin toliko „lijen“ da se ne spaja ni sa samim sobom, u dvoatomne molekule. Stoga je, 1894. godina na sjednici Britanskog kemijskog društva, na kojoj su Rayleigh i Ramsay prikazali rezultate svojih istraživanja, novi kemijski element dobio ime argon, od grčke riječi argós = lijen. (Naš mu je jezikoslovac B. László nadjenuo ime tromik.)

A što je bilo s Mendeljejevom i njegovom tablicom? Sjetio se da je i 0 cijeli broj, pa bi mogla postojati i 0. skupina periodnog sustava – skupina elemenata koji se ni s čime ne spajaju, čija je valencija jednaka nuli.

No, ipak se prevario! Plemeniti se plinovi teško spajaju, ali se ipak spajaju. Prvi spoj plemenitog plina bio je ksenonov heksafluoroplatinat, Xe[PtF₆]. Priredio ga je 1962. godine britanski kemičar Neil Barlett. Poslije je priredio ksenonove fluoride, a na red su došli i spojevi drugih plemenitih plinova, pa i argona. Tako su, eto, plemeniti plinovi izgubili svoju plemenitost, ili – pristojnije rečeno – nešto malo od svoje plemenitosti. 

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik časopisa Priroda i urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Piše za časopis Čovjek i svemir, te mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug-online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, od kojih treba izdvojiti „Kemijski leksikon u stripu“, „Metali života – metali smrti“ te „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“.