روش تهیه نارنجی متیل

در یک لوله ازمایش 1.6 میلی لیتر یا 1.5 دی متل انیلین ریخته و سپس مقدار 0.8 میلی لیتر اسید استیک یخی اضافه کرده و کاملا ان را مخلوط کنید. محلول نمک دی ازونیم ترکیب دی متیل انیلین استات را سریعا افزوده و خوب مخلوط کنید. محلول نمک دی ازونیوم ترکیب دی متیل انیلین استات را سریعا افزوده و خوب مخلوط کنید. سپس مخلوط را ضمن اینکه گاهگاه به هم می زنید به مدت 5 تا 10 دقیقه ساکن نگه دارید. با افزودن محلول تهیه شده از 1.8 گرم سدیم هیدروکسید جامد در 5 میلی لیتر اب قلیایی کنید. در این حالترنگ شدسدا قرمز محیط به صورت نارنجی متمایل به زرد تغییر یابد. به یکباره نارنجی متیل جدا می شود , برای کامل شدن رسوب گیری می توانید حدود 5 گرم نمک تمیز به ان اضافه کنید , توسط خلا زسوب را روی کاغذ صافی ضخیم جمع اوری کرده و سپس محصول ناخالصی را توسط اب داغ متبلور کنید. معمولا 5 تا 6 میلی لیتر اب داغ به ازای هر گرم از جسم لازم است. محلول داغ صاف شده را سرد کرده و بلورهای به دست امده را توسط خلا صاف کنید. انها را با اتانول و سپس با اتر بشویید. مقدار کمی از نارنجی متیل را در اب حل کرده و چند قطره کلریدریک اسید رقیق به ان بیفزایید. دوباره توسط سدیم هیدروکسید ان را قلیایی کنید. تغییرات رنگ را مشاهده کنید. اثر قلیا و اسیدها را احتمالا می توانید توسط تغییرات ساختمانی زیر ارائه کنید.

 

                                                 

رویداد ال نینو / نوسان جنوبی یكی از مهمترین و شاخص ترین رویداد هایی است كه منجر به ظهور نا بهنجاری های بزرگ آب و هوایی در بسیاری از نقاط جهان می شود . هواشناسان و اقیانوس شناسان جهان در سالهای اخیر مطالعات زیاد و دقیقی در مورد مكانیزم ایجاد ال نینو و تاثیرات متقابل جو و اقیانوس انجام داده اند ، بویژه مطالعات گسترده ای در ارتباط با ناموزونی دما در سطح دریا و نوسانات فشار جو در سالهایی كه ال نینو رخ می دهد انجام گرفته است ، مجموعه این تغییرات را بنام نوسانات جنوبی می نامند كه با كلمه اختصاری ENSO (ElNino Southern Oscillation )یعنی تركیبی از دو كلمه ال نینو و نوسانات جنوبی است بكار می رود . برای نخستین بار واكر (1932) و بلیس (1937) بر وجود نوسانی در فشار سطح و در مقیاس جهانی اشاره كردند و آن را نوسان جنوبی SO نامیدند . بدین سان SOیك الگوی ارتباط از راه دور جهانی در اتمسفر است و به دلیل تمیز آن از سایر الگوهای ارتباط از راه دور ( بویژه نوسانات اطلس شمالی و آرام شمالی ) جنوبی نامیده شده است . مراكز عمل SO توسط یك گردش مداری شرق به غرب در امتداد صفحه استوا همراه با صعود هوا در غرب اقیانوس آرام و نزول هوا در شرق اقیانوس آرام به یكدیگر مربوط می شود و به این ترتیب گردش شكل می گیرد كه توسط بژرگنس (1969) گردش واكر نامیده شد . ال نینو مولفه اقیانوسی ENSO می باشد و با دگرگونیهای بزرگ در دماهای سطح دریا در منطقه آرام حاره ای پدیدار می گردد .

مشخصات ال نینو :

در طول پدیده ال نینو باد ها در استوا بر روی اقیانوس از غرب به شرق می وزند . این بادها در سطح آب اقیانوس جابجا شده و آبهای گرم سطح اقیانوس را كه بوسیله خورشید در مناطق گرمسیری حرارت دیده اند ، به سواحل غربی شمال و جنوب قاره آمریكا می آورد . به دنبال آبهای گرم ، بارندگی نیز به سمت مشرق متمایل می شود ، به همراه سیل در پرو و خشكسالی در اندونزی و استرالیا . نشانه كلیدی ال نینو ، افزایش دمای غیر عادی در امتداد و هر دو طرف خط استوا در اقیانوس آرام مركزی و شرقی است . این جریان هر چند سال یكبار با یك گرمایش عظیم و غیر معمول همراه می شود . بطوری كه در این حال دماهای سطح دریا حداقل برای چند ماه پیاپی در 3 تا 5 محل ساحلی بالای حد نرمال می رود . و در پی آن دمای سطح دریا برای یك سال و یا حتی بیشتر بصورت غیر عادی باقی می ماند و برای برگشت به شرایط عادی منطقه ، حداقل تا ژانویه یا مارس آینده زمان لازم است.

 ال نینو اصولاً تغییراتی در موقعیت تندبادها بوجود آورده و موجب پدید آمدن رفتارهای آب و هوایی غیر معمول در كره زمین می گردد . تغییرات در تند بادها كه توسط ENSO صورت می گیرد بر آب و هوا نه تنها در شمال و جنوب قاره آمریكا بلكه در نقاط دوردستی همچون آفریقا و نواحی جنوبگان تاثیر می گذارد .

 در حالت عادی آب و هوای نواحی گرمسیری منطقه غرب دارای دمای بیشتر از 10 درجه سانتیگراد نسبت به سواحل شرق پرو و اكوادور می باشد . فشار هوا در بالای آب های گرم كاملاً پایین است . هوای مرطوب برخاسته از منطقه باعث تشكیل ابر های سنگین و بارانهای شدیدی مشابه بارانهای جنوب شرق آسیا ، گینه نو و شمال استرالیا می شود. كه نهایتاًمنجر به افزایش بارندگی در مناطق جنوبی آمریكا و پرو و خشكسالی در قسمت غربی اقیانوس آرام كه استرالیا و كشور های مجاور را نیز تحت تاثیر قرار می دهد ، می گردد . در طی یك رویداد ال نینو نابهنجاری های دمای سطح دریا ، سطحی به وسعت 5 میلیون كیلومتر مربع را در طی مراحل انتقال تا تكامل پوشش می دهد .

 

دلایل وقوع ال نینو :

گردش واكر : این گردش یك گردش اتمسفری ، در صفحه ای عمود بر استوا می باشد كه با صعود هوا در غرب آرام استوایی و نزول هوا در شرق آرام استوایی شكل می گیرد و همراه با آن بادهای سطحی شرقی و بادهای غربی فوقانی به موازات استوا در سطح وسیعی از حوضه آرام استوایی ایجاد می شود . در واقع گردش واكر اتمسفر ، به گرادیان دمای سطح دریا در طول استوا ، میان دماهای بالا در غرب آرام استوایی و دماهای پایین در شرق آرام استوایی می باشد و قویاً در ارتباط با رویداد ENSO است .

حال این گرادیان دما در سطح دریا چگونه شكل می گیرد ؟

 در شرایط عادی منطقه ، در غرب آرام حاره ای به واسطه بادهای تجارتی جنوب شرقی نسبتاً آرام ، گرایش حاصل از تشعشع خورشیدی موجب گرم شدن آبهای اقیانوس می شود .  به طور همزمان بادهای تجارتی جنوب شرقی موجب فرا رفت آبهای گرم به سمت غرب می شوند . بنابراین در غرب آرام حاره ای یك انباشتگی از آبهای با دما های بالا بوجود می آید و تراز دریا در این منطقه بالا است . حال به دلیل تنش باد شرقی در آرام استوایی حركتی به سمت قطب در لایه اكمن اقیانوسی ایجاد می شود و در پی آن به دلیل پیوستگی ، فراجهندگی آب سرد در نواحی مركزی و شرقی آرام استوایی به وجود می آید كه این علتی بر وجود زبانه آب خنك در نواحـــــی مــركزی و شرقی آرام استوایی می باشد . بدین ترتیب در شرایط عادی منطقه ، در غرب آرام استوایی آبهای سطحی با دماهای بالا و در مركز و شرق آرام استوایی ، زبانه ای از آبهای سطحی با دماهای پایین وجود دارد . حال در نواحی استوایی توزیع فعالیتهای همرفتی قوی در اتمسفر به میزان زیادی به همگرایی بادهای تجارتی و دمای سطح دریا بستگی دارد به طوری كه منطقه همگرایی درون حاره ای (ITCZ - Inter Tropical Convergence Zone) و منطقه همگرایی آرام جنوبی (SPCZ - South Pacific Convergence Zone) بر روی مناطقی واقع شده اند كه دارای آب های سطحی با دمای بالاتر از 27 درجه سانتیگراد می باشند . بنابراین در غرب آرام استوایی توسط بادهای تجارتی همگرایی و در نتیجه صعود هوای گرم و مرطوب اتفاق می افتد و به دنبال آن در اثر فعالیتهای همرفتی و بارندگی ، گرمای نهان به طور گسترده ای در اتمسفر فوقانی آزاد می شود و در این حال زمینه ای مساعد جهت یك شارش برگشتی به سمت شرق و به موازات استوا در اتمسفر فوقانی پدید می آید و در پی آن هوای خشك در شرق آرام استوایی نزول می كند . بنابراین در شرق آرام استوایی ناحیه پر فشار سطحی و در غرب آرام استوایی ناحیه كم فشار سطحی شكل میگیرد و به دلیل گرادیان فشار به وجود آمده ، حركتی از شرق به غرب در سطح و موازات استوا ایجاد شده و بدین سان گردش واكر كه حاصل گرمایش آدیاباتیك در نواحی استوایی است شكل می گیرد . همراه با بادهای تجاری جنوب شرقی قوی، گردش واكر شدت می یابد اما قدرت گردش واكر با دمای سطح دریا در شرق آرام استوایی نیز در ارتباط است به این ترتیب زمانی كه دماهای سطحی دریا در شرق آرام استوایی پایین تر از حد نرمال است (شرایط عكس ال نینو كه لانینا نام گرفته است ) بادهای تجاری و گردش واكر در قویترین وضعیت خود قرار دارند . تحت این شرایط ، شرق استرالیا ، اندونزی و هندوستان از هوایی مرطوب و باران زا برخوردارند و شرق آرام استوایی هوای خشك حاكم است واین شرایط عادی منطقه می باشد . اما زمان وقوع رویداد ENSO یعنی شرایط غیر عادی منطقه ، زمانی است كه گردش واكر ضعیف شده و به دنبال آن هوای خشك و كم باران حاكم می شود.

راههای مشاهده ، ثبت و اندزه گیری :

نوسان جنوبی یك رفتار الاكلنگی در تودة اتمسفری است كه مستلزم تبادل هوا میان دو نیمكره شرقی و غربی بوده و در عرضهای جغرافیایی حاره ای و جنب حاره ای متمركز می باشد . مراكز عمل آن اطراف اندونزی و شرق آرام جنوبی در بخش حاره ای است . زمانی كه فشارهای سطح در شرق آرام جنوبی حاره ای (تاهیتی در 17 درجه جنوبی و 150 درجه غربی ) بالای نرمال است در بیشتر نواحی غرب آرام جنوب حاره ای (داروین در 12 درجه جنوبی و 130 درجه شرقی ) فشارهای سطح زیر حد نرمال است، كه این فاز سرد نوسان جنوبی نام گرفته و با پدیده لانینا (عكس ال نینو ) همراه است . در این حالت دماهای سطح دریا در شرق آرام جنوبی حاره ای پائین تر از نرمال است و بادهای تجارتی و گردش واكر در قویترین وضعیت خود قرار دارند . اما زمانی كه فشارهای سطح در شرق آرام جنوبی حاره ای پائین تر از نرمال است در اكثر نواحی غرب آرام جنوبی حاره ای فشار های سطح بالاتر از نرمال است و این شرایط فاز گرم نوسان جنوبی نام گرفته و در اكثر مواقع با پدیده ال نینو همراه است . با اندازه گیری فشارهای سطح در حوزة آرام جنوبی حاره ای یك شاخص اتمسفری (Southern Oscillation Index-SOI) برای نوسان جنوبی به صورت زیر تعریف شده است :

 اگر فشار تاهیتی منهای فشار داروین عددی مثبت شود شرایط غیر ال نینو است و اگر فشار تاهیتی منهای فشار داروین عددی منفی شود شرایط ال نینو برقرار است .

به طور كلی مداركی قوی وجود دارد دال بر اینكه یك گرمایش كلی در اتمسفر جهانی در حدود چند ماه بعد از یك رویداد قوی ال نینو به وجود می آید . بر این اساس پروفسور ویرتكی از دانشگاه هاوایی در سال 1985 پیشنهاد نمود كه مقیاس زمانی برای وقوع رویداد ال نینو بایستی با محاسبه زمان لازم برای اندوختن آب گرم در مناطق حاره ای جهت شارژ سیستم تعیین شود زیرا به هنگام ظهور ال نینو حرارتی شارژ شده به سمت عرض های جغرافیایی بالا و نیز به داخل اتمسفر آزاد می شود . در طول مرحله تكامل ، یك پریشیدگی به شكل منبع حرارتی در غرب آرام استوایی ایجاد می شود و این منبع حرارتی یك سلسله رویدادهایی را ایجاد می نماید و سرانجام شرایط غیر ال نینو در منطقه حاكم می شود .

 برای گرد آوری داده های لازم NOAA از یك شبكه چند شناوری استفاده می كنند كه دما و جریان ها و بادهای خطوط استوایی را اندازه گیری می كند . این شناورها به طور روزانه داده میفرستند كه بلافاصله در دسترس محققان و پیش بینی كنندگان در سراسر دنیا قرار می گیرد .

در اقیانوس آرام استوایی ، ال نینو به روشهای مختلفی هم چون ماهواره ها ، شناورهای متصل به لنگر گاه ها ، تجزیه و تحلیل سطح دریا و XBT ها ردیابی می شود . بسیاری از این سیستمهای بررسی اقیانوس جزیی از برنامه «اقیانوسهای گرمسیری ـ اتمسفر جهانی » بوده اند و هم اكنون در طرح « سیستم بررسی ENSO » به كار گرفته شده اند .

تاثیر ال نینو بر محیط و زندگی بشر :

همراه با رویداد ال نینو تولیدات بیولوژیكی به دلیل كاهش فرا جهندگی آب سرد در سرتاسر سواحل پرو و اكوادور كاهش می یابد كه این سبب مرگ و میر ماهیان و به خصوص ماهی كولی كه غذای عمدة پرندگان دریایی است می شود . به دنبال مرگ و میر ماهیان ، میلیونها پرنده دریایی به علت عدم وجود غذای عمدة خود یعنی ماهی كولی در ساحل نابود می شوند كه این لطمه اقتصادی جبران نا پذیری را در صنایع ماهیگیری و كود مرغ ( دریایی ) گیری برای كشور های پرو و اكوادور به بار می بارد . از آسیب های محلی دیگر ، بارندگی های سیل آسا در بخش هایی كه به طور معمول لم یزرع سواحل پرو و اكوادور است كه سبب ته نشست های گلی و تخریب شالوده این مناطق می شود و در مجموع به دلیل شرایط نا به هنجار به وجود آمده ، پدیده ال نینو در منطقه به عنوان فاجعه طبیعت شناخته شده است . همچنین این پدیده رابطه ای قوی با خشكسالی در هند ، شرق استرالیا ، مالزی ، اندونزی و كلاً آسیای جنوب شرقی دارد . مثلاً ال نینوی 1983–1982 كه شدید ترین رویداد اقلیمی دریایی از این نوع بوده است موجب انقال زنجیره باران های حاره ای به طرف شرق و مركز اقیانوس آرام گردید . كه این مطلب از تفسیر نقشه های ماهواره ای و تشعشعات موج بلند بازتابیده از سطح اقیانوس ثابت شده است . از نتایج این واقعه بارانهای شدید به مقدار 2000 میلیمتر و جاری شدن سیل های مخرب در جنوب اكوادور و شمال شرق پرو می باشد .

یزوتوپ
ایزوتوپ به هر یك از اتم‌های گوناگون یك عنصر شیمیایی گفته می‌شود كه تعداد پروتون‌های آن مساوی ولی تعداد نوترون‌های آن متفاوت است. بعضی از عنصرهای شیمیایی مانند آلومینیوم، طلا، فلوئور و فسفر فقط یك نوع اتم دارند. اما بیشتر عنصرها چندین ایزوتوپ طبیعی دارند. مثلاً ئیدروژن در طبیعت به صورت سه ایزوتوپ، و قلع به صورت ده ایزوتوپ یافت می‌شود. امروزه، به طور مصنوعی ایزوتوپ‌های دیگری نیز از اتم‌ها می‌سازند. مثلاً طلا ایزوتوپ طبیعی ندارد، ولی ایزوتوپ مصنوعی آن را در پزشكی به كار می‌برند. خواص شیمیایی ایزوتوپ‌های یك عنصر تقریباً یكسان است، زیرا تعداد پروتون‌ها و الكترون‌های آن‌ها مساوی است، اما بعضی از خواص فیزیكی ایزوتوپ‌های یك عنصر، مانند وزن اتمی و چگالی آن‌ها، متفاوت است، زیرا تعداد نوترون‌های آن مساوی نیست.
عدد اتمی همه عنصرهای شیمیایی با یكدیگر تفاوت دارد، اما عدد اتمی ایزوتوپ‌های یك عنصر یكسان است. به همین سبب، در جدول تناوبی عناصر شیمیایی، كه عنصرها به ترتیب عدد اتمی در ردیف‌های افقی مرتب شده‌اند، همه ایزوتوپ‌های هر عنصر در خانه‌ای از جدول جای می‌گیرند كه شماره آن با عدد اتمی آن عنصر برابر است. مجموع تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های موجود در هسته اتم را عدد جرمی می‌نامند. بنابراین، عدد جرمی ایزوتوپ‌ها با یكدیگر تفاوت دارد.
 
 
منبع:
فرهنگنامه كودكان و نوجوانان. جلد سوم. شورای كتاب كودك. تهران. 1376
نشانه‌های اتمی
یك اتم، با دو عدد، « اتمی » و « جرمی »، مشخص می‌شود.
1. عدد اتمی، Z نشان دهنده واحدهای بار مثبت هسته است. از آنجا كه بار پروتون 1+ است، عدد اتمی برابر با تعداد پروتون‌های هسته اتم می‌باشد.
تعداد پروتون‌ها = Z
یك اتم از نظر بار الكتریكی خنثی است. بنابراین، عدد اتمی، نشان دهنده تعداد الكتون‌ها در خارج هسته است.
2. عدد جرمی، A ، نشان دهنده تعداد كل پروتون‌ها و نوترون‌ها ( كه مجموعاً نوكلئون نامیده می‌شود.) در هسته اتم است.
A = تعداد پروتون‌ها + تعداد نوترون‌ها
A = Z + تعداد نوترون‌ها
بنابراین تعداد نوترون‌ها را می‌توان از تفریق عدد اتمی ( تعداد پروتون‌ها ) از عدد جرمی ( مجموع تعداد پروتون‌ها و نوترون‌ها ) به دست آورد.
تعداد نوترون‌ها = A _ Z
 
بین جدول‌هایی كه پس از جستجو در اینترنت پیدا كردم، این جدول از همه بیشتر به جدول كتاب شیمی دبیرستان شباهت داشت. تنها تفاوت آن، در خانه Ha با عدد اتمی 105 بود كه در كتاب درسی Db است و Ns با عدد اتمی 107 كه در كتاب درسی Bh نوشته شده است.
جدول تناوبی عناصر، آرایشی از عنصرهای شیمیایی به صورت تناوب‌ها یا دوره‌ها ( ردیف‌ها )، و گروه‌ها (ستون‌ها ). مندلیف پیشنهاد كرد كه عنصرها باید به ترتیب افزایش جرم (وزن) اتمی منظم شده و بر طبق خواص‌شان گروه‌بندی شوند.
این جدول بر اساس قانون تناوبی عنصرها استوار است. بر طبق این قانون هرگاه عنصرها را بر حسب افزایش عدد اتمی در كنار یكدیگر قرار دهیم خواص فیزیكی و شیمیایی آن‌ها به صورت تناوبی تكرار می‌شود.

سفر با نانو به اعماق هسته  
 
 
در هر کشوری، سازمان سیاحت وجهانگردی برای جهانگردان خارجی، راهنمایان متخصصی را تدارک می بیند تا این راهنمایان، جهانگردان را با مناطق سیاحتی و تاریخی کشور آشنا سازند و در طول سفر اطلاعاتی را در این زمینه به آن ها ارائه می دهند. در فیزیک نیز ما برای علاقه مندان به فیزیک (جهانگردان فیزیک)، راهنمایی تدارک دیده ایم. راهنمایی که برای سفر به اعماق هسته و ذرات زیر اتمی برای شما انتخاب کردیم، "نانو" نام دارد (نانو واحد فیزیکی و معادل 10 به توان 9- متر است). "نانو" ما را در سفر به اعماق زیر اتمی راهنمایی می کند و ما را با این دنیای به ظاهر کوچک اما وسیع و گسترده آشنا می سازد. پس خود را برای سفر به درون اتم آماده کنید. امیدورام که "نانو" راهنمای خوبی برای شما در این سفر باشد.
سفر خوشی را برای شما آرزو می کنیم!
مقدمات سفر
هنگامی كه فیزیكدانان  مشغول بررسی ساختار متكامل اتم بودند، متوجه توده متراكمی كه در مركز آن قرار دارد، شدند. و درصدد برآمدند تا به ساختار این توده كه بخش ناچیزی از اتم را اشغال كرده است، دست یابند. این ابر متراكم همان هسته اتم است كه بار الكتریكی مثبت دارد. برای درك صحیح و روشن از ساختار هسته، بهتر است با مرور از بیان مفاهیم رایج در ساختمان هسته، به بررسی ساختار آن بپردازیم.
شروع سفر
  ذرات سازنده اتم  را زیر اتمی می گویند. این ذرات به دو دسته تقسیم می شوند:
1)هادرون ها
2)لیپتون ها
 

هادرون ها: تركیباتی هستند كه از ذرات بنیادی كوارك تشكیل شده اند. كوارك ذره ای بنیادی كه دارای بار الكتریكی است و اندازه بار الكتریكی آن كمتر از 1 واحد است.  تا كنون 6 نوع كوارك كشف شده است كه عبارتند از: كوارك بالا(Up)،افسون(Charm) و رو(Top)  با بار الكتریكی 3/2+ (دو سوم)، كوارك پایین(Down)،عجیب(Strange) وته(Bottom) با بارالكتریكی3/1-(منفی یک سوم).
 علاوه بر بارالكتریكی كه نمودار خواص كوارك هاست از خواص دیگری بنام "رنگ " نیز استفاده می شود. كوارك ها در سه رنگ "آبی"، "قرمز" و "سبز" طبقه بندی می شوند.این رنگ ها به منزله نوع بارالكتریكی آن هاست كه مشخصه نیروی بنیادی میان كوارك هاست. اگر سه كوارك با این سه رنگ مختلف در كنار یكدیگر قرار گیرند رنگ سفید حاصل می شود.
به ذراتی كه از سه كوارك تشكیل شده اند، باریون می گویند. معروفترین و پایدارترین باریون های شناخته شده، پروتون و نوترون هستند. پروتون از دو كوارك بالا و یك كوارك پایین و نوترون از دو كوارك پایین و یك كوارك بالا تشكیل شده و به همین دلیل است كه پروتون دارای بار الكتریكی 1+ و نوترون بی بار(با استفاده از جمع جبری بار کوارک های سازنده).
به تركیبات هادرونی كه از یك كوارك وضد كوارك تشكیل شده باشند، مزون می گویند. مثلاً یك كوارك آبی و یك كوارك ضد آبی در كنار هم كه قرار گیرند، مزون را ایجاد می كنند. مزون ها ناپایدارند و در مدت زمان بسیار كم به انرژی تبدیل می شوند.معروفترین مزون های شناخته شده پیون، كه از یك كوارك بالا و ضد كوارك پایین و همچنین كائون، كه از كوارك بالا و ضد كوارك عجیب تشكیل شده اند. كه عمر این ذرات به 0.000000002 ثانیه هم نمی رسد. اخیراً یك تركیب هادرونی كه از پنج كوارك تشكیل شده است، كشف كرده اند.
" نانو به پنتا کوارک طوری خیره شده بود که گویا اولین باری است که آن را می بیند، اما بر اساس اطلاعات دریافتی در این زمینه توضیح می دهد: "  این تركیب كه پنتا كوارك نامیده شده است از دو كوارك پایین، دوكوارك بالا و یك ضد كوارك عجیب تشكیل شده كه درمدت زمان كمتر از 20 -^10 (ده به توان منفی 20) ثانیه فرو می پاشد و به یك نوترون و كائون مثبت تبدیل می شود. در تركیبات هادرون ها نیروهای بنیادی وجود دارد كه این نیرو ها قالب تركیبات هادرونی را نگه می دارد. نیروهای بنیادی، نیروهای حاكم بر جهان می باشند كه میان ذرات سنگ بنای مواد برقرار است. این نیروها به چهار دسته تقسیم می شوند:
1-      نیروی قوی(رنگ)
2-       نیروی الكترومغناطیسی
3-      نیروی ضعیف
4-      نیروی گرانشی
 * نیروی قوی: این نیرو مخصوص تركیبات كواركی است كه میان كوارك ها بر قرار است. لازمه برقراری این نیرو آن است كه سه كوارك با سه رنگ مختلف (كه در بالا ذكر شد) در كنار یكدیگر قرار گیرند، همانطور كه لازمه برقراری نیروی الكتریكی آنست كه دو ذره باردار در كنار هم باشند. به همین دلیل است كه كوارك ها به تنهایی در طبیعت یافت نمی شوند. این نیرو از پرت شدن كوارك ها در درون پروتون و نوترون جلوگیری می كند. این نیرو توسط گلوئون ها، بین كوارك ها منتقل می شود. البته این نیرو فقط در فواصل كوتاه كارگر است.
 
* نیروی الكترومغناطیسی: این نیرو میان ذرات باردار ایجاد می شود. و همچنین نیروی الكترومغناطیسی بر ذرات باردار كه در میدان مغناطیسی در حال حركتند، وارد می شود. این نیرو توسط فوتون ها، بین ذرات باردار منتقل می شود.
 *نیروی ضعیف: علاوه بر دو نیرویی كه در بالا ذكر شد، نیرویی وجود دارد كه بدون استثنا بر تمام ذرات جهان در فواصل بسیار بسیار كم حكمفرماست. این نیرو را نیروی ضعیف می نامند، كه توسط بوزون ها میان ذرات منتقل می شود.
 *نیروی گرانشی (جاذبه): نیروی جاذبه ای است كه میان اجسامی كه دارای جرم می باشند حكمفرماست. این نیرو نسبت به نیروهای بنیادی دیگر در مورد ذرات بنیادی  ودر فواصل كوتاه بسیار ضعیف است. این نیرو در مورد اجرام آسمانی موثر است. نیرو گرانشی توسط ذرات گراویتون(Graviton) میان مواد جابجا می شود. ناقلان نیروهای بنیادی همگی از ذرات بنیادی به شمار می آیند.
 
 لیپتون ها : لیپتون ها ذرات بنیادی هستند كه نیروی قوی (رنگ) بر آن ها حاكم نیست. معروفترین لیپتون های شناخته شده، الكترون، میون ها و تاو می باشند كه همگی این ذرات بار الكتریكی منفی دارند. الكترون ها پایدارند اما دوذره میون و تاو عمرشان بسیار كم می باشد. نوترینوی این ذرات نیز وجود دارد كه پایدار هستند.
 نوترون ها به تنهایی ناپایدارند و پس از حدود 15 دقیقه از بین می روند و به یك پروتون و الكترون تبدیل می شوند. در آزمایشگاه مقدار انرژی محاسبه شده برای الكترون واپاشی شده، كمتر از مقدار مشاهده شده در آزمایش این واكنش بوده است. فیزیكدانان با بررسی كل انرژی در قبل و بعد از واكنش به این نتیجه رسیدند كه مقداری انرژی در واپاشی الكترون ناپدید شده است و پایستگی انرژی در این مورد صدق نمی كند. تا اینكه در سال 1933 ولفگانگ پائولی نظریه ای را در این مورد ارئه داد. این نظریه می گوید هنگامی كه الكترون یا هر ذره بنیادی میون یا تاو، واپاشی می كند، مقداری از انرژی آزاد شده در این واكنش توسط ذره ای بی بار كه جرم آن نزدیك به صفر است حمل می شود. این ذره را نوترینو یعنی یك ذره خیلی كوچك خنثی، نام نهادند. چون جرم این ذره نزدیك به صفر است، تشخیص آن در آزمایشگاه ها بسیار سخت و مشكل بود.
" نانو کمی مکث کرده و ادامه می دهد :"  تا اینكه در سال 1956 به وجود این ذره در یك میدان مغناطیسی بسیار بسیار قوی پی بردند.
پس تمام ذرات لیپتون، كوارك ها و ذرات میدان (ذرات منتقل كننده نیرو) جزو ذرات بنیادی هستند.از این ذرات بنیادی، فقط كوارك بالا، پایین والكترون در ساختار جهان ما نقشی را برعهده دارند. پروتون ها و نوترون ها نسبت به الكترون ها بسیار سنگین هستند اما اندازه بار الكتریكی پروتون ها والكترون ها یكسان می باشد.
اكنون با مرور بر مفاهیم ذرات بنیادی، می توانیم ساختمان هسته را توصیف كنیم. هسته از پروتون ها و نوترون ها تشكیل شده كه به طور متراكم در كنار یكدیگر قرار دارند. به ذرات سازنده هسته، نوكلئون می گویند. هسته دارای بارالكتریكی مثبت می باشد. اندازه بار الكتریكی هسته كه ناشی از پروتون های آن می باشد، برابر با مجموع اندازه تعداد بار الكتریكی منفی الكترون هاست. به همین دلیل اتم در حالت طبیعی از نظر بار الكتریكی خنثی است. اگر اتم الكترونی را از دست بدهد، تعداد بار الكتریكی منفی كمتر از تعداد بار الكتریكی مثبت می شود و درنتیجه اتم به یون مثبت تبدیل می شود. اتم های فلزی دارای چنین خاصیتی هستند. اما اگر اتمی الكترونی را دریافت كند، تعداد بار الكتریكی مثبت كمتر از تعداد بار الكتریكی منفی می شود و در نتیجه اتم به یون منفی تبدیل می گردد. اتم های عناصر نافلز دارای چنین خاصیتی می باشند.هسته با بار الكتریكی مثبت خود باعث می شود كه الكترون ها در سطوح انرژی معین در اطراف خود حركت كنند. تا جایی كه می دانیم، بیشتر فضای اتم توخالی است و بخش ناچیزی از آن را هسته اشغال كرده است. هسته كه دربرگیرنده ذرات سنگین  می باشد، جرم اتم به شمار می رود. اما در واحد جرم اتمی، جرم الكترون های اتم را نیز در نظر می گیرند.
 
تعداد پروتون های هسته یك اتم را عدد اتمی می گویند كه با A نشان می دهند. عدد اتمی نیز نمودار تعداد الكترون های اتم خنثی به شمار می رود. تعداد نوكلئون های هسته یك اتم را عدد جرمی می گویند كه با Z نشان می دهند. پس (Z-A)  تعداد نوترون های هسته را به ما نشان می دهد.
هر عنصر عدد اتمی منحصر به فردی دارد كه نمایانگر خاصیت شیمیایی آن می باشد اما عدد جرمی عنصر نمایانگر خواص فیزیكی عنصر مانند چگالی و جرم می باشد. اما عدد جرمی هسته های اتم های یك عنصر متفاوت می باشد. و این تفاوت ناشی از متغییر بودن تعداد نوترون های هسته های عنصر می باشد. پس به عناصری كه عدد اتمی آن ها یكسان اما عدد جرمیشان متفاوت می باشد، ایزوتوپ های آن عنصر می گویند. مثلا ًعدد اتمی كربن 6 می باشد اما كربن دارای 4 ایزوتوپ با اعداد جرمی 13,12,11 و14 می باشد. عدد جرمی را در پایین نماد عنصر و عدد اتمی را در بالای نماد عنصر می نویسند.
ما می دانیم كه هسته توده ای توپر و متراكم می باشد كه در آن پروتون ها و نوترون ها به صورت فشرده در كنار یكدیگر قرار گرفته اند. به نیرویی كه بر پروتون ها و نوترون ها وارد شده و آن ها را در هسته، در كنار یكدیگر قرار می دهد، نیروی هسته ای می گویند. نیروی هسته ای بایستی آنقدر قوی باشد تا بر نیروی رانشی میان پروتون های هسته كه در كنار یكدیگر قرار گرفته اند، فایق شده و آن ها را در كنار یكدیگر قرار داده تا هسته را پایدار نگه دارد. نیروی هسته ای نیروی بنیادی نیست بلكه نیروی های بنیادی، زیر بنای این نیروی قوی می باشند. البته نیروی قوی(كوارك) و نیروی ضعیف نسبت به دو نیروی بنیادی دیگر، بر نیروی هسته ای موثرترند. به همین دلیل نیروی هسته ای در فواصل كوتاه كارگر است.
هنگامی كه پروتون ها و نوترون ها در كنار یكدیگر قرار می گیرند و هسته اتمی را به وجود می آورند، مجموع جرم پروتون ها ونوترون های هسته از جرم هسته كمتر می باشد، پس در تشكیل هسته اتم، مقداری جرم به انرژی تبدیل می شود. كه به این مقدار انرژی، انرژی اتصال هسته می گویند. پس انرژی اتصال، مقدار انرژی لازم برای شكستن كامل هسته اتم وتبدیل آن به پروتون ها و نوترون های مستقل، و یا مقدار انرژی كه بر اثر تشكیل هسته اتم آزاد می شود، می باشد.
اگر Mn مجموع جرم نوكلئون ها ، Me جرم الكترون و Mx جرم اتمی ایزوتوپ یك عنصر باشد، آنگاه انرژی اتصال هسته از رابطه زیر بدست می آید:
 
E=(Mn+A Me) c^2- (Mx) c^2
 
نیروی هسته ای نیرویی كوتاه برد كه در فاصله محدودی موثر است. در هسته پایدار اتم های سبك تعداد پروتون ها و نوترون ها برابر و یا اختلافشان به یك نزدیك می شود. اما در هسته اتم های سنگین تعداد پروتون ها و نوترون ها بیشتر می شود به طوری كه در اتم های سنگین تعداد نوترون ها بیشتر از پروتون ها می شود تا بر نیروی رانشی پروتون ها كه در حال افزایش می باشد، غلبه كند، و این امر خود سبب می شود تا از طرفی شعاع هسته افزایش یابد و از طرف دیگر نیروی رانشی میان پروتون ها قوی تر می شود، و در نتیجه نیروی هسته ای نمی تواند هسته را پایدار نگه دارد و هسته فرو می پاشد. سنگین ترین هسته پایدار بیسموت 209 (عدد جرمی 209 و عدداتمی 83) و سبكترین هسته ناپایدار تریتیم (ایزوتوپی از هیدروژن كه عدد جرمی آن 3 می باشد). تحقیقات نشان داده اند هسته هایی كه عدد اتمی آن ها 20،8،2 و یا 82 می باشد، نسبت به سایر نوكلئید ها از پایداری كاملی برخوردارند، زیرا انرژی اتصال هسته ای این عناصر زیاد می باشد. و همچنین این عناصر نسبت به عناصر اطراف خود در جدول تناوبی، ایزوتوپ های بیشتری دارند.  هنگامی كه هسته ای فرو می پاشد، شكافت هسته ای رخ می دهد كه در طی این واكنش هسته ای مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. انرژی آزاد شده در واكنش هسته ای نسبت به واكنش شیمیایی بسیار زیاد می باشد، زیرا در طی این واكنش مقداری جرم به انرژی تبدیل می شود. پس جرم هسته اولیه بیشتر از جرم هسته محصولات است. پس واكنش هسته ای واكنشی است كه در آن یك هسته به هسته دیگر تبدیل می شود كه در طی این واكنش مقادیر عظیمی انرژی آزاد می شود. واكنش های هسته ای به دو دسته تقسیم می شوند:
1)      شكافت هسته
2)      همجوشی
شكافت هسته ای :
 واكنشی است كه در آن هسته مادر دچار دگرگونی می شود و در این دگرگونی تعداد پروتون ها و نوترون های نوكلئید تغییر می كند و در نتیجه هسته به نوكلئیدی جدید تبدیل می گردد كه در این تبدیل مقداری جرم به انرژی تبدیل می شود. در طی شكافت هسته ای، ذرات بنیادی و تركیبات هادرونی كه طول عمرشان بسیار كم می باشد، نیز تولید می گردد. اما در فاصله زمانی بسیار كوتاه این ذرات به انرژی تبدیل می شوند؛ مانند تولید كاوون ها كه در برخورد پرتو گاما به هسته كربن 12 در مدت زمان كمتر از 10- ^10 ثانیه متلاشی می شود.  شكافت های هسته ای همراه با واپاشی پرتوزایی می باشد. پرتو های آلفا، بتا و گاما از جمله پرتو های شناخته شده در پرتوزایی می باشند.
  آلفا, از دو پروتون و دو نوترون تشكیل شده و دارای بار الكتریكی 2+ است به همین خاطر آلفا هسته هیلیم به شمار می رود. هسته های سنگین تر كه عدد جرمی و عدد اتمی آن ها به ترتیب بیشتر از 209 و83 باشد، مطابق آنچه كه در بالا به آن اشاره شد، در فروپاشی خود می توانند ذرات آلفا را گسیل كنند. ذرات آلفا مقدار انرژی آزاده شده در شكافت هسته ای را برای خود دریافت می كنند؛ كه این مقدار انرژی به صورت انرژی جنبشی پرتو آلفا ظاهر می شود. سرعت پرتو آلفا در حدود 16000كیلومتر بر ثانیه است. این پرتو می تواند در برخی از اجسام نازك نفوذ كرده و از آن ها عبور كند.
  بتا؛ در واپاشی بتا دو نوع بتا گسیل می شود. بتا مثبت وبتا منفی. بتا منفی از الكترون تشكیل شده و بار الكتریكی آن 1- و بتا مثبت از پوزیترون(ضد الكترون) تشكیل شده و اندازه بار آن 1+ است.
  در برخی از اتم ها، هسته اتم برای آنكه به پایداری برسد، در هسته، یك نوترون به پروتون و الكترون تبدیل می شود، و در نتیجه عدد اتمی هسته یكی افزایش می یابد و عدد جرمی آن ثابت باقی می ماند. در این واكنش هسته ای، یك الكترون از هسته اتم گسیل می شود كه به آن پرتو بتا (منفی) می گویند. الكترون گسیلی، مقداری از انرژی آزاد شده در این واكنش را برای خود می گیرد، كه این انرژی به صورت انرژی جنبشی بتا ظاهر می شود اما در این فرایند مقداری از انرژی توسط پادنوترینو حمل می شود. به همین دلیل، الكترون گسیلی از هسته اتم، در درون اتم قرار نمی گیرد؛ و چون در هسته جدید تعداد پروتون ها بیشتر از الكترون های اتم می باشد، اتم به یون مثبت تبدیل می شود. به طوری كه اگر این واكنش را در یك میدان مغناطیسی قوی قرار دهیم، بتا در یك مسیر و یون مثبت در مسیر خلاف آن منحرف می شود. و این آزمایش نشان دهنده منفی بودن بار بتاست. سرعت بتا در حدود 130,000 كیلومتر بر ثانیه است.
در بعضی از اتم ها، نوكلئید اتم برای رسیدن به پایداری، در هسته یك پروتون به نوترون و پوزیترون(ضد الكترون) تبدیل می شود و در نتیجه عدد اتمی آن یكی كم می شود و عدد جرمی ثابت باقی می ماند. پوزیترون از هسته اتم گسیل می شود كه به آن بتای مثبت می گویند. بتای مثبت مقداری از انرژی آزاد شده در این واكنش را دریافت می كند و همچنین مقداری از انرژی آزاد شده در این فرایند توسط نوترینو حمل می شود. چون در این واكنش تعداد پروتون ها كمتر از الكترون ها می شود در طی این فرایند در مدت زمان بسیار كوتاه، اتم به یون منفی تبدیل می گردد؛ و این امر سبب می شود كه قدرت هسته در جذب الكترون ها، مخصوصا الكترون های سطوح بالا، ضعیف تر شود و به هر الكترون سهم كمتری از نیرو جاذبه برسد. و الكترونی كه در سطح انرژی بالایی قرار دارد، با دریافت حداقل انرژی آزاد شده در واكنش هسته ای، از مدار خود خارج شده و اتم را ترك می كند. الكترون و پوزیترون به یكدیگر برخورد كرده و به انرژی تبدیل می شوند. اگر این واكنش را در اتاقك ابر ویلسون تحت میدان مغناطیسی بسیار قوی قرار دهیم، مشاهده می كنیم كه الكترون و پوزیترون در خلاف جهت یكدیگر منحرف می شوند و هسته محصول بدون انحراف به مسیر خود ادامه می دهد. واین نشان می دهد كه بتای مثبت از پوزیتورن با بار مثبت تشكیل شده. البته این نوع هسته ها كه بتا مثبت گسیل می كنند در طبیعت تاكنون كشف نشده، و بلكه به دست بشر ساخته شده است.
در برخی ازاتم ها، هسته اتم، الكترونی را كه در سطح انرژی اول قرار دارد، جذب می كند. این الكترون در هسته گیر انداخته می شود. این الكترون گیر انداخته شده در هسته با پروتون، یك نوترون را ایجاد می كنند. در نتیجه عدد اتمی یكی كم شده و عدد جرمی ثابت باقی می ماند. كه به این پدیده گیر اندازی الكترون می گویند. گیراندازی الكترون همان اثر گسیل بتا مثبت را دارد. گیر اندازی الكترون موقعی اتفاق می افتد كه نسبت نوترون به پروتون یك نوكلئد پایدار، افزایش یابد. در طی این فرایند چون جای یك الكترون در سطح انرژی اول خالی باقی می ماند، یك الكترون از سطح انرژی بالاتر به سطح انرژی اول منتقل می شود، كه در این انتقال، الكترون مقداری انرژی به صورت تابش گسیل می كند كه این پرتو تابشی در محدوده پرتو ایكس می باشد. البته این نوع نوكلیدها تا كنون در طبیعت یافت نشده است و بلكه در آزمایشگاه ها توسط بشر ساخته شده است.
پرتو گاما، یكی از پرتو های گسیلی در واكنش هسته ایست. این پرتو از جنس نور است. طول موج پرتو گاما از پرتو ایكس كوتاهتر است و این نشان می دهد كه انرژی پرتو گاما از پرتو ایكس بیشتر می باشد. در طی واكنش هسته ای، هسته مقداری از انرژی آزاد شده در واكنش را دریافت می كند و به سطح انرژی بالاتری می رود. هسته در مدت زمانی كمتر از 28- ^ 10 ثانیه به سطح انرژی پایدارتری می رود كه در این انتقال مقداری از انرژی دریافتی را به صورت تابشی گسیل می كند. انرژی این پرتو تابشی حتی از پرتو ایكس نیز بیشتر می باشد، كه به این پرتو گسیلی گاما می گویند. پرتو گاما در تمام واكنش های هسته ای مشاهده شده است.
  طبق آنچه كه گقته شد، شكافت هسته ای می توانند به سه طریق رخ دهند:
1)   هسته اتم های سنگین طبق آنچه كه در بالا به آن اشاره كردیم فرو می پاشند و به هسته های سبكتری تبدیل می گردند. این فرایند همراه با واپاشی پرتوزایی می باشد. مانند شكافت خود به خود اورانیم 235.
2)   در برخی از هسته ها(مخصوصا هسته های سبك)، پروتون ها و نوترون ها به گونه ای در كنار یكدیگر قرار می گیرند كه نیروی هسته ای نمی تواند آن ها را در هسته نگاه دارد و در نتیجه هسته دچار دگرگونی می شود.
3)   اگر هسته را توسط ذراتی مانند پریتیم(پروتون)،دوتریم،آلفا، نوترون و یا حتی پرتو گاما بمباران كنیم، اگر انرژی این ذرات در هنگام برخورد با هسته به اندازه كافی باشد، هسته دچار دگرگونی می شود، كه در طی این فرایند مقداری انرژی آزاد می شود.
در پرتاب ذرات یونی مانند آلفا و پروتون كه دارای بار الكتریكی مثبت می باشند، انرژی این ذرات باید به اندازه ای تا از یك طرف بتواند بر نیروی رانشی میان خود و هسته غلبه كرده و به آن برخورد كند، و از طرف دیگر بتواند در برخورد با هسته، آن را بشكافاند.
در پرتاب نوترون، اگر انرژی نوترون پرتابی، كمتر از مقدار معین باشد، نوترون نمی تواند هسته را بشكافد و نوترون در هسته گیراندازی می شود. با گیراندازی نوترون، تعداد نوترون هسته یكی بیشتر می شود، و در نتیجه عدد جرمی اتم یكی افزایش می یابد. از این طریق ایزوتوپ های مختلف یك عنصر را در آزمایشگاه می سازند. اما اگر انرژی جنبشی نوترون بیشتر از حد معین باشد، این نوترون می تواند هسته اتم را بشكافد و در نتیجه شكافت هسته ای رخ می دهد. به این نوترون های با انرژی جنبشی زیاد، نوترون های حرارتی می گویند. از نوترون های حرارتی در نیروگاه های اتمی و همچنین بمب اتمی استفاده می كنند. پرتو گاما كه حامل انرژی است می تواند با انرژی خود ذراتی را در درون هسته قرار دارند را به بیرون پرتاب كند.
 
همجوشی :
واكنش همجوشی، فرایندی است كه در طی آن دو(یا چند) هسته سبكتر باهم برخورد كرده و به هسته(های) سنگین تر تبدیل می شود. در این واكنش جرم محصولات كمتر از جرم اولیه است، پس در طی این فرایند مقداری جرم به انرژی تبدیل می شود. هسته ها دارای بار الكتریكی مثبت می باشند پس در فرایند همجوشی باید بر نیروی رانشی میان هسته ها غلبه كرد، تا بتوانیم هسته ها را به یكدیگر برخورد دهیم تا در این برخورد هسته سنگین تر تولید شود. پس لازمه شرایط ایجاد فرایند همجوشی، فراهم كردن انرژی لازم برای برخورد كردن هسته ها به یكدیگر می باشد. به همین دلیل فرایند همجوشی در دماهای بسیار بسیار بالا رخ می دهند. با آزاد شدن انرژی در فرایند همجوشی، این مقدار انرژی، می تواند شرایط لازم را برای ایجاد واكنش های همجوشی دیگر،  فراهم كند. در فرایند همجوشی، كه دمای محیط بسیار بسیار بالاست ماده در حالت پلاسماست. نمونه بارز این پدیده، خورشید می باشد، كه دمای هسته آن به بیش از 20میلیون كلوین می رسد.

مواد پرتوزا و تابش های هسته ای
مقدمه
این مقاله شامل سه بخش كلی می باشد كه به ترتیب خاصی و به صورت تدریجی كنار یكدیگر قرارگرفته اند، قسمت اول تاریخچه كوتاهی را از كشف رادیواكتیویته بیان می كند كه با معرفی چهاردانشمند با نام های هانری بكرل، ماری كوری، ارنست رادرفورد و پل اوریچ ویلارد همراه است، در قسمت اول تحقیق(تاریخچه) ارنست رادرفورد بیش تر مورد توجه و بوده و قسمتی از زندگی وی و تحقیقات او بیان شده است.
قسمت دوم این تحقیق به معرفی مواد پرتوزا، اصطلاحات راجع به این موضوع، ماهیت پرتوهای آلفا، بتا و گاما، واپاشی و قانون سدی می پردازد كه سعی شده است درمورد همه مفاهیم و مباحث جزیی بحث و نتیجه گیری شود و بلاخره در قسمت سوم گفتار حاضر از تریتیم به عنوان یك عنصر رادیواكتیو نام برده شده، آن را معرفی كرده ایم، میزان خطرات آن و روش اندازه گیری خطرات را نیز بیان نموده ایم تا به عنوان یك مثال همه مفاهیم روی آن كار شود.
 تاریخچه كشف مواد پرتوزا
هانری بكرل، دانشمند فرانسوی، زمانی كه مشغول تحقیق بر روی مواد دارای خاصیت فسفرسانس بود متوجه شد كه تاثیر نور مرئی و سنگ معدن اورانیوم(سولفات پتاسیم اورانیوم) بر روی یك فیلم عكاسی بسته بندی شده همانند است   ( بعدها مشخص شد كه سنگ معدن اورانیوم از خود پرتوهای آلفا و گاما گسیل كرده و چون پرتوهای گاما همان پرتوهای X پرانرژی هستند و از جنس نور یا امواج الكترومغناطیسی اند، بنابر این اورانیوم، چنین تاثیری بر روی فیلم عكاسی بسته بندی شده وی گذاشته)، در همین حین ماری كوری خاصیت پرتوزایی را كشف كرد و با تعداد محدودی ماده پرتوزا مانند پولونیم(فلز ضعیف) و رادیم(فلز قلیایی خاكی) آشنا گردید و نام های كنونی چون رادیواكتیو(پرتوزا) یا رادیواكتیویته(پرتوزایی) را وی برگزید ومنتشر ساخت، در آن زمان، اطلاعات بشر در مورد این مواد بسیار كم بود و رادرفورد در پی اكتشافات تازه ای درمورد این مبحث نوین بود.
ارنست رادرفورد در سال 1895 به ?آزمایشگاه کاوندیش? دانشگاه کمبریج آمد تا در آنجا تحت مدیریت ?جی.جی امسون? مشغول به کار شود، تامسون که استاد فیزیک تجربی بود، رادرفورد را فعالانه در آزمایشگاه به کار گرفت، رادرفورد در اوایل کار تحقیقاتی خود با انجام آزمایشی که فکر آن از خود وی بود دو تابش رادیواكتیو ناهمانند شناسایی کرد، او پی برد که بخشی از تابش با برگه ای به ضخامت یك پانصدم سانتی متر قابل ایستادن بود اما برای متوقف کردن بخش دیگر برگه های بس ضخیم تری لازم بود. او اولین اشعه ای را که تابشی با بار الکتریکی مثبت و یونیزه کننده ای قوی بود و به سهولت در مواد جذب می شد اشعه آلفا نام داد. اشعه دوم را که تابشی با بار الکتریکی منفی بود و تشعشع کمتری ایجاد می کرد اما قابلیت نفوذ آن در مواد زیاد بود را اشعه بتا نامید. تابش نوع سومی که شبیه پرتوهای ایکس بود، در سال 1900 بوسیله پل اوریچ ویلارد (فیزیکدان فرانسوی) کشف شد، این پرتو نافذترین تابش را داشت. طول موج آن بسیار کوتاه و فرکانس آن فوق العاده زیاد بود تابش جدید، پرتو گاما نام گرفت. رادرفورد و همکارانش کشف کردند که فعالیت تشعشعی طبیعی مشهود در اورانیوم: فرآیند خروج ذره آلفا از هسته اتم اورانیوم بصورت یک هسته اتم هلیم و بر جای ماندن اتمی سبکتر از اتم اورانیوم در اورانیوم به ازاء هر خروج ذره آلفا از آن است از کشف آنها نتیجه گیری شد که رادیوم تنها عنصر از شرته عناصر حاصل از فعالیت تشعشعی اورانیوم است.
رادرفورد در سال 1904 نخستین کتاب خود به نام فعالیت تشعشعی را که امروزه از کتب کلاسیک نوشته شده در آن زمینه شناخته می شود را منتشر کرد  و به سرعت دست به کار تدوین نظریه های تازه در باره ساختار اتم شد. آن دوره پر ثمرترین دوره زندگی دانشگاهی او بود رادرفورد به پاس کوشش های علمی خود در دانشگاه منچستر نشان ها و جوایز زیادی دریافت کرد که دریافت جایزه نوبل سال 1907 در شیمی نقطه اوج آن بود. این نشان افتخار را البته برای کارهایی که در کانادا در زمینه فعالیت تشعشعی عناصر کرده بود به او دادند، بزرگترین دستاورد رادرفورد در دانشگاه منچستر کشف ساختار هسته اتم بود پیش از رادرفورد اتم به گفته خود او یک موجود نازنین سخت و قرمز و یا به حسب سلیقه خاکستری بود اما اینک یک منظومه شمسی بسیار ریز متشکل از ذرات بی شمار بود که مظنون به نهفته داشتن اسرار ناگشوده متعدد دیگر در سینه هم بود.
رادرفورد در سال 1937 در اثر یک فتق محتقن(گونه ای تورم ناشی از انسداد اعضای درونی) در گذشت او در آن هنگام 66 ساله و هنوز سرزنده و قوی بود سهم رادرفورد در شکل گیری درک کنونی ما از ماهیت ماده از هر کس دیگری بیشتر است و به همین علت، او را پدر انرژی هسته ای نامیده اند.
 ماده پرتوزا چیست؟
ماده پرتوزا ماده ای است كه طی یكسری فعل و انفعالات خاص در هسته ی اتم های خود، پرتوها یا تابش های خاصی را گسیل می كند، همه مواد طبیعی یا مصنوعی قابلیت پرتوزایی ندارند و این قابلیت فقط در موادی مشاهده می شود كه هسته ای ناپایدار دارند و برای تبدیل شدن به یك تركیب پایدار از خود پرتوهایی را گسیل می كنند.
تابش های هسته ای به طور كلی به سه دسته ی پرتوهای آلفا، بتا و گاما تقسیم می گردند. هر ماده ی رادیواكتیو پرتوهای مشخصی را گسیل می كند، به طور مثال: هسته اتم های رادیوكربن و رادیو استرانسیوم پرتو بتا گسیل می كنند، هسته های رادیوكبالت پرتوی بتا و پرتوی گاما تشعشع می كنند و هسته های رادیوم و اورانیوم پرتو آلفا و پرتوی گاما گسیل می كنند، بنابر این می توان نتیجه گرفت كه هر ماده ای قابلیت پرتوزایی ندارد و موادی كه قابلیت پرتوزایی دارند، از بین پرتوهای آلفا، بتا و گاما فقط تعداد خاص و مشخصی را گسیل می كنند و همانطور كه در مثال های گذشته اشاره شد،  به طور مثال، هسته های رادیوكبالت پرتوهای بتا ساطع می كنند و این هسته ها قابلیت صادركردن پرتوهای آلفا و گاما را ندارند و در گسیل تابش های هسته ای محدود می باشند.
مواد رادیو اكتیو شامل دو دسته هستند، ا- ماده پرتوزای طبیعی و 2- ماده پرتوزای مصنوعی
ماده پرتوزای طبیعی آن دسته از مواد پرتوزا است كه در طبیعت به صورت ذاتی وجود دارند و انسان در به وجود آمدن آن ها هیچ نقشی ندارد.
و ماده پرتوزای مصنوعی آن دسته از مواد پرتوزا را شامل می شود كه ساخته دست انسان هستند و برای تولید آن ها، انسانی تلاش كرده است.
این نوع دسته بندی در برخی كتب جزو قوانین سدی بیان شده است(مانند كتاب شیمی عمومی تالیف غلامرضا قاضی مقدم، توضیحات بیش تر در فسمت منابع) اما در برخی دیگر به صورت مجزا آمده است.
پرتوهای آلفا، بتا و گاما دارای جنس، بارالكتریكی، قدرت نفوذ و انرژی متفاوتی هستند و منشا و مبدا هركدام نیز ممكن است متفاوت باشد.
در واكنش های هسته ای ماده ای كه پرتو گسیل می كند را ماده مادر یا ماده اولیه می نامند و فرآورده یا آن ماده ای كه پس از واپاشی بر جای می ماند را ماده دختر می نامند.
نیمه عمر مواد رادیواكتیو، یك عنصر، مدت زمانی است كه طول می كشد تا یك ماده پرتوزا نیمی از قدرت خود را از دست بدهد، به طور مثال نیمه عمر كربن-14 حدود 5600 سال می باشد یا اورانیم 238 دارای نیمه عمر 5 میلیارد سال است، یعنی 5 میلیارد سال طول می كشد تا اورانیوم 238 نیمی از خاصیت رادیواكتیویته خود را از دست دهد، پس بنابراین یك عنصر اورانیوم 238 حدود 10 میلیار سال طول می كشد تا به طور كلی خاصیت رادیواكتیویته خود را از دست دهد.
از آنجایی كه مواد پرتوزا قابلیت نفوذ در بافت های زنده را نیز دارند، بنابر این میزان تابش های هسته ای اطراف ما همواره می بایست آزمایش و بررسی شوند كه این كار(اندازه گیری میزان پرتوهای الفا، بتا و گاما در اطراف زندگی) توسط دستگاهی به نام گایگر-مولر اندازه گیری می شود كه این نام از نام سازندگانش اقتباس شده است.
 ماهیت پرتوهای آلفا، بتا و گاما
هر سه نوع تابش هسته ای دارای خصوصیات متفاوتی نسبت به یكدیگر هستند و مشخصه ای ویژه خود دارند كه برخی مشخصات بارز آنها را پی میگیریم:
در مقایسه ی قدرت نفوذ پرتوهای آلفا و بتا و گاما رادرفورد مشاهده نمود كه:پرتوهای آلفا توسط ورقه ای از كاغذ متوقف می شوند و قابلیت نفوذ درون ورقه كاغذ را ندارند یا به عبارت دیگر نمی توانند از كاغذ عبوركنند. پرتوهای بتا از ورقه ی كاغذی عبور كرده اما در برخورد با ورقه ی آلومینیومی با ضخامت 1.16 اینچ متوقف می شوند و بلاخره پرتوهای گاما كه قابلیت نفوذ در یك دیوار بتونی ضخیم را دارا می باشد اما نمی توانند از ورقه ای سربی با ضخامت بسیار زیاد عبوركنند، بنابراین از این مشاهدات می توان نتیجه گرفت كه پرتوهای آلفا قدرت نفوذی كم تر از پرتوهای بتا و پرتوهای بتا قدرت نفوذی كم تر از پرتوهای گاما دارند. در بین تابش های هسته ای پرتوهای گاما دارای قدرت نفوذ بیش تری هستند اما ذكر این نكته لازم است كه نافذترین پرتوهای جهان، پرتوهای كیهانی هستند كه قابلیت نفوذ در یك كوه را نیز دارند و به طور نامحسوسی همواره از اعماق میان ستاره ای یا شراره های خورشید  زمین را بمباران می كنند و در اعماق زمین نفوذ می كنند.
تابش های هسته ای از نظر جنس و بارالكتریكی تفاوت های محسوسی دارند، پرتوهای الفا دارای بار مثبت هستند و از جنس هسته مثبت اتم هلیم می باشند و جرمی 4 برابر جرم هیدروژن یعنی در حدود 4 a.m.u جرم دارند این پرتوها به سهولت در مواد جذب می شوند و یونیزه كننده ای قوی محسوب می گردند، پرتوهای بتا به طور كلی از جنس ذرات می باشند، ذرات با بار الكتریكی منفی و همچنین ذرات با بار الكتریكی مثبت(ضدالكترونها یا همان پوزیترون ها)، بتای منفی از جنس الكترون ها بوده و بار منفی دارد، بتای مثبت در مقایسه با بتای منفی فقط و فقط در نوع بارالكتریكی تفاوت دارد و  درواقع ، پوزیترون ها یا همان ذرات بتای مثبت همان الكترون ها هستند با این تفاوت كه با آن ها مثبت شده است.
هنگامی كه پوزیترون ها با یك ماده(هدف) برخورد می كنند، با الكترون های درون ماده واكنش داده و هر دو از بین رفته و جرقه ای از گاما زده می شود.
پرتوهای گاما از نظر بارالكتریكی، خنثی هستند و هیچ گونه باری ندارند این ذرات از جنس امواج الكترو مغناطیس یا هان نور هستند و در واقع همان پرتوهای X پرانرژی می باشند. پرتوهای گاما دارای طول موج بسیار كوتاه و فركانس فوق العاده زیادی می باشند و به دلیل اینكه طول موج كمی دارند می توان نتیجه گرفت كه انرژی فوق العاده زیادی را شامل می شوند.
واپاشی پرتوهای آلفا، بتا و گاما
واپاشی یكی از خواص مواد رادیواكتیو یا پرتوزا میباشد كه در طی یك واپاشی از یك ماده رادیواكتیو پرتوهای مشخصی واپاشیده می شوند.
معمولا هسته ها ی اتم هایی از خود پرتوی آلفا گسیل می كنند كه عدد جرمی آن ها بیش از 15 و عدد اتمی آن ها بیش از 82 باشد. در اتم هایی كه هسته های سبك تری دارند احتمال واپاشی آلفا بسیار كم است.
واپاشی بتایی متداول ترین نوع واپاشی می باشد كه تقریبا تمام اتم هایی كه ناپایداری دارند، قابلیت گسیل پرتوهای بتا را دارند و می توانند پرتوهای بتا از خود ساطع كنند. واپاشی بتا مشتمل بر گسیل مستقیم یك الكترون از هسته است و در هنگام گسیل پرتوی بتا، به عدد اتمی ماده پرتوزا یك واحد افزوده می شود، به طور مثال در گسیل بتا از هسته یك اتم هلیوم (هلیون)، علاوه بر اینكه هلیم به پرتوی بتا و لیتیوم-6 تبدیل می شود، عدد اتمی آن نیز از 2 به 3 می رسد(تغییرات مواد پرتوزا پس از واپاشی در قوانین سدی مورد بررسی قرار می گیرد كه در ادامه به آن نیز اشاره خواهد شد).
هسته ی یك اتم می تواند به طرق و روش های مختلف، برانگیخته شود و پس از برانگیختگی امواج الكترومغناطیس ازجنس نور گسیل كند كه بسته به سطح برانگیختگی می تواند از امواج الكترومغناطیس با انرژی كم تا پرتوهای گاما گسیل شود.
 کشف پرتوزایی طبیعی به دست بکرل منجر به عصر جدیدی شد – عصر اتمی و هسته ای – اما نه بی درنگ.
پرتوزایی طبیعی تا سالها بعد به درستی شناخته نشد. پژوهشها و نبوغ راذرفورد، سادی و دیگران لازم بود تا به طبیعت و منشأ تابشی که بکرل و کوری ها کشف کرده بودند پی ببرند، و این نظر را پیش بکشند که از ذرات (آلفا و بتا) گسیل شده از هسته های اتمها و تابش الکترومغناطیسی همراه چنین گسیل هایی تشکیل شده است. لرد راذرفورد در بیان اینکه جرم اتمها عمدتاً (بیش از 9/99%) در مرکزشان قرار گرفته، و از ذرات باردار مثبت و خنثی به نام پروتونها و نوترونها تشکیل شده است، نقش بسزایی داشت. در حوالی سال 1934 بود که به تدریج پرده از راز چگونگی دستیابی به قدرت عظیم انرژی هسته ای برداشته شد.
در سال 1934 ایران کوری، دختر ماری و پی یر، و شوهرش فردریک ژولیو، پرتوزایی مصنوعی را کشف کردند. آنان نشان دادند که می توان از ذرات آلفا، که راذرفورد آنها را به عنوان تکه هایی از هسته ی اتمها که عناصر پرتوزای طبیعی گسیل می کردند شناسایی کرده بود، برای بمباران عناصر غیر پرتوزا و القای پرتوزایی در آنها استفاده کرد. پروفسور آلن لایتمن در ساینس 84 این فرایند زیر اتمی را چنین توصیف کرد: «ظاهراً اگر برخی هسته های اتمی پایدار را که به آرامش ابدی خود رضایت داده بودند، مجبور می کردند تا ذرات زیر اتمی دیگری ببلعند، می شد آنها را ناپایدار ساخت. این هسته های اتمی که به اجبار پر شده بودند، در حالتی ناآرام شروع به پرتاب ذرات کوچکی از خود می کردند، گویی پرتوزایی «طبیعی» صورت گرفته باشد».
انریکو فِرمی که در آن هنگام در رم بود، تصمیم گرفت که به جای ذرات آلفا از نوترونها برای بمباران عناصر پایدار استفاده کند. بدین ترتیب هسته ی اتم سنگین اورانیم (البته ایزوتوپ پایدارآن) را در معرض بارانی از پروتونها قرار داد. وی فرض کرد که احتمالاً این بمباران نوترونی، هسته های ی از عناصر را که وزنشان تقریباً برابر با اورانیم است ایجاد خواهد کرد. اما اتوهان وفریتزاشتراسمن که در انستیتو قیصر ویلهلم در برلین پژوهش می کردند، در محصولات بمباران اورانیم مقداری باریم یافتند، یعنی عنصری که اندازه ی اتمهای آن تقریباً نصف اورانیم است. چون هیچ باریمی در نمونه ی بمباران شده وجود نداشت، ظاهراً بعضی از هسته های اورانیم به دو نیم شده بودند!
در دسامبر سال 1938 ، هان طی نامه ای این نتیجه ی نامنتظره را برای لیزه مایتنر شرح داد.
مایتنر، 30 سال همکار ارزشمند هان بود، اما چون یهودی بود، پنج ماه قبل از آن از آلمان هیتلری گریخته و به سوئد پناه آورده بود. در کریسمس آن سال، خواهر زاده اش اتور.فریش، که او نیز فیزیکدان و در کپنهاگ از همکاران فیزیکدان معروف دانمارکی نیلس بور بود، از او دیدن کرد، و با هم درباره ی هان گفت و گو کردند. پس از تفکر زیاد، در حالی که در برفها قدم می زدند به یاد یکی از نظریات بور افتادند؛ در سال 1936 بور احتمال داده بود که شاید ذرات درون هسته به نحوی دسته جمعی عمل می کنند، که حتی با ضربه ی ذره ی کوچکی همچون نوترون، هسته از حالت کروی خود تغییر شکل می یابد. امکان داشت که نیروهای دافعه ی هسته بر نیروهای جاذبه غلبه کنند، هسته به دو نیم تقسیم شود، و دو نیمه را با سرعتی زیاد و با آزاد کردن مقادیر عظیمی انرژی به دو سو پرتاب کند. بور هر هسته ی سنگین ناپایدار را به قطره ی آبی که در حال شکافتن باشد تشبیه کرد.
وقتی فریش چند روز بعد به کپنهاگ بازگشت، توانست درست قبل از سوار شدن بور بر کشتی سوئدی – امریکایی ام اس دروتنینگهولم که به نیویورک می رفت با او صحبت کند. بور بی درنگ به اهمیت آزمایش شکافت هسته ای – واژه ای که فریش براساس نام تقسیم یاخته ای در زیست شناسی وضع کرده بود – که هان مشاهده کرده بود، پی ببرد. بور راهی کنفرانسی در واشنگتن دی. سی. در زمینه فیزیک نظری بود، و تفسیر مایتنر و فریش را در کنفرانس مطرح کرد. بور متعاقباً نامه ی کوتاهی به سردبیر مجله ی فیزیکال ریویو نوشت که در آن نظریه ی قطره ی مایع برای شکافت هسته ای را به اختصار شرح داد.
چندی نگذشت که لئوزیلارد در دانشگاه کلمبیا شکافت هسته ای را در واکنشهای زنجیره ای مشاهده کرد. بور که در آن هنگام در دانشگاه پرینستون بود، حساب کرد که فقط شکل نادری از اورانیم، یعنی ایزوتوپ 235-U آن که در طبیعت تنها 1% اورانیم طبیعی را تشکیل می دهد، موجب واکنشی زنجیره ای می شود. برای ساخت یک رآکتور زنجیره ای باید 235-U تغلیظ می شد. این کار عملی بود، و بالاخره انجام شد .ایالات متحده موفق شد گوی سبقت را در این زمینه از آلمان برباید.

هلیوم و دیگر گازهای بی اثر :
 شش گاز بی اثر (كه اكنون عناصربی اثر نامیده می شوند ) هلیوم ، نئون ، آزگون ، كریپتون ، گزنون ، و رادون ، در طبیعت خیلی كمیاب هستند ، تا این اواخر گازهای بی اثر را فاقد توانائی تشكیل تركیبات شیمیائی میشناخته اند و این صفت «‌ بی اثر » یا « نجیب » به همین معنی به آنها نسبت داده می شد ( رامسی عنوان « نادر » را برای این گازها پیشنها كرد ولی مورد قبول واقع نشد ) . كمیابی و غیر فعال بودن شان ، موچب تأخیر در كشف شان شد ، تا در اواخر قرن نوزدهم كه روش های فیزیكی به ویژه تجزیه طیف سنجی و میعان گازها به اندازه كافی كامل شد ، این كار میسر شد . نكته جالب این است كه تمام گازهای نادر را به حالت آزاد (یعنی به تنها شكلی كه در طبیعت وجود دارند ) در فاصله ی زمانی كوتاهی به دست آوردند . در كشف آرگون ، هلیوم ، نئون ، كریپتون و گزنون ، رامسی فیزیك و شیمیدان برجسته انگلیسی نقش اساسی را ایفا كرده است به خاطر همین كشف ها ، جایزه نوبل شیمی سال 1283 /1904 به وی تعلق گرفت .
كشف هلیوم و رادون غیر عادی صورت گرفته است . رادون در نتیجه بررسی های انجام شده درباره رادیوآكتیو، یا بهتر بگوئیم بر اثر به كار بستن روش های رادیو متری ، كشف شده است . بنابراین عنصر مزبور در فصل 11 در تاریخچه عناصر رادیوآكتیو مورد بحث قرار خواهد گرفت . داستان كشف هلیوم در تاریخ شیمی مقام ویژه ای دارد ، به این ترتیب كه در سال 1247 /1868 خطی در طیف مربوط به لكه های خورشید مشاهده در كه به هیچی یك از عناصر شناخته شده درزمین منسوب نبود . این خط را مربوط به عنصر جدیدی دانستند كه در خورشید وجود دارد و آن عنصر را « هلیوم » نامیدند . بیست و هفت سال بعد از آن زمان ، برای نخستین بار در روی زمین ، هلیوم به دست آمد .
هلیوم :
داستان غیر عادی هلیوم ، توجه بسیاری از دانشمندان و تاریخنگاران علمی را به خود جلب كرد ، اما شرح و تفصیل های گوناگون توأم با جزئیات خیالی سبب دور شدن از مسیر واقعی حوادث شد . حتی قصه ای زیبا و گیرا درباره كشف عنصر مربوط به خورشید ، ساخته شد كه از حقیقت دور بود .
ژانسن ستاره شناس فرانسوی والكیر ستاره شناس انگلیس ، به عنوان كاشفشین هلیوم معرفی شده اند . این دو نفر در سال 1247 / 1868 كسوف كامل خورشید را كه در سواحل اقیانوس هند بهتر قابل رؤیت بود ف مورد مطالعه قراردادند .آنان در گزارشی كه در این باره به آكادمی علوم پاریس فرستاده بودند و دریكی از اجلاس های آن آكادمی توسط یكی از اعضا قرائت شد ، نوشته بودند كه در
طیفی كه از آن كسوف خورشید به دست آمده و عكس برداری شده است ، خط جدید زرد D‌ مربوط به عنصری ناشناس ، وجود دارد . به عنوان یادبود این رویداد (كشف عنصر جدیدی كه در خورشید وجود دارد ولی در زمین یافت نمیشود ) نشان یادبودی ضرب شد .
دراین داستان جالب همه چیز دروغ بود جز دو تاریخ اشاره شده در آن ، نخست این كه گرچه در مرداد سال 1247 اوت سال 1868 لاكیر در ساحل اقیانوس هند نبود و كسوف كامل خورشید را ندید ، ولی ژانسن درهمان هنگام درباره كسوف مزبور مشاهداتی انجام داد . این مشاهدات از نظر ستاره شناسی حائز اهمیت زیادی بودند ولی از نظر تاریخچه هلیوم اثری نداشتند . ستاره شناس فرانسوی نخستین كسی بود كه كله های خورشید را دید ( پرتاب قطعات عظیمی از مواد خورشید ) و آنها را شرح داد ، ولی این كار در حین یك كسوف  انجام نشد . متن تلگرافی كه وی به آكادمی علوم پاریس فرستاد به این شرح بو : « كسوف ولكه های خورشید رصد شدند ، طیف آن جالب و غیر منتظره است ، لكه های خورشید دارای طبیعت گازی هستند . »
تا آن زمان ، دانشمندان درباره طبیعت لكه های خورشید چیزی نمی دانستند . در آن هنگام معلوم شد كه ابرهائی از مواد گازی شكل دارای تركیب شیمیائی پیچیده هستند . ژانسن شرح مفصل مشاهداتش را در نامه ی دیگری فرستاد كه چهل روز بعد از نخستین گزارشش به آكادمی علوم ستاره شناس دیگر فرانسوی به نام ری دراین مورد رسیده بود . شخص اخیر نیز لكه های خورشید را دیده بود و نتیجه گیری هائی را درباره ی آنها توسط طیف سنج ویژه ای ، لكه های خورشید را مورد بررسی قرار می داد ومحل خطوط طیفی آنها را مشخص می كرد . در دوازدهم مهرماه آن سال / بیست و سوم اكتبر ، نامه ای به آكادمی علوم پاریس فرستاد كه برحسب اتفاق ، نامه ی وی همزمان با نامه ژانس رسید .
در پانزدهم مهر / بیست و ششم اكتبر ، نامه ی ژانسن ولاكیر در اجلاس آكادمی قرات شد ولی در آن نامه ها حتی كلمه ای درباره ی عنصر فرضی موجود درخورشید را درهنگامی كه خورشید یا خطی كه بعد ها به عنوان مشخصه طیف هلیوم شناخته شد ، اشاره نشده بود ، این بود كه لكه های خورشید را در هنگامی كه خورشید دچار كسوف نشده بود ، مورد مشاهد قرار داده اند . نشان ضرب شده هم تنها به منظور یادبود این رویداد ، ‌ساخته شده بود .
به این ترتیب هلیوم نه در بیست و هفتم مرداد 1247 / هیجدهم اوت 1868 كشف شده است و نه توسط ژانسن یالاكیر . مشاهدات آنان در میان بسیاری از ستاره شناسان ، نهضتی را برای مطالعه دقیق لكه های خورشید برانگیخت . آن وقت بود كه متوجه شدند كه در طیف لكه های خورشید ، خطی وجود دارد كه به هیچی یك از عناصر شناخته شده در روی زمین قابل انتساب نیست . آن خط را سكسی ستاره شناس ایتالیائی مشاهد كرده و با D نشان داده است . نام این فرد را باید دركنار نام های ژانسن و لاكیر قرار داد . نقش او در كشف هلیوم كنتر از نقش آن دو نفر پیشگامانش نبوده است . درهر حال سكسی تصور می كرد كه خط D ممكن است مربوط به عنصری شناخته شده ای مانند هیدروژن باشد كه در شرائط فشار و درجه حرارت خیلی بالا چنین خطی ا خود منتشر می كند . اگر چنین فرضی به اثبات نمی رسید ، آنگاه سكسی قبول می كرد كه خط D مربوط به عنصری است كه در زمین شناخته نشده است . لاكیر و فرانكلند به تلاش برای حل مسئله ی عنوان شده توسط سكسی پرداختند ، اما هیچ گونه تغییری را در طیف هیدروژن مشاهده نكردند . بنابراین در مطلبی كه لاكیر درچهاردهم فروردین 1250 / سوم آوریل 1871 منتشر كرد بازهم عبارت «عنصر جدید X » را به كاربرد . نشانه هائی در دست است كه فرانكلند نام « هلیوم helium » ( مشتق از كلمه یونانی helios  به معنی خورشیدی ) را پیشنهاد كرده است . كلمه « هلیوم » نخستین بار در اجلاس دوازدهم مرداد / سوم اوت همان سال جامعه انگلیسی لرد كلوین توسط رئیس جلسه ، تامسن بكار برده شد . اگر كشف هلیوم درآن مرحله به عنوان « كاری تمام شده » تلقی شود ، عملی غیر متعارف است . درآن زمان ، این  تنها عنصری بود كه به شكل مادی قابل جدا كردن نبود . سوال این بود كه در شرائط معمولی هلیوم به چه شكل است ؛ جامد ، مایع یا گاز ؟ خواصش چیست ؟ جرمی اتمی اش چقدر است و جایش درمیان عناصر طبیعی در كجا است ؟
برای هیچی یك از سوالات بالا جواب تقریبی هم وجود نداشت . تردید سكسی همچنان برجای بود . بنابراین درهنگامی كه هلیوم هنوز عنصری فرضی بود ، دوره ای از تاریخش آغاز شده بود . درمورد هلیوم هم آهنگی عمومی حاصل نشده بود . مندلیف به طور جدی نظریه سكسی را كه خط زرد روشن طیف مربوط به عنصری شناخته شده در فشار و درجه حرارت بالا است ، تأئید می كرد . كروكس هلیوم را به طور كامل مستقل شناخت و آن را به عنوان ماده اولیه برای ساخت كلیه عناصر دیگر تلقی كرد و گفت كه این پدیده با تبدیل پی درپی رخ می دهد .
زمانی به نظر رسید كه اسرار آمیز بودن منحصر به هلیوم نیست . زیرا ستاره شناسان خصوص جدیدی را در طیف اجسام فلكی مانند خورشید ، ستارگان و غبارهای كیهانی یافتند . تعداد عناصری فرضی دیگر از جمله كورونیوم ، آركونیوم ، نبولیوم ، و پروتوفلوئورین در صحنه علم خود نمایی كردند.چندین سال بعد معلوم شد كه چنین عناصری وجودندارند و فقط هلیوم برجای ماند .
برای آن كه هلیوم به رسمیت شناخته شودمی بایتسی چهره زمینی خود رانشان دهد .تاریخچه زمینی هلیوم با یك حادثه آغاز شد .
در داوزدهم بهمن 1273 اول فوریه سال 1895 رامسی نامه كوتاهی از میئرز كارمند British Maseum   دریافت كرد و در آن هنگام رامسی به عنوان كاشف آرگون شناخته شده بود و بناربراین ممكن است تصور شود كه میئرز وی را به طور اتفاقی به عنوان مخاطب نامه اش در نظر نگرفته باشد . میئرز در آن نامه درباره تجربه ای كه هیلدر براند امریكائی در سال 1269 / 1890 در انستیتوی زمینشناسی امریكا انجام داده است ، صحبت می كند و می نویسد كه وی با گرم كردن برخی از كانی های توریوم و اورانیوم ( به عنوان نمونه كلویت cleveite ‌) متوجه تولید گازی بی اثر شده است . طیف آن گاز شبیه طیف ازوت و در ضمن حاوی خطوطی اضافی نیز می باشد .
بعد ها هیلدر براند خودش به رامسی اعتراف كرده بود كه میخواسته است خطوط مزبور را به عنصر جدیدی نسبت دهد . در هر حال همكاران وی نسبت به نتیجه كار خوشبین نبودند و هیلدر براند ، از ادامه بررسی دست برداشت . در آن زمان رامسی سرگرم مطالعه آرگون و تلاش برای به دست آوردن تركیباتی از آن بود و در نتیجه از شاگردش ماتیوز خواست كه در مورد مطالب بالا به بررسی بپردازد . ماتیوز كانی را تحت اثر اسید سولفوریك قرار داد و او هم مانند هیلدر براند ، به تشكیل حباب های گازی شبیه ازوت اشاره كرد . وقتی مقدار كافی از گاز مزبور جمع آوری شد ، توسط رامسی مورد آزمایش طیف سنجی قرار گرفت . طیف به دست آمده غیر منتظره و حاوی نوار پهن درخشانی بود كه نظیر خطوطش در طیف های ازوت و آرگون وجود نداشت .
گرچه رامسی اطلاعات كافی را برای نتیجه گیری قطعی نداشت ولی حدس زد كه كلویت علاوره بر آرگون ، محتوی گاز ناشناخته دیگری است . وقت صرف كرد . در دوم فروردین آن سال بیست و دوم مارس وی در حضور برائونر طیف آرگون و گاز ناشناس را مورد مقایسه قرار داد . رامسی مؤقتاً گاز مزبور را كریپتون مشتق از كلمه یونانی به معنی مرموز یا مخفی نامید . دریادداشت روزانه سوم فروردین بیست و سوم مارس ، این دانشمند می نویسد كه رنگ زرد روشن دهه پنجم قرن سیزدهم اواخر دهه هفتم قرن نوزدهم لازم شده بود كه ثابت كنند كه خط D هلیوم خورشید با خط زرد روشن سدیم متفاوت است و به این ترتیب ملاحظه می شود كه تاریخ تكرار می شود . )
رامسی كه از نتایج به دست آمده اش كاملاً مطمئن نبود ، آمپولی از گازمزبور را برای كروكس فرستاد . روز بعد تلگرافی از كروكس رسید مبنی براین كه ( كریپتون همان هلیوم 49/587  است ، بیائید و ببینید ) شماره 49/587 مربوط به طوی مرج هلیوم خورشید بر طبق مقیاسی است كه در دستگاه های مربوط در نظر گرفته شده است . گرچه این اطلاعات شناسائی هلیوم را تسهیل می كردند ولی درهر حال كشف مزبور مستقلاً یعنی بدون هدف مشخص كشف هلیوم ، صورت گرفته بود . این موضوع سبب شد كه دانشمندان هلیوم را كه دیگر عنصر جدید شیمیائی فرضی نبود ، آگاهانه مورد بررسی قرار دهند . بی اثر بودن كامل هلیوم از نظر شیمیایی ، نكته ابهام آمیزی نبود زیرا نظیر چنین حالت بی اثری را قبل از آن زمان در آرگون دیده بودند 1273 /1894 )
كروكس در نشریه نهم فروردین 1274 بیست و نهم مارس 1895 مطلب كوتاهی درباره ی كشف هلیوم در زمین ، توسط رامسی ، نوشت . جالب است كه تقریباً در همان هنگام كلو دانشمند سوئی با دستیارش لونگلت در سنگ معدنی كلویت ( كه به افتخار كلونامگذاری شده بود ) ، هلیوم زمینی را كشف كردند . درهر حال این دو نفر قدرتی در تجربه های شان عقب بودند تنها ناخشنودی خود را از این پیش آمد ابراز داشتند ولی نتوانستند مدعی اولویت شوند . هلیوم زمینی مورد شناسائی همگانی قرار گرفت و هیچی گونه اقدامی برای رد كردن نتایج رامسی به عمل نیامد . زمان كوتاهی بعد از آن ، در دیگر كانی های و چشمه های آب معدنی ، هلیوم یافت شد . در سال 1277 / 1898 به وجود هلیوم در هوای جو زمین ، پی بردند .
آرگون :
اگر در جائی به جمله «كاوندیش در سال 1164 / 1785 گازهای نادر را كشف كرد » بر میخوریم به نظر مان شوخی می آید . گرچه آن جمله به نظر مغایر با حقیقت می آید ، ولی صحبت دارد . منتهی واژه « كشف » در این مورد بی جا به كار رفته است . برخی به خود حق می دهند كه بگویند هیدروژن در سال 1039 / 1660 توسط بویل یا درسال 1124 / 1745 توسط لومونوزوف كشف شده است . كاوندیش در تجربه هایش « چیزی » را یافت كه صد سال بعد به طبیعتش پی بردند . وی دی یكی از گزارش های آزمایشگاهی اش نوشت كه با برقراری جرقه ی الكتریكی در مخلوطی از ازوت و اكسیژن به مقدار كافی ، اندك مقداری كه در حدود @@@ حجم مخلوط اولیه بوده است ، ماده اضافی باقی مانده است . این حبابهای گاز اضافی مر موز در تخلیه های الكتریكی بعدی ، بدون تغییر می ماند . اكنون معلوم شده است كه آن ماده ی مخلوطی از گازهای نادر بوده است ، كه در آن زمان كاوندیش برای آن نه علتی دردست داشت و نه قادر به تفسیری برایش بود .
در سال 1228 / 1849 در زندگینامه ای كه ویلسون از كاوندیش نوشته بود ، به تجربه ی مزبور اشاره شده بود . در اوایل دهه هفتم قرن سیزدهم / اوایل دهه نهم قرن نوزدهم ،  رامسی واكنش میان ازوت ، اكسیژن و هیدروژن گازی  را درحضور كاتالیزور پلاتین مورد بررسی قرار داد . از این تجربه نتیجه ای حاصل نشد و حتی رامسی نتایج كارش را منتشر نكرد به طوری كه بعدها یاد آوری كرد ، با خواندن كتاب ویلسون ، در جائی كه به شرح تجربه كاوندیش می رسد ، زیر نویس می كند كه : « مورد توجه قرار گیرد » وی از ویلیامز دستیارش تقاضا می كند كه به تكرار آن تجربه بپردازد ، ولی از نتیجه آن كار اطلاعی در دست نیست . به احتمال زیاد ، از آن نتیجه ای گرفته نشده است . درهر حال آن ماجرا برای رامسی فراموش نشدنی بوده است ( به طوری كه خودش می گوید در « ضمیر ناخود آگاهش » به جای مانده بود ) و در ما قبل تاریخ كشف آرگون نقشی ایفا كرده است . در آغاز رایلی شخصیت اصلی این كار بود و انگیزه ی تاریخی اش برای این كوشش ، تكمیل نظریه اتمی و ملكولی بوده است و برای تكمیل آن تظریه ، تعیین جرم اتمی عناصر ، نكته ی اساسی كار بوده است . تجربه های متعدد نشان داده بود كه در غالب موارد ، جرم های اتمی عناصر درست تعیین نشده اند . در همین گیرو دار در فاصله سالهای 1194 / 1815 و 1195 /1816 پروت فیزیكدان انگلیسی نظریه ای را ابراز كرد كه نقطه آغازی در تاریخ علوم طبیعی شد و آن تظریه از این قرار بود كه اتم های همه عناصر شیمیائی از اتمهای هیدروژن تشكیل شده اند و بنابراین جرمهای اتمی نسبی عناصر می بایستی اعداد درست باشند . به این ترتیب یامی بایستی حرف پروت نادرست باشد و یاجرم های اتمی را درست تعیین نكرده باشند .
برای ازمیان برداشتن اختلاف ، نیاز به مطالعه مجدد تركیب و طبیعت گازها بود . رایلی اندیشید كه باید نخست چگالی گازهای اصلی هوا یعنی ازوت و اكسیژن را به دست آورد تا از روی آن بتوان جرم اتمی شان را حساب كرد .
دراین مورد رایلی مقاله كوتاهی در هشتم مهر 1271 بیستم و نهم سپتامبر 1892 در نشریه معتبر انگلیسی به نام Nature‌ نوشت . به نظر می رسید كه مقاله درباره مطلبی پیش پا افتاده باشد ؛ نوشته شده بود كه چگالی ازوت جدا شده از هوایجو با چگالی ازوت حاصل از عبور مخلوطی از هوا و آمونیا ك از روی سیم مس به حرارت قرمز ، متفاوت است . اختلاف چگالیها خیلی كم و در حدود 001/0 بود ولی نم شد آن را بر اشتباه تجربی حمل كرد . ازوت هوای جو سنگین تر بود . بنابراین رازی در كار بود كه آن را « اضافه چگالی غیر عادی ازت هوای جو » عنوان كردند . از هر منبع دیگری كه ازوت هیه می كردند به همان اندازه بالا سبكتر از ازوت هوای جو بود .
علت اختلاف مزبور چه می توانست باشد ؟ رامسی به مسئله مزبور علاقه مند شد . در سی ام فروردین 1273 نوزدهم آوریل سال 1894 با رایلی ملاقاتی كرد و درباره آن بحث كردند . هر دوی آن دو نفر درباره مطلب مزبور در عقاید شخصی شان پافشاری می كردند . رامسی معتقد بود كه ازوت هوای جو حاوی مخلوطی از گازهای سینگین تر از خودش است ، و رایلی برعكس وی عقیده داشت كه ازوت « شیمیایی » با مخلوطی از گازهای سبكتر ازخود همراه است .
به نظر می رسید كه عقیده رایلی جالبتر باشد . زیرا تركیب گازهای موجود در هوا را مدت بیش از صد سال مورد بررسی دقیق قرار داده بود ند . و بنابراین بعید بود كه جزئی از آن ناشناخته مانده باشد . دراین جا است كه باید به یاد تجربه كاوندیش بیفتیم كه « در ضمیرناخود آگاه رامسی متجلی می شود . در نهم اردیبهشت بیست و نهم آوریل رامسی برای همسرش نامه ای می فرستد ودرآن می نویسد كه احتمالاً ازوت ، گازنادری را همراه خود حمل می كند كه مورد توجه قرار نگرفته است ؛ ویلیامز ، ازورت را با منیزیوم تركیت می كند و میخواهد ببیند كه پس از واكنش چه چیزی باقی می ماند . به این ترتیب « ما می توانیم عنصر جدیدی را كشف كنیم »
آن نامه از رازی سرپوش بر می داشت : گاز ناشناس ، عنصری است كه مانند ازوت غیر فعال است یعنی به دشواری وارد واكنش های شیمیائی می شود . رامسی برای جدا كردن « بیگانه » از ازت ، تلاش كرد كه ازوت را با عنصر دیگری به صورت تركیب شیمیائی در آورد و از واكنش اثر اوزت بر براده منیزیوم به حرارت قرمز (@@@@ استفاده كند . این تنها موردی است كه علم شیمی در كشف گازی نادر ، نقشی ایفا كرده است .
رامسی درجدال باخودش ، احتمال دیگری را نیز در نظر گرفت و آن این بود كه فكر كند شاید گاز ناشناس همراه اوزت ، عنصری ناشناس نباشد ، بلكه شكل دیگری از خود اوزت با ملكول سه اتمی N‌ باشد ، مانند اكسیژن كه هم به صورت ملكول O است و هم به صورت ازن ozone (o) وجود دارد . حذب اوزت توسط منیزیوم بایستی توأم با تجزیه ملكول N تركیب می شوند و به N‌ تغییر می یابند . این طرز برداشت رامسی از وجود N‌ بعدها به عنوان برگ برنده ای در دست مخالفین وجود آرگون در آمد . تلاش های بی ثمر برای جدا كردن ازوت مشابه با ازون بیش از دو ماه ادامه یافت ولی در دوازدهم مرداد سوم اوت رامسی مقدار 100 سانتی متر مكعب ازگازی را به دست آورد كه ازوت به وزن مخصوص 083 / 19 بود .
این دانشمند پیروزی اش را به اطلاع كروكس و رایلی رسانید . آمپولی از گاز مزبور را برای تجزیه طیف سنجی برای كروكس فرستاد . رایلی هم مقدار كمی از این گازها را خودش تهیه كرده بود . در نمیه اواخر مرداد اوت رامسی و رایلی درجلسه ای علمی با یكدیگر ملاقات كردند و گزارش مشتر كی دادند . آنها طیف گاز مزبور را شرح دادند وبر بی اثر بودن آن گاز از نظر شیمیائی ، تأكید كردند . تعداد زیادی دانشمندان ، گزارش را با علاقه مندی گوش دادند ولی درعین حال متعجب شدند كه چگونه ممكن است هوا محتوی جزء جدیدی باشد ؟ حتی لوج فیزیكدان برجسته پرسید كه : « راستی ، دوستان عزیز ، آیا نام گاز مزبور را كشف نكرده اید ؟)
مشكل نام آن عنصر دراواسط آبان اوائل نوامبر به این ترتیب حل شد كه رامسی به رایلی پیشنها كردكه با توجه به غیر فعال بودن استثنائی از نظر شیمیائی ف آن را آرگون ( از واژه یونانی به معنی غیر فعال بنامند و علامت شیمیائی اش را A قرار دهند . ( بعد ها تبدیل به Ar شد ) در دهم آذر سی ام نوامبر رئیس انجمن سلطنتی لرد كلون (تامسن ) كه در سال 1250 /1871 برای نخستین بار نام ( هلیوم ) را به كاربرد به طور رسمی موضوع كشف جزء جدید را درهوای جو به عنوان رویداد مهم علمی سال ، تلقی كرد . با این حال هنوز طبیعت آن جزء روشن نشده بود . آیا عنصری شیمیائی بود ؟ مراجعی مانند مندلیف و دوار مخترع ظروف مخصوص نگاهداری هوای مایع ، عقیده داشتند كه آرگون همان N  است . بی اثر بودن كامل شیمیائی آرگون ، خاصیتی نا آشنا برای شیمیدانان بود و بنابرانی مطالعه درباره آن ( به ویژه تعیین جرم اتمی اش ) را دشوار می كرد . علاوه بر اینها معلوم شده بود كه آرگون بر خلاف كلیه گازه های عنصری شناخته شده تا آن زمان ، یك اتمی است ، یعنی ملكول هایش از یك اتم تشكیل شده اند .
در اجلاس بیست و سوم اسفند 1273 چهاردهم مارس 1895 ، جامعه شیمیدانان روسیه ، مندلیف اعلام كرد كه جرم اتمی 40 آرگون با سیستم تناوبی هماهنگی ندارد و بنابراین آرگون همان ازوت متراكم به فرمول N‌ است .
حل مسائلی كه با كشف ارگون بروز كرده بودند ، زمان درازی به طول انجامید . دراین جریان ، كشف هلیوم كه گاز بی اثر و یك اتمی دیگری بود ، در حل مشكل آرگون مؤثر واثع شد . زوج آرگون هلیوم سبب شدند كه شكف چنین گازهائی را به عنوان موضوعی مبتنی بر اصوی طبیعی تلق كنند نه به عنوان اتفاق و تصادف غیر عادی و از آن پس عده ای به امید یافتن عناصر دیگری از این خانواده به تلاش پرداختند . تا سه سال بعد از آن تاریخ عنصر دیگری ازآن خانواده كشف نشد . در آن فاصله  زمانی ، دانشمندان خواص هلیوم و آرگون را دقیقا مورد بررسی قرار دادند ، جرمهای اتمی شان را به طور دقیق تعیین كردند و عقایدی درباره مكان این دو عنصر در جدول تناوبی ابراز داشتند .
كریپتون ، نئون و گزنون :
سكوتی در تاریخ گازهای بی اثر بر قرار شد . برای این دو وقفه دلایل زیادی وجود داشت كه یكی ازانها این بود كه دانشمندان مقادیر اندكی از گازهای هلیوم و آزگون در دسترس داشتند . برای جدا كردن این گازها از هوا می بایستی از طریق شیمیائی اكسیژن ، ازوت ،‌ هیدروژن و انیدرید كربنیك آن را حذف كنند . همه گازهای بی اثر ، جزء ناچیزی از هوای جو زمین را شامل می شدند و كشف اثراتی از دیگر اعضای این خانواده در میان ارگون و هلیوم بسیار مشكل بود . دلیل دیگر وقفه ، بی اثر بودن آرگون و هلیوم از نظر شیمیائی بود . حتی فعالترین عوامل شیمیائی ( به عنوان نمونه فلوئور ) دراین عناصر بی تأثیر بودند . شیمیدانان هیچی راهی برای بررسی گازهای نادر نداشتن و تنها روشهای فیزیكی می توانست به نتایجی برسد . درهر حال نیاز به روشهای فیزیكی بهتر بود و این روش ها در طی مدت وقفه و سكوت ، تكامل یافتند . دانشمندان روش های تجربی تجزیه مقادیر اندك گازها را ابداع كردند و دستگاه های طیف سنجی و دستگاه های اندازه گیری چگالی گازها را تكمیل كردند . بالاخره واقعه ای رخ داد كه از نظر سیر تاریخی گازهای بی اثر ، حائز اهمیت زیادی بود . دو مهندس یكی هامپسون از انگلستان و دیگر لیند از آلمان ، روش مؤثری برای میعان گازها ابداع كردند . هامپسون دستگاهی ساخت كه در هر ساعت یك لیتر هوای مایع تولید می كرد . این موفقیت ، جان تازه ای به افكار خلاق دانشمندان داد . دراوایل سال 1277 / 1898 تروارز دستیار رامسی به طرح  دستگاهی خنك كننده ای برای تهیه مقادیر زیاد آرگون مایع پرداخت . نظر به این كه گازهای هوای جو در دماهای مختلف مایع می شوند ، انها را به آسنانی می توان از یكدیگر جدا كرد .
كشف آرگون و هلیوم ، از این نظر هم جالب است كه نه تنها شیمیدان را متوجه خاصیت « بی اثر » بودن شیمیائی این عناصر كرد ( پدیده ای كه در حدود ربع قرن بعد شناخته شد ) ، بلكه نظر آنان را درباره ی قانون تناوبی و جدول تناوبی كه تحت قیود محكم و شدیدی قرار داشت ف نیز تغییر داد . سه مشخصه مهم آرگون و هلیوم (جرم های اتمی ، جرم های اتمی ، ظرفیت صف و ملكول های یك اتمی ) هر دو عنصر را خارج از جدول تناوبی قرار داد . به همین دلیل مندلیف خیلی زود برداشت راحتی را كه با قبول N‌ پدید آمد بود ، پذیرفت .
تاریخ قدرت عجیبی در پیشگوئی دارد . هنوز آرگون به طور كامل كشف نشده بود كه در چهارم خرداد 1273 / بیست و چهارم مه سال 1894 ، رامسی نامه ای به رایلی نوشت و طی آن از او پرسید كه آیا به نظر او جدول تناوبی جائی برای عناصر گازی شكل وجود دارد ، یعنی آیا ممكن است جدول مزبور را به این صورت نوشت :
رامسی می پنداشت كه دوره های كوتاه جدول نیز می توانند مانند دوره های بلندش مجموعه های سه تائی شبیه آهن ، كبالت و نیكل ، داشته باشند . كشف آرگن و هلیوم در رامسی این فكر را پدید آورده بودكه گازهای مزبور می توانند دو تا از مكان هائی را كه وی درجدول تنظمی  اش باعلامت + نشان داده است ، اشغال كنند . جرم اتمی های این دو عنصر ( كه 4 و 40 بود ) ثابت می كرد كه He و Ar‌ را در هر حال نمی شود در یك تناوب قرار داد . اندك اندك ، اندیشه گروه های سه تائی جدید به فراموشی سپرده شد و رامسی پیشنها كرد كه گازهای بی اثر را در آخر هر تناوب قرار دهند . با این ترتیب می شد انتظار داشت كه عنصری با جرم اتمی 20 كه بین هلیوم و آرگون قرار گیرد ، كشف شود . در اجلاس جامعه انگلیسی لرد كلون كه در مرداد 1276 / اوت سال 1897 در تورونتوبرگزار شد ، گزارش رامسی منحصراً به این عنصر اختصاص داشت . عنوان گزارش مزبور « گاز كشف نشده » بود . رامسی میخواست به شرح خواص جالب ان گاز بپردازد ولی اندیشید كه این كار با توجه به خاصیت اصلی آن كه عبارت بود از « ناشناخته بودن » كاری غیر معقول است .
در این جا ، باز آن اطمینانی را كه در آستانه كشف آرگون به رامسی دست داد و در نامه ی وی به همسرش دیده می شد ، به خاطر آوریم . اما این بارم ، آن حالت از جسارت یك رمان نویس سرچشمه نگرفته بود ، بلكه ناشی از اعتماد ضرب در تجربه بود . گاز كشف نشده ، نئون بود . بنابر بازی سرنوشت ( چیزی كه درعلوم زیاد معمول است ) ، واقعه ای مقدم بر این كشف روی داد . گاز جدید را ظاهراً می شد با تبخیر هوای مایع و تجزیه اجزای به دست آمده از ان كشف كرد . در این تجربه گازهای سبك تر از ارگون مرود توجه ویژه ای بودند . درچهارم خرداد 1277 / بیست و چهارم مه 1898  ، رامسی و تراورز ظرف دواری محتوی هوای مایع دریافت كردند . متأسفانه و شاید هم خوشبختانه ، مقدار هوای مایع آنقدر كم بود كه بررسی درباره اعقاب آرگون با آن میسر نبود و بنابراین دانشمندان مزبور تصمیم گرفتند با آن درباره نحوه تفكیك جزء به جزء هوای مایع ، بررسیهائی انجام دهند . وقتی به این كار اقدام كردند ، در پایان روز متوجه شدند كه قسمتی از مایع كه باقی مانده است ، جزء سنگین تر آن است .
به آن جزء مدت یك هفته توجهی نشد تا در یازدهم خرداد / سی و یكم مه ، رامسی تصمیم به بررسی آن گرفت . گاز مزبور را از ناخالصی اكسیژن و ازت ، عاری كردند و آنگاه در معرض آزمایش طیف سنجی قرار دادند . رامسی و تاورز در طیف به خط زرد روشنی برخوردند كه نه به هلیوم تعلق داشت و نه به سدیم ، انگشت به دهان ماندند . رامسی در یادداشت خود نوشت :« سی ویكم مه ، گازی جدید ، كریپتون » . لازم به یادآوری است كه این نام را قبلاً به هلیوم در قبل از كشفش داده بودند . اینك نام مزبور در تاریخ گازهای بی اثر ، وارد شد . درهر حال ، گازی كه رامسی كشفش را گزارش داد ، كریپتون نبود . چگالی و جرم اتمی اش بیش از مقادیر پیش بینی شده بود .
كشف واقعی نئون به دنبال این واقعه صورت گرفت . رامسی و تاورز اجزاء سبك تر هوای مایع تقطیر شده را مورد بررسی قرار دادن و یكی از آنه اگاز بی اثر جدیدی كشف كردند . رامسی بعدها به یاد آرد كه نام «نئون neon‌ » (از واژه یونانی neos به معنی جدید ) توسط پسر دوازده ساله اش پیشنهاد شده بود . در مورد این عنصر ، آزمایش توسط تاورز به تنهائی انجام شده بود و هنگام آزمایش رامسی حضور نداشت . این تجربه در هیجدهم خرداد / هفتم ژوئن انجام گرفت . سپس یك هفته تمام برای تأكید نتایج چگالی اش ، وقت صرف شد گرچه هنوز گاز نئون به طور خالص به دست نیامده بود ف ولی همان گونه كه انتظار می رفت ف عنصری میان هلیوم و آرگون بود . مسئله جدا كردن كامل نئون و آرگون بعدها حل شد .
رامسی و تاورز در تلاش برای كشف گاز بی اثر دیگری بودند ولی دراین كار به اندازه موقعی كه درجستجوی نئون بودند ، امیدواری نداشتند . روزی درخرداد 1277 / ماه ژوئن سال 1898 آن دو همكار سرگرم تقطیر هوای مایع و جدا كردن آن به اجزایش بودند . حدود نیمه شب بیش از پنجاه جزء از آن جدا كرده بودند كه در آخریش شان كریپتون (جزء شماره 56) را یافتند . باگرم كردن آن جزء دیگری به دست امد 0 (جزء شماره 57 ) كه بیشترش اثرات انیدرید كربنیك بود . آن دو نفر با یكدیگر درباره عاقبت آن تجربه با هم بحث كردند و بالاخره تصمیم به ادامه تجربه گرفتند . صبح روزبعد با مشاهده طیف جزء شماره 57 به نتیجه ای بسیار غیر عادی برخوردند و معتقد شدند كه گاز جدیدی است . درهر حال گزنون (xenon ) خالص درنیمه سال 1279 / نیمه سال 1900 به دست آمد . نام
«گزنون » از واژه exnos یونانی به معنی «بیگانه » گرفته شده است .
گازهای بی اثر به عنوان غذای اندیشه :
كشف گازهای بی اثر در زمره چهار رویداد علمی مهم اواخر قرن سیزدهم /آخر قرن نوزدهم كه منجر به دگرگونی های انقلابی در علوم طبیعی شده اند ، به حساب می آید سه رویداد مهم دیگر عبارت بودند از كشف پرتو ایكس توسط رونتگن ، رادیو آكتیویته و الكترون . امتیازی كه دانشمندان برای گازهای نادر قائلند ، دلائل زیادی دارد .

مفاهیم اولیه
آلکیل هالیدها همان‌طور که از نامشان پیدا است آلکیلهایی هستند که با هالوژن پیوند تشکیل داده‌اند. این ترکیبات دارای فرمول عمومی R-X هستند که R یک گروه آلکیل و یا گروه آلکیل استخلاف شده و X اتم هالوژن است. آلکیل هالیدها معمولا از الکل تهیه می‌شوند و نقطه آغاز سنتز برای بسیاری از مواد هستند. مشخص‌ترین واکنشهای آنها واکنشهایی هستند که روی گروه عاملی آنها ( اتم هالوژن ) انجام می‌شوند. آلکیل هالیدها در آب نامحلول‌اند اما در حلالهای آلی مانند بنزن ، اتر ، کلروفرم و... محلول هستند.

خواص فیزیکی
آلکیل هالیدها در مقایسه با آلکیل اولیه‌ای که از آن بوجود آمده‌اند بخاطر وزن مولکولی بیشتر دمای جوش بالاتری دارند. بعنوان مثال هالو آلکنها در مقایسه با آلکانهایی با تعداد کربن برابر دمای جوش بالایی دارند. در یک گروه آلکیل معین با افزایش وزن اتمی هالوژن دمای جوش افزایش می‌یابد. فلوئورورها زود جوش‌ترین و یدیدها دیر جوش‌ترین هالیدها هستند.
شاخه‌دار شدن در گروههای آلکیل یا در کربن دارای پیوند هالوژن سبب پایین آمدن دمای جوش نسبت به آلکیل هالیدهای راست زنجیر با همان تعداد کربن می‌شود. با وجود قطبیت متوسطی که دارند در آب نامحلولند که علت احتمالی آن می‌تواند ناتوانی در تشکیل پیوندهای هیدروژنی باشد. این ترکیبات حلالهای خوبی برای سایر ترکیبات با قطبیت کم از جمله خودشان هستند و چون نمی‌توانند یونهای ساده را بطور قابل ملاحظه‌ای حلال پوشی کنند نمکهای معدنی در آنها نامحلول هستند. آلکیل هالیدهای دارای یدید برمید و پلی کلرها چگالتر از آب هستند.

طبقه‌بندی آلکیل هالید
آلکیل هالیدها را با توجه به اینکه کربن حامل هالوژن‌ ، به چند گروه آلکیل متصل است طبقه‌بندی می‌کنند.

 

•آلکیل‌های نوع 1 : کربن حامل هالوژن را با یک گروه آلکیل پیوند دارد. 
•الکیل‌های نوع 2 : کربن حامل هالوژن با دو گروه آلکیل پیوند دارد. 
•آلکیل‌های نوع 3 : کربن حامل هالوژن با سه گروه آلکیل پیوند تشکیل داده است. 
تهیه آلکیل هالیدها
•آلکیل‌ها را معمولا از الکلها که قابل دسترس‌تر هستند تهیه می‌کنند. برخی از آلکنها در جریان جایگزین شدن گروه –OH با -X میل به نو آرایی دارند، اما با استفاده از فسفر هالیدها می‌توان مانع نوآرایی شد. روشهای دیگر تهیه آلکیل هالیدها عبارت است از:

◦افزایش هیدروژن هالیدها به آلکنها
◦افزایش هیدروژن به آلکنها ( باعث ایجاد هالید می‌شود ) و آلکینها ( ایجاد تترا هالید )
◦هالوژن‌دار کردن برخی از هیدروکربنها در مجاورت نور یا گرما.
البته لآلکیل هالیدها را از هالوژن‌دار کردن مستقیم آلکانها تهیه نمی‌کنند زیرا مخلوطی از ایزومرها تشکیل می‌شود.

 

•یک آلکیل یدید غالبا از آلکیل برمید یا آلکیل کلرید مربوطه در اثر واکنش با محلول سدیم یدید در استون تهیه می‌شود.
واکنش‌های آلکیل هالیدها
•جانشین هسته‌دوستی : آلکیل هالیدها در حضور یک هسته‌دوست که معمولا یک باز است واکنش انجام می‌دهند که در اثر این واکنش هسته‌دوست جایگزین هالوژن می‌شود.
•واکنش حذفی : آلکیل هالیدها در حضور باز در اثر فرایند هیدرو هالوژن‌زدایی یک هیدروکربن غیر اشباع ایجاد می‌کنند.
تهیه واکنشگر گرینیارد
آلکیل هالیدها در حضور اتر خشک با فلز منیزیم واکنش نشان داده و واکنش گرینیارد ( RMgX ) را ایجاد می‌کنند. این ترکیبات می‌توانند در حضور فلز و اسید به آلکیل اولیه احیا شوند.

شناسایی آلکیل هالیدها
مهمترین روش شناسایی آلکیل هالیدها این است که به مدت چند دقیقه با محلول الکلی نیترات نقره حرارت داده شوند. با تشکیل رسوبی که در اسید نیتریک رقیق نامحلول است هالوژن شناسایی می‌شود. ترکیب واکنش‌پذیری هالیدهای معین با نیترات نقره بصورت RI> RBr> RCL است و در مورد یک هالوژن معین واکنش آلکیل هالیدها بصورت > 2> 1 آلکیل هالید 3 درجه است.

آمینهای آروماتیک ، ترکیباتی هستند که گروه آمین به حلقه آروماتیک یا هترو آروماتیک متصل است. با شناختی که از حلقه آروماتیک و ساختار نیتروژن وجود دارد، به‌سهولت می‌توان پیش‌بینی کرد که حلقه آروماتیک موجب افزایش قدرت اسیدی و کاهش خصلت بازی آمین‌های آروماتیک می‌شود.

 

ساختمان نوعی پروتئین دارای آمین آروماتیک 

روشهای تهیه آمین‌های آروماتیک
روش آزمایشگاهی
روش ساده برای سنتز آمین‌های آروماتیک ، احیای ترکیبات نیترو است. معمولا در آزمایشگاه از اسید کلریدریک و فلزاتی چون روی ، قلع ، یا آلومینیم و حتی  برای احیای گروههای نیترو استفاده می‌شود.

روش صنعتی
در صنعت برای احیای مشتقات نیترو و تبدیل آن به آمین مربوطه از آهن قراضه استفاده می‌شود و مقدار کمی اسید بعنوان کاتالیزور به محیط اضافه می‌گردد. مزایای این روش در این است که گذشته از آمین ، اکسید آهن نیز تولید می‌شود. همچنین می‌توان با اندکی تغییر در شرایط کار به مشتقات آریل هیدروکسید آمین ، آزو بنزن ، دی‌فنیل هیدرازین و N– اکسی دی آزوبنزن نیز رسید که به آن ، سنتز Haber گویند.

استفاده از کاتالیزورها
در حضور کاتالیزورهایی مثل نیکل ، پلاتین یا پالادیم نیز می‌توان ترکیبات نیترودار را هیدروژن‌دار کرد و آمین مربوطه را بدست آورد. با این روش آمین‌های آروماتیک در مقیاس تجاری تهیه می‌شود.

واکنشهای حذف – افزایش
اگر هالیدهای آروماتیک تحت تاثیر آمیدورسدیم در آمونیاک مایع قرار داده شوند، ابتدا واکنش حذف انجام می‌گیرد و ترکیب فعالی به نام بنزاین تولید می‌شود که تحت تاثیر آمیدورسدیم قرار گرفته ، آمین مربوطه را تولید می‌نماید. واکنش مشابه با هالیدهای نفتالین به تشکیل دو نوع آمین منجر می‌شود.

واکنشهای جانشینی هسته‌خواهی
روش دیگر تهیه آمین‌های آروماتیک ، انجام واکنشهای جانشینی هسته‌خواهی است. بعنوان مثال از واکنش آنیلین با نمک آنیلینیوم هیدروکسید کلراید آمین‌های نوع بالاتر سنتز می‌شود.

تهیه نیتروزو آمین
هرگاه آمین‌های آروماتیک نوع اول در حضور محلول سرد و آبکی یک اسید معدنی و نیتریت سدیم قرار گیرد، ترکیب N– نیتروزو آمین تشکیل می‌گردد. آمین‌های آروماتیک نوع دوم نیز تحت شرایط ذکر شده بالا ترکیب N – نیتروزوی مربوطه را تولید می‌کنند. آمین‌های آروماتیک سه استخلاف‌دار مانند N و N– دی متیل آنیلین نیز با اسید نیترو واکنش می‌دهند و در نهایت پارا نیتروزو - N و N – دی متیل آنیلین تولید می‌نماید.

 
ساختمان آنیلین 

نمکهای دی آزونیوم
آمین‌های آروماتیک نوع اول و محلول سرد و آبکی اسیدهای معدنی و نیتریت سدیم با هم واکنش می‌دهند. ابتدا ترکیب N– نیتروزو آمین تشکیل می‌شود که در حضور مازاد اسید معدنی به نمک دی آزونیوم تبدیل می‌گردد. نمکهای دی آزونیوم خیلی فعال هستند بطوریکه در دمای حوالی صفر درجه خود بخود شکسته می‌شوند. از این‌رو لازم است که پس از تولید بلافاصله مصرف شوند.

بطور کلی نمکهای دی آزونیوم آمین‌های آروماتیک در دو دسته مهم از واکنشها شرکت می‌کنند. دسته اول ، واکنشهای جانشینی هستند که در جریان این واکنشها نیتروژن آزاد می‌شود و گروه دیگری بجای آن جانشین می‌گردد. دسته دوم واکنشهای زوج شدن هستند که طی آن ، نمک دی‌آزونیوم از طریق نیتروژن به یک گروه آروماتیک یا هترو آروماتیک متصل می‌شود. هر دو دسته واکنش از نظر سنتزی بسیار با اهمیت هستند.

شناساگر متیلا اورانژ ( هلیانتین)
شناساگر معروف هلیانتین ، از واکنش نمک دی آزونیوم سولفانیلیک اسید با N و N– دی متیل آنیلین بدست می‌آید. این ترکیب دارای گروه عاملی -N=N- است. ترکیبات دارای این گروه عاملی به ترکیبات آزوئیک موسومند. خیلی از این ترکیبات در رنگرزی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

استامینوفن
آنیلین یا پاراهیدروکسی آنیلین در محلولهای آبکی و اسیدی با انیدرید استیک ترکیب می‌شوند و مشتق N – آکسیل‌دار تولید می‌کنند. واکنش آکسل‌دار شدن پاراهیدروکسی آنیلین به داروی بسیار مهم استامینوفن منجر می‌شود.

سولفا پیریدین و سولفا تیازول
2- آمینو پیریدین و 2- آمینوتیازول با سولفونیل کلرید واکنش می‌دهد و به ترتیب سولفا پیریدین و سولفا تیازول تولید می‌کند که دارای اثرات دارویی بسیار مهم است.