NEMESGÁZOK: JELLEMZŐK, KONFIGURÁCIÓ, REAKCIÓK, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2024

A nemesgázok olyan elemek összessége, amelyeket a periódusos rendszer 18. csoportjának integrálásával találtak meg. Az évek során ritka vagy inert gáznak nevezték őket, mindkettő pontatlan; néhányuk nagyon gazdag a Föld bolygón kívül és belül, és szélsőséges körülmények között is képesek reagálni.

Hét eleme alkotja a periódusos rendszer legegyedibb csoportját, amelynek tulajdonságai és alacsony reakcióképessége ugyanolyan lenyűgöző, mint a nemesfémeké. Közöttük a felvonulás a legnehezebb elem (neon), a kozmosz második legszélesebb körű (hélium), és a legnehezebb és legstabilabb (oganeson).

Öt nemesgáz izzása üvegben vagy ampullában. Forrás: Új munka Alchemist-hp (talk) www.pse-mendelejew.de); eredeti önálló képek: Jurii, A nemesgázok a leghidegebb anyagok a természetben; ellenálljon nagyon alacsony hőmérsékleten, mielőtt kondenzálódna. Még nehezebb a fagyasztás, mivel a London szétszóródásán alapuló molekuláris erői és atomjai polarizálhatósága túl gyenge ahhoz, hogy alig tartsuk őket összetartozva egy kristályban.

Kis reakcióképességük miatt viszonylag biztonságos tárolásra alkalmas gázok, és nem jelentenek túl sok kockázatot. Azonban kiszoríthatják az oxigént a tüdőből és fulladást okozhatnak, ha túlzottan belélegzik. Másfelől két tagja erősen radioaktív elem, ezért egészségre halálos.

A nemesgázok alacsony reakcióképességét szintén használják inert atmoszféra reakciók biztosítására; oly módon, hogy egyetlen reagens vagy termék sem veszélyezteti az oxidációt és befolyásolja a szintézis teljesítményét. Ez az elektromos ívhegesztési folyamatokat is támogatja.

Másrészt folyékony állapotukban kiváló kriogén hűtőközegek, amelyek garantálják a legalacsonyabb hőmérsékletet, elengedhetetlenek a nagy energiájú berendezések megfelelő működéséhez, vagy egyes anyagok számára a szupravezető állapot eléréséhez.

A nemesgázok jellemzői

Jobb oldalon (narancssárgával jelölve) a nemesgázok csoportja. Fentről lefelé: hélium (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), xenon (Xe) és radon (Rn).

A nemesgázok talán azok az elemek, amelyekben a legtöbb közös tulajdonság, mind fizikai, mind kémiai szempontból. Főbb jellemzői a következők:

- Mindegyik színtelen, szagtalan és íztelen; de ha alacsony nyomáson ampullákba zárják őket, és áramütést kapnak, akkor ionizálódnak és színes fényeket bocsátanak ki (felső kép).

- Minden nemesgáznak megvan a saját fénye és spektruma.

- Monatómiai fajok, a periódusos rendszerben egyetlenek, amelyek fizikai állapotukban kémiai kötések részvétele nélkül létezhetnek (mivel a fémek fémes kötéssel kapcsolódnak össze). Ezért kiválóan alkalmasak a gázok tulajdonságainak tanulmányozására, mivel nagyon jól alkalmazkodnak az ideális gáz gömb alakú modelljéhez.

- Általában ezek a legalacsonyabb olvadási és forráspontú elemek; annyira, hogy a hélium a nyomás növekedése nélkül sem képes abszolút nullán kristályosodni.

- Az összes elem közül a legkevésbé reagálnak, még kevésbé, mint a nemesfémek.

- Ionizációs energiájuk és elektronegativitásuk a legmagasabb, feltételezve, hogy tisztán kovalens kötéseket képeznek.

- Atomi sugaraik is a legkisebbek, mivel az egyes időszakok szélső jobb oldalán vannak.

A 7 nemesgáz

A hét nemesgáz fentről lefelé csökken a periodikus táblázat 18. csoportján keresztül:

-Helio, ő

- Neon, Ne

-Argon, Ar

-Krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Mindegyiket - az instabil és a mesterséges oganeson kivételével - fizikai és kémiai tulajdonságaik tekintetében vizsgálták. Az Oganeson nagy atomtömege miatt úgy gondolják, hogy nem is gáz, hanem nemes folyadék vagy szilárd anyag. A radonról kevéssé ismert, mivel a radioaktivitása a héliumra vagy argonra vonatkozik.

Elektronikus konfiguráció

A nemesgázokról azt mondják, hogy valenciahüvelyük teljesen meg van töltve. Annyira, hogy elektronikus konfigurációjukat egyszerűbbé teszik a többi elemé, zárójelbe zárt szimbólumok felhasználásával (,,, stb.). Elektronikus konfigurációja a következő:

-Hélium: 1s ², (2 elektron)

-Néon: 1s ² 2s ² 2p ⁶, (10 elektron)

-Argon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶, (18 elektron)

-Kripton: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶, (36 elektron)

-Xenon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁶, (54 elektron)

-Radon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 4f ¹⁴ 5s ² 5p ⁶ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ⁶, (86 elektron)

A lényeg nem emlékezni rájuk, hanem részletezni, hogy ns ² np ^6- ban fejeződnek be: a valencia oktett. Hasonlóképpen, nyilvánvaló, hogy atomjai sok elektronnak vannak, amelyek a nagy effektív nukleáris erő miatt kisebb térfogatban vannak, mint a többi elemé; vagyis atomi sugaraik kisebbek.

Ezért elektronikusan sűrű atomsugaraik olyan kémiai tulajdonságot mutatnak, amelyben az összes nemesgáz megoszlik: ezeket nehéz polarizálni.

polarizálhatóságot

A nemesgázok elképzelhetők elektron-felhők gömbjeként. A 18. csoporton keresztül süllyedve annak sugarai növekednek, és ugyanúgy a távolság, amely elválasztja a magot a valencia elektronoktól (ns ² np ⁶).

Ezek az elektronok kevésbé vonzó erőt éreznek a mag által, könnyebben mozoghatnak; annál könnyebben deformálódnak a gömbök. Az ilyen mozgások eredményeként alacsony és magas elektronsűrűségű régiók jelennek meg: a δ + és δ-pólusok.

Amikor a nemesgáz atomja polarizálódik, azonnali dipollá válik, amely képes egy másik indukálására a szomszédos atomhoz; Vagyis London diszpergáló erői előtt állunk.

Ez az oka annak, hogy az intermolekuláris erők héliumról radonra növekednek, tükröződik növekvő forráspontjukban; és nem csak ezt, hanem reaktivitásukat is növelik.

Ahogy az atomok polarizálódnak, nagyobb annak esélye, hogy vegyérték-elektronjaik részt vesznek a kémiai reakciókban, amelyek után nemesgázvegyületek képződnek.

reakciók

Hélium és neon

A nemesgázok közül a legkevésbé reakcióképes a hélium és a neon. Valójában a neon a leginkább közömbös elem mindegyikében, annak ellenére, hogy elektronegativitása (a kovalens kötések kialakulásakor) meghaladja a fluort.

A vegyületek egyike sem ismert földi körülmények között; azonban a Kozmoszban a HeH ⁺ molekuláris ion létezése nagyon valószínű. Hasonlóképpen, amikor elektronikus gerjesztés alatt állnak, képesek kölcsönhatásba lépni gáz halmazállapotú atomokkal és rövid élettartamú semleges molekulákat képezni, melyeket excimereknek hívnak; mint például HeNe, CsNe és Ne ₂.

Másrészt, bár formális értelemben nem tekinthetők vegyületeknek, a He és Ne atomok Van der Walls molekulákat eredményezhetnek; vagyis olyan vegyületek, amelyeket egyszerűen diszpergáló erők tartanak össze. Például: Ag ₃ He, HeCO, HeI ₂, CF ₄ Ne, Ne ₃ Cl ₂ és NeBeCO ₃.

Hasonlóképpen, az ilyen Van der Walls molekulák létezhetnek a gyenge ion-indukált dipól kölcsönhatásoknak köszönhetően; például: Na ⁺ He ₈, Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ és Cu ⁺ Ne ₁₂. Vegye figyelembe, hogy ezek a molekulák akár atomok agglomerátumává is válhatnak: klaszterek.

És végül: Ő és Ne atomjai "csapdába eshetnek" vagy interkalálhatók a fullerének vagy klatrátok endoéderes komplexeiben anélkül, hogy reagálnának; például: ₆₀, (N ₂) ₆ Ne ₇, He (H ₂ O) ₆ és Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃.

Argon és kripton

A nemesgáz argon és a kripton, mivel jobban polarizálódnak, több "vegyületet" mutatnak, mint a hélium és a neon. Ezek egy része azonban stabilabb és jellemezhetőbb, mivel hosszabb élettartamúak. Közülük néhány a HArF és az ArH ⁺ molekuláris ion, amelyek a ködben kozmikus sugarak hatására vannak jelen.

A kriptonról kezdődik a vegyületek előállításának lehetősége extrém, de fenntartható körülmények között. Ez a gáz fluorral reagál a következő kémiai egyenlet szerint:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Vegye figyelembe, hogy a kripton a fluornak köszönhetően +2 (Kr ²⁺) oxidációs számot szerez. KrF ₂ tulajdonképpen szintetizálhatjuk piacképes mennyiségű oxidáló és fluorozószerrel.

Az argon és a kripton széles repertoárt képezhet a klatrátok, endoéderes komplexek, Van der Walls molekulák és egyes vegyületek várható felfedezésére várva létezése után.

Xenon és radon

A nesengázok reakcióképességének királya a Xenon. Ez az igazán stabil, forgalomképes és jellemzõ vegyületek. Valójában reakcióképessége megfelelő körülmények között az oxigénéhez hasonlít.

Első szintetizált vegyülete "XePtF ₆ " volt, 1962-ben Neil Bartlett. Ez a só az irodalom szerint valójában a xenon és a platina egyéb fluortartalmú sóinak komplex elegyéből állt.

Ez azonban több, mint elegendő a xenon és a fluor közötti affinitás kimutatásához. Közül a vegyületek közül néhány már: XeF ₂, XeF ₄, XeF ₆ és ^{+ -}. Amikor az XeF ₆ feloldódik vízben, oxidot képez:

XeF ₆ + 3 H ₂ O → XeO ₃ + 6 HF

Ez Xeo ₃ származhatnak a faj ismert xenatos (HXeO ₄ ^-) vagy xenonsav (H ₂ Xeo ₄). Xenates aránytalan perxenates (Xeo ₆ ^4-); és ha a tápközeget ezután megsavanyítják, peroxénsavban (H ₄ XeO ₆), amelyet xenon-tetroxiddá (XeO ₄) dehidratálnak:

H ₄ XeO ₆ → 2 H ₂ O + XeO ₄

A nettó gázoknak a radonnak kell lennie a legreakcióképesebbnek; De olyan radioaktív, hogy alig van ideje reagálni, mielőtt szétesne. Az egyetlen vegyületeket a már teljesen szintetizált annak fluorid (RNF ₂) és az oxid (RNO ₃).

Termelés

Levegő cseppfolyósítás

A nemesgázok egyre gazdagabbá válnak az Univerzumban, amikor a 18. csoporton keresztül szállunk le. A légkörben azonban hélium kevés, mivel a Föld gravitációs tere nem képes megtartani azt más gázokkal szemben. Ezért nem a levegőben, hanem a Napban fedezték fel.

Másrészről, jelentős mennyiségű argon van a levegőben, a ⁴⁰ K radioizotóp radioaktív bomlásából származik. A levegő az argon, neon, kripton és xenon legfontosabb természetes forrása a bolygón.

Előállításukhoz a levegőt először meg kell cseppfolyósítani, hogy folyadékká kondenzálódjon. Ezután, ezt a folyadékot megy frakcionált desztillálással, így elválasztó egyes komponenseinek a keverék (N ₂, O ₂, CO ₂, Ar, stb).

Attól függően, hogy mekkora alacsonynak kell lennie a hőmérsékletnek és a gáz mennyiségének, annak árai növekednek, a xenont a legdrágábbra, míg a héliumot a legolcsóbbra.

Földgáz és radioaktív ásványok desztillálása

A héliumot viszont frakcionált desztillációval nyerik; de nem a levegőből, hanem a földgázból, déliummal dúsítva, mivel az alfa-részecskék felszabadulnak a radioaktív torium és urán ásványokból.

Hasonlóképpen, a radon „születik” a rádió radioaktív bomlásából az ásványi anyagában; de alacsonyabb bőségük és az Rn-atomok rövid felezési ideje miatt ezek bősége bomlasztható rokonai (a többi nemesgáz)éhoz képest.

És végül: az oganeson egy rendkívül radioaktív, ultramasszikus, ember alkotta nemes "gáz", amely csak rövid ideig létezik ellenőrzött körülmények között laboratóriumban.

veszélyei

A nemesgázok fő kockázata az, hogy korlátozzák az ember oxigénfelhasználását, különösen akkor, ha magas koncentrációjú légkör képződik. Ezért nem ajánlott túlzott belélegzés.

Az Egyesült Államokban az uránban gazdag talajokban magas radonkoncentrációt észleltek, ami radioaktív tulajdonságai miatt egészségügyi kockázatot jelenthet.

Alkalmazások

Ipar

A héliumot és az argonot közömbös atmoszférának a megteremtésére használják a hegesztés és a darabolás során. Ezen felül szilícium félvezetők gyártásában használják őket. A héliumot töltőgázként használják a hőmérőkben.

Az argon nitrogénnel kombinálva izzólámpák gyártására szolgál. A kisüléses lámpákban halogénnel, például brómmal és jóddal kevert kriptont használnak. A neont fényjelzésekben használják, foszforokkal és más gázokkal keverve a vörös szín árnyalatához.

A Xenont olyan ívlámpákban használják, amelyek napfényre emlékeztető fényt bocsátanak ki, amelyeket az autó fényszóróiban és a vetítőkben használnak. A nemesgázokat halogénekkel keverik, hogy ArF, KrF vagy XeCl-t kapjanak, amelyeket az excimer lézerek előállításához használnak.

Az ilyen típusú lézer rövidhullámú ultraibolya fényt hoz létre, amely nagy pontosságú képeket hoz létre, és amelyet integrált áramkörök gyártásához használnak. Kriogén hűtőgázként héliumot és neont használnak.

Léggömbök és légzőtartályok

A héliumot a nitrogén helyettesítésére használják a légzőgázkeverékben, mivel a szervezetben alacsonyan oldódik. Ezáltal elkerülhetők a buborékok képződése a dekompressziós szakaszban az emelkedés során, a nitrogén-narkózis kiküszöbölése mellett.

A hélium helyettesítette a hidrogént olyan gázként, amely lehetővé teszi a léghajók és a hőlégballonok emelkedését, mivel ez könnyű és nem éghető gáz.

Gyógyszer

A héliumot a nukleáris mágneses rezonancia berendezésben használt szupravezető mágnesek gyártásához használják - ez egy többcélú eszköz az orvostudományban.

A Krypton-ot halogénlámpákban használják, amelyeket lézeres szemműtéten és angioplasztikában használnak. A héliumot asztmás betegek légzésének megkönnyítésére használják.

A Xenont érzéstelenítőként használják magas lipid oldhatóságának köszönhetően, és úgy gondolják, hogy a jövő érzéstelenítője. A xenont tüdőgyógyászati ​​képalkotásban is használják.

A radont, egy radioaktív nemesgázt, a rák egyes típusainak sugárterápiájában alkalmazzák.

Egyéb

Az argont inert atmoszférában nitrogént helyettesítő vegyületek szintézisében használják. Héliumot hordozógázként használnak a gázkromatográfiában, valamint a Geiger-számlálókban a sugárzás mérésére.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019. június 06.). Nemesgázok tulajdonságai, felhasználásai és forrásai. Helyreállítva: gondolat.com
4. Wikipedia. (2019). Nemesgáz. Helyreállítva: en.wikipedia.org
5. Philip Ball. (2012, január 18). Lehetetlen kémia: A nemesgázok működésének kényszerítése. Helyreállítva: newscientist.com
6. Patricia Shapley professzor. (2011). Nemesgáz kémia. Helyreállítva: butane.chem.uiuc.edu
7. Gary J. Schrobilgen. (2019. február 28.). Nemesgáz. Encyclopædia Britannica. Helyreállítva: britannica.com