Процес на изследване на благородните газове и тяхната роля в индустриите

В рамките на химията има безброй елементи, които могат или не могат да бъдат свързани помежду си. Има метали, неметали, лантаниди и актиноиди, преходни метали и алкални земи; и разбира се, че имаме един от химичните елементи На които сме обърнали малко внимание по време на часовете по химия и много по-малко, когато става въпрос да продължим с живота си. Говоря, разбира се, за благородни газове.

Тези елементи, които, тъй като са толкова редки в околната среда, не можем да анализираме твърде много. Тук ще научим за историята на благородните газове, тяхното използване и свойства, както и други любопитни факти. Останете тук и научете най-страхотните неща за благородните газове.

Нека да опознаем газовете

Те са група химически съединения с много сходни свойства помежду си. Например при нормални условия те са безцветни, без мирис, едноатомни газове и имат много ниска химическа реактивност. Те се намират в група номер 18 на периодичната таблица и са известни като: Хелий, неон, ксенон, аргон, криптон, радиоактивният: радон и синтетичният: оганесон.

Неговите свойства могат да се обяснят със съществуващите съвременни теории за атомната структура. Тяхната валентна електронна обвивка се счита за завършена, което им дава ограничена склонност да участват в химични реакции и е една от причините те да са слабо разбрани. Всъщност до днес са приготвени много малко съединения с благороден газ.

Откъде получаваме благородните газове?

Получаваме неон, аргон, ксенон и криптон от въздуха, използвайки методите на фракционна дестилация и втечняване. Хелий се намира в природния газ, където трябва да бъде обикновено разделен. А радонът се получава чрез радиоактивно разпадане на съединения, разтворени в радий.

А Oganeson е синтетичен елемент, създаден през 2002 г. и получил номенклатурата си по IUPAC през 2016 г. Известен е с това, че е доста реактивен, както и нестабилен, така че не е свършена много работа с него.

Тези газове са имали много важно приложение в областта на осветлението, заваряването и изследването на космоса. Trimix, който е разтвор на хелий-кислород-азот, се използва, така че водолазите да не страдат от наркотичния ефект на азота в дълбините. Какво още, след като знае опасностите от запалимост на водорода, това беше заменено от хелий при създаването на дирижабли и балони с горещ въздух.

Свойства на тези газове

Благородните газове получават името си от превода от немски Еделгас, име, използвано за първи път през 1898 г. от химика Уго Ердман. С това име се стреми да се позовава на ниската степен на реактивност от тези елементи. Всъщност това са най-малко реактивните елементи, известни до такава степен, че на практика са инертни или нереактивни.

Това се дължи на факта, че те имат пълна валентна обвивка, която ги оставя с нисък капацитет да освобождават електрони и прави поведението им близко до това на идеалния газ.

Като цяло благородните газове споделят различни свойства.

• Те са неметални елементи: Като газове, той няма метални частици в своята конформация. В същото време те не са способни да реагират с други метали.
• Те са без цвят и мирис: въпреки че могат да бъдат дадени цветове на крушки и лампи създадени с помощта на тези газове, използващи електричество, те първоначално са без цвят и мирис.
• Те имат пълен валентен слой: Неон, ксенон, аргон, криптон и радон имат осем електрона в последната си обвивка. От своя страна хелийът има два електрона. По този начин благородните газове имат пълна валентна обвивка. Ето защо при нормални обстоятелства тези елементи не образуват връзки.
• Те съществуват като едноатомни газове: Както се разбира, тези елементи, дори най-големите атомно, имат само един атом.

• Те практически не реагират: Поради пълната им валентност и трудността им да доставят електрони, те се считат за практически инертни.

• Те провеждат електричество и произвеждат флуоресценция: Въпреки че са много ниски, тези газове са способни да провеждат електричество и при това те светят фосфоресциращо.

• Те имат ниска точка на топене и кипенеТези благородни газове имат много ниски точки на топене и кипене.

• Те имат много ниска електроотрицателност: тези елементи са много ниско електроотрицателни

• Те имат висока йонизационна енергия: Вашата йонизационна енергия всъщност е най-високата за вашия период.
• Те не са запалими: Дори и поради запалимата чаша водород, той е заменен от хелий при производството на дирижабли и балони.

Както при реактивността, техните междуатомни сили също са много слаби, поради което имат ниски температури на топене и кипене и всички те са едноатомни газове при нормални условия, включително газове с по-висока атомна маса.

Хелийът има много свойства, които няма нито един друг благороден газ или който и да е друг елемент в периодичната таблица. Неговата точката на топене е най-ниската във всички известни, освен че е единственият елемент, който притежава състояние на свръхфлуидност; състояние, в което материята е в течно състояние, но може да работи, без да губи кинетична енергия. Хелият се нуждае от налягане от 25atm и температура от -272ºC, за да може да се втвърди.

Пълната им валентна обвивка също е отговорна за тези газове с висока йонизационна способност (най-високата в периодичната таблица). и не може лесно да образува йони, което показва неговата стабилност в електронната му конфигурация.

Енергията на йонизация намалява с намаляването на групата, тъй като атомният радиус се увеличава и валентните електрони са по-далеч от ядрото и следователно по-малко привлечени от него. Това причинява, че въпреки че периодът му е най-висок, някои благородни газове имат сравнима енергия на йонизация към тази на други елементи. Например енергията на йонизация на ксенона е сравнима с енергията на йонизация на кислорода.

Употреба на тези газове

Като има такива ниски точки на кипене и топене, те са особено полезни при производството на хладилно оборудване, и ги прави полезни и като криогенни хладилни агенти.

Течният хелий, който кипи при 4,2K (-268,93ºC), се използва при производството на свръхпроводящи магнити, като тези, използвани за ядрено-магнитен резонанс и ядрено-магнитен резонанс.

Течният неон, въпреки че не достига ниските температури на течния хелий, има повече приложения в криогениката, тъй като има способността да 40 пъти повече охлаждане от течния хелий и 3 пъти по-голяма от тази на течния водород.

Хелийът се използва като компонент на дишащите газове, за да замести азота, благодарение на него ниска разтворимост в течности, особено в липидите. Газовете се абсорбират в кръвта и телесните тъкани, когато има натиск, като гмуркане, което предизвиква анестетичен ефект, наречен дълбочина. Поради ниската си разтворимост, малко хелий влиза в клетъчните мембрани, което помага за ограничаване на наркотичния ефект.

Поради ниската си горимост и лекота и след катастрофата от Хинденбург от 1937 г. хелий замества водорода в производството на гориво, въпреки загубата на плаваемост от 8,6%

Тези газове се използват в осветлението поради тяхната проводимост. При производството на крушки с нажежаема жичка се използва смес от аргон и азот за тяхното пълнене. Криптон използва се в крушки с висока производителносткато халогенни лампи, които имат по-висока цветна температура и по-висока ефективност.

Ксенонът често се използва в ксеноновите фарове, който чрез постигане на светлинен спектър, подобен на дневната, се използва във филмови проектори, както и в автомобилните фарове.

В медицината хелий се използва за подобряване на лекотата на дишане при пациенти с астма. Ксенонът може да се използва като упойка Поради високата си разтворимост в липиди, което го прави по-ефективен от обичайния азотен оксид и тъй като лесно се елиминира от организма, позволява по-бързо възстановяване.

Заснемането на изображения, което се извършва с помощта на ядрено-магнитен резонанс, има ксенон, комбиниран с други газове. Радонът, който е силно радиоактивен и се предлага само в следи от количества, се използва при лечение с лъчетерапия.

Производство и изобилие

Изобилието и лекотата, с които могат да се получат благородни газове, са обратно пропорционални на атомния им номер. Следователно изобилието на тези газове намалява с увеличаването на атомния им брой.

Във Вселената, хелийът е вторият най-лесен за получаване елемент, след водород, с масов процент приблизително 24%. По-голямата част от количеството хелий във Вселената се формира от първична нуклеосинтеза, но количеството му се увеличава благодарение на участието на водорода в звездната нуклеосинтеза (процес, който възниква от ядрени реакции по време на еволюционния процес на звездите).

Останалите газове не са почти толкова обилни или лесни за получаване. Радонът например може да бъде форма в литосферата чрез алфа разпада на радий; Междувременно той ксенонът е разработил теория, известна като "липсващата теория на ксенона" поради относително ниското му количество в атмосферата.

Нека поговорим малко за всеки

• Helio: Поради ниската си горимост и тъй като това е вторият най-лесен за получаване елемент, той успя да замести водорода като потенциален елемент за запълване на балони и цепелини, тъй като те не експлодират, когато влязат в контакт с огън.
• неон: Този газ, поради флуоресценцията си и червено-оранжевия си оттенък, получен при контакт с електричество, се използва за рекламни цели. Лесно се намира в неонови светлини. Можете също така да получите неонови тръби и лампи, които имат други цветове, въпреки че всъщност имат други газове вътре.
• Аргон: Този газ се използва в лампи с нажежаема жичка, тъй като не реагира с нажежаемата жичка при условия на висока температура и налягане. Във флуоресцентните тръби той генерира зелено-син цвят. Използва се и в индустриалната област, за да се избегнат нежелани химични реакции.
• Криптон: Използва се заедно с други газове при създаването и производството на лампи осветление на летището, поради интензивността на излъчваните червени светлини; може да се използва и в кинопроектори. Използването на криптон е полезно и при лазерна хирургия на ретината.
• Ксенон: основната употреба на ксенона е разработването на излъчватели на светлина с бактерицидни характеристики; светещи тръби, фотографски светкавици, а също и във флуоресцентни тръби със способността да възбуждат рубиновия лазер.
• Радон: Този газ се генерира от радиоактивното разпадане на урана до радиото. Поради това и тъй като е много радиоактивен, той има много малко приложения в ежедневието.

Да размишлявам 

Въпреки че са съставени донякъде трудно за получаване в естествено състояние (с изключение може би на хелий) и тъй като те генерират или позволяват доста малко реакции с тях, благородните газове са важни съединения, които можем да видим и дори да използваме ежедневно.

Може би употребите им са ограничени до конкретни области, но това не означава, че те са напълно безполезни. От осветяването на домовете ни в крушки и лампи, през запазването на храната ни, когато се използва в хладилници, до спасяват животи, когато се използват в медицинатаТези газове, естествени или синтетични, все още не са показали всичко, което могат да направят за нас. И е сигурно, че с напредването на изследванията използването му ще бъде много по-голямо.