Διαδικασία μελέτης ευγενών αερίων και ο ρόλος τους στις βιομηχανίες

Μέσα στη χημεία, υπάρχουν αμέτρητα στοιχεία που μπορεί να σχετίζονται ή όχι μεταξύ τους. Υπάρχουν μέταλλα, μη μέταλλα, λανθανίδες και ακτινίδες, μεταβατικά μέταλλα και αλκαλικές γαίες. και φυσικά έχουμε ένα από τα χημικά στοιχεία Σε ποιον έχουμε δώσει λίγη προσοχή κατά τη διάρκεια των μαθημάτων χημείας, και πολύ λιγότερο όταν πρόκειται να προχωρήσουμε με τη ζωή μας. Φυσικά, μιλώ για ευγενή αέρια.

Αυτά τα στοιχεία που, επειδή είναι τόσο σπάνια στο περιβάλλον, δεν μπορούμε να αναλύσουμε πάρα πολύ. Εδώ θα μάθουμε για την ιστορία των ευγενών αερίων, τις χρήσεις και τις ιδιότητές τους, καθώς και για άλλες περιέργειες. Μείνετε εδώ και μάθετε τα πιο όμορφα πράγματα για τα ευγενή αέρια.

Ας γνωρίσουμε τα αέρια

Είναι μια ομάδα χημικών ενώσεων με πολύ παρόμοιες ιδιότητες μεταξύ τους. Για παράδειγμα, υπό κανονικές συνθήκες είναι άχρωμα, άοσμο, μονοτομικά αέρια και έχουν πολύ χαμηλή χημική αντιδραστικότητα. Αυτά βρίσκονται στον αριθμό ομάδας 18 του περιοδικού πίνακα και είναι γνωστά ως: Ήλιο, νέον, Xenon, Argon, Krypton, το ραδιενεργό: Radon και το συνθετικό: Oganeson.

Οι ιδιότητές του μπορούν να εξηγηθούν από τις υπάρχουσες σύγχρονες θεωρίες για την ατομική δομή. Το κέλυφος των σθένους ηλεκτρονίων θεωρείται πλήρης, γεγονός που τους δίνει μια περιορισμένη τάση να συμμετέχουν σε χημικές αντιδράσεις και είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους δεν είναι καλά κατανοητοί. Στην πραγματικότητα, ελάχιστες ενώσεις ευγενών αερίων έχουν παρασκευαστεί μέχρι σήμερα.

Πού παίρνουμε τα ευγενή αέρια;

Παίρνουμε νέον, αργόν, ξένον και κρυπτόν από τον αέρα χρησιμοποιώντας μεθόδους κλασματικής απόσταξης και υγροποίησης. Το ήλιο βρίσκεται στο φυσικό αέριο, όπου πρέπει συνήθως να διαχωρίζεται. Και το ραδόνιο λαμβάνεται μέσω της ραδιενεργής διάσπασης των ενώσεων που διαλύονται σε ράδιο.

Και το Oganeson είναι ένα συνθετικό στοιχείο που δημιουργήθηκε το 2002, και το οποίο έλαβε την ονοματολογία IUPAC το 2016. Είναι γνωστό ότι είναι αρκετά αντιδραστικό καθώς και ασταθές, οπότε δεν έχει γίνει πολύ δουλειά με αυτό.

Αυτά τα αέρια είχαν πολύ σημαντικές χρήσεις στους τομείς του φωτισμού, της συγκόλλησης και της εξερεύνησης του διαστήματος. Το Trimix, το οποίο είναι ένα διάλυμα ηλίου-οξυγόνου-αζώτου, χρησιμοποιείται έτσι ώστε οι δύτες να μην υποφέρουν το ναρκωτικό αποτέλεσμα του αζώτου στα βάθη. Επί πλέον, αφού γνωρίζει τους κινδύνους αναφλεξιμότητας του υδρογόνου, Αυτό αντικαταστάθηκε από ήλιο στη δημιουργία αερόπλοια και αερόστατα θερμού αέρα.

Ιδιότητες αυτών των αερίων

Τα ευγενή αέρια παίρνουν το όνομά τους από τη μετάφραση από τα γερμανικά Έντελγκας, όνομα που χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1898 από τον χημικό Hugo Erdman. Με αυτό το όνομα προσπάθησε να αναφερθεί στο χαμηλό ποσοστό αντιδραστικότητας αυτών των στοιχείων. Στην πραγματικότητα, αυτά είναι τα λιγότερο αντιδραστικά στοιχεία που είναι γνωστά, τόσο πολύ που είναι πρακτικά αδρανή ή μη αντιδραστικά.

Αυτό συμβαίνει επειδή έχουν ένα πλήρες κέλυφος σθένους που τους αφήνει με χαμηλή ικανότητα να απελευθερώνουν ηλεκτρόνια και κάνει τη συμπεριφορά τους κοντά σε εκείνη ενός ιδανικού αερίου.

Γενικά, τα ευγενή αέρια μοιράζονται διαφορετικές ιδιότητες.

• Είναι μη μεταλλικά στοιχεία: Όντας αέρια, δεν έχει μεταλλικά σωματίδια εντός της διαμόρφωσής του. Ταυτόχρονα, δεν είναι σε θέση να αντιδράσουν με άλλα μέταλλα.
• Είναι άχρωμα και άοσμα: αν και μπορούν να δοθούν χρώματα σε λαμπτήρες και λαμπτήρες δημιουργήθηκαν με τη βοήθεια αυτών των αερίων που χρησιμοποιούν ηλεκτρισμό, είναι αρχικά άχρωμα και άοσμα.
• Έχουν ένα πλήρες στρώμα σθένους: Το νέον, το ξένον, το αργόν, το κρυπτόν και το ραδόνιο έχουν οκτώ ηλεκτρόνια στο τελευταίο τους κέλυφος. Από την πλευρά του, το ήλιο έχει δύο ηλεκτρόνια. Με αυτόν τον τρόπο, τα ευγενή αέρια έχουν ένα πλήρες κέλυφος σθένους. Γι 'αυτό, υπό κανονικές συνθήκες, αυτά τα στοιχεία δεν σχηματίζουν συνδέσμους.
• Υπάρχουν ως ατομικά αέρια: Όπως είναι κατανοητό, αυτά τα στοιχεία, ακόμη και τα μεγαλύτερα ατομικά, έχουν μόνο ένα άτομο.

• Είναι πρακτικά μη αντιδραστικά: Λόγω του πλήρους σθένους και της δυσκολίας τους στην παροχή ηλεκτρονίων, θεωρούνται πρακτικά αδρανείς.

• Αγωγούν ηλεκτρισμό και παράγουν φθορισμό: Παρόλο που είναι πολύ χαμηλά, αυτά τα αέρια είναι ικανά να διοχετεύουν ηλεκτρισμό και κατ 'αυτόν τον τρόπο φωτίζουν φωσφορίζοντα.

• Έχουν χαμηλό σημείο τήξης και βρασμούΑυτά τα ευγενή αέρια έχουν πολύ χαμηλά σημεία τήξης και βρασμού.

• Έχουν πολύ χαμηλή ηλεκτροαρνητικότητα: αυτά τα στοιχεία είναι πολύ χαμηλά ηλεκτροαρνητικά

• Έχουν υψηλή ενέργεια ιονισμού: Η ενέργεια ιονισμού σας είναι στην πραγματικότητα η υψηλότερη της περιόδου σας.
• Δεν είναι εύφλεκτα: Ακόμη και λόγω του εύφλεκτου φλυτζανιού υδρογόνου, αντικαταστάθηκε από ήλιο στην κατασκευή αερόπλοων και μπαλονιών.

Όπως και με την αντιδραστικότητα, οι διατομικές τους δυνάμεις είναι επίσης πολύ αδύναμες, γι 'αυτό έχουν χαμηλές θερμοκρασίες τήξης και βρασμού, και είναι όλα τα ατομικά αέρια υπό κανονικές συνθήκες, συμπεριλαμβανομένων των αερίων με υψηλότερη ατομική μάζα.

Το ήλιο έχει πολλές ιδιότητες που δεν έχει κανένα άλλο ευγενές αέριο ή οποιοδήποτε άλλο στοιχείο στον περιοδικό πίνακα. Του το σημείο τήξης είναι το χαμηλότερο σε όλα τα γνωστά, εκτός από το μοναδικό στοιχείο που κατέχει μια κατάσταση υπερρευστότητας. μια κατάσταση στην οποία η ύλη βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, αλλά μπορεί να τρέξει χωρίς να χάσει κινητική ενέργεια. Το ήλιο χρειάζεται πίεση 25atm και θερμοκρασία -272ºC για να μπορεί να στερεοποιηθεί.

Το πλήρες σθένος τους είναι επίσης υπεύθυνο για αυτά τα αέρια που έχουν υψηλή ικανότητα ιονισμού (η υψηλότερη στον περιοδικό πίνακα). και δεν μπορούν να σχηματίσουν ιόντα εύκολα, το οποίο δείχνει τη σταθερότητά του στην ηλεκτρονική του διαμόρφωση.

Η ενέργεια ιονισμού μειώνεται καθώς η ομάδα μειώνεται, καθώς η ατομική ακτίνα αυξάνεται και τα ηλεκτρόνια σθένους είναι πιο μακριά από τον πυρήνα και συνεπώς λιγότερο προσελκύονται σε αυτόν. Αυτό προκαλεί ότι, αν και η περίοδος της είναι η υψηλότερη, ορισμένα ευγενή αέρια έχουν μια συγκρίσιμη ενέργεια ιονισμού σε αυτό άλλων στοιχείων. Για παράδειγμα, η ενέργεια ιονισμού του ξένου είναι συγκρίσιμη με την ενέργεια ιονισμού του οξυγόνου.

Χρήσεις αυτών των αερίων

Έχοντας τόσο χαμηλά σημεία βρασμού και τήξης, Είναι ιδιαίτερα χρήσιμα στην κατασκευή ψυκτικού εξοπλισμού, και τα καθιστά χρήσιμα και ως κρυογονικά ψυκτικά.

Το υγρό ήλιο, το οποίο βράζει στους 4,2K (-268,93ºC) χρησιμοποιείται στην κατασκευή υπεραγωγών μαγνητών, όπως εκείνοι που χρησιμοποιούνται για απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού και πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού.

Το υγρό νέον, αν και δεν φθάνει στις χαμηλές θερμοκρασίες του υγρού ηλίου, έχει περισσότερες εφαρμογές στην κρυογονική, καθώς έχει την ικανότητα να 40 φορές περισσότερη ψύξη από το υγρό ήλιο και 3 φορές μεγαλύτερη από αυτήν του υγρού υδρογόνου.

Το ήλιο χρησιμοποιείται ως συστατικό αναπνευστικών αερίων για την αντικατάσταση του αζώτου, χάρη σε αυτό χαμηλή διαλυτότητα στα υγρά, ειδικά στα λιπίδια. Τα αέρια απορροφώνται στο αίμα και στους ιστούς του σώματος όταν υπάρχει πίεση, όπως καταδύσεις, η οποία παράγει ένα αναισθητικό αποτέλεσμα που ονομάζεται ασθένεια βάθους. Λόγω της χαμηλής διαλυτότητάς του, το μικρό ήλιο εισέρχεται στις κυτταρικές μεμβράνες, γεγονός που βοηθά στον περιορισμό του ναρκωτικού.

Λόγω της χαμηλής ευφλεκτότητάς του και της ελαφρότητάς του, και μετά την καταστροφή του Hindenburg του 1937, το ήλιο αντικατέστησε το υδρογόνο στην κατασκευή καυσίμων, ακόμη και παρά την απώλεια πλευστότητας 8,6%

Αυτά τα αέρια χρησιμοποιούνται στον φωτισμό λόγω της αγωγιμότητάς τους. Κατά την κατασκευή λαμπτήρων πυρακτώσεως χρησιμοποιείται ένα μείγμα αργού και αζώτου για την πλήρωσή τους. Κρυπτόν χρησιμοποιείται σε λαμπτήρες υψηλής απόδοσηςόπως λαμπτήρες αλογόνου, οι οποίοι έχουν υψηλότερη θερμοκρασία χρώματος και υψηλότερη αποτελεσματικότητα.

Το Xenon χρησιμοποιείται συνήθως σε προβολείς xenon, το οποίο, επιτυγχάνοντας ένα φάσμα φωτός παρόμοιο με το φως της ημέρας, χρησιμοποιείται σε προβολείς ταινιών καθώς και στους προβολείς αυτοκινήτων.

Στην ιατρική, το ήλιο χρησιμοποιείται για τη βελτίωση της ευκολίας στην αναπνοή σε ασθενείς με άσθμα. Το Xenon μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αναισθητικό Λόγω της υψηλής διαλυτότητάς του στα λιπίδια, το οποίο το καθιστά πιο αποτελεσματικό από το συνηθισμένο οξείδιο του αζώτου, και δεδομένου ότι απομακρύνεται εύκολα από το σώμα, επιτρέπει ταχύτερη ανάκαμψη.

Η απόκτηση εικόνων που πραγματοποιείται μέσω πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού, συνδυάζει το ξένον με άλλα αέρια. Το ραδόνιο, το οποίο είναι εξαιρετικά ραδιενεργό και διατίθεται μόνο σε ίχνη, χρησιμοποιείται στη θεραπεία ακτινοθεραπείας.

Παραγωγή και αφθονία

Η αφθονία και η ευκολία με την οποία μπορούν να ληφθούν ευγενή αέρια είναι αντίστροφα ανάλογα με τον ατομικό τους αριθμό. Επομένως, η αφθονία αυτών των αερίων μειώνεται καθώς αυξάνεται ο ατομικός τους αριθμός.

Στο σύμπαν, το ήλιο είναι το δεύτερο ευκολότερο στοιχείομετά το υδρογόνο, με ποσοστό μάζας περίπου 24%. Το μεγαλύτερο μέρος της ποσότητας ηλίου στο σύμπαν σχηματίστηκε από αρχέγονη νουκλεοσύνθεση, αλλά η ποσότητα του αυξάνεται χάρη στη συμμετοχή του υδρογόνου στην αστρική νουκλεοσύνθεση (μια διαδικασία που προκύπτει από πυρηνικές αντιδράσεις κατά τη διάρκεια της εξελικτικής διαδικασίας των αστεριών).

Τα υπόλοιπα αέρια δεν είναι τόσο άφθονα ή απλά να ληφθούν. Το ραδόνιο, για παράδειγμα, μπορεί να είναι μορφή στη λιθόσφαιρα μέσω της άλφα διάσπασης του ραδίου · Εν τω μεταξύ αυτός Το Ξένον έχει αναπτύξει μια θεωρία γνωστή ως «η θεωρία του ξένον που λείπει» λόγω της σχετικά χαμηλής ποσότητας στην ατμόσφαιρα.

Ας μιλήσουμε λίγο για το καθένα

• Helio: Λόγω της χαμηλής του καύσης, και επειδή είναι το δεύτερο ευκολότερο στοιχείο για την απόκτηση, μπόρεσε να αντικαταστήσει το υδρογόνο ως το πιθανό στοιχείο για την πλήρωση μπαλονιών και ζεπελινών, καθώς δεν εκρήγνυνται όταν έρχονται σε επαφή με φωτιά.
• Νέο: Αυτό το αέριο, λόγω του φθορισμού του και του κόκκινου-πορτοκαλί χρώματος που λαμβάνεται όταν έρχεται σε επαφή με ηλεκτρικό ρεύμα, χρησιμοποιείται για διαφημιστικούς σκοπούς. Βρίσκεται εύκολα σε φώτα νέον. Διατίθενται επίσης σωλήνες νέον και λαμπτήρες που έχουν άλλα χρώματα, αν και έχουν και άλλα αέρια στο εσωτερικό τους.
• Αργόν: Αυτό το αέριο χρησιμοποιείται σε λαμπτήρες πυρακτώσεως επειδή δεν αντιδρά με το νήμα υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης. Στους σωλήνες φθορισμού δημιουργεί ένα πράσινο-μπλε χρώμα. Χρησιμοποιείται επίσης στον βιομηχανικό τομέα για την αποφυγή ανεπιθύμητων χημικών αντιδράσεων.
• Κρυπτόν: Χρησιμοποιείται μαζί με άλλα αέρια στη δημιουργία και κατασκευή λαμπτήρων φωτισμός αεροδρομίου, λόγω της έντασης των εκπεμπόμενων κόκκινων φώτων; Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε προβολείς κινηματογράφου. Η χρήση του κρυπτού είναι επίσης χρήσιμη στη χειρουργική επέμβαση αμφιβληστροειδούς με λέιζερ.
• Ξένο: η κύρια χρήση του Xenon είναι η επεξεργασία των εκπομπών φωτός με βακτηριοκτόνα χαρακτηριστικά. φωτεινοί σωλήνες, φωτογραφικές αναλαμπές, καθώς και σε σωλήνες φθορισμού με την ικανότητα να διεγείρουν το ρουμπίνι λέιζερ.
• Ραδόνιο: Αυτό το αέριο παράγεται από τη ραδιενεργή διάσπαση του ουρανίου στο ραδιόφωνο. Λόγω αυτού και επειδή είναι πολύ ραδιενεργό, έχει πολύ λίγες εφαρμογές στην καθημερινή ζωή.

Για να σκεφτώ 

Αν και συνθέτονται κάπως δύσκολο να ληφθεί στη φυσική κατάσταση (εκτός ίσως για το ήλιο), και επειδή δημιουργούν ή επιτρέπουν μάλλον λίγες αντιδράσεις μαζί τους, τα ευγενή αέρια είναι σημαντικές ενώσεις που μπορούμε να δούμε και ακόμη και να χρησιμοποιούμε καθημερινά.

Ίσως οι χρήσεις τους περιορίζονται σε συγκεκριμένα πεδία, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι είναι εντελώς άχρηστα. Από το φωτισμό των σπιτιών μας σε λαμπτήρες και λαμπτήρες, μέχρι τη διατήρηση των τροφίμων μας όταν χρησιμοποιούνται σε ψυγεία, έως σώστε ζωές όταν χρησιμοποιείται στην ιατρικήΑυτά τα αέρια, φυσικά ή συνθετικά, δεν έχουν δείξει ακόμη ότι μπορούν να κάνουν για εμάς. Και είναι βέβαιο ότι, όσο προχωρά η έρευνα, η χρήση της θα είναι πολύ μεγαλύτερη.