Jalokaasujen tutkimusprosessi ja niiden rooli teollisuudessa

Kemian sisällä on lukemattomia elementtejä, jotka voivat olla tai eivät välttämättä liity toisiinsa. On metalleja, ei-metalleja, lantanideja ja aktinideja, siirtymämetalleja ja alkalimetalleja; ja tietysti meillä on yksi kemiallisista alkuaineista Kenelle olemme kiinnittäneet vain vähän huomiota kemian oppitunneissa ja paljon vähemmän elämässäsi siirtymisessä. Puhun tietysti jalokaasuista.

Näitä elementtejä, joita olemme niin harvinaisia ​​ympäristössä, emme voi analysoida liikaa. Täällä opitaan jalokaasujen historiasta, niiden käytöstä ja ominaisuuksista sekä muista uteliaisuuksista. Pysy täällä ja opi hienoja asioita jalokaasuista.

Tutustutaan kaasuihin

Ne ovat ryhmä kemiallisia yhdisteitä, joilla on hyvin samanlaiset ominaisuudet toistensa kanssa. Esimerkiksi normaaleissa olosuhteissa ne ovat värittömiä, hajuttomia, yksiatomisia kaasuja ja niiden kemiallinen reaktiivisuus on hyvin heikko. Ne sijaitsevat jaksollisen taulukon ryhmässä 18 ja tunnetaan nimellä: Helium, neon, Xenon, Argon, Krypton, radioaktiivinen: Radon ja synteettinen: Oganeson.

Sen ominaisuudet voidaan selittää olemassa olevilla nykyaikaisilla atomirakenteen teorioilla. Heidän valenttisten elektronien kuoren katsotaan olevan täydellinen, mikä antaa heille rajoitetun taipumuksen osallistua kemiallisiin reaktioihin, ja se on yksi syy siihen, miksi heitä ymmärretään huonosti. Itse asiassa tähän päivään mennessä on valmistettu hyvin vähän jalokaasuyhdisteitä.

Mistä saamme jalokaasut?

Saamme ilmasta neonia, argonia, ksenonia ja kryptonia jakotislaus- ja nesteytysmenetelmillä. Heliumia löytyy maakaasusta, missä se tulisi tyypillisesti erottaa. Ja radonia saadaan radiumiin liuotettujen yhdisteiden radioaktiivisen hajoamisen kautta.

Ja Oganeson on synteettinen elementti, joka luotiin vuonna 2002 ja joka sai IUPAC-nimikkeistönsä vuonna 2016. Se tunnetaan melko reaktiivisena elementtinä ja epävakaana, joten sen kanssa ei ole tehty paljon työtä.

Näillä kaasuilla on ollut erittäin tärkeä käyttö valaistuksen, hitsauksen ja avaruustutkimuksen aloilla. Trimixiä, joka on helium-happi-typpi-liuos, käytetään, jotta sukeltajat eivät kärsi typen huumaavasta vaikutuksesta syvyydessä. Lisäksi, saatuaan selville vedyn syttyvyysvaarat, tämä korvattiin heliumilla ilmalaivojen ja kuumailmapallojen luomisessa.

Näiden kaasujen ominaisuudet

Jalokaasut saavat nimensä saksankielisestä käännöksestä edelgas, nimi, jota kemisti Hugo Erdman käytti ensimmäisen kerran vuonna 1898. Tällä nimellä yritti viitata alhaiseen reaktiivisuuteen näistä elementeistä. Itse asiassa nämä ovat tunnettuja vähiten reaktiivisia elementtejä, niin että ne ovat käytännössä inerttejä tai ei-reaktiivisia.

Tämä johtuu siitä, että heillä on täydellinen valenssikuori, joka jättää heikon kapasiteetin vapauttaa elektroneja ja tekee käyttäytymisensä lähellä ihanteellisen kaasun käyttäytymistä.

Jalokaasuilla on yleensä eri ominaisuudet.

• Ne ovat ei-metallisia elementtejä: Koska se on kaasuja, siinä ei ole metallihiukkasia. Samanaikaisesti ne eivät kykene reagoimaan muiden metallien kanssa.
• Ne ovat värittömiä ja hajuttomia: vaikka ne voidaan antaa sipulien ja lamppujen värit syntyvät näiden kaasujen avulla sähköä käyttämällä, ne ovat alun perin värittömiä ja hajuttomia.
• Heillä on täysi valenssikerros: Neonin, ksenonin, argonin, kryptonin ja radonin viimeisessä kuoressa on kahdeksan elektronia. Heliumilla on puolestaan ​​kaksi elektronia. Tällä tavalla jalokaasuilla on täydellinen valenssikuori. Siksi nämä elementit eivät tavallisissa olosuhteissa muodosta linkkejä.
• Ne ovat monatomisia kaasuja: Kuten ymmärretään, näillä alkuaineilla, jopa atomimaisesti suurimmilla, on vain yksi atomi.

• Ne eivät ole käytännössä reaktiivisia: Niiden katsotaan olevan käytännöllisesti katsoen inertit täydellisen valenssinsä ja vaikeuksiensa johdosta elektroneihin.

• Ne johtavat sähköä ja tuottavat fluoresenssia: Vaikka nämä kaasut ovat hyvin alhaisia, ne kykenevät johtamaan sähköä ja tällöin ne hehkuvat fosforoivasti.

• Niillä on alhainen sulamis- ja kiehumispisteNäillä jalokaasuilla on erittäin alhaiset sulamis- ja kiehumispisteet.

• Heillä on erittäin pieni elektronegatiivisuus: nämä elementit ovat hyvin matalia elektronegatiivisia

• Niillä on korkea ionisaatioenergia: Ionisointienergiasi on oikeastaan ​​kausi korkein.
• Ne eivät ole syttyviä: Jopa tulenarkan vetykupin takia se korvattiin heliumilla ilmalaivojen ja ilmapallojen valmistuksessa.

Kuten reaktiivisuuden kohdalla, niiden atomien väliset voimat ovat myös hyvin heikkoja, minkä vuoksi niiden sulamis- ja kiehumislämpötilat ovat matalat, ja ne ovat kaikki yksiatomisia kaasuja normaaleissa olosuhteissa, mukaan lukien kaasut, joilla on suurempi atomimassa.

Heliumilla on monia ominaisuuksia, joita missään muussa jalokaasussa tai muussa jaksollisen taulukon elementissä ei ole. Hänen sulamispiste on alin kaikissa tunnetuissa sen lisäksi, että se on ainoa elementti, jolla on ylivuodon tila; tila, jossa aine on nestemäisessä tilassa, mutta voi kulkea menettämättä kineettistä energiaa. Helium tarvitsee jähmettymisen edellyttämän paineen 25atm ja lämpötilan -272ºC.

Niiden täysi valenssikuori on myös vastuussa näistä kaasuista, joilla on suuri ionisaatiokapasiteetti (korkein jaksollisessa taulukossa). eivätkä ne voi muodostaa ioneja helposti, mikä osoittaa sen vakauden sähköisessä kokoonpanossa.

Ionisointienergia pienenee ryhmän pienentyessä, koska atomisäde kasvaa ja valenssielektronit ovat kauempana ytimestä ja siksi vetävät sitä vähemmän. Tämä aiheuttaa, että vaikka sen aika on korkein, joillakin jalokaasuilla on vertailukelpoinen ionisaatioenergia muiden elementtien vastaavaan. Esimerkiksi ksenonin ionisaatioenergia on verrattavissa hapen ionisaatioenergiaan.

Näiden kaasujen käyttö

Sellaisilla matalilla kiehumis- ja sulamispisteillä ne ovat erityisen hyödyllisiä jäähdytyslaitteiden valmistuksessaja tekee niistä hyödyllisiä myös kryogeenisina kylmäaineina.

Nestemäistä heliumia, joka kiehuu 4,2 K: ssa (-268,93 ° C), käytetään suprajohtavien magneettien, kuten magneettikuvantamiseen ja ydinmagneettiseen resonanssiin, valmistuksessa.

Nestemäisellä neonilla, vaikka se ei saavuta nestemäisen heliumin alhaisia ​​lämpötiloja, on enemmän sovelluksia kryogeenisissä aineissa, koska sillä on kyky 40 kertaa enemmän jäähdytystä kuin nestemäinen helium ja 3 kertaa suurempi kuin nestemäisen vedyn.

Heliumia käytetään hengittävien kaasujen komponenttina typen korvaamiseksi sen ansiosta heikko liukoisuus nesteisiinerityisesti lipideissä. Kaasut imeytyvät vereen ja kehon kudoksiin, kun paine on olemassa, kuten sukellus, joka tuottaa anestesiavaikutuksen, jota kutsutaan syvyyssairaukseksi. Alhaisen liukoisuuden vuoksi pieni helium pääsee solukalvoihin, mikä auttaa hillitsemään huumaavaa vaikutusta.

Alhaisen syttyvyyden ja keveyden vuoksi ja Hindenburgin vuonna 1937 sattuneen katastrofin jälkeen helium korvasi vedyn polttoaineen valmistuksessa, vaikka kelluvuus menetti 8,6%

Näitä kaasuja käytetään valaistuksessa johtavuutensa vuoksi. Hehkulamppujen valmistuksessa käytetään argonin ja typen seosta niiden täyttämiseen. Krypton käytetään suuritehoisissa polttimoissakuten halogeenilamput, joiden värilämpötila ja tehokkuus ovat korkeammat.

Ksenonia käytetään yleisesti ksenon-ajovaloissa, joita saavutetaan päivänvalon kaltaisella valospektrillä sekä elokuvaprojektoreissa että auton ajovaloissa.

Lääketieteessä heliumia käytetään parantamaan hengitysvaikeuksia astmapotilailla. Ksenonia voidaan käyttää anestesia-aineena Suuren lipidiliukoisuuden ansiosta, joka tekee siitä tehokkaamman kuin tavallinen typpioksidi, ja koska keho poistaa sen helposti, se mahdollistaa nopeamman palautumisen.

Ydinmagneettisen resonanssin avulla suoritettavassa kuvien hankinnassa ksenoni on yhdistetty muihin kaasuihin. Radonia, joka on erittäin radioaktiivista ja saatavana vain pieninä määrinä, käytetään sädehoidon hoidossa.

Tuotanto ja runsaus

Runsaus ja helppous, jolla jalokaasuja voidaan saada, ovat käänteisessä suhteessa niiden atomilukuun. Siksi näiden kaasujen runsaus vähenee, kun niiden atomiluku kasvaa.

Maailmankaikkeudessa, helium on toiseksi helpoin elementti saadavedyn jälkeen, massaprosentti on noin 24%. Suurin osa heliumin määrästä maailmankaikkeudessa muodostui alkunukleosynteesillä, mutta sen määrä kasvaa vedyn osallistumisen ansiosta tähtinukleosynteesiin (prosessi, joka syntyy ydinreaktioilla tähtien evoluutioprosessin aikana).

Loput kaasut eivät ole läheskään yhtä runsaita tai yksinkertaisia ​​saada. Esimerkiksi radon voi olla muodostua litosfäärissä radiumin alfa-hajoamisen kautta; Sillä välin hän ksenon on kehittänyt teorian, joka tunnetaan nimellä "puuttuva ksenoniteoria" johtuen sen suhteellisen pienestä määrästä ilmakehässä.

Puhutaan vähän jokaisesta

• Helio: Alhaisen palavuutensa ja koska se on toiseksi helpoin elementti saada, se on pystynyt korvaamaan vetyä mahdollisena elementtinä ilmapallojen ja sepeliinien täyttämiseksi, koska ne eivät räjähdä joutuessaan kosketuksiin tulen kanssa.
• Neon: Tätä kaasua käytetään fluoresenssin ja punaoranssin sävyn vuoksi, kun se joutuu kosketuksiin sähkön kanssa, mainostarkoituksiin. Löydetään helposti neonvaloista. Saatavana on myös neonputkia ja lamppuja, joilla on muita värejä, vaikka niiden sisällä onkin muita kaasuja.
• Argon: Tätä kaasua käytetään hehkulampuissa, koska se ei reagoi hehkulangan kanssa korkeissa lämpötila- ja paineolosuhteissa. Loisteputkissa se tuottaa vihreän-sinisen värin. Sitä käytetään myös teollisuudessa ei-toivottujen kemiallisten reaktioiden välttämiseksi.
• Krypton: Sitä käytetään yhdessä muiden kaasujen kanssa lamppujen luomisessa ja valmistuksessa lentokentän valaistus, johtuen voimakkaista punaisista valoista; sitä voidaan käyttää myös elokuvaprojektoreissa. Kryptonin käyttö on hyödyllistä myös verkkokalvon laserleikkauksessa.
• Xenon: Xenonin pääasiallinen käyttö on bakteerimyrkkyisten ominaisuuksien omaavien valonsäteilijöiden kehittäminen; valoputket, valokuvasalamat ja myös loisteputket, joilla on kyky herättää rubiinilaseria.
• Radon: Tämä kaasu syntyy uraanin radioaktiivisesta hajoamisesta radioksi. Tämän vuoksi ja koska se on erittäin radioaktiivinen, sillä on hyvin vähän sovelluksia jokapäiväisessä elämässä.

Mietiskellä 

Vaikka ne koostuvatkin jonkin verran vaikea saada luonnossa (lukuun ottamatta ehkä heliumia), ja koska jalokaasut muodostavat tai sallivat melko vähän reaktioita niiden kanssa, jalokaasut ovat tärkeitä yhdisteitä, jotka voimme nähdä ja jopa käyttää päivittäin.

Ehkä niiden käyttö rajoittuu tiettyihin aloihin, mutta se ei tarkoita, että ne ovat täysin hyödyttömiä. Kodin valaisemisesta hehkulampuilla ja lampuista ruokamme säilyttämiseen jääkaapissa käytettynä pelastaa ihmishenkiä lääketieteessäNämä luonnolliset tai synteettiset kaasut eivät ole vielä osoittaneet kaikkea, mitä ne voivat tehdä meille. Ja on varmaa, että tutkimuksen edetessä sen käyttö on paljon suurempi.