Proces proučavanja plemenitih plinova i njihova uloga u industriji

Unutar kemije postoji bezbroj elemenata koji mogu biti ili ne moraju biti povezani jedni s drugima. Postoje metali, nemetali, lantanidi i aktinidi, prijelazni metali i zemnoalkalne zemlje; i naravno da imamo jedan od kemijskih elemenata Kome smo obraćali malo pozornosti tijekom satova kemije, a mnogo manje kada je u pitanju daljnji život. Govorim, naravno, o plemenitim plinovima.

Ti elementi koje, budući da su toliko rijetki u okolini, ne možemo previše analizirati. Ovdje ćemo naučiti o povijesti plemenitih plinova, njihovoj uporabi i svojstvima, kao i drugim zanimljivostima. Ostanite ovdje i naučite najhladnije stvari o plemenitim plinovima.

Upoznajmo plinove

Oni su skupina kemijskih spojeva s međusobno vrlo sličnim svojstvima. Primjerice, u normalnim su uvjetima monatomski plinovi bez boje, mirisa i vrlo niske kemijske reaktivnosti. Oni se nalaze u grupi broj 18 periodnog sustava i poznati su kao: Helij, neon, ksenon, argon, kripton, radioaktivni: Radon i sintetički: Oganeson.

Njegova se svojstva mogu objasniti postojećim modernim teorijama o atomskoj strukturi. Njihova ljuska valentnih elektrona smatra se potpunom, što im daje ograničenu sklonost sudjelovanju u kemijskim reakcijama, a jedan je od razloga zašto ih se slabo razumije. Zapravo je do danas pripremljeno vrlo malo spojeva plemenitih plinova.

Odakle nam plemeniti plinovi?

Neon, argon, ksenon i kripton dobivamo iz zraka metodom frakcijske destilacije i ukapljivanja. Helij se nalazi u prirodnom plinu, gdje bi trebao biti tipično odvojen. A radon se dobiva radioaktivnim raspadanjem spojeva otopljenih u radiju.

A Oganeson je sintetički element stvoren 2002. godine i koji je svoju IUPAC-ovu nomenklaturu dobio 2016. Poznat je po tome što je poprilično reaktivan i nestabilan element, pa s njim nije puno posla.

Ovi plinovi su imali vrlo važnu uporabu na područjima rasvjete, zavarivanja i istraživanja svemira. Trimix, koji je otopina helij-kisik-dušik, koristi se u tome da ronioci ne trpe opojni učinak dušika u dubinama. Što je više, nakon saznanja o opasnosti zapaljivosti vodika, ovo je zamijenjeno helijem u stvaranju zračnih brodova i balona s vrućim zrakom.

Svojstva ovih plinova

Plemeniti plinovi svoje su ime dobili po prijevodu s njemačkog edelgas, ime koje je prvi put 1898. godine upotrijebio kemičar Hugo Erdman. S ovim imenom nastojalo se odnositi na nisku stopu reaktivnosti ovih elemenata. Zapravo su to najmanje poznati reaktivni elementi, toliko da su praktički inertni ili nereaktivni.

To je zato što imaju potpunu valentnu ljusku koja im ostavlja mali kapacitet za oslobađanje elektrona i njihovo ponašanje približava ponašanju idealnog plina.

Općenito, plemeniti plinovi dijele različita svojstva.

• Oni su nemetalni elementi: Budući da je plin, u svojoj konformaciji nema niti jedne metalne čestice. Istodobno nisu sposobni reagirati s drugim metalima.
• Bez boje su i bez mirisa: iako se mogu dati boje na žarulje i lampe stvoreni pomoću tih plinova koji koriste električnu energiju, izvorno su bez boje i mirisa.
• Imaju puni valentni sloj: Neon, ksenon, argon, kripton i radon imaju osam elektrona u posljednjoj ljusci. Sa svoje strane, helij ima dva elektrona. Na taj način plemeniti plinovi imaju potpunu valentnu ljusku. Zbog toga u normalnim okolnostima ti elementi ne čine poveznice.
• Postoje kao monatomski plinovi: Kako se razumije, ti elementi, čak i najveći atomski, imaju samo jedan atom.

• Oni su praktički nereaktivni: Zbog svoje pune valencije i poteškoća u isporuci elektrona, smatraju se praktički inertnima.

• Oni provode električnu energiju i proizvode fluorescenciju: Iako su vrlo niski, ti su plinovi sposobni provoditi električnu energiju, a pritom svijetle fosforescentno.

• Imaju nisku točku topljenja i vrelištaOvi plemeniti plinovi imaju vrlo niske točke tališta i vrelišta.

• Imaju vrlo nisku elektronegativnost: ti su elementi vrlo nisko elektronegativni

• Imaju visoku energiju ionizacije: Vaša energija ionizacije je zapravo najviša u vašem razdoblju.
• Nisu zapaljivi: Čak i zbog zapaljive čaše vodika, u proizvodnji zračnih brodova i balona zamijenio ga je helij.

Kao i kod reaktivnosti, njihove su međuatomske sile također vrlo slabe, zbog čega imaju niske temperature topljenja i vrenja, a svi su u normalnim uvjetima monatomski plinovi, uključujući plinove s većom atomskom masom.

Helij ima mnoga svojstva koja nema nijedan drugi plemeniti plin ili bilo koji drugi element na periodnom sustavu. Njegova talište je najniže u svim poznatim, osim što je jedini element koji posjeduje stanje nadtečnosti; stanje u kojem je materija u tekućem stanju, ali može raditi bez gubitka kinetičke energije. Helij treba pritisak od 25atm i temperaturu od -272ºC da bi se mogao skrutnuti.

Njihova potpuna valentna ljuska također je odgovorna za ove plinove koji imaju visoku ionizacijsku sposobnost (najveći u periodnom sustavu). i ne mogu lako stvoriti ione, što pokazuje njegovu stabilnost u elektroničkoj konfiguraciji.

Energija ionizacije se smanjuje kako se grupa smanjuje, budući da se atomski radijus povećava, a valentni elektroni su dalje od jezgre i zbog toga je manje privlače. To uzrokuje da, iako je njegovo razdoblje najviše, imaju neki plemeniti plinovi usporediva energija ionizacije onom ostalih elemenata. Na primjer, energija ionizacije ksenona usporediva je s energijom ionizacije kisika.

Upotreba ovih plinova

Imajući tako niska vrelišta i tališta, posebno su korisni u proizvodnji rashladne opreme, te ih čini korisnima i kao kriogena rashladna sredstva.

Tekući helij koji vrije na 4,2K (-268,93ºC) koristi se u proizvodnji superprovodnih magneta, poput onih koji se koriste za magnetsku rezonancu i nuklearnu magnetsku rezonancu.

Tekući neon, iako ne doseže niske temperature tekućeg helija, ima više primjena u kriogenici, jer ima sposobnost da 40 puta više hlađenja od tekućeg helija i 3 puta veća od one u tekućem vodiku.

Helij se koristi kao komponenta prozračnih plinova za zamjenu dušika, zahvaljujući svom niska topljivost u tekućinama, posebno u lipidima. Plinovi se apsorbiraju u krv i tjelesna tkiva kada postoji pritisak, poput ronjenja, koje proizvodi anestetički učinak koji se naziva dubinska bolest. Zbog niske topljivosti, malo helija ulazi u stanične membrane, što pomaže u suzbijanju narkotičnog učinka.

Zbog niske zapaljivosti i lakoće, te nakon katastrofe u Hindenburgu 1937., helij je zamijenio vodik u proizvodnji goriva, čak i unatoč gubitku uzgona od 8,6%

Ti se plinovi koriste u rasvjeti zbog svoje vodljivosti. U proizvodnji žarulja sa žarnom niti smjesa argona i dušika koristi se za njihovo punjenje. Kripton koristi se u žaruljama visokih performansiKao što su halogene svjetiljke, koje imaju višu temperaturu boje i veću učinkovitost.

Ksenon se obično koristi u ksenonskim svjetlima, koja se postizanjem spektra svjetlosti sličnog dnevnom koriste u filmskim projektorima, kao i u automobilskim svjetlima.

U medicini se helij koristi za poboljšanje lakoće disanja kod pacijenata s astmom. Ksenon se može koristiti kao anestetik Zbog visoke topljivosti u lipidima, što ga čini učinkovitijim od uobičajenog dušikovog oksida, a budući da ga tijelo lako uklanja, omogućuje brži oporavak.

Prikupljanje slika koje se provodi nuklearnom magnetskom rezonancijom ima ksenon u kombinaciji s drugim plinovima. Radon, koji je visoko radioaktivan i dostupan je samo u tragovima, koristi se u terapiji zračenjem.

Proizvodnja i obilje

Obilje i lakoća s kojima se mogu dobiti plemeniti plinovi u obrnutom su razmjeru s njihovim atomskim brojem. Stoga se obilje tih plinova smanjuje kako se njihov atomski broj povećava.

U svemiru, helij je drugi element koji je najlakše dobiti, nakon vodika, s masenim postotkom od približno 24%. Većina količine helija u svemiru nastala je primordijalnom nukleosintezom, ali njegova se količina povećava zahvaljujući sudjelovanju vodika u zvjezdanoj nukleosintezi (proces koji proizlazi iz nuklearnih reakcija tijekom evolucijskog procesa zvijezda).

Ostatak plinova nije ni izdaleka ni jednostavan za dobivanje. Radon, na primjer, može biti oblik u litosferi kroz alfa raspadanje radija; U međuvremenu on ksenon je razvio teoriju poznatu kao "teorija ksenona koja nedostaje" zbog relativno male količine u atmosferi.

Razgovarajmo malo o svakoj

• Sunce: Zbog svoje male sagorljivosti i jer je drugi element koji je najlakše dobiti, uspio je zamijeniti vodik kao potencijalni element za punjenje balona i cepelina, jer ne eksplodiraju u dodiru s vatrom.
• Neon: Ovaj se plin zbog svoje fluorescencije i crveno-narančaste nijanse dobivene u kontaktu s električnom energijom koristi u reklamne svrhe. Lako se nalazi u neonskim svjetlima. Dostupne su i neonske cijevi i lampe koje imaju druge boje, iako zapravo imaju druge plinove.
• Argon: Ovaj se plin koristi u žaruljama sa žarnom niti, jer ne reagira s niti u visokim uvjetima temperature i tlaka. U fluorescentnim cijevima stvara zeleno-plavu boju. Također se koristi u industrijskom polju kako bi se izbjegle neželjene kemijske reakcije.
• Kripton: Koristi se zajedno s ostalim plinovima u stvaranju i proizvodnji svjetiljki osvjetljenje zračne luke, zbog intenziteta emitiranih crvenih svjetala; može se koristiti i u kinoprojektorima. Upotreba kriptona također je korisna u laserskim operacijama mrežnice.
• Ksenon: glavna upotreba ksenona je razrađivanje zračnika koji imaju baktericidna svojstva; svjetleće cijevi, fotografski bljeskovi, a također i u fluorescentnim cijevima s mogućnošću pobuđivanja rubin lasera.
• Radon: Ovaj plin nastaje radioaktivnim raspadanjem urana na radio. Iz tog razloga i zato što je vrlo radioaktivan, ima vrlo malo primjena u svakodnevnom životu.

Razmišljati 

Iako su donekle sastavljeni teško dobiti u prirodnom stanju (osim možda helija), a budući da s njima generiraju ili dopuštaju vrlo malo reakcija, plemeniti plinovi važni su spojevi koje možemo vidjeti, pa čak i svakodnevno koristiti.

Možda su njihove upotrebe ograničene na određena područja, ali to ne znači da su potpuno beskorisne. Od osvjetljavanja naših domova u žaruljama i svjetiljkama, preko održavanja hrane kada se koristi u hladnjacima, do spasiti živote kada se koristi u mediciniTi plinovi, prirodni ili sintetički, još nisu pokazali sve što mogu učiniti za nas. I sigurno je da će, kako istraživanja budu odmicala, njegova uporaba biti sve veća.