Processo di studio dei gas nobili e loro ruolo nelle industrie

All'interno della chimica, ci sono innumerevoli elementi che possono o meno essere correlati tra loro. Ci sono metalli, non metalli, lantanidi e attinidi, metalli di transizione e terre alcaline; e ovviamente abbiamo uno degli elementi chimici A cui abbiamo prestato poca attenzione durante le lezioni di chimica e molto meno quando si tratta di andare avanti con le nostre vite. Sto parlando, ovviamente, di gas nobili.

Questi elementi che, essendo così rari nell'ambiente, non possiamo analizzare troppo. Qui impareremo la storia dei gas nobili, i loro usi e proprietà, nonché altre curiosità. Resta qui e impara le cose più interessanti sui gas nobili.

Conosciamo i gas

Sono un gruppo di composti chimici con proprietà molto simili tra loro. Ad esempio, in condizioni normali sono gas monatomici incolori, inodori e hanno una reattività chimica molto bassa. Questi si trovano nel gruppo numero 18 della tavola periodica e sono noti come: Elio, neon, xeno, argon, krypton, il radioattivo: Radon e il sintetico: Oganeson.

Le sue proprietà possono essere spiegate dalle teorie moderne esistenti sulla struttura atomica. Il loro guscio di elettroni di valore è considerato completo, il che conferisce loro una tendenza limitata a partecipare alle reazioni chimiche ed è uno dei motivi per cui sono poco compresi. In effetti, fino ad oggi sono stati preparati pochissimi composti di gas nobili.

Dove otteniamo i gas nobili?

Otteniamo neon, argon, xenon e krypton dall'aria utilizzando metodi di distillazione frazionata e liquefazione. L'elio si trova nel gas naturale, dove dovrebbe essere tipicamente separato. E il radon si ottiene attraverso il decadimento radioattivo di composti disciolti nel radio.

E Oganeson è un elemento sintetico creato nel 2002 e che ha ottenuto la nomenclatura IUPAC nel 2016. È noto per essere un elemento piuttosto reattivo oltre che instabile, quindi non è stato fatto molto lavoro con esso.

Questi gas hanno avuto impieghi molto importanti nei settori dell'illuminazione, della saldatura e dell'esplorazione spaziale. Trimix, che è una soluzione di elio-ossigeno-azoto, viene utilizzato in modo che i subacquei non subiscano l'effetto narcotico dell'azoto in profondità. Cosa c'è di più, dopo aver conosciuto i rischi di infiammabilità dell'idrogeno, questo è stato sostituito dall'elio nella creazione di dirigibili e mongolfiere.

Proprietà di questi gas

I gas nobili prendono il nome dalla traduzione dal tedesco Edelga, nome usato per la prima volta nel 1898 dal chimico Hugo Erdman. Con questo nome ha cercato di fare riferimento al basso tasso di reattività di questi elementi. Questi, infatti, sono gli elementi meno reattivi conosciuti, tanto da risultare praticamente inerti o non reattivi.

Questo perché hanno un guscio di valenza completo che li lascia con una bassa capacità di rilasciare elettroni e rende il loro comportamento vicino a quello di un gas ideale.

In generale, i gas nobili condividono proprietà diverse.

• Sono elementi non metallici: Essendo gas, non ha nessuna particella metallica all'interno della sua conformazione. Allo stesso tempo non sono in grado di reagire con altri metalli.
• Sono incolori e inodori: sebbene possano essere dati colori a lampadine e lampade creati per mezzo di questi gas utilizzando l'elettricità, sono originariamente incolori e inodori.
• Hanno uno strato di valenza completo: Neon, xeno, argon, krypton e radon hanno otto elettroni nel loro ultimo guscio. Da parte sua, l'elio ha due elettroni. In questo modo, i gas nobili hanno un guscio di valenza completo. Ecco perché, in circostanze normali, questi elementi non formano collegamenti.
• Esistono come gas monoatomici: Come capito, questi elementi, anche i più grandi atomicamente, hanno un solo atomo.

• Sono praticamente non reattivi: A causa della loro piena valenza e della loro difficoltà nel fornire elettroni, sono considerati praticamente inerti.

• Conducono elettricità e producono fluorescenza: Sebbene molto bassi, questi gas sono in grado di condurre elettricità e così facendo emettono luce fosforescente.

• Hanno un basso punto di fusione e di ebollizioneQuesti gas nobili hanno punti di fusione e di ebollizione molto bassi.

• Hanno un'elettronegatività molto bassa: questi elementi sono elettronegativi molto bassi

• Hanno un'elevata energia di ionizzazione: La tua energia di ionizzazione è in realtà la più alta nel tuo periodo.
• Non sono infiammabili: Anche a causa della tazza infiammabile di idrogeno, è stato sostituito dall'elio nella produzione di dirigibili e palloncini.

Come per la reattività, anche le loro forze interatomiche sono molto deboli, motivo per cui hanno basse temperature di fusione e di ebollizione e sono tutti gas monoatomici in condizioni normali, compresi i gas con una massa atomica più elevata.

L'elio ha molte proprietà che nessun altro gas nobile o qualsiasi altro elemento della tavola periodica ha. Il suo il punto di fusione è il più basso in tutti quelli conosciuti, oltre ad essere l'unico elemento che possiede uno stato di superfluidità; uno stato in cui la materia è allo stato liquido, ma può scorrere senza perdere energia cinetica. L'elio necessita di una pressione di 25 atm e di una temperatura di -272ºC per poter solidificare.

Il loro guscio di valenza completo è anche responsabile di questi gas che hanno un'elevata capacità di ionizzazione (la più alta nella tavola periodica). e non possono formare facilmente ioni, che mostra la sua stabilità nella sua configurazione elettronica.

L'energia di ionizzazione diminuisce al diminuire del gruppo, poiché il raggio atomico aumenta e gli elettroni di valenza sono più lontani dal nucleo e quindi meno attratti da esso. Ciò fa sì che, sebbene il suo periodo sia il più alto, alcuni gas nobili lo hanno un'energia di ionizzazione paragonabile a quello di altri elementi. Ad esempio, l'energia di ionizzazione dello xeno è paragonabile all'energia di ionizzazione dell'ossigeno.

Usi di questi gas

Avendo punti di ebollizione e fusione così bassi, sono particolarmente utili nella produzione di apparecchiature di refrigerazionee li rende utili anche come refrigeranti criogenici.

L'elio liquido, che bolle a 4,2 K (-268,93 ° C), viene utilizzato nella produzione di magneti superconduttori, come quelli utilizzati per la risonanza magnetica e la risonanza magnetica nucleare.

Il neon liquido, sebbene non raggiunga le basse temperature dell'elio liquido, ha più applicazioni nella criogenia, poiché ha la capacità di 40 volte più raffreddamento rispetto all'elio liquido e 3 volte maggiore di quella dell'idrogeno liquido.

L'elio viene utilizzato come componente dei gas respirabili per sostituire l'azoto, grazie al suo bassa solubilità nei fluidi, soprattutto nei lipidi. I gas vengono assorbiti nel sangue e nei tessuti del corpo quando c'è pressione, come le immersioni subacquee, che produce un effetto anestetico chiamato mal di profondità. A causa della sua bassa solubilità, una piccola quantità di elio penetra nelle membrane cellulari, il che aiuta a frenare l'effetto narcotico.

A causa della sua bassa combustibilità e leggerezza, e dopo il disastro di Hindenburg del 1937, l'elio ha sostituito l'idrogeno nella produzione di carburante, nonostante una perdita di galleggiamento dell'8,6%

Questi gas sono utilizzati nell'illuminazione a causa della loro conduttività. Nella produzione di lampadine a incandescenza viene utilizzata una miscela di argon e azoto per riempirle. Krypton utilizzato in lampadine ad alte prestazioniCome le lampade alogene, che hanno una temperatura di colore più elevata e una maggiore efficacia.

Lo xeno è comunemente usato nei fari allo xeno, che, ottenendo uno spettro di luce simile alla luce diurna, viene utilizzato nei proiettori cinematografici e nei fari delle automobili.

In medicina, l'elio viene utilizzato per migliorare la facilità di respirazione nei pazienti asmatici. Lo xeno può essere usato come anestetico Per la sua elevata solubilità nei lipidi, che lo rende più efficace del solito protossido di azoto, e poiché è facilmente eliminabile dall'organismo, consente un recupero più rapido.

L'acquisizione di immagini che viene effettuata mediante risonanza magnetica nucleare, ha lo xeno combinato con altri gas. Il radon, che è altamente radioattivo e disponibile solo in tracce, viene utilizzato nel trattamento della radioterapia.

Produzione e abbondanza

L'abbondanza e la facilità con cui si possono ottenere gas nobili sono inversamente proporzionali al loro numero atomico. Pertanto, l'abbondanza di questi gas diminuisce all'aumentare del loro numero atomico.

Nell'universo, l'elio è il secondo elemento più facile da ottenere, dopo l'idrogeno, con una percentuale di massa di circa il 24%. La maggior parte della quantità di elio nell'universo è stata formata dalla nucleosintesi primordiale, ma la sua quantità è in aumento grazie alla partecipazione dell'idrogeno nella nucleosintesi stellare (un processo che nasce dalle reazioni nucleari durante il processo evolutivo delle stelle).

Il resto dei gas non è così abbondante o semplice da ottenere. Il radon, ad esempio, può esserlo forma nella litosfera attraverso il decadimento alfa del radio; Nel frattempo lui lo xeno ha sviluppato una teoria nota come "teoria dello xeno mancante" a causa della sua quantità relativamente bassa nell'atmosfera.

Parliamo un po 'di ciascuno

• Helio: Per la sua bassa combustibilità, e poiché è il secondo elemento più facile da ottenere, è stato in grado di sostituire l'idrogeno come potenziale elemento per riempire palloncini e zeppelin, poiché non esplodono a contatto con il fuoco
• neon: Questo gas, per la sua fluorescenza e la sua tonalità rosso-arancio che si ottiene a contatto con l'elettricità, viene utilizzato a fini pubblicitari. Si trova facilmente nelle luci al neon. Sono disponibili anche tubi al neon e lampade che hanno altri colori, sebbene in realtà abbiano altri gas all'interno.
• Argon: Questo gas viene utilizzato nelle lampade ad incandescenza perché non reagisce con il filamento in condizioni di alta temperatura e pressione. Nei tubi fluorescenti genera un colore verde-blu. Viene utilizzato anche in ambito industriale per evitare reazioni chimiche indesiderate.
• Krypton: Viene utilizzato insieme ad altri gas nella creazione e produzione di lampade illuminazione aeroportuale, dovuta all'intensità delle luci rosse emesse; può essere utilizzato anche nei proiettori cinematografici. L'uso del krypton è utile anche nella chirurgia retinica laser.
• Xeno: l'utilizzo principale dello Xenon è l'elaborazione di emettitori di luce con caratteristiche battericide; tubi luminosi, flash fotografici e anche tubi fluorescenti con la capacità di eccitare il laser a rubino.
• Radon: Questo gas è generato dal decadimento radioattivo dell'uranio in radio. Per questo motivo e poiché è molto radioattivo, ha pochissime applicazioni nella vita quotidiana.

Per riflettere 

Sebbene siano composti un po ' difficile da ottenere allo stato naturale (tranne, forse, per l'elio), e poiché generano o consentono piuttosto poche reazioni con loro, i gas nobili sono composti importanti che possiamo vedere e persino usare quotidianamente.

Forse i loro usi sono limitati a campi specifici, ma ciò non significa che siano completamente inutili. Dall'illuminazione delle nostre case con lampadine e lampade, alla conservazione del cibo quando viene utilizzato nei frigoriferi, a salvare vite umane se usato in medicinaQuesti gas, naturali o sintetici, non hanno ancora mostrato tutto quello che possono fare per noi. Ed è certo che, con il progredire della ricerca, il suo utilizzo sarà molto maggiore.