בתוך הכימיה, ישנם אינספור אלמנטים שיכולים להיות קשורים זה לזה או לא. יש מתכות, לא מתכות, לנתנידים ואקטינידים, מתכות מעבר וארצות אלקליין; וכמובן שיש לנו אחד היסודות הכימיים למי לא הקדשנו תשומת לב במהלך שיעורי הכימיה, והרבה פחות בכל הנוגע להתקדם בחיינו. אני מדבר, כמובן, על גזים אצילים.
היסודות הללו, מכיוון שהם כה נדירים בסביבה, איננו יכולים לנתח יותר מדי. כאן נלמד על ההיסטוריה של הגזים האצילים, השימושים והתכונות שלהם, כמו גם סקרנות אחרות. הישארו כאן ולמדו את הדברים הכי מגניבים על גזים אצילים.
בואו נכיר את הגזים
הם קבוצה של תרכובות כימיות בעלות תכונות דומות מאוד זו לזו. לדוגמא, בתנאים רגילים הם חסרי צבע, חסרי ריח, גזים מונומטיים ובעלי תגובתיות כימית נמוכה מאוד. אלה ממוקמים בקבוצה מספר 18 בטבלה המחזורית, והם מכונים: הליום, ניאון, קסנון, ארגון, קריפטון, הרדיואקטיבי: ראדון, והסינטטי: אוגנסון.
ניתן להסביר את תכונותיו על ידי תיאוריות מודרניות קיימות על מבנה האטום. מעטפת האלקטרונים הערכיים שלהם נחשבת למלאה, מה שמעניק להם נטייה מוגבלת להשתתף בתגובות כימיות, והיא אחת הסיבות לכך שהם לא מבינים היטב. למעשה, מעט מאוד תרכובות גז אצילי הוכנו עד עצם היום הזה.
מאיפה נקבל את הגזים האצילים?
אנו מקבלים מהאוויר ניאון, ארגון, קסנון וקריפטון בשיטות זיקוק ונזילות חלקיות. הליום נמצא בגז טבעי, איפה זה צריך להיות מופרד בדרך כלל. ורדון מתקבל באמצעות ריקבון רדיואקטיבי של תרכובות מומסות ברדיום.
ואוגנסון הוא אלמנט סינתטי שנוצר בשנת 2002, ואשר קיבל את המינוח IUPAC שלו בשנת 2016. הוא ידוע בתור תגובתי למדי כמו גם לא יציב, ולכן לא נעשתה הרבה עבודה איתו.
לגזים אלו היו שימושים חשובים מאוד בתחומי התאורה, הריתוך וחקר החלל. משתמשים ב- Trimix, שהוא תמיסה של הליום-חמצן-חנקן, כך שצוללנים לא סובלים מהשפעה נרקוטית של חנקן במעמקים. מה עוד, לאחר שידעו על סכנות הדליקות של מימן, זה הוחלף בהליום ביצירת ספינות אוויר וכדורים פורחים.
תכונות של גזים אלה
גזים אצילים מקבלים את שמם מהתרגום מגרמנית אדלגאס, שם ששימש כימאי הוגו ארדמן לראשונה בשנת 1898. עם השם הזה ביקשו להתייחס לשיעור התגובה הנמוך מאלמנטים אלה. למעשה, אלה היסודות הפחות מגיבים הידועים, עד כדי כך שהם כמעט אינרטיים או לא מגיבים.
הסיבה לכך היא שיש להם מעטפת ערכיות מלאה אשר משאירה אותם עם יכולת נמוכה לשחרר אלקטרונים והופכת את התנהגותם לקרובה לזו של גז אידיאלי.
באופן כללי, גזים אצילים חולקים תכונות שונות.
- הם אלמנטים שאינם מתכתיים: בהיותו גזים, אין בו חלקיק מתכת בקונפורמציה שלו. יחד עם זאת הם אינם מסוגלים להגיב עם מתכות אחרות.
- הם חסרי צבע וחסרי ריח: למרות שניתן לתת להם צבעים לנורות ומנורות נוצרים באמצעות גזים אלה באמצעות חשמל, הם במקור חסרי צבע וחסרי ריח.
- יש להם שכבת ערכיות מלאה: לניאון, קסנון, ארגון, קריפטון ורדון שמונה אלקטרונים בקליפה האחרונה שלהם. הליום מצדו כולל שני אלקטרונים. באופן זה, גזים אצילים הם בעלי מעטפת ערכיות מלאה. לכן, בנסיבות רגילות, אלמנטים אלה אינם יוצרים קישורים.
- הם קיימים כגזים מונומטיים: כפי שהובן, לאלמנטים אלה, אפילו הגדול ביותר מבחינה אטומית, יש אטום אחד בלבד.
- הם כמעט לא מגיבים: בשל הערכיות המלאה שלהם והקושי שלהם למסור אלקטרונים, הם נחשבים אינרטיים כמעט.
- הם מוליכים חשמל ומייצרים פלואורסצנטיאף על פי שהם נמוכים מאוד, גזים אלה מסוגלים להוביל חשמל, ובכך הם זוהרים זרחנית.
- יש להם נקודת התכה נמוכה ורתיחהלגזים אצילים אלה נקודות התכה ורתיחה נמוכות מאוד.
- יש להם אלקטרונטיביות נמוכה מאוד: אלמנטים אלה הם אלקטרוניים מאוד נמוכים
- יש להם אנרגיית יינון גבוהה: אנרגיית היינון שלך היא למעשה הגבוהה ביותר בתקופה שלך.
- הם לא דליקים: אפילו בגלל כוס המימן הדליקה, הוא הוחלף בהליום בייצור ספינות אוויר ובלונים.
כמו בתגובתיות, גם הכוחות הבין-אטומיים שלהם חלשים מאוד, ולכן יש להם טמפרטורות התכה ורתיחה נמוכות, וכולם גזים מונוטומיים בתנאים רגילים, כולל גזים עם מסה אטומית גבוהה יותר.
להליום תכונות רבות שאין לאף גז אצילי אחר או כל יסוד אחר בטבלה המחזורית. שֶׁלוֹ נקודת ההתכה היא הנמוכה ביותר בכל הידועים, מלבד היותו היסוד היחיד שבבעלותו מצב של נוזל; מצב בו החומר נמצא במצב נוזלי, אך יכול לרוץ מבלי לאבד אנרגיה קינטית. הליום זקוק ללחץ של 25atm וטמפרטורה של -272 ° C כדי להיות מסוגל להתמצק.
מעטפת הערכיות המלאה שלהם אחראית גם לגזים אלה בעלי יכולת יינון גבוהה (הגבוהה בטבלה המחזורית). ולא יכול ליצור יונים בקלות, שמראה את יציבותו בתצורתו האלקטרונית.
אנרגיית היינון פוחתת ככל שהקבוצה פוחתת, מכיוון שרדיוס האטום גדל ואלקטרוני הערכיות רחוקים יותר מהגרעין ולכן פחות נמשכים אליו. זה גורם לכך שלמרות שהתקופה שלו היא הגבוהה ביותר, יש כמה גזים אצילים אנרגיית יינון דומה לזה של אלמנטים אחרים. לדוגמא, אנרגיית היינון של קסנון ניתנת להשוואה לאנרגיית היינון של חמצן.
שימושים בגזים אלה
בכך שיש נקודות רתיחה ונמסים כה נמוכות, הם שימושיים במיוחד בייצור ציוד קירור, והופך אותם לשימושיים גם כמקררים קריוגניים.
הליום נוזלי, שמרתח ב -4,2 K (-268,93 מעלות צלזיוס) משמש לייצור מגנטים מוליכים-על, כמו אלה המשמשים להדמיית תהודה מגנטית ותהודה מגנטית גרעינית.
ניאון נוזלי, למרות שהוא אינו מגיע לטמפרטורות הנמוכות של הליום נוזלי, אך יש לו יותר יישומים בקריוגנים, מכיוון שהוא יכול קירור פי 40 מהליום נוזלי וגדול פי 3 מזה של מימן נוזלי.
הליום משמש כמרכיב של גזים נושמים להחלפת חנקן, הודות לו מסיסות נמוכה בנוזלים, במיוחד בשומנים. גזים נספגים בדם וברקמות הגוף כאשר יש לחץ, כגון צלילה, המייצרת אפקט הרדמה הנקרא מחלת עומק. בשל מסיסותו הנמוכה, מעט הליום נכנס לקרומי התאים, מה שעוזר לבלום את האפקט הנרקוטי.
בשל בעירותו וקלילותו הנמוכה, ואחרי אסון הינדנבורג בשנת 1937, החליף הליום את המימן בייצור דלק, למרות אובדן ציפה של 8,6%
גזים אלה משמשים בתאורה בשל מוליכותם. בייצור נורות ליבון משתמשים בתערובת של ארגון וחנקן למילוין. קריפטון משמש נורות ביצועים גבוהיםכגון מנורות הלוגן, שטמפרטורת צבע גבוהה יותר ויעילות גבוהה יותר.
קסנון משמש בדרך כלל בפנסי קסנון, אשר על ידי השגת ספקטרום אור הדומה לאור יום משמשים מקרני סרטים כמו גם פנסי רכב.
ברפואה, הליום משמש לשיפור קלות הנשימה בקרב חולי אסטמה. ניתן להשתמש בקסנון כחומר הרדמה בשל המסיסות הגבוהה שלו בשומנים, מה שהופך אותו ליעיל יותר מתחמוצת החנקן הרגילה, ומכיוון שהוא מסולק בקלות על ידי הגוף, הוא מאפשר התאוששות מהירה יותר.
ללכידת תמונות המתבצעת באמצעות תהודה מגנטית גרעינית יש קסנון בשילוב עם גזים אחרים. Radon, שהוא מאוד רדיואקטיבי וזמין רק בכמויות זעירות, משמש לטיפול בקרינה.
ייצור ושפע
השפע והקלות שבהם ניתן להשיג גזים אצילים הם ביחס הפוך למספרם האטומי. לכן, שפע הגזים הללו פוחת ככל שמספרם האטומי גדל.
בעולם, הליום הוא האלמנט השני הכי קל להשיג, לאחר מימן, עם אחוז מסה של כ- 24%. מרבית כמות ההליום ביקום נוצרה על ידי נוקלאוזינתזה קדמונית, אך כמותה הולכת וגוברת בזכות השתתפות המימן בנוקליאו-סינתזה הכוכבית (תהליך המתעורר על ידי תגובות גרעיניות במהלך התהליך האבולוציוני של כוכבים).
שאר הגזים אינם כמעט שופעים או פשוטים להשגה. ראדון, למשל, יכול להיות צורה בליטאוספירה דרך ריקבון האלפא של הרדיום; בינתיים הוא קסנון פיתח תיאוריה המכונה "תורת הזנון החסרה" בגלל הכמות הנמוכה יחסית באטמוספירה.
בואו נדבר קצת על כל אחד
- הליו: בשל הבעירות הנמוכה שלו ומכיוון שהוא היסוד השני הקל ביותר להשגה, הוא הצליח להחליף מימן כאלמנט הפוטנציאלי למילוי בלונים וצפלינים, מכיוון שהם אינם מתפוצצים כאשר הם באים במגע עם האש
- נֵאוֹן: גז זה, בשל פלואורסצנטיות שלו וגוונו האדום-כתום המתקבל בבואו במגע עם חשמל, משמש לצרכים פרסומיים. נמצא בקלות באורות ניאון. אתה יכול גם להשיג צינורות ומנורות ניאון בעלי צבעים אחרים, אם כי בפועל יש בהם גזים אחרים.
- אַרגוֹן: משתמשים בגז זה במנורות ליבון מכיוון שהוא אינו מגיב עם הנימה בתנאים גבוהים של טמפרטורה ולחץ. בצינורות פלורסנט הוא יוצר צבע כחול-ירוק. הוא משמש גם בתחום התעשייתי כדי למנוע תגובות כימיות לא רצויות.
- קריפטון: משתמשים בו יחד עם גזים אחרים ביצירת וייצור מנורות תאורת שדה תעופה, בגלל עוצמת הנורות האדומות הנפלטות; יכול לשמש גם במקרני קולנוע. השימוש בקריפטון שימושי גם בניתוחי רשתית לייזר.
- קסנון: השימוש העיקרי בקסנון הוא פיתוח של פולטי אור בעלי מאפיינים חיידקיים; צינורות זוהרים, הבזקי צילום, וגם בצינורות פלורסנט בעלי יכולת לרגש את לייזר האודם.
- ראדון: גז זה נוצר על ידי ריקבון אורניום רדיואקטיבי לרדיו. בגלל זה ומכיוון שהוא מאוד רדיואקטיבי, יש לו מעט מאוד יישומים בחיי היומיום.
להרהר
למרות שהם מורכבים מעט קשה להשיג במצב הטבעי (למעט אולי הליום) ומכיוון שהם מייצרים או מאפשרים איתם מעט תגובות, גזים אצילים הם תרכובות חשובות שאנו יכולים לראות ואף להשתמש בהן על בסיס יומי.
אולי השימושים בהם מוגבלים לתחומים ספציפיים, אך אין זה אומר שהם חסרי תועלת לחלוטין. החל מהדלקת בתינו בנורות ובמנורות, וכלה בשמירת המזון בשימוש במקררים ועד להציל חיים כאשר משתמשים בהם ברפואהגזים אלה, טבעיים או סינתטיים, עדיין לא הראו את כל מה שהם יכולים לעשות עבורנו. וזה בטוח שככל שמתקדמים במחקר השימוש בו יהיה גדול בהרבה.
מה היכולת ליינן?
והשבריריות שלו