Cēlgāzu izpētes process un tā nozīme nozarēs

Ķīmijas ietvaros ir neskaitāmi elementi, kas var būt savstarpēji saistīti vai nebūt saistīti. Ir metāli, nemetāli, lantanīdi un aktinīdi, pārejas metāli un sārmu zemes; un, protams, mums ir viens no ķīmiskajiem elementiem Kam mēs esam pievērsuši maz uzmanības ķīmijas stundās, un daudz mazāk, kad ir jāturpina mūsu dzīve. Es, protams, runāju par cēlām gāzēm.

Šos elementus, kas ir tik reti sastopami vidē, mēs nevaram analizēt pārāk daudz. Šeit mēs uzzināsim par cēlgāzu vēsturi, to lietošanu un īpašībām, kā arī citiem kurioziem jautājumiem. Palieciet šeit un uzziniet foršākās lietas par cēlgāzēm.

Iepazīsim gāzes

Tie ir ķīmisko savienojumu grupa, kurai ir ļoti līdzīgas īpašības. Piemēram, normālos apstākļos tās ir bezkrāsainas, bez smaržas monatomiskas gāzes un tām ir ļoti zema ķīmiskā reaktivitāte. Tie atrodas periodiskās tabulas 18. grupā un ir pazīstami kā: Hēlijs, neons, ksenons, argons, kriptons, radioaktīvais: radons un sintētiskais: Oganesons.

Tās īpašības ir izskaidrojamas ar esošajām mūsdienu teorijām par atomu struktūru. Viņu valento elektronu apvalks tiek uzskatīts par pilnīgu, kas viņiem dod ierobežotu tieksmi piedalīties ķīmiskās reakcijās, un tas ir viens no iemesliem, kāpēc viņi ir slikti izprasti. Patiesībā līdz šai dienai ir sagatavoti ļoti maz cēlgāzes savienojumu.

Kur mēs iegūstam cēlās gāzes?

Izmantojot frakcionētās destilācijas un sašķidrināšanas metodes, mēs no gaisa iegūstam neonu, argonu, ksenonu un kriptonu. Hēlijs ir atrodams dabasgāzē, kur to parasti vajadzētu atdalīt. Radonu iegūst, radioaktīvi sadaloties savienojumos, kas izšķīdināti radijā.

Un Oganesons ir sintētisks elements, kas izveidots 2002. gadā un IUPAC nomenklatūru ieguva 2016. gadā. Ir zināms, ka tas ir diezgan reaģējošs, kā arī nestabils, tāpēc ar to nav paveikts daudz.

Šīs gāzes ir izmantojušas ļoti nozīmīgi apgaismojuma, metināšanas un kosmosa izpētes jomā. Trimix, kas ir hēlija-skābekļa-slāpekļa šķīdums, tiek izmantots, lai ūdenslīdēji dziļumā neciestu slāpekļa narkotisko iedarbību. Kas vēl, pēc ūdeņraža uzliesmošanas bīstamības zināšanas, dirižabļu un gaisa balonu izveidē to aizstāja ar hēliju.

Šo gāzu īpašības

Cēlās gāzes savu vārdu iegūst no tulkojuma no vācu valodas edelgas, vārdu pirmo reizi 1898. gadā izmantoja ķīmiķis Hugo Erdmans. Ar šo vārdu centās atsaukties uz zemo reaktivitātes līmeni no šiem elementiem. Faktiski šie ir vismazāk zināmie reaktīvie elementi, tik daudz, ka tie ir praktiski inerti vai nereaģējoši.

Tas ir tāpēc, ka tiem ir pilnīgs valences apvalks, kas atstāj viņiem mazu spēju atbrīvot elektronus un padara viņu uzvedību tuvu ideālas gāzes uzvedībai.

Kopumā cēlgāzēm ir dažādas īpašības.

• Tie ir nemetāliski elementi: Tā kā gāzes, tās konformācijā nav metāla daļiņu. Tajā pašā laikā tie nespēj reaģēt ar citiem metāliem.
• Tie ir bezkrāsaini un bez smaržas: lai arī tos var dot krāsas spuldzēm un lampām ko rada šīs gāzes, izmantojot elektrību, tās sākotnēji ir bezkrāsainas un bez smaržas.
• Viņiem ir pilns valences slānis: Neona, ksenona, argona, kriptona un radona pēdējā apvalkā ir astoņi elektroni. Savukārt hēlijam ir divi elektroni. Tādā veidā cēlgāzēm ir pilnīgs valences apvalks. Tāpēc parastos apstākļos šie elementi neveido saites.
• Tās pastāv kā monatomiskas gāzes: Kā noprotams, šiem elementiem, pat atomiski lielākajiem, ir tikai viens atoms.

• Tie praktiski nav reaktīvi: Pilnas valences dēļ un ar grūtībām piegādāt elektronus tos uzskata par praktiski inertiem.

• Viņi vada elektrību un rada fluorescenciLai arī šīs gāzes ir ļoti zemas, tās spēj vadīt elektrību, un, to darot, tās spīd fosforestiski.

• Viņiem ir zema kušanas un viršanas temperatūraŠīm cēlgāzēm ir ļoti zema kušanas un viršanas temperatūra.

• Viņiem ir ļoti zema elektronegativitāte: šie elementi ir ļoti zemi elektronegatīvi

• Viņiem ir augsta jonizācijas enerģija: Jūsu jonizācijas enerģija faktiski ir visaugstākā jūsu periodā.
• Tie nav viegli uzliesmojoši: Pat viegli uzliesmojoša ūdeņraža kausa dēļ dirižabļu un balonu ražošanā to aizstāja ar hēliju.

Tāpat kā reaktivitātes gadījumā, arī to starpatomu spēki ir ļoti vāji, tāpēc tiem ir zema kušanas un viršanas temperatūra, un tie visi ir monatomiskas gāzes normālos apstākļos, ieskaitot gāzes ar lielāku atomu masu.

Hēlijam ir daudz īpašību, kas nav nevienai citai cēlgāzei vai jebkuram citam periodiskās tabulas elementam. Viņa kušanas temperatūra ir viszemākā visos zināmajos, turklāt tas ir vienīgais elements, kam pieder pārplūstamības stāvoklis; stāvoklis, kurā matērija atrodas šķidrā stāvoklī, bet var darboties, nezaudējot kinētisko enerģiju. Lai sacietētu, hēlijam nepieciešams 25atm spiediens un -272ºC temperatūra.

Viņu pilna valences apvalks ir atbildīgs arī par to, lai šīm gāzēm būtu augsta jonizācijas spēja (visaugstākā periodiskajā tabulā). un nevar viegli veidot jonus, kas parāda tā stabilitāti elektroniskajā konfigurācijā.

Jonizācijas enerģija samazinās, samazinoties grupai, jo atoma rādiuss palielinās un valences elektroni atrodas tālāk no kodola un tāpēc to mazāk piesaista. Tas izraisa to, ka, kaut arī tā periods ir visaugstākais, dažām cēlgāzēm ir salīdzināma jonizācijas enerģija citiem elementiem. Piemēram, ksenona jonizācijas enerģija ir salīdzināma ar skābekļa jonizācijas enerģiju.

Šo gāzu izmantošana

Tā kā viršanas un kušanas temperatūra ir tik zema, tie ir īpaši noderīgi saldēšanas iekārtu ražošanā, un padara tos noderīgus arī kā kriogēnus dzesētājus.

Šķidro hēliju, kas vārās temperatūrā 4,2 K (-268,93 ° C), izmanto supravadītāju magnētu ražošanā, piemēram, magnētiskās un kodolmagnētiskās rezonanses attēlos.

Šķidrais neons, lai arī tas nesasniedz zemu šķidrā hēlija temperatūru, ir vairāk pielietojams kriogenikā, jo tas spēj 40 reizes vairāk dzesēšanas nekā šķidrais hēlijs un 3 reizes lielāks nekā šķidrā ūdeņraža.

Hēlijs tiek izmantots kā elpojošu gāzu sastāvdaļa, lai aizstātu slāpekli, pateicoties tam zema šķīdība šķidrumos, īpaši lipīdos. Gāzes tiek absorbētas asinīs un ķermeņa audos, ja ir spiediens, piemēram, niršana ar akvalangu, kas rada anestēzijas efektu, ko sauc par dziļuma slimību. Zemas šķīdības dēļ šūnu membrānās nonāk maz hēlija, kas palīdz ierobežot narkotisko efektu.

Zema degtspējas un viegluma dēļ un pēc 1937. gada Hindenburgas katastrofas hēlijs degvielas ražošanā aizstāja ūdeņradi, pat neskatoties uz 8,6% peldspējas zudumu.

Šīs gāzes tiek izmantotas apgaismojumā to vadītspējas dēļ. Kvēlspuldžu ražošanā to piepildīšanai izmanto argona un slāpekļa maisījumu. Kriptons izmanto augstas veiktspējas spuldzēspiemēram, halogēna lampām, kurām ir augstāka krāsu temperatūra un augstāka efektivitāte.

Ksenonu parasti lieto ksenona lukturos, kas, sasniedzot dienasgaismai līdzīgu gaismas spektru, tiek izmantots filmu projektoros, kā arī automašīnu lukturos.

Medicīnā hēliju lieto, lai uzlabotu elpošanas vieglumu astmas slimniekiem. Ksenonu var izmantot kā anestēzijas līdzekli Pateicoties tā augstajai šķīdībai lipīdos, kas padara to efektīvāku nekā parastais slāpekļa oksīds, un, tā kā ķermenis to viegli iznīcina, tas ļauj ātrāk atjaunoties.

Attēlu uztveršanai, ko veic ar kodolmagnētiskās rezonanses palīdzību, ksenons ir apvienots ar citām gāzēm. Radonu, kas ir ļoti radioaktīvs un pieejams tikai nelielos daudzumos, izmanto staru terapijas ārstēšanā.

Ražošana un pārpilnība

Cēlgāzu pārpilnība un vieglums ir apgriezti proporcionāls to atomu skaitam. Tādēļ šo gāzu daudzums samazinās, palielinoties to atomu skaitam.

Visumā, hēlijs ir otrs vieglāk iegūstamais elementspēc ūdeņraža ar masas procentuālo daudzumu aptuveni 24%. Lielāko daļu hēlija daudzuma Visumā veidoja pirmatnējā nukleosintēze, taču tā daudzums palielinās, pateicoties ūdeņraža līdzdalībai zvaigžņu nukleosintēzē (process, kas rodas kodolreakciju laikā zvaigžņu evolūcijas procesā).

Pārējās gāzes nav gandrīz tikpat bagātīgas vai vienkārši iegūstamas. Radons, piemēram, var būt veido litosfērā caur radija alfa sabrukšanu; Tikmēr viņš ksenons ir izstrādājis teoriju, kas pazīstama kā "trūkstošā ksenona teorija" tā relatīvi mazā daudzuma dēļ atmosfērā.

Parunāsim nedaudz par katru

• Helio: Sakarā ar tā zemo degtspēju un tā kā tas ir otrs vieglāk iegūstamais elements, tas ir spējis aizstāt ūdeņradi kā potenciālo elementu balonu un cepelīnu piepildīšanai, jo, saskaroties ar uguni, tie nesprāgst.
• Neona: Šī gāze fluorescences un sarkanoranžā nokrāsas dēļ, kas iegūta, nonākot saskarē ar elektrību, tiek izmantota reklāmas vajadzībām, Viegli atrodams neona gaismās. Jūs varat arī iegūt neona lampas un lampas, kurām ir citas krāsas, lai gan to iekšpusē faktiski ir citas gāzes.
• Argons: Šo gāzi izmanto kvēlspuldzēs, jo tā nereaģē ar kvēldiegu augstas temperatūras un spiediena apstākļos. Fluorescējošās caurulēs tas rada zaļi zilu krāsu. To lieto arī rūpniecības jomā, lai izvairītos no nevēlamām ķīmiskām reakcijām.
• Kriptons: To izmanto kopā ar citām gāzēm, veidojot un ražojot lampas lidostas apgaismojums, pateicoties izstaroto sarkano gaismu intensitātei; to var izmantot arī kino projektoros. Kriptona lietošana ir noderīga arī tīklenes lāzera ķirurģijā.
• Ksenons: galvenais ksenona pielietojums ir gaismas izstarotāju ar baktericīdām īpašībām izstrāde; gaismas caurules, fotografēšanas zibspuldzes un arī dienasgaismas lampās ar spēju uzbudināt rubīna lāzeru.
• Radons: Šo gāzi rada urāna radioaktīvā sabrukšana līdz radio. Tāpēc un tāpēc, ka tas ir ļoti radioaktīvs, to ikdienā izmanto ļoti maz.

Lai apdomātu 

Lai gan tie ir nedaudz sastādīti dabiskā stāvoklī grūti iegūt (izņemot, iespējams, hēliju), un tāpēc, ka tās rada vai pieļauj diezgan maz reakciju ar tām, cēlās gāzes ir svarīgi savienojumi, kurus mēs varam redzēt un pat izmantot ikdienā.

Varbūt to izmantošana ir ierobežota ar noteiktām jomām, taču tas nenozīmē, ka tie ir pilnīgi bezjēdzīgi. Sākot no mūsu māju apgaismošanas ar spuldzēm un lampām, līdz pat pārtikas uzglabāšanai, ja to lieto ledusskapjos, līdz glābt dzīvības, ja to lieto medicīnāŠīs dabiskās vai sintētiskās gāzes vēl nav parādījušas visu, ko tās var darīt mūsu labā. Un ir skaidrs, ka, progresējot pētījumiem, to izmantošana būs daudz lielāka.