Proses kajian gas mulia dan peranannya dalam industri

Dalam kimia, terdapat banyak unsur yang mungkin saling berkaitan atau mungkin tidak berkaitan antara satu sama lain. Terdapat logam, bukan logam, lantanida dan aktinida, logam peralihan dan bumi beralkali; dan sudah tentu kita ada salah satu unsur kimia Kepada siapa kita tidak banyak memberi perhatian semasa kelas kimia, dan lebih kurang lagi ketika kita meneruskan kehidupan kita. Saya bercakap, tentu saja, mengenai gas mulia.

Unsur-unsur ini yang, begitu jarang berlaku di persekitaran, kita tidak dapat menganalisis terlalu banyak. Di sini kita akan belajar tentang sejarah gas mulia, kegunaan dan sifatnya, serta rasa ingin tahu yang lain. Tinggal di sini dan pelajari perkara paling menarik mengenai gas mulia.

Mari kenali gasnya

Mereka adalah sekumpulan sebatian kimia dengan sifat yang sangat serupa antara satu sama lain. Sebagai contoh, dalam keadaan normal gas tidak berwarna, tidak berbau, monatom, dan mempunyai kereaktifan kimia yang sangat rendah. Ini terletak dalam kumpulan nombor 18 jadual berkala, dan dikenali sebagai: Helium, neon, Xenon, Argon, Krypton, radioaktif: Radon, dan sintetik: Oganeson.

Sifatnya dapat dijelaskan oleh teori moden yang ada mengenai struktur atom. Cengkerang elektron valentinya dianggap lengkap, yang memberi mereka kecenderungan terhad untuk berpartisipasi dalam reaksi kimia, dan merupakan salah satu sebab mengapa mereka kurang difahami. Sebenarnya, sebilangan kecil sebatian gas mulia telah disediakan hingga hari ini.

Di mana kita memperoleh gas mulia?

Kami mendapat neon, argon, xenon dan krypton dari udara menggunakan kaedah penyulingan pecahan dan pencairan. Helium terdapat dalam gas asli, di mana ia biasanya dipisahkan. Dan radon diperoleh melalui peluruhan radioaktif sebatian yang dilarutkan dalam radium.

Dan Oganeson adalah unsur sintetik yang diciptakan pada tahun 2002, dan yang memperoleh nomenklatur IUPAC pada tahun 2016. Ia terkenal kerana cukup reaktif dan tidak stabil, jadi tidak banyak pekerjaan yang dilakukan dengannya.

Gas ini mempunyai kegunaan yang sangat penting dalam bidang pencahayaan, pengelasan dan penerokaan ruang. Trimix, yang merupakan larutan helium-oksigen-nitrogen, digunakan agar penyelam tidak mengalami kesan narkotik nitrogen di kedalaman. Apa lagi, setelah mengetahui bahaya mudah terbakar hidrogen, ini digantikan oleh helium dalam pembuatan kapal udara dan belon udara panas.

Sifat-sifat gas ini

Gas mulia mendapat namanya dari terjemahan dari bahasa Jerman edelgas, nama digunakan untuk pertama kalinya pada tahun 1898 oleh ahli kimia Hugo Erdman. Dengan nama ini berusaha merujuk kepada kadar kereaktifan yang rendah unsur-unsur ini. Sebenarnya, ini adalah unsur-unsur yang paling tidak reaktif yang diketahui, sehinggakan unsur-unsur ini tidak aktif atau tidak reaktif.

Ini kerana mereka mempunyai shell valensi lengkap yang membuat mereka berkapasiti rendah untuk melepaskan elektron dan membuat tingkah laku mereka hampir dengan gas ideal.

Secara amnya, gas mulia mempunyai sifat yang berbeza.

• Mereka adalah unsur bukan logam: Sebagai gas, ia tidak mempunyai zarah logam yang sesuai. Pada masa yang sama mereka tidak mampu bertindak balas dengan logam lain.
• Mereka tidak berwarna dan tidak berbau: walaupun mereka boleh diberikan warna ke mentol dan lampu dihasilkan oleh gas-gas ini dengan menggunakan elektrik, ia pada asalnya tidak berwarna, dan tidak berbau.
• Mereka mempunyai lapisan valensi penuh: Neon, xenon, argon, krypton, dan radon mempunyai lapan elektron di cangkerang terakhir mereka. Untuk bahagiannya, helium mempunyai dua elektron. Dengan cara ini, gas mulia mempunyai cengkerang valensi yang lengkap. Itulah sebabnya, dalam keadaan biasa, unsur-unsur ini tidak membentuk pautan.
• Mereka wujud sebagai gas monatom: Seperti yang difahami, unsur-unsur ini, bahkan yang terbesar secara atomik, hanya mempunyai satu atom.

• Mereka praktikal tidak reaktif: Oleh kerana kekuatan penuh mereka dan kesukaran untuk menghantar elektron, mereka dianggap praktikal lengai.

• Mereka mengalirkan elektrik dan menghasilkan pendarfluor: Walaupun sangat rendah, gas-gas ini mampu mengalirkan elektrik, dan dengan demikian mereka menyala secara fosfor.

• Mereka mempunyai takat lebur dan didih yang rendahGas mulia ini mempunyai lebur dan takat didih yang sangat rendah.

• Mereka mempunyai elektronegativiti yang sangat rendah: unsur-unsur ini sangat rendah elektronegatif

• Mereka mempunyai tenaga pengionan yang tinggi: Tenaga pengionan anda sebenarnya paling tinggi dalam tempoh anda.
• Mereka tidak mudah terbakar: Walaupun cawan hidrogen yang mudah terbakar, ia digantikan oleh helium dalam pembuatan kapal udara dan belon.

Seperti kereaktifan, daya interatomiknya juga sangat lemah, itulah sebabnya mereka mempunyai suhu lebur dan didih yang rendah, dan semuanya gas monatom dalam keadaan normal, termasuk gas dengan jisim atom yang lebih tinggi.

Helium mempunyai banyak sifat yang tidak ada gas mulia atau unsur lain pada jadual berkala. Dia takat lebur adalah yang paling rendah dalam semua yang diketahui, selain menjadi satu-satunya elemen yang mempunyai keadaan kelembapan; keadaan di mana jirim berada dalam keadaan cair, tetapi boleh berjalan tanpa kehilangan tenaga kinetik. Helium memerlukan tekanan 25atm dan suhu -272ºC untuk dapat memejalkan.

Cengkerang valensi penuh mereka juga bertanggungjawab untuk gas-gas ini mempunyai kapasiti pengionan yang tinggi (tertinggi dalam jadual berkala). dan tidak dapat membentuk ion dengan mudah, yang menunjukkan kestabilannya dalam konfigurasi elektroniknya.

Tenaga pengionan berkurang apabila kumpulan berkurang, kerana radius atom meningkat dan elektron valens semakin jauh dari nukleus dan oleh itu kurang tertarik kepadanya. Ini menyebabkan bahawa, walaupun tempohnya paling tinggi, beberapa gas mulia mempunyai tenaga pengionan yang setanding dengan unsur-unsur lain. Sebagai contoh, tenaga pengionan xenon setanding dengan tenaga pengionan oksigen.

Penggunaan gas-gas ini

Dengan mempunyai titik didih dan lebur yang rendah, ia sangat berguna dalam pembuatan peralatan penyejukan, dan menjadikannya berguna sebagai penyejuk kriogenik juga.

Helium cair, yang mendidih pada 4,2K (-268,93ºC) digunakan dalam pembuatan magnet superkonduktor, seperti yang digunakan untuk pencitraan resonans magnetik dan resonans magnetik nuklear.

Neon cair, walaupun tidak mencapai suhu rendah helium cair, memiliki lebih banyak aplikasi dalam kriogenik, karena memiliki kapasitas untuk 40 kali lebih sejuk daripada helium cair dan 3 kali lebih besar daripada hidrogen cair.

Helium digunakan sebagai komponen gas bernafas untuk menggantikan nitrogen kelarutan rendah dalam cecair, terutamanya pada lipid. Gas diserap ke dalam darah dan tisu badan ketika ada tekanan, seperti selam skuba, yang menghasilkan kesan anestetik yang disebut penyakit kedalaman. Kerana kelarutannya yang rendah, helium kecil memasuki membran sel, yang membantu mengekang kesan narkotik.

Kerana mudah terbakar dan ringan, dan setelah bencana Hindenburg pada tahun 1937, helium menggantikan hidrogen dalam pembuatan bahan bakar, walaupun kehilangan daya apung sebanyak 8,6%

Gas ini digunakan dalam pencahayaan kerana kekonduksiannya. Dalam pembuatan mentol pijar campuran argon dan nitrogen digunakan untuk mengisinya. Krypton digunakan dalam mentol berprestasi tinggiseperti lampu halogen, yang mempunyai suhu warna yang lebih tinggi dan keberkesanan yang lebih tinggi.

Xenon biasanya digunakan dalam lampu depan xenon, yang, dengan mencapai spektrum cahaya yang serupa dengan cahaya siang hari, digunakan pada proyektor film dan juga lampu depan mobil.

Dalam perubatan, helium digunakan untuk meningkatkan kemudahan bernafas pada pesakit asma. Xenon boleh digunakan sebagai ubat bius Kerana kelarutannya yang tinggi dalam lipid, yang menjadikannya lebih berkesan daripada nitrat oksida biasa, dan kerana ia mudah dihilangkan oleh badan, ia memungkinkan pemulihan lebih cepat.

Pemerolehan gambar yang dilakukan melalui resonans magnetik nuklear, mempunyai xenon yang digabungkan dengan gas lain. Radon, yang sangat radioaktif dan hanya tersedia dalam jumlah jejak, digunakan dalam rawatan terapi radiasi.

Pengeluaran dan banyaknya

Kelimpahan dan kemudahan yang dapat diperoleh gas mulia adalah berkadar terbalik dengan bilangan atomnya. Oleh itu, kelimpahan gas ini berkurang apabila bilangan atomnya bertambah.

Di alam semesta, helium adalah elemen termudah kedua untuk mendapatkan, selepas hidrogen, dengan peratusan jisim kira-kira 24%. Sebilangan besar jumlah helium di alam semesta dibentuk oleh nukleosintesis primordial, tetapi jumlahnya meningkat berkat penyertaan hidrogen dalam nukleosintesis bintang (proses yang timbul oleh reaksi nuklear semasa proses evolusi bintang).

Gas selebihnya tidak banyak atau mudah didapati. Radon, misalnya, boleh bentuk dalam litosfera melalui pereputan alpha radium; Sementara itu dia xenon telah mengembangkan teori yang dikenali sebagai "teori xenon yang hilang" kerana jumlah atmosfera yang agak rendah.

Mari kita bercakap sedikit mengenai masing-masing

• Helio: Kerana mudah terbakar yang rendah, dan kerana merupakan elemen termudah kedua, ia dapat menggantikan hidrogen sebagai elemen berpotensi untuk mengisi belon dan zeppelin, kerana ia tidak meletup ketika mereka bersentuhan dengan api.
• Neon: Gas ini, kerana pendarfluor dan rona merah-jingga yang diperoleh ketika bersentuhan dengan elektrik, digunakan untuk tujuan pengiklanan. Mudah dijumpai di lampu neon. Anda juga boleh mendapatkan tiub neon dan lampu yang mempunyai warna lain, walaupun sebenarnya terdapat gas lain di dalamnya.
• Hujah: Gas ini digunakan dalam lampu pijar kerana tidak bertindak balas dengan filamen dalam keadaan suhu dan tekanan tinggi. Dalam tabung pendarfluor menghasilkan warna hijau-biru. Ia juga digunakan di bidang industri untuk mengelakkan reaksi kimia yang tidak diingini.
• Krypton: Ia digunakan bersama dengan gas lain dalam pembuatan dan pembuatan lampu pencahayaan lapangan terbang, kerana intensiti lampu merah yang dipancarkan; ia juga boleh digunakan dalam projektor pawagam. Penggunaan krypton juga berguna dalam pembedahan retina laser.
• Xenon: penggunaan utama Xenon adalah penjelasan pemancar cahaya dengan ciri bakteria; tiub bercahaya, kilatan fotografi, dan juga dalam tabung pendarfluor dengan kemampuan untuk membangkitkan laser ruby.
• Radon: Gas ini dihasilkan oleh kerosakan radioaktif uranium ke radio. Kerana ini dan kerana sangat radioaktif, aplikasi ini sangat sedikit dalam kehidupan seharian.

Untuk merenung 

Walaupun mereka disusun agak sukar diperoleh dalam keadaan semula jadi (kecuali mungkin untuk helium), dan kerana ia menghasilkan atau membenarkan sedikit reaksi dengannya, gas mulia adalah sebatian penting yang dapat kita lihat, dan bahkan digunakan setiap hari.

Mungkin penggunaannya terbatas pada bidang tertentu, tetapi itu tidak bermakna bahawa mereka tidak berguna sepenuhnya. Dari menyalakan rumah kita dengan lampu dan lampu, hingga menjaga makanan kita ketika digunakan di dalam peti sejuk, hingga menyelamatkan nyawa semasa digunakan dalam perubatanGas-gas ini, semula jadi atau sintetik, belum menunjukkan semua yang boleh mereka lakukan untuk kita. Dan sudah pasti bahawa, ketika penyelidikan berjalan, penggunaannya akan jauh lebih besar.