Studieproces van edelgassen en hun rol in industrieën

Binnen de chemie zijn er talloze elementen die al dan niet met elkaar verband houden. Er zijn metalen, niet-metalen, lanthaniden en actiniden, overgangsmetalen en aardalkalimetalen; en natuurlijk hebben we een van de chemische elementen Aan wie we weinig aandacht hebben besteed tijdens scheikundelessen, en veel minder als het gaat om verder gaan met ons leven. Ik heb het natuurlijk over edelgassen.

Deze elementen die, omdat ze zo zeldzaam zijn in het milieu, we niet te veel kunnen analyseren. Hier leren we over de geschiedenis van edelgassen, hun toepassingen en eigenschappen, evenals andere curiositeiten. Blijf hier en leer de coolste dingen over edelgassen.

Laten we de gassen leren kennen

Ze zijn een groep chemische verbindingen met eigenschappen die sterk op elkaar lijken. Onder normale omstandigheden zijn het bijvoorbeeld kleurloze, reukloze, mono-atomaire gassen en hebben ze een zeer lage chemische reactiviteit. Deze bevinden zich in groep nummer 18 van het periodiek systeem en staan ​​bekend als: Helium, neon, Xenon, Argon, Krypton, de radioactieve: Radon en de synthetische: Oganeson.

De eigenschappen ervan kunnen worden verklaard door bestaande moderne theorieën over atomaire structuur. Hun schil van valent elektronen wordt als compleet beschouwd, waardoor ze een beperkte neiging hebben om deel te nemen aan chemische reacties, en dit is een van de redenen waarom ze slecht worden begrepen. In feite zijn er tot op heden zeer weinig edelgasverbindingen bereid.

Waar halen we de edelgassen?

We halen neon, argon, xenon en krypton uit de lucht met behulp van gefractioneerde destillatie- en liquefactiemethoden. Helium komt voor in aardgas, waar het normaal gesproken gescheiden zou moeten zijn. En radon wordt verkregen door het radioactief verval van verbindingen die zijn opgelost in radium.

En Oganeson is een synthetisch element dat in 2002 is gemaakt en in 2016 zijn IUPAC-nomenclatuur heeft gekregen. Het staat erom bekend dat het zowel behoorlijk reactief als onstabiel is, dus er is niet veel werk mee gedaan.

Deze gassen hebben zeer belangrijke toepassingen gehad op het gebied van verlichting, lassen en ruimteverkenning. Trimix, een oplossing van helium-zuurstof-stikstof, wordt gebruikt om duikers niet te laten lijden onder het verdovende effect van stikstof in de diepte. Bovendien, na het kennen van de ontvlambaarheidsgevaren van waterstof, dit werd vervangen door helium bij het maken van luchtschepen en heteluchtballonnen.

Eigenschappen van deze gassen

Edelgassen ontlenen hun naam aan de vertaling uit het Duits edelgas, naam die in 1898 voor het eerst werd gebruikt door de chemicus Hugo Erdman. Met deze naam geprobeerd te verwijzen naar de lage reactiviteitssnelheid van deze elementen. In feite zijn dit de minst reactieve elementen die bekend zijn, zo erg zelfs dat ze praktisch inert of niet-reactief zijn.

Dit komt omdat ze een volledige valentieschil hebben waardoor ze een laag vermogen hebben om elektronen af ​​te geven en hun gedrag dicht bij dat van een ideaal gas ligt.

Over het algemeen hebben edelgassen verschillende eigenschappen.

• Het zijn niet-metalen elementen: Omdat het gassen zijn, heeft het geen metaaldeeltjes in zijn conformatie. Tegelijkertijd kunnen ze niet reageren met andere metalen.
• Ze zijn kleurloos en reukloos: hoewel ze kunnen worden gegeven kleuren aan bollen en lampen die door middel van deze gassen worden gemaakt met behulp van elektriciteit, zijn oorspronkelijk kleurloos en reukloos.
• Ze hebben een volledige valentie-laag: Neon, xenon, argon, krypton en radon hebben acht elektronen in hun laatste schil. Helium van zijn kant heeft twee elektronen. Op deze manier hebben edelgassen een volledige valentieschil. Daarom vormen deze elementen onder normale omstandigheden geen koppelingen.
• Ze bestaan ​​als mono-atomaire gassen: Zoals begrepen hebben deze elementen, zelfs de grootste atomair, slechts één atoom.

• Ze zijn praktisch niet reactief: Vanwege hun volledige valentie en hun moeilijkheid om elektronen af ​​te leveren, worden ze als praktisch inert beschouwd.

• Ze geleiden elektriciteit en produceren fluorescentie: Hoewel ze erg laag zijn, zijn deze gassen in staat elektriciteit te geleiden, en daardoor gloeien ze fosforescerend.

• Ze hebben een laag smelt- en kookpuntDeze edelgassen hebben zeer lage smelt- en kookpunten.

• Ze hebben een zeer lage elektronegativiteit: deze elementen zijn erg laag elektronegatief

• Ze hebben een hoge ionisatie-energie: Je ionisatie-energie is eigenlijk de hoogste tijdens je menstruatie.
• Ze zijn niet brandbaar: Zelfs vanwege de brandbare beker waterstof werd het vervangen door helium bij de fabricage van luchtschepen en ballonnen.

Net als bij reactiviteit zijn hun interatomaire krachten ook erg zwak, daarom hebben ze lage smelt- en kooktemperaturen, en het zijn allemaal mono-atomaire gassen onder normale omstandigheden, inclusief gassen met een hogere atomaire massa.

Helium heeft veel eigenschappen die geen enkel ander edelgas of enig ander element op het periodiek systeem heeft. Zijn smeltpunt is het laagste in alle bekende, behalve dat het het enige element is dat een staat van superfluïditeit bezit; een toestand waarin materie zich in een vloeibare toestand bevindt, maar kan draaien zonder kinetische energie te verliezen. Helium heeft een druk van 25atm en een temperatuur van -272ºC nodig om te kunnen stollen.

Hun volledige valentieschil is er ook voor verantwoordelijk dat deze gassen een hoge ionisatiecapaciteit hebben (de hoogste in het periodiek systeem). en kan niet gemakkelijk ionen vormen, wat zijn stabiliteit toont in zijn elektronische configuratie.

De ionisatie-energie neemt af naarmate de groep kleiner wordt, aangezien de atoomradius toeneemt en de valentie-elektronen verder van de kern verwijderd zijn en er daardoor minder toe aangetrokken worden. Dit zorgt ervoor dat, hoewel de periode de hoogste is, sommige edelgassen hebben een vergelijkbare ionisatie-energie aan die van andere elementen. De ionisatie-energie van xenon is bijvoorbeeld vergelijkbaar met de ionisatie-energie van zuurstof.

Maakt gebruik van deze gassen

Door zulke lage kook- en smeltpunten te hebben, ze zijn vooral nuttig bij de fabricage van koelapparatuur, en maakt ze ook bruikbaar als cryogene koelmiddelen.

Vloeibaar helium, dat kookt bij 4,2 K (-268,93 ºC), wordt gebruikt bij de vervaardiging van supergeleidende magneten, zoals die worden gebruikt voor beeldvorming met magnetische resonantie en nucleaire magnetische resonantie.

Vloeibaar neon bereikt, hoewel het niet de lage temperaturen van vloeibaar helium bereikt, meer toepassingen in de cryogene techniek, omdat het de capaciteit heeft om 40 keer meer koeling dan vloeibaar helium en 3 keer groter dan die van vloeibare waterstof.

Helium wordt gebruikt als een component van ademende gassen om stikstof te vervangen, dankzij zijn lage oplosbaarheid in vloeistoffen, vooral in lipiden. Gassen worden geabsorbeerd in het bloed en lichaamsweefsel als er druk is, zoals bij duiken, wat een verdovend effect teweegbrengt dat diepteziekte wordt genoemd. Door zijn lage oplosbaarheid dringt weinig helium de celmembranen binnen, wat het verdovende effect helpt afremmen.

Vanwege zijn lage brandbaarheid en lichtheid, en na de Hindenburg-ramp van 1937, verving helium waterstof bij de productie van brandstof, zelfs ondanks een verlies aan drijfvermogen van 8,6%

Deze gassen worden gebruikt bij verlichting vanwege hun geleidbaarheid. Bij de vervaardiging van gloeilampen wordt een mengsel van argon en stikstof gebruikt om ze te vullen. Krypton gebruikt in hoogwaardige lampenzoals halogeenlampen, die een hogere kleurtemperatuur en een hoger rendement hebben.

Xenon wordt veel gebruikt in xenonkoplampen, die, door een lichtspectrum te bereiken dat vergelijkbaar is met daglicht, zowel in filmprojectoren als in autokoplampen wordt gebruikt.

In de geneeskunde wordt helium gebruikt om het ademhalen bij astmapatiënten te verbeteren. Xenon kan als verdovingsmiddel worden gebruikt Vanwege zijn hoge oplosbaarheid in lipiden, waardoor het effectiever is dan het gebruikelijke lachgas, en omdat het gemakkelijk door het lichaam wordt geëlimineerd, zorgt het voor een sneller herstel.

De opname van beelden die wordt uitgevoerd door middel van nucleaire magnetische resonantie, heeft xenon gecombineerd met andere gassen. Radon, dat zeer radioactief is en alleen in sporenhoeveelheden beschikbaar is, wordt gebruikt bij radiotherapie.

Productie en overvloed

De overvloed en het gemak waarmee edelgassen kunnen worden verkregen, zijn omgekeerd evenredig met hun atoomnummer. Daarom neemt de overvloed van deze gassen af ​​naarmate hun atoomnummer toeneemt.

In het universum, helium is het op een na gemakkelijkste element om te krijgen, na waterstof, met een massapercentage van ongeveer 24%. Het grootste deel van de hoeveelheid helium in het universum werd gevormd door primordiale nucleosynthese, maar de hoeveelheid neemt toe dankzij de deelname van waterstof aan de nucleosynthese van sterren (een proces dat ontstaat door kernreacties tijdens het evolutieproces van sterren).

De rest van de gassen is lang niet zo overvloedig of eenvoudig te verkrijgen. Radon kan bijvoorbeeld zijn vorm in de lithosfeer door het alfa-verval van radium; Ondertussen heeft hij xenon heeft een theorie ontwikkeld die bekend staat als de "ontbrekende xenontheorie" vanwege het relatief lage gehalte in de atmosfeer.

Laten we het over elk hebben

• Helio: Vanwege de lage brandbaarheid en omdat het het op een na gemakkelijkste element is om te verkrijgen, heeft het waterstof kunnen vervangen als potentieel element om ballonnen en zeppelins te vullen, aangezien ze niet exploderen wanneer ze in contact komen met vuur.
• Neon: Dit gas wordt, vanwege zijn fluorescentie en zijn roodoranje tint die wordt verkregen wanneer het in contact komt met elektriciteit, gebruikt voor reclamedoeleinden. Gemakkelijk te vinden in neonlichten. Je kunt ook neonbuizen en lampen krijgen die andere kleuren hebben, hoewel ze eigenlijk andere gassen bevatten.
• Argon: Dit gas wordt gebruikt in gloeilampen omdat het niet reageert met de gloeidraad onder hoge temperatuur- en drukomstandigheden. In tl-buizen genereert het een groenblauwe kleur. Het wordt ook op industrieel gebied gebruikt om ongewenste chemische reacties te voorkomen.
• Krypton: Het wordt samen met andere gassen gebruikt bij het maken en vervaardigen van lampen luchthavenverlichting, vanwege de intensiteit van de uitgestraalde rode lichten; het kan ook worden gebruikt in bioscoopprojectoren. Het gebruik van krypton is ook nuttig bij laser retinale chirurgie.
• Xenon: het belangrijkste gebruik van xenon is de uitwerking van lichtemitters met bacteriedodende eigenschappen; lichtgevende buizen, fotografische flitsers, en ook in fluorescentielampen met het vermogen om de robijnrode laser te exciteren.
• Radon: Dit gas wordt gegenereerd door het radioactieve verval van uranium naar radio. Hierdoor en omdat het erg radioactief is, heeft het weinig toepassingen in het dagelijks leven.

Reflecteren 

Hoewel ze enigszins zijn samengesteld moeilijk te verkrijgen in de natuurlijke staat (behalve misschien voor helium), en omdat ze er vrij weinig reacties mee opwekken of toelaten, zijn edelgassen belangrijke verbindingen die we kunnen zien en zelfs dagelijks kunnen gebruiken.

Misschien is hun gebruik beperkt tot specifieke velden, maar dat betekent niet dat ze volkomen nutteloos zijn. Van het verlichten van onze huizen met gloeilampen en lampen, tot het bewaren van ons voedsel voor gebruik in koelkasten, tot levens redden bij gebruik in de geneeskundeDeze gassen, natuurlijk of synthetisch, hebben nog niet laten zien wat ze voor ons kunnen doen. En het is zeker dat naarmate het onderzoek vordert, het gebruik ervan veel groter zal zijn.