Procesul de studiu al gazelor nobile și rolul lor în industrii

În cadrul chimiei, există nenumărate elemente care pot sau nu să fie legate între ele. Există metale, nemetale, lantanide și actinide, metale de tranziție și pământuri alcaline; și bineînțeles că avem unul dintre elementele chimice Cui i-am acordat puțină atenție în timpul orelor de chimie și cu atât mai puțin atunci când vine vorba de a ne continua viața. Vorbesc, desigur, de gaze nobile.

Aceste elemente pe care, fiind atât de rare în mediu, nu le putem analiza prea mult. Aici vom afla despre istoria gazelor nobile, utilizările și proprietățile acestora, precum și alte curiozități. Rămâneți aici și aflați cele mai tari lucruri despre gazele nobile.

Să cunoaștem gazele

Acestea sunt un grup de compuși chimici cu proprietăți foarte similare între ele. De exemplu, în condiții normale, acestea sunt gaze incolore, inodore, monatomice și au o reactivitate chimică foarte scăzută. Acestea sunt situate în grupul numărul 18 al tabelului periodic și sunt cunoscute ca: Heliu, neon, Xenon, Argon, Krypton, radioactivul: Radon și sinteticul: Oganeson.

Proprietățile sale pot fi explicate prin teoriile moderne existente asupra structurii atomice. Coaja lor de electroni valenți este considerată completă, ceea ce le dă o tendință limitată de a participa la reacțiile chimice și este unul dintre motivele pentru care sunt slab înțelese. De fapt, foarte puțini compuși de gaze nobile au fost preparați până în prezent.

De unde scoatem gazele nobile?

Obținem neon, argon, xenon și cripton din aer folosind metode de distilare fracționată și metode de lichefiere. Heliul se găsește în gazele naturale, unde ar trebui separat de obicei. Iar radonul se obține prin dezintegrarea radioactivă a compușilor dizolvați în radiu.

Și Oganeson este un element sintetic creat în 2002 și care și-a obținut nomenclatura IUPAC în 2016. Este cunoscut pentru faptul că este destul de reactiv și instabil, așa că nu s-a făcut multă muncă cu el.

Aceste gaze au avut utilizări foarte importante în domeniile iluminatului, sudurii și explorării spațiului. Trimix, care este o soluție de heliu-oxigen-azot, este utilizat în așa fel încât scafandrii să nu sufere efectul narcotic al azotului în adâncuri. Mai mult, după cunoașterea pericolelor de inflamabilitate ale hidrogenului, acesta a fost înlocuit de heliu în crearea dirijabilelor și a baloanelor cu aer cald.

Proprietățile acestor gaze

Gazele nobile își primesc numele din traducerea din germană edelgas, nume folosit pentru prima dată în 1898 de chimistul Hugo Erdman. Cu acest nume a căutat să se refere la rata de reactivitate scăzută dintre aceste elemente. De fapt, acestea sunt cele mai puțin reactive elemente cunoscute, atât de mult încât sunt practic inerte sau non-reactive.

Acest lucru se datorează faptului că au o carcasă de valență completă, care îi lasă cu o capacitate redusă de a elibera electroni și le face comportamentul aproape de cel al unui gaz ideal.

În general, gazele nobile au proprietăți diferite.

• Sunt elemente nemetalice: Fiind gaze, nu are nicio particulă de metal în conformația sa. În același timp, nu sunt capabili să reacționeze cu alte metale.
• Sunt incolori și inodor: deși se pot da culori pentru becuri și lămpi create prin intermediul acestor gaze folosind electricitate, ele sunt inițial incolore și inodore.
• Au un strat de valență complet: Neonul, xenonul, argonul, criptonul și radonul au opt electroni în ultima lor coajă. La rândul său, heliul are doi electroni. În acest fel, gazele nobile au o carcasă de valență completă. De aceea, în circumstanțe normale, aceste elemente nu formează legături.
• Există ca gaze monatomice: După cum s-a înțeles, aceste elemente, chiar și cele mai mari din punct de vedere atomic, au doar un atom.

• Sunt practic non-reactivi: Datorită valenței lor depline și a dificultății lor de a furniza electroni, sunt considerați practic inerți.

• Ei conduc electricitatea și produc fluorescență: Deși foarte scăzute, aceste gaze sunt capabile să conducă electricitatea și, prin aceasta, strălucesc fosforescent.

• Au un punct de topire și fierbere scăzutAceste gaze nobile au puncte de topire și fierbere foarte scăzute.

• Au o electronegativitate foarte mică: aceste elemente sunt electronegative foarte reduse

• Au o mare energie de ionizare: Energia ta de ionizare este de fapt cea mai mare din perioada ta.
• Nu sunt inflamabile: Chiar și datorită cupei inflamabile de hidrogen, a fost înlocuit cu heliu la fabricarea dirijabilelor și a baloanelor.

Ca și în cazul reactivității, forțele lor interatomice sunt, de asemenea, foarte slabe, motiv pentru care au temperaturi scăzute de topire și fierbere și toate sunt gaze monatomice în condiții normale, inclusiv gaze cu masă atomică mai mare.

Heliul are multe proprietăți pe care niciun alt gaz nobil sau orice alt element de pe tabelul periodic nu le are. A lui punctul de topire este cel mai mic în toate cele cunoscute, pe lângă faptul că este singurul element care deține o stare de superfluiditate; o stare în care materia se află în stare lichidă, dar poate funcționa fără a pierde energia cinetică. Heliul are nevoie de o presiune de 25atm și o temperatură de -272ºC pentru a se putea solidifica.

Învelișul lor complet de valență este, de asemenea, responsabil pentru faptul că aceste gaze au o capacitate mare de ionizare (cea mai mare din tabelul periodic). și nu poate forma cu ușurință ioni, care își arată stabilitatea în configurația sa electronică.

Energia de ionizare scade pe măsură ce grupul scade, deoarece raza atomică crește și electronii de valență sunt mai departe de nucleu și, prin urmare, sunt mai puțin atrași de acesta. Acest lucru face ca, deși perioada sa este cea mai mare, unele gaze nobile au o energie de ionizare comparabilă la cel al altor elemente. De exemplu, energia de ionizare a xenonului este comparabilă cu energia de ionizare a oxigenului.

Utilizările acestor gaze

Având puncte de fierbere și de topire atât de scăzute, sunt deosebit de utile în fabricarea echipamentelor frigorifice, și le face utile și ca agenți frigorifici criogeni.

Heliul lichid, care fierbe la 4,2K (-268,93ºC) este utilizat la fabricarea magneților supraconductori, cum ar fi cele utilizate pentru imagistica prin rezonanță magnetică și rezonanța magnetică nucleară.

Neonul lichid, deși nu atinge temperaturile scăzute ale heliului lichid, are mai multe aplicații în criogenie, deoarece are o capacitate de a De 40 de ori mai mult de răcire decât heliul lichid și de 3 ori mai mare decât cea a hidrogenului lichid.

Heliul este folosit ca o componentă a gazelor respirabile pentru a înlocui azotul, datorită acestuia solubilitate redusă în fluide, în special în lipide. Gazele sunt absorbite în sânge și țesuturile corpului atunci când există presiune, cum ar fi scufundările, care produc un efect anestezic numit boală de adâncime. Datorită solubilității sale scăzute, puțin heliu pătrunde în membranele celulare, ceea ce ajută la reducerea efectului narcotic.

Datorită combustibilității și ușurinței sale scăzute și după dezastrul de la Hindenburg din 1937, heliul a înlocuit hidrogenul la fabricarea combustibilului, chiar în ciuda unei pierderi de flotabilitate de 8,6%

Aceste gaze sunt utilizate la iluminat datorită conductivității lor. La fabricarea becurilor incandescente se utilizează un amestec de argon și azot pentru a le umple. Krypton utilizat în becuri de înaltă performanțăCum ar fi lămpile cu halogen, care au o temperatură de culoare mai mare și o eficacitate mai mare.

Xenonul este utilizat în mod obișnuit în farurile cu xenon, care, prin realizarea unui spectru de lumină similar cu lumina zilei, este utilizat în proiectoarele de film, precum și în farurile auto.

În medicină, heliul este utilizat pentru a îmbunătăți ușurința respirației la pacienții cu astm. Xenonul poate fi utilizat ca anestezic Datorită solubilității sale ridicate în lipide, ceea ce îl face mai eficient decât oxidul de azot obișnuit și, deoarece este ușor eliminat de organism, permite o recuperare mai rapidă.

Achiziționarea de imagini care se realizează prin intermediul rezonanței magnetice nucleare, are xenon combinat cu alte gaze. Radonul, care este foarte radioactiv și este disponibil doar în cantități mici, este utilizat în tratamentul cu radioterapie.

Producție și abundență

Abundența și ușurința cu care pot fi obținute gaze nobile sunt în proporție inversă cu numărul lor atomic. Prin urmare, abundența acestor gaze scade odată cu creșterea numărului lor atomic.

În univers, heliul este al doilea element cel mai ușor de obținut, după hidrogen, cu un procent de masă de aproximativ 24%. Cea mai mare parte a cantității de heliu din univers a fost formată din nucleosinteza primordială, dar cantitatea sa crește datorită participării hidrogenului la nucleosinteza stelară (un proces care apare din reacțiile nucleare din timpul procesului evolutiv al stelelor).

Restul gazelor nu sunt aproape la fel de abundente sau simplu de obținut. Radonul, de exemplu, poate fi se formează în litosferă prin degradarea alfa a radiului; Între timp el xenon a dezvoltat o teorie cunoscută sub numele de „teoria xenonului lipsă” datorită cantității sale relativ mici în atmosferă.

Să vorbim puțin despre fiecare

• Helio: Datorită combustibilității sale reduse și pentru că este al doilea element cel mai ușor de obținut, a reușit să înlocuiască hidrogenul ca element potențial pentru umplerea baloanelor și a zeppelinelor, deoarece acestea nu explodează atunci când vin în contact cu focul.
• Neon: Acest gaz, datorită fluorescenței sale și a nuanței sale roșu-portocalii obținute la contactul cu electricitatea, este utilizat în scopuri publicitare, Se găsește cu ușurință în luminile de neon. Sunt disponibile și tuburi cu neon și lămpi care au alte culori, deși au de fapt alte gaze în interior.
• Argon: Acest gaz este utilizat în lămpile cu incandescență, deoarece nu reacționează cu filamentul în condiții ridicate de temperatură și presiune. În tuburile fluorescente generează o culoare verde-albastru. Este, de asemenea, utilizat în domeniul industrial pentru a evita reacțiile chimice nedorite.
• Krypton: Se utilizează împreună cu alte gaze la crearea și fabricarea lămpilor iluminatul aeroportului, datorită intensității luminilor roșii emise; poate fi folosit și în proiectoarele cinematografice. Utilizarea kriptonului este utilă și în chirurgia retinei cu laser.
• Xenon: principala utilizare a xenonului este elaborarea emițătorilor de lumină cu caracteristici bactericide; tuburi luminoase, flash-uri fotografice și, de asemenea, în tuburi fluorescente cu capacitatea de a excita laserul rubin.
• Radon: Acest gaz este generat de degradarea radioactivă a uraniului la radio. Pentru aceasta și pentru că este foarte radioactiv, are foarte puține aplicații în viața de zi cu zi.

A reflecta 

Deși sunt compuse oarecum greu de obținut în stare naturală (cu excepția poate a heliului) și, deoarece generează sau permit mai puține reacții cu ele, gazele nobile sunt compuși importanți pe care îi putem vedea și chiar folosi zilnic.

Poate că utilizările lor sunt limitate la domenii specifice, dar asta nu înseamnă că sunt complet inutile. De la iluminarea caselor noastre în becuri și lămpi, până la păstrarea mâncării noastre atunci când sunt folosite în frigidere, până la salvați vieți atunci când este utilizat în medicinăAceste gaze, naturale sau sintetice, nu au arătat încă tot ce pot face pentru noi. Și este sigur că, pe măsură ce cercetarea progresează, utilizarea sa va fi mult mai mare.