Proces štúdia ušľachtilých plynov a ich úloha v priemysle

V chémii existuje nespočetné množstvo prvkov, ktoré spolu môžu alebo nemusia súvisieť. Existujú kovy, nekovy, lantanoidy a aktinidy, prechodné kovy a kovy alkalických zemín; a samozrejme máme jeden z chemických prvkov Komu sme na hodinách chémie venovali malú pozornosť, a ešte menej, pokiaľ ide o posun v našom živote. Hovorím samozrejme o vzácnych plynoch.

Tieto prvky, ktoré sú v prostredí také zriedkavé, že ich nemôžeme príliš analyzovať. Tu sa dozvieme o histórii vzácnych plynov, o ich použití a vlastnostiach, ako aj o ďalších kuriozitách. Zostaňte tu a naučte sa najchladnejšie veci o vzácnych plynoch.

Poďme spoznať plyny

Sú to skupina chemických zlúčenín, ktoré majú navzájom veľmi podobné vlastnosti. Napríklad za normálnych podmienok sú to bezfarebné, bez zápachu, jednoatómové plyny a majú veľmi nízku chemickú reaktivitu. Sú umiestnené v skupine číslo 18 periodickej tabuľky a sú známe ako: Hélium, neón, xenón, argón, kryptón, rádioaktívne látky: radón a syntetické látky: oganeson.

Jeho vlastnosti možno vysvetliť existujúcimi modernými teóriami o atómovej štruktúre. Ich obal valentných elektrónov sa považuje za úplný, čo im dáva obmedzenú tendenciu zúčastňovať sa na chemických reakciách a je jedným z dôvodov, prečo im nie je dobre rozumieť. V skutočnosti je dodnes pripravených veľmi málo zlúčenín vzácneho plynu.

Odkiaľ berieme vzácne plyny?

Neón, argón, xenón a kryptón získavame zo vzduchu pomocou metód frakčnej destilácie a skvapalňovania. Hélium sa nachádza v zemnom plyne, kde by to malo byť zvyčajne oddelené. A radón sa získava rádioaktívnym rozpadom zlúčenín rozpustených v rádiu.

A Oganeson je syntetický prvok vytvorený v roku 2002 a svoju nomenklatúru IUPAC získal v roku 2016. Je známy tým, že je dosť reaktívnym a nestabilným prvkom, takže sa s ním nepracovalo veľa.

Tieto plyny mali veľmi dôležité použitie v oblasti osvetlenia, zvárania a prieskumu vesmíru. Trimix, ktorý je roztokom hélia, kyslíka a dusíka, sa používa tak, aby potápači neutrpeli narkotický účinok dusíka v hlbinách. Čo je viac, po poznaní nebezpečenstva horľavosti vodíka, toto bolo pri vytváraní vzducholodí a teplovzdušných balónov nahradené héliom.

Vlastnosti týchto plynov

Názov ušľachtilých plynov pochádza z prekladu z nemčiny edelgas, názov prvýkrát použil v roku 1898 chemik Hugo Erdman. S týmto menom snažil sa odkazovať na nízku mieru reaktivity týchto prvkov. V skutočnosti ide o najmenej známe reaktívne prvky, takže sú prakticky inertné alebo nereaktívne.

Je to preto, lebo majú kompletnú valenčnú škrupinu, ktorá im ponecháva nízku kapacitu na uvoľňovanie elektrónov a ich správanie sa približuje chovaniu ideálneho plynu.

Vo všeobecnosti majú vzácne plyny rôzne vlastnosti.

• Sú to nekovové prvky: Pretože je to plyn, nemá vo svojej konformácii žiadne kovové častice. Zároveň nie sú schopné reagovať s inými kovmi.
• Sú bezfarebné a bez zápachu: hoci sa dajú podať farby na žiarovky a žiarovky vytvorené pomocou týchto plynov pomocou elektriny sú pôvodne bezfarebné a bez zápachu.
• Majú plnú valenčnú vrstvuNeón, xenón, argón, kryptón a radón majú vo svojej poslednej škrupine osem elektrónov. Z časti má hélium dva elektróny. Týmto spôsobom majú vzácne plyny úplnú valenčnú škrupinu. Preto tieto prvky za normálnych okolností netvoria odkazy.
• Existujú ako monatomárne plyny: Ako je zrejmé, tieto prvky, aj keď sú atómovo najväčšie, majú iba jeden atóm.

• Sú prakticky nereaktívne: Vzhľadom na svoju úplnú valenciu a ťažkosti s dodávaním elektrónov sa považujú za prakticky inertné.

• Vedú elektrinu a vytvárajú fluorescenciuAj keď sú tieto plyny veľmi nízke, sú schopné viesť elektrinu a pritom fosforeskujúco žiaria.

• Majú nízku teplotu topenia a varuTieto vzácne plyny majú veľmi nízke teploty topenia a teploty varu.

• Majú veľmi nízku elektronegativitu: tieto prvky sú veľmi nízko elektronegatívne

• Majú vysokú ionizačnú energiu: Vaša ionizačná energia je v skutočnosti najvyššia vo vašom období.
• Nie sú horľavé: Aj kvôli horľavému poháru vodíka ho pri výrobe vzducholodí a balónov nahradilo hélium.

Rovnako ako v prípade reaktivity, aj ich interatomové sily sú veľmi slabé, a preto majú nízke teploty topenia a varu a všetky sú to za normálnych podmienok jednoatómové plyny vrátane plynov s vyššou atómovou hmotnosťou.

Hélium má veľa vlastností, ktoré žiadny iný vzácny plyn alebo iný prvok v periodickej tabuľke nemá. Jeho teplota topenia je najnižšia vo všetkých známych okrem toho, že je to jediný prvok, ktorý vlastní stav prebytočnosti; stav, v ktorom je hmota v tekutom stave, ale môže bežať bez straty kinetickej energie. Hélium potrebuje tlak 25 atm a teplotu -272 ° C, aby mohlo tuhnúť.

Ich úplná valenčná škrupina je tiež zodpovedná za tieto plyny s vysokou ionizačnou kapacitou (najvyššia v periodickej tabuľke). a nemôže ľahko vytvárať ióny, čo ukazuje jeho stabilitu v elektronickej konfigurácii.

Ionizačná energia klesá s poklesom skupiny, pretože sa zvyšuje atómový polomer a valenčné elektróny sú ďalej od jadra, a preto sú k nemu menej priťahované. To spôsobuje, že hoci je jeho perióda najvyššia, niektoré vzácne plyny majú porovnateľná ionizačná energia iných prvkov. Napríklad ionizačná energia xenónu je porovnateľná s ionizačnou energiou kyslíka.

Použitie týchto plynov

Tým, že majú také nízke teploty varu a teploty topenia, sú obzvlášť užitočné pri výrobe chladiacich zariadenía robí ich tiež užitočnými ako kryogénne chladivá.

Kvapalné hélium, ktoré varí pri 4,2 K (-268,93 ° C), sa používa na výrobu supravodivých magnetov, napríklad magnetov používaných na zobrazovanie magnetickou rezonanciou a nukleárnu magnetickú rezonanciu.

Tekutý neón, aj keď nedosahuje nízke teploty tekutého hélia, má viac aplikácií v kryogenike, pretože má kapacitu 40-krát viac chladenia ako tekuté hélium a 3-krát väčšie ako v prípade kvapalného vodíka.

Hélium sa vďaka nemu používa ako zložka priedušných plynov na nahradenie dusíka nízka rozpustnosť v tekutinách, najmä v lipidoch. Plyny sa absorbujú do krvi a tkanív tela, keď je pod tlakom, napríklad potápanie, ktoré vyvoláva anestetický účinok nazývaný hĺbková choroba. Vďaka svojej nízkej rozpustnosti malé hélium vstupuje do bunkových membrán, čo pomáha spomaliť narkotický účinok.

Vďaka svojej nízkej horľavosti a ľahkosti a po katastrofe v Hindenburgu v roku 1937 nahradilo hélium pri výrobe paliva vodík, a to aj napriek strate 8,6%.

Tieto plyny sa vďaka svojej vodivosti používajú pri osvetlení. Pri výrobe žiaroviek sa na ich plnenie používa zmes argónu a dusíka. Krypton používané vo vysoko výkonných žiarovkáchAko napríklad halogénové žiarovky, ktoré majú vyššiu farebnú teplotu a vyššiu účinnosť.

Xenón sa bežne používa v xenónových svetlometoch, ktoré sa dosiahnutím spektra svetla podobného dennému svetlu používajú vo filmových projektoroch aj v automobilových svetlometoch.

V medicíne sa hélium používa na zlepšenie dýchania u pacientov s astmou. Xenón sa môže použiť ako anestetikum Vďaka svojej vysokej rozpustnosti v lipidoch je účinnejšia ako obvyklý oxid dusný a pretože je ľahko vylúčiteľný v tele, umožňuje rýchlejšiu regeneráciu.

Zachytávanie obrázkov pomocou nukleárnej magnetickej rezonancie má xenón kombinovaný s inými plynmi. Radón, ktorý je vysoko rádioaktívny a je dostupný iba v stopových množstvách, sa používa pri liečbe rádioterapiou.

Výroba a hojnosť

Množstvo a ľahkosť, s akou sa dajú vzácne plyny získať, je v inverznom pomere k ich atómovému číslu. Preto sa množstvo týchto plynov znižuje so zvyšujúcim sa ich atómovým počtom.

Vo vesmíre, hélium je druhý najjednoduchší prvok, ktorý sa dá zohnaťpo vodíku s hmotnostným percentom približne 24%. Väčšina množstva hélia vo vesmíre bola vytvorená primordiálnou nukleosyntézou, jej množstvo sa však zvyšuje vďaka účasti vodíka na hviezdnej nukleosyntéze (proces, ktorý vzniká jadrovými reakciami počas evolučného procesu hviezd).

Zvyšok plynov nie je ani zďaleka taký hojný alebo jednoduchý na získanie. Môže to byť napríklad radón sa tvoria v litosfére prostredníctvom alfa rozpadu rádia; Medzitým on xenón vyvinul teóriu známu ako „chýbajúca teória xenónu“ kvôli jeho relatívne nízkemu množstvu v atmosfére.

Poďme si o každej niečo pohovoriť

• hélium: Vďaka svojej nízkej horľavosti a druhému najjednoduchšiemu prvku, ktorý je možné získať, je schopný nahradiť vodík ako potenciálny prvok na plnenie balónov a zeppelínov, pretože pri kontakte s ohňom nevybuchnú.
• neon: Tento plyn sa kvôli svojej fluorescencii a červenooranžovému odtieňu získanému pri kontakte s elektrinou používa na reklamné účely, Ľahko sa nachádza v neónových svetlách. K dispozícii sú tiež neónové trubice a žiarovky, ktoré majú inú farbu, aj keď v skutočnosti obsahujú iné plyny.
• argón: Tento plyn sa používa v žiarovkách, pretože za vysokých teplotných a tlakových podmienok nereaguje s vláknom. Vo žiarivkách vytvára zeleno-modrú farbu. Používa sa tiež v priemyselnej oblasti na zabránenie nežiaducim chemickým reakciám.
• Krypton: Používa sa spolu s inými plynmi pri výrobe a výrobe žiaroviek osvetlenie letiska, kvôli intenzite vyžarovaných červených svetiel; dá sa použiť aj v kino projektoroch. Použitie kryptónu je užitočné aj pri laserovej chirurgii sietnice.
• xenón: hlavným využitím xenónu je vývoj svetelných zdrojov s baktericídnymi vlastnosťami; svetelné trubice, fotografické blesky a tiež vo žiarivkách so schopnosťou excitovať rubínový laser.
• Radón: Tento plyn je generovaný rádioaktívnym rozpadom uránu na rádio. Z tohto dôvodu a pretože je veľmi rádioaktívny, má v každodennom živote veľmi málo aplikácií.

Na zamyslenie 

Aj keď sú trochu zložené ťažko dostupné v prírodnom stave (okrem, možno pre hélium), a pretože s nimi vytvárajú alebo umožňujú len málo reakcií, vzácne plyny sú dôležité zlúčeniny, ktoré môžeme vidieť a dokonca ich každodenne používať.

Možno je ich použitie obmedzené na konkrétne oblasti, ale to neznamená, že sú úplne zbytočné. Od osvetlenia našich domov žiarovkami a žiarovkami, až po uchovávanie jedla v chladničkách až po zachraňujú životy, ak sa používajú v medicíneTieto plyny, prírodné alebo syntetické, zatiaľ nepreukázali všetko, čo pre nás môžu urobiť. A je isté, že s postupujúcim výskumom bude jeho využitie oveľa väčšie.