Proces proučevanja žlahtnih plinov in njihova vloga v industriji

V kemiji je nešteto elementov, ki so lahko med seboj povezani ali pa tudi ne. Obstajajo kovine, nekovine, lantanidi in aktinidi, prehodne kovine in alkalne zemlje; in seveda imamo eden od kemičnih elementov Komu smo pri pouku kemije posvetili malo pozornosti, še manj pa, ko gremo naprej s svojim življenjem. Govorim seveda o žlahtnih plinih.

Ti elementi, ki jih v okolju ne moremo preveč analizirati. Tu bomo spoznali zgodovino žlahtnih plinov, njihovo uporabo in lastnosti ter druge zanimivosti. Ostanite tukaj in se naučite najbolj kul stvari o plemenitih plinih.

Spoznajmo pline

So skupina kemičnih spojin z zelo podobnimi lastnostmi. Na primer, v običajnih pogojih so brezbarvni, monatomski plini brez vonja in imajo zelo nizko kemijsko reaktivnost. Ti se nahajajo v skupini številka 18 periodnega sistema in so znani kot: Helij, neon, ksenon, argon, kripton, radioaktivni: Radon in sintetični: Oganeson.

Njegove lastnosti je mogoče razložiti z obstoječimi sodobnimi teorijami o atomski strukturi. Njihova lupina valentnih elektronov se šteje za popolno, kar jim daje omejeno težnjo k sodelovanju v kemijskih reakcijah in je eden od razlogov, da so slabo razumljeni. Do danes je bilo pripravljenih zelo malo spojin žlahtnih plinov.

Kje dobimo žlahtne pline?

Iz zraka dobimo neon, argon, ksenon in kripton z uporabo frakcijske destilacije in utekočinjanja. Helij najdemo v zemeljskem plinu, kjer bi moral biti tipično ločen. Radon se pridobiva z radioaktivnim razpadom spojin, raztopljenih v radiju.

In Oganeson je sintetični element, ki je nastal leta 2002 in je nomenklaturo IUPAC dobil leta 2016. Znan je po tem, da je precej reaktiven in nestabilen, zato z njim ni bilo opravljeno veliko dela.

Ti plini so se zelo pomembno uporabljali na področju razsvetljave, varjenja in raziskovanja vesolja. Trimix, ki je raztopina helij-kisik-dušik, se uporablja, da potapljači v globini ne trpijo narkotičnega učinka dušika. Kaj je več, po poznavanju nevarnosti vnetljivosti vodika, to je nadomestil helij pri ustvarjanju zračnih ladij in balonov.

Lastnosti teh plinov

Plemeniti plini so ime dobili po prevodu iz nemščine edelgas, ime je prvič uporabil leta 1898 kemik Hugo Erdman. S tem imenom skliceval na nizko stopnjo reaktivnosti teh elementov. Pravzaprav so to najmanj znani reaktivni elementi, tako da so praktično inertni ali nereaktivni.

To je zato, ker imajo popolno valentno lupino, zaradi česar imajo majhno sposobnost sproščanja elektronov in njihovo vedenje približa vedenju idealnega plina.

Na splošno imajo plemeniti plini različne lastnosti.

• So nekovinski elementi: Ker je plin, v svoji konformaciji nima nobenega kovinskega delca. Hkrati niso sposobni reagirati z drugimi kovinami.
• So brez barve in vonja: čeprav jih je mogoče dati barve na žarnice in svetilke ustvarjeni s pomočjo teh plinov z električno energijo, so prvotno brez barve in vonja.
• Imajo polno valentno plast: Neon, ksenon, argon, kripton in radon imajo v zadnji lupini osem elektronov. Helij ima dva elektrona. Na ta način imajo plemeniti plini popolno valentno lupino. Zato ti elementi v običajnih okoliščinah ne tvorijo povezav.
• Obstajajo kot monatomski plini: Kot smo razumeli, imajo ti elementi, tudi največji atomsko, samo en atom.

• Praktično ne reagirajo: Zaradi popolne valencije in težav pri oddajanju elektronov veljajo za praktično inertne.

• Prevajajo elektriko in proizvajajo fluorescencoČeprav so ti plini zelo nizki, so sposobni prevajati elektriko in pri tem žarijo fosforescentno.

• Imajo nizko tališče in vreliščeTi žlahtni plini imajo zelo nizko tališče in vrelišče.

• Imajo zelo nizko elektronegativnost: ti elementi so zelo nizko elektronegativni

• Imajo visoko ionizacijsko energijo: Vaša energija ionizacije je dejansko največja v vašem obdobju.
• Niso vnetljive: Tudi zaradi vnetljive skodelice vodika ga je pri izdelavi zračnih ladij in balonov nadomestil helij.

Tako kot pri reaktivnosti so tudi njihove medatomske sile zelo šibke, zato imajo nizke temperature taljenja in vrelišča in so vsi v normalnih pogojih monatomski plini, vključno s plini z večjo atomsko maso.

Helij ima številne lastnosti, ki jih nima noben drug plemeniti plin ali kateri koli drug element v periodnem sistemu. Njegov tališče je najnižje v vseh znanih, poleg tega, da je edini element, ki ima stanje nadtečnosti; stanje, v katerem je snov v tekočem stanju, vendar lahko teče brez izgube kinetične energije. Helij potrebuje tlak 25atm in temperaturo -272ºC, da se lahko strdi.

Njihova polna valenčna lupina je odgovorna tudi za to, da imajo ti plini visoko ionizacijsko sposobnost (najvišjo v periodnem sistemu). in ne more enostavno oblikovati ionov, kar kaže na njegovo stabilnost v elektronski konfiguraciji.

Energija ionizacije se zmanjšuje, ko se skupina zmanjšuje, saj se atomski polmer povečuje in so valentni elektroni bolj oddaljeni od jedra in jih zato manj privlačijo. To povzroča, da imajo nekateri žlahtni plini, čeprav je njegovo obdobje največ, primerljiva ionizacijska energija na druge elemente. Na primer, ionizacijska energija ksenona je primerljiva z ionizacijsko energijo kisika.

Uporaba teh plinov

S tako nizkim vreliščem in tališčem so še posebej uporabni pri izdelavi hladilne opreme, zaradi česar so uporabni tudi kot kriogena hladilna sredstva.

Tekoči helij, ki vre pri 4,2K (-268,93ºC), se uporablja pri izdelavi superprevodnih magnetov, kakršni se uporabljajo za slikanje z magnetno resonanco in jedrsko magnetno resonanco.

Tekoči neon, čeprav ne dosega nizkih temperatur tekočega helija, ima v kriogeniki večjo uporabo, saj ima sposobnost 40-krat več hlajenja kot tekoči helij in trikrat večja kot pri tekočem vodiku.

Helij se kot sestavni del dihalnih plinov nadomešča z dušikom nizka topnost v tekočinah, zlasti v lipidih. Plini se absorbirajo v kri in telesna tkiva ob pritisku, kot je potapljanje, ki povzroči anestetični učinek, imenovan globoka bolezen. Zaradi nizke topnosti v celične membrane vstopi malo helija, kar pomaga zajeziti narkotični učinek.

Zaradi nizke gorljivosti in lahkosti ter po katastrofi v Hindenburgu leta 1937 je helij nadomestil vodik pri proizvodnji goriva, kljub 8,6-odstotni izgubi vzgona.

Ti plini se zaradi svoje prevodnosti uporabljajo v razsvetljavi. Pri izdelavi žarnic z žarilno nitko se za njihovo polnjenje uporablja mešanica argona in dušika. Kripton uporablja se v visokozmogljivih žarnicahna primer halogenske žarnice, ki imajo višjo barvno temperaturo in večjo učinkovitost.

Ksenon se pogosto uporablja v ksenonskih žarometih, ki se z doseganjem svetlobnega spektra, podobnega dnevni, uporabljajo v filmskih projektorjih in avtomobilskih žarometih.

V medicini se helij uporablja za lažje dihanje pri bolnikih z astmo. Ksenon se lahko uporablja kot anestetik Zaradi visoke topnosti v lipidih, zaradi česar je učinkovitejši od običajnega dušikovega oksida, in ker ga telo zlahka izloči, omogoča hitrejše okrevanje.

Zajem slik, ki se izvaja z jedrsko magnetno resonanco, ima ksenon v kombinaciji z drugimi plini. Radon, ki je zelo radioaktiven in je na voljo le v sledovih, se uporablja pri zdravljenju z radioterapijo.

Proizvodnja in številčnost

Številčnost in enostavnost pridobivanja žlahtnih plinov sta v obratnem sorazmerju z njihovim atomskim številom. Številčnost teh plinov zato upada z naraščanjem njihovega atomskega števila.

V vesolju, helij je drugi element, ki ga je najlažje dobitipo vodiku z masnim odstotkom približno 24%. Večina količine helija v vesolju je nastala s prvotno nukleosintezo, vendar se njegova količina povečuje zaradi sodelovanja vodika v zvezdni nukleosintezi (proces, ki nastane z jedrskimi reakcijami med evolucijskim procesom zvezd).

Preostalih plinov ni niti približno tako veliko ali enostavno dobiti. Radon je na primer lahko obliki v litosferi skozi alfa razpad radija; Medtem je ksenon je razvil teorijo, znano kot "manjkajoča ksenonska teorija" zaradi razmeroma majhne količine v ozračju.

Pogovorimo se malo o vsakem

• Helio: Zaradi nizke gorljivosti in ker je drugi element, ki ga je najlažje pridobiti, je lahko nadomestil vodik kot potencialni element za polnjenje balonov in cepelinov, saj ob stiku z ognjem ne eksplodirajo.
• Neon: Ta plin se zaradi svoje fluorescence in rdeče-oranžnega odtenka, ki ga dobi ob stiku z elektriko, uporablja v oglaševalske namene, Lahko ga najdete v neonskih lučeh. Na voljo so tudi neonske cevi in ​​svetilke, ki imajo druge barve, čeprav imajo v resnici druge pline.
• Argon: Ta plin se uporablja v žarnicah z žarilno nitko, ker pri visokih temperaturah in tlakih ne reagira z žarilno nitko. V fluorescenčnih ceveh ustvarja zeleno-modro barvo. Uporablja se tudi na industrijskem področju, da se izogne ​​neželenim kemičnim reakcijam.
• Kripton: Uporablja se skupaj z drugimi plini pri ustvarjanju in izdelavi svetilk razsvetljava letališča zaradi moči rdečih luči; lahko se uporablja tudi v kinoprojektorjih. Uporaba kriptona je koristna tudi pri laserski operaciji mrežnice.
• Ksenon: glavna uporaba ksenona je izdelava sevalcev z baktericidnimi lastnostmi; svetlobne cevi, fotografske bliskavice in tudi v fluorescentnih ceveh z zmožnostjo vzbujanja rubinastega laserja.
• Radon: Ta plin nastane z radioaktivnim razpadom urana na radio. Zaradi tega in ker je zelo radioaktiven, ima v vsakdanjem življenju zelo malo aplikacij.

Odsevati 

Čeprav so nekoliko sestavljeni težko dobiti v naravnem stanju (razen morda helija) in ker z njimi ustvarjajo ali omogočajo precej reakcij, so plemeniti plini pomembne spojine, ki jih lahko vidimo in jih celo uporabljamo vsak dan.

Morda je njihova uporaba omejena na določena področja, vendar to ne pomeni, da so popolnoma neuporabne. Od osvetlitve naših domov v žarnicah in svetilkah, do hranjenja hrane, kadar jo uporabljamo v hladilnikih, do rešujejo življenja, kadar se uporabljajo v mediciniTi plini, naravni ali sintetični, še niso pokazali vsega, kar lahko storijo za nas. In gotovo je, da bo z napredovanjem raziskav njihova uporaba veliko večja.