Меню Рубрики

Что такое благородные газы в химии

Благородные газы (инертные либо редкие газы) — группа химических элементов с похожими свойствами: при нормальных условиях они являются одноатомными газами. Это химические элементы, которые образуют главную подгруппу 8-й группы периодической системы Менделеева.

При обычных условиях — это газы без цвета, вкуса и запаха, плохо растворимые в воде, не возгораются при нормальных условиях, с очень низкой химической реактивностью. Их температуры плавления и кипения закономерно увеличиваются с увеличением атомного номера.

Среди всех благородных газов лишь у Rn нет стабильных изотопов и только он является радиоактивным химическим элементом.

Редкими (инертными) газами являются:

В последнее время к этой группе также причисляют унуноктий (Uuo) (118).

Все инертные газы собой завершают соответствующий период в Периодической системе и имеют полностью завершенный, устойчивый внешний электронный уровень.

У инертных газов электронная конфигурация ns 2 np 6 (у гелия 1s 2 ) и они образуют VIIIА группу. С возрастанием порядкового номера увеличиваются радиусы атомов и их способность к поляризуемости, что приводит к увеличению межмолекулярных взаимодействий, к увеличению Тпл и Ткип, к улучшению растворимости газов в воде и других растворителях. Для инертных газов существуют такие известные группы соединений: молекулярные ионы, соединения включения, валентные соединения.

Инертные газы относятся к последней при этом они занимают первые 6 периодов и относятся к 18-й группе в периодической таблице химических элементов. Флеровий — элемент 14-й группы показывает некоторые свойства благородных газов, поэтому он способен заменить в периодической таблице унуноктий. Благородные газы неактивны химически и могут принимать участие в химических реакциях только в экстремальных условиях.

Цвета и спектры благородных газов. В первой строке таблицы изображены благородные газы в колбах, через которые пропущен ток, во второй — сам газ в трубке, в третьей — в трубках, которые изображают обозначение элемента в периодической таблице Менделеева.

Из-за того, что инертные газы обладают химической инертностью, их довольно долго не получалось обнаружить, и их открытие состоялось лишь во 2-й половине XIX века.

Гелий – является вторым (после водорода) по распространенности элементом во Вселенной, в земной коре содержание гелия составляет лишь 1 · 10-6 масс. %. Гелий является продуктом радиоактивного распада и содержится в пустотах горных пород и в природном газе.

Все благородные газы являются составляющими воздуха. В 1 м 3 воздуха находится 9,3 л аргона, 18 мл неона, 5 мл гелия, 1 мл криптона и 0,09 мл ксенона. Солнце приблизительно на 10% состоит из гелия, образующийся из водорода по реакции ядерного синтеза:

(β + — позитрон, — антинейтрино). В спектре излучения Солн­ца довольно интенсивно проявляются линии гелия, которые были впервые обнаружены в 1868 г. На Земле гелий был найден только в 1895 г. при спектральном анализе газов, выделяющихся при растворении в кислотах минерала клевеита U2О3. Уран, входящий в состав минерала, самопроизвольно распадается по уравнению:

В небольшом количестве они присутствуют в воздухе и некоторых горных породах, а также в атмосферах некоторых планет-гигантов.

Промышленное использование инертных газов основано на их низкой химической активности или специфических физические свойствах.

Радиус атома, нм

Первый потенциал ионизации, эВ

Tпл., K

Tкип., K

Относительная поляризуемость атома, усл. ед.

Энергия возбужденного электрона, эВ

источник

В 1893 г. было обращено внимание на несовпа­дение плотностей азота из воздуха и азота, получаемого при разло­жении азотных соединений: литр азота из воздуха весил 1,257 г, а по­лученного химическим путем—1,251 г. Произведенное для выяснения этого загадочного обстоятельства очень точное изучение состава воз­духа показало, что после удаления всего кислорода и азота получался небольшой остаток (около 1%), который ни с чем химически не реагировал.

Открытие нового элемента, названного аргоном (по-гре­чески — недеятельный), представило, таким образом, «торжество третьего десятичного знака». Молекулярный вес аргона оказался рав­ным 39,9 г/моль.

Следующий по времени открытия инертный газ — гелий («солнеч­ный») был обнаружен на Солнце раньше, чем на Земле. Это оказа­лось возможным благодаря разработанному в 50-х годах прошлого века методу спектрального анализа.

Через несколько лет после открытия аргона и гелия (в 1898 г.) были выделены из воздуха еще три инертных газа: неон («новый»), криптон («скрытый») и ксенон («чуждый»). Насколько трудно было их обнаружить, видно из того, что 1 м 3 воздуха, наряду с 9,3 л аргона, содержит лишь 18 мл неона, 5 мл гелия, 1 мл криптона и 0,09 мл ксе­нона.

Последний инертный газ — радон был открыт в 1900 г. при изуче­нии некоторых минералов. Содержание его в атмосфере составляет лишь 6-10 -18 % по объему (что соответствует 1—2 атомам в кубиче­ском сантиметре). Было подсчитано, что вся земная атмосфера содер­жит лишь 374 литра радона.

Все инертные газы бесцветны и состоят из одноатомных мо­лекул. Разделение инертных га­зов основано на различии их физических свойств.

Инертные газы бесцветны и не имеют запаха. В небольшом количестве они присутствуют в воздухе.Инертные газы не ядовиты. Однако атмосфера с увеличенной концентрацией инертных газов и соответствующим снижением концентрации кислорода может оказывать удушающее действие на человека, вплоть до потери сознания и смерти. Известны случаи гибели людей при утечках аргона.

Количество тепла, необходи­мое для перевода вещества из твер­дого состояния в жидкое, носит на­звание теплоты плавления, а для пе­ревода из жидкого состояния в паро­образное — теплоты испарения. Обе величины относят обычно к переходам, происходящим под нормальным давлением. Для инертных газов они имеют следующие значе­ния (ккал/г-атом):

Ниже сопоставлены критические температурыинертных газов и те давления, которые необходимы и достаточны для ихперевода при этих температурах из газообразного состояния в жидкое, — критические давления:

Критическая температура, °С

Вопрос об атомности молекулы аргона был разрешен при помощи кинетиче­ской теории. Согласно ей, количество тепла, которое нужно затратить для нагревания грамм-молекулы газа на одни градус, зависит от числа атомов в его моле­куле. При постоянном объеме грамм-молекула одноатомного газа требует 3 кал, двухатомного — 5 кал. Для аргона опыт давал 3 кал, что и указывало на одноатомность его молекулы.То же относится и к другим инертным газам.

Гелий был последним из газов переведен в жидкое и твердое состояние. По отношению к нему имели место особые трудности, обусловленные тем, что в резуль­тате расширения при обычных температурах гелий не охлаждается, а нагревается. Лишь ниже —250 °С он начинает вести себя «нормально». Отсюда следует, что обыч­ный процесс ожижения мог быть применим к гелию лишь после его предварительного очень сильного охлаждения. С другой стороны, и критическая температура гелия ле­жит крайне низко. В силу этих обстоятельств благоприятные результаты при работе с гелием были получены лишь после овладения методикой оперирования с жидким водородом, пользуясь испарением которого только и можно было охладить гелий до нужных температур. Получить жидкий гелий удалось впервые в 1908 г., твердый гелий—в 1926 г.

Для инертных газов характерно полное (Не, Ne, Аr) или почти пол­ное (Кг, Хe, Rn) отсутствие химической активности. В периодической системе они образуют особую группу (VIII). Вскоре после открытая инертных газов образованная ими в периодической системе новая группа была названа нулевой, чтобы подчеркнуть этим нулевую ва­лентность данных элементов, т. е. отсутствие у них химической активности. Такое на­звание часто применяется и в настоя­щее время, однако по существу пе­риодического закона правильнее счи­тать группу инертных газов восьмой, так как этими элементами соответ­ствующие периоды не начинаются, а заканчиваются.

Отсутствие у тяжелых инертных газов полной химической инертно­сти было обнаружено лишь в 1962 г. оказалось, что они способны соединяться с наиболее активным металлоидом — фтором (и только с ним). Ксенон (и радон) реагируют довольно легко, криптон — гораздо труднее. Получены XeF2, XeF4, XeF6 и малоустойчивый KrF2. Все они представляют собой бесцветные летучие кристаллические вещества.

Ксенондифторид (XeF2)-медленно образуется под действием дневного света на смесь Xe и F2 при н.у. Обладает характерным тошнотворным запахом. Для образования молекулы требуется возбуждение атома ксенона от 5s 2 5p 6 до ближайшего двухвалентного состояния 5s 2 5p 5 s 1 — 803кдж/моль, до 5s 2 5p 5 6p 1 -924 кдж/моль, 25s 2 5p 1 6d 1 — 953 кдж/моль.

Читайте также:  Натощак это как можно ли пить воду

В воде растворяется 0,15 моль/л. Раствор является очень сильным окислителем. Раствор разлагается по схеме:

XeF2+H2 O→HF+Xe+O2↑(процесс происходит быстрее в щелочной среде, медленнее в кислой).

Ксенонтетрафторид-образуется из простых веществ, реакция сильно экзотермична, является наиболее устойчивым из всех фторидов.

Качественная реакция на тетрафторид ксенона:

Тетрафторид ксенона разлагается по схемам:

3Xe 4+ →Xe 6+ +2Xe 0 (в кислой среде).

Xe 4+ →Xe 0 +Xe 8+ (в щелочной среде).

Ксенонгексафторид- бесцветный, известен в 3 кристаллических модификациях. При 49 ℃, переходя в жёлтую жидкость, при затвердевании вновь обесцвечивается. Пары имеют бледно-жёлтую окраску. Разлагается с взрывом. Под действием влажного воздуха гидролизуются:

OXeF4 бесцветная жидкость, менее реакционно способен ,чем XeF6.Образует кристаллогидраты с фторидами щелочных металлов, например: KF∙OXeF4

Дальнейшим гидролизом можно получить триоксид ксенона:

XeO3 бесцветное взрывчатое вещество, расплывающееся на воздухе. Распадается со взрывом, но при аккуратном нагревании при 40 градусов по Цельсию, происходит реакция:

Есть кислота, формально отвечающая данному оксиду- H2XeO4.Есть соли, соответствующие данной кислоте: MHXeO4 или MH5XeO6, кислота(M- от натрия до цезия), отвечающая последней соли была получена :

В сильнощелочной среде Xe 6+ дисмутирует:

Дифторид криптона — летучие бесцветные кристаллы , химически активное вещество. При повышенных температурах разлагается на фтор и криптон . Был впервые получен дейсвтием электрического разряда на смесь веществ, при -188 ℃:

Водой разлагается по схеме:

Инертные газы находят довольно разнообразное практическое при­менение. В частности, исключительно важна роль гелия при получении низких температур, так как жидкий гелий является самой холодной из всех жидкостей.Искусственный воздух, в составе которого азот заме­нен гелием, был впервые применен для обеспечения дыхания водолазов. Растворимость газов с возрастанием давления сильно увеличивается, поэтому у опускающегося в воду и снабжаемого обычным воздухом водолаза кровь растворяет азота больше, чем в нормальных условиях. При подъеме, когда давление падает, растворенный азот начинает выде­ляться и его пузырьки частично закупоривают мелкие крове­носные сосуды, нарушая тем самым нормальное кровообра­щение и вызывая приступы «кессонной болезни». Благо­даря замене азота гелием болезненные явления резко ослабляются вследствие гораздо меньшей растворимости гелия в крови, что особенно сказывается именно при повы­шенных давлениях. Работа в атмосфере «гелийного» воздуха позволяет водолазам опускаться на большие глубины (свыше 100 м) и значительно удлинять сроки пребы­вания под водой.

Так как плотность такого воздуха примерно в три раза меньше плотности обыч­ного, дышать им гораздо легче. Этим обусловлено большое медицинское значение гелийного воздуха при лечении астмы, удуший и т. п., когда даже кратковременное облегчение дыхания больного может спасти ему жизнь. Подобный гелийному, «ксено­новый» воздух (80% ксенона, 20% кислорода) оказывает при вдыхании сильное нар­котическое действие, что может найти медицинское использование.

Неон и аргон широко используются электротехнической промышленностью. При прохождении электрического тока сквозь заполненные этими газами стеклянные трубки газ начинает светиться, что применяется для оформления световых надписей.

Мощные неоновые трубки этого типа особенно пригодны для маяков и других сигнальных устройств, так как их красный свет мало задерживается туманом. Цвет свечения гелия по мере уменьшения его давления в трубке меняется от розового через желтый к зеленому. Для Аr, Кr и Хе характерны различные оттенки голубого цвета.

Аргон (обычно в смеси с 14% азота) служит также для заполнения электроламп. Вследствие значительно меньшей теплопроводности еще лучше подходят для этой цели криптон и ксенон: заполненные ими электролампы дают больше света при том же расходе анергии, лучше выдерживают перегрузку и долговечнее обычных.

Автор статьи: Каштанов Артём Денисович

Редактор: Харламова Галина Николаевна

источник

БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ, химические элементы, образующие нулевую группу периодической системы элементов, а именно: гелий (Не), неон (Ne), аргон (Аr или А), криптон (Кr), ксенон (X или Хe); к этой же группе следует отнести также и эманации радия, тория и актиния, называемые еще радоном (Rn), тороном (Tn) и актиноном (An); эманация радия иначе называется также нитоном (Nt) (см. Радиоактивность, Радий). Благородные газы являются элементами совершенно инертными, ни при каких условиях не вступающими в химическое соединение как между собой, так и с какими-либо другими элементами. Это объясняется тем, что их атомы не имеют валентных электронов: внешние орбиты заполнены весьма устойчивой системой из восьми электронов. Вследствие этого молекулы благородных газов всегда состоят из одного атома даже тогда, когда благородные газы находятся в жидком состоянии, и для них понятия «атом» и «молекула» равноценны. Гелий является одним из продуктов распада тяжелых радиоактивных элементов; многие из них при своем распаде выбрасывают α-частицы, несущие по два положительных заряда; эти частицы, потеряв свою живую силу при столкновении с молекулами воздуха и нейтрализовав свои положительные заряды, переходят в более спокойные атомы гелия. Поэтому гелий всегда присутствует в минералах, содержащих радиоактивные элементы. Он может быть весь выделен при сплавлении этих минералов с содой или бисульфатом.

Все благородные газы содержатся в атмосфере; гелий, кроме того, выделяется из некоторых минеральных источников, содержится в нефти и включен (окклюдирован) в некоторых минералах. В воздухе благородные газы содержатся в следующих количествах:

Обычно из воздуха получается нечистый аргон либо путем фракционированной перегонки жидкого воздуха, либо путем химического поглощения из воздуха СО2, Н2О, О2, N2 и Н2, т. е. всего за вычетом благородных газов. Этот нечистый аргон содержит в себе все благородные газы (за исключением эманаций), т. е. Не — 0,05%, Ne — 0,16%, Аr- 99,785%, Кr- 0,0005% и Хе — 0,00006%; из него фракционировкой можно выделить отдельные благородные газы. Другой метод разделения благородных газов основан на способности угля, приготовленного из скорлупы кокосового ореха, адсорбировать газы при низкой температуре тем лучше, чем легче они конденсируются в жидкость. Уже при сравнительно незначительном охлаждении кокосовый уголь поглощает все благородные газы, кроме Ne и Не; при охлаждении кокосового угля жидким воздухом адсорбируется Ne, и остается непоглощенным один Не. При охлаждении жидким водородом Ne даже затвердевает, и совершенно чистый Не остается один в газообразном состоянии. Один объем Н2О поглощает следующие объемы Не при температуре

В бензоле и в спирте Не нерастворим. Гелий, в отличие от других благородных газов, диффундирует при высокой температуре через стенки кварцевых сосудов. Кокосовый уголь адсорбирует при 0° — 2 объема, при — 185° — 15 объемов гелия.

Гелий содержится в громадных количествах в атмосфере солнца, от которого и получил свое наименование ( — солнце). Для спектра гелия очень характерна линия λ = 5875,98 Å. На земле гелий содержится в атмосфере, в минералах (в 1 г уранинита 13,5 см 3 , клевеита — 6,1 см 3 , брёггерита — 1,8 см 3 , монацита — до 1,5 см 3 , самарскита — до 1,5 см 3 ) и в воде и газах некоторых минеральных источников (Баден-Баден — 0,85%; Вильдбад в Шварцвальде — 0,71 % и др.). Газы литиевого источника Santenay (Кот д’Op) содержат 10,16% Не, источника Карно — 9,77%, источника Fontaine Salee- 8,4%. Гелий содержится также и в метеоритном железе.

Аргон содержится в атмосфере и в газах некоторых минеральных источников, в минерале малаконе (вместе с гелием). Благородные газы добываются из жидкого воздуха путем фракционировки жидкого азота или методом химического поглощения из воздуха всех газов, кроме благородных газов. Вода поглощается H24 или СаСl2; СO2 — натронной известью или концентрированным раствором NaOH; О2 — пропусканием через трубку, наполненную раскаленной медью или раствором пирогалловой кислоты; азот поглощается нагретыми металлами Са, Ва или цианамидом кальция, который может одновременно связывать и О2; Н2 сжигается при пропускании через трубку с СuО (см. Анализ газов). Остается один т. н. «сырой» Аr, содержащий в себе все остальные благородные газы, гл. обр. Не (0,25 %). Аргон применяется для наполнения термометров и лампочек накаливания с ванадиевой или титановой нитью. Эти металлы связывают последние следы азота в эвакуированных лампочках, а присутствие Аr обеспечивает необходимое для функционирования лампочки минимальное давление газа.

Читайте также:  Как выкопать пион для пересадки

Неон содержится в атмосфере. Он применяется для наполнения нового типа электрических ламп (трубки Мура), обыкновенно в смеси с гелием. Для устранения красноватого оттенка, свойственного светящемуся Ne, в эти лампы вводятся, кроме того, пары ртути. Неоном же выполнены лампы Вотан (тип 9), которые на 40% превосходят по силе света обыкновенные и мерцающие лампы. Благодаря красноватому оттенку света Ne непригоден для домашнего освещения, но применяется для сигнализации (см. Аэромаяк), для театральных эффектов, для световых реклам и т. д. По новейшим данным, для этих ламп должна применяться смесь 75% Не и 25% Ne, обладающая вдвое большей силой света сравнительно с чисто неоновой.

Криптон и ксенон в виду незначительности их содержания в воздухе технического значения не имеют.

Радон , нитон , эманация радия (Rn, или Nt, или RaEm) представляет собой радиоактивный благородный газ, распадающийся с выделением α-частиц и с образованием нового твердого радиоактивного элемента RaA.

Торон и актинон , эманации тория и актиния по химическим свойствам являются также благородными газами.

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 2 — 1928 г.

источник

Общая характеристика истории открытия благородных газов. Особенность очень низкой химической активности и высокой электропроводности элементов. Способы получения гелия, неона, аргона, криптона и радона. Анализ применения инертных газовых веществ.

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Алтайский государственный университет»

Кафедра неорганической химии

Благородные газы и их свойства

Глава 1. История открытия благородных газов

Глава 2. Общая характеристика благородных газов

Глава 3. Свойства благородных газов

3.3 Физиологическое действие

Глава 4. Способы получения благородных газов

Глава 5. Применение благородных газов

Используемая литература и интернет ресурсы

К благородным, или инертным, газам относятся: гелий Не, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Хе, радон Rn. Они относятся к VIII группе, главной подгруппе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Одноатомные газы без цвета и запаха. Внешняя электронная оболочка молекул заполнена (s2p6), благодаря чему при нормальных условиях благородные газы моноатомны и химически инертны. Входят в состав земной атмосферы: наиболее распространен аргон (0,934% по объему), наименее распространен ксенон (0,86*10-5%). В небольших количествах содержатся в некоторых минералах, природных газах, в растворенном виде — в воде. Кроме этого, обнаружены также в атмосферах планет-гигантов и на Солнце (гелий).[2]

Химия благородных газов не является разнообразной в виду их инертности, но с другой стороны представляет собой очень интересной к исследованию из-за их особого строения и свойств. Изучение данных элементов и их соединений является очень актуальным, так как находится на стадии развития. Именно по этим причинам я посвятила им свою работу.

Глава 1. История открытия благородных газов

История открытия благородных газов драматична и могла бы послужить основой для хорошего химического детектива. А начиналась она довольно банально. Английский физик Джон Уильям Рэлей (Рис.1) не предполагал совершить никакого открытия. Опытный, педантичного склада экспериментатор, он в 1888 г. решил определить плотности и молекулярные массы различных газов с очень высокой для того времени степенью точности — до сотых долей процента. Однако азот, выделенный им из воздуха, неизменно оказывался тяжелее, чем полученный при разложении нитрата аммония. Литр азота воздуха имел массу 1,2572 г, а литр «химического» азота — 1,2505 г. Разница невелика, но она выходила за пределы экспериментальной погрешности и была постоянной. Сам Рэлей не сумел объяснить этот парадокс.

Через научный журнал «Nature» («Природа») Рэлей в апреле 1894 г. обратился к ученным с просьбой помочь в решении проблемы. Откликнулся только один человек — заведующий кафедрой химии Лондонского университета Уильям Рамзай (Рис.2). Он высказал неожиданную идею: вероятно, в азоте, выделенном из воздуха, есть небольшая примесь какого-то другого, более тяжелого газа. Мысль была смелая, даже дерзкая — ведь до этого состав воздуха изучали сотни исследователей.

Но вот, анализируя лабораторные записи Г. Кавендиша, Рэлей и Рамзай обратили внимание на старый, забытый уже опыт, выполненный в 1785 г. Пропуская через воздух, содержащий избыток кислорода, электрические разряды, Кавендиш превращал азот в оксид NO2, который поглощал раствором щелочи. В итоге примерно сотая по объему часть воздуха не вступала в реакцию, оставаясь неизменной. Это уже был четкий ориентир. Рамзай изменил этот опыт, связав кислород с помощью меди в оксид меди (II), а азот — магнием в нитрид магния. «В остатке», как и у Кавендиша, небольшая часть исходного объема воздуха. Но «личность» нового газа так и не была установлена.

Газ вел себя парадоксально: он не вступал в реакции с хлором, металлами, кислотами, щелочами, т.е. был абсолютно химически инертен. И еще одна неожиданность: Рамзай доказал, что его молекула состоит из одного атома, а до той поры одноатомные газы были неизвестны.

12 августа 1894 г. Рэлей выступил с докладом о новом газе в Британской ассоциации содействия науке. А позже новый элемент был назван аргоном (от греч. «аргос» — «ленивый», «безразличный»).

Этому сообщению поверили далеко не все химики, усомнился в нем и сам Менделеев. Периодическая система элементов являла собой удивительно целостное строение, открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все ее «здание» рухнет.

Атомная масса газа (39,9) указывала ему место между калием (39,1) и кальцием (40,1). Но в этой части таблицы все клетки давно были заняты. Авторы открытия, горячие сторонники периодического закона, тоже не испытывали особого торжества. Аргон не имел в таблице аналогов, и вообще ему не находилось места в периодической системе: ну куда можно поместить элемент, лишенный химических свойств?

Ответ на этот вопрос пришел не сразу. Прежде всего вспомним об открытии, которое сделали почти одновременно, в 1868 г., два астронома — француз Пьер Жюль Сезар Жансен (Рис.3) и англичанин Джозеф Норман Локьер (Рис.4). Эти ученные с помощью недавно изобретенного прибора — спектроскопа изучили спектр солнечных протуберанцев и обнаружили в нем желтую линию, принадлежащую новому элементу. Но официальное признание он получил только лишь четверть века спустя. Это случилось только после того, как гелий (так его назвали в честь греческого бога Солнца Гелиоса) открыли на Земле.[1]

В 1895 г. Рамзай при обработке очень редкого минерала клевеита nUO3 * mUO2 * xPbO серной кислотой обнаружили газ, спектральный анализ которого показал, что это «земной» гелий. Как установили позже, гелий непрерывно образуется в минерале в результате радиоактивного распада урана.

Теперь уже двум элементам не было места в периодической системе: аргону и гелию. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай пришли к выводу, что инертным, т.е. лишенным химических свойств, газам надо отвести отдельную, так называемую нулевую группу между галогенами и щелочными металлами.

В надежде отыскать остальные инертные газы Рамзай вернулся к изучению воздуха. Следующий инертный газ выделили в 1898 г. «методом исключения», после того как кислород, азот и все более тяжелые компоненты воздуха были превращены в жидкость. Оставшийся газ собрали, поместили в разрядную трубку, пропустили через нее электрический ток, и трубка вспыхнула ярким красно — оранжевым светом. Элементу далее незамысловатое название «неон», что в переводе с греческого означает «новый».

Читайте также:  Конституция рф была принята при каком президенте

В том же году Рамзай выделил из жидкого воздуха (предварительно удалив кислород, азот и аргон) смесь, в которой спектральным методом были открыты еще два газа: криптон («скрытый», «секретный») и ксенон («чуждый», «необычный»). Таким образом, к лету 1898 г. оказались известны пять благородных газов.

За исследования в области инертных газов Рэлей и Рамзай были удостоены Нобелевской премии.

Рамзая, открывшего пять элементов, можно сравнить с золотоискателем, которому фантастически повезло — он напал на «золотую жилу». Однако этот великий ученный вложил в ее разработку колоссальный труд и ювелирное искусство. За два года работы он получил 300мл ксенона, для чего пришлось переработать 77,5 млн литров воздуха, т.е. 100 тонн!

В 1899 г. тогда еще молодой английский физик Эрнест Резерфорд (Рис.5) обнаружил, что радиоактивный распад тория сопровождается выделением неизвестного газа. Это оказался последний представитель «благородного семейства». Впоследствии новый элемент получил название «радон», в честь своего непосредственного «ядерного предтечи» радия.

Открытие благородных газов имело огромное значение для научного сообщества. В частности, оно помогло в проведении спектральных исследований. Оранжевая линия спектра стабильного изотопа криптона-86 принята в качестве международного эталона длины волны света. Однако самое большое значение открытие этих элементов имело для развития понятия валентности и учения о межмолекулярных силах. В этом направлении работали ученые Коссель и Льюис, которые выдвинули гипотезу о том, что электронная оболочка из 8 электронов наиболее устойчива и различные атомы стремятся приобрести ее путем присоединения или отщепления электронов.

До 1962 года считалось, что инертные газы не вступают ни в какие реакции. В 1962 году канадский ученый Н. Бартлетт (Рис.6) смог получить соединение ксенона и гексафторида платины XePtF6. Бартлетт впервые получил соединение, в которое была вовлечена восьмиэлектронная оболочка ксенона. Таким образом был разрушен миф об абсолютной инертности благородно-газовой оболочки. После этого название «инертные газы» уже не соответствовало действительности, поэтому по аналогии с малоактивными благородными металлами эту группу химических элементов назвали благородными газами. Поскольку были получены химические соединения, в которых максимальная валентность благородных газов равна 8, вместо нулевой группы их стали считать главной подгруппой VIII группы Периодической системы. [1]

Глава 2. Общая характеристика благородных газов

Главную подгруппу восьмой группы периодической системы составляют благородные газы — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Эти элементы характеризуются очень низкой химической активностью, что и дало основание назвать их благородными, или инертными, газами. Они лишь с трудом образуют соединения с другими элементами или веществами; химические соединения гелия, неона и аргона не получены. Атомы благородных газов не соединены в молекулы, иначе говоря, их молекулы одноатомны. Химическая инертность элементов нулевой (восьмой) группы периодической системы объясняется, как известно, «замкнутым» характером их электронных оболочек (табл.1) — на внешнем электронном уровне все инертные газы содержат электронный октет.

Таблица 1. Строение электронных оболочек благородных газов

источник

Благородные газы (инертные, редкие) — химические элементы главной подгруппы восьмой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева:

Раньше их называли инертными газами за химическую инертность элементов подгруппы, а также редкими газами. На основе этого их размещали в отдельной «нулевой» группе периодической системы. Но такое название просуществовала только до начала 60-х годов ХХ века, когда канадским химиком Н. Бартлеттом впервые синтезирован соединение ксенона из PtF6 состава ХеРtF6.

Благородные газы были открыты в 1892-1908 гг. Гелий впервые обнаружен на Солнце методом спектрального анализа (1868).

Редкие газы постоянно присутствуют в воздухе, незначительное количество имеется в буровых и минеральных водах, подземных газах (таблица).

Ат. н. элемента Элемент Радиус атома, нм Потенциал ионизации, ев Температура, ° С Массовая доля в земной коре,% Содержание в м3 воздуха, см3 Растворимость в 1 л воды при 0 ° С, мл Температура плавления Температура кипения
86 Радон 0,214 10,75 -71 -62 4 10-7 Практически отсутствует 510
10 Неон 0,160 21,56 -249 -246 5 10-7 18 14
2 Гелий 0,122 24,58 -272 -269 8 10-7 10 5
18 Аргон 0,192 15,76 -189 -186 35 10-5 930 52
54 Ксенон 0,218 12,13 -112 -108 29 10-10 0,08 203
36 Криптон 0,198 13,99 -157 -153 19 10-9 1 99

Гелий вместе с водородом — наиболее распространенные элементы Космоса. Накопление ядер Не во Вселенной обусловлено термоядерной реакцией. В земной коре не накапливается за счет α-распада радиоактивных элементов. Радон — радиоактивный элемент и один из редких элементов (редкий газ).

Наибольшее количество благородных газов для научных и технических целей получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Инертные газы — бесцветные вещества, без запаха и вкуса, малорастворимые в воде. Их растворимость возрастает с увеличением заряда ядра атома (см. Таблицу). Радон относится к хорошо растворимым инертным газам.

Атомы благородных газов имеют завершенную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns2 np6 i 1s2 в гелия как элемента первого периода. Согласно электронной конфигурации инертных газов их молекулы одноатомные.

Наличие устойчивой электронной конфигурации приводит не только высокий потенциал ионизации и химическую инертность благородных газов, но и тяжесть их получения в жидком и твердом состояниях. Наличие d-орбиталей на валентной уровне криптона, аргона, радона и ксенона свидетельствует о возможности их существования в возбужденном состоянии. Исследование химических свойств благородных газов показало, что в ряду He-Ne-Ar-Kr-Xe-Rn повышается способность к образованию молекулярных соединений.

Такие редкие газы, как криптон, аргон и ксенон образуют гидраты типа включения:

Ar*6H2O, Kr*6H2O и Xe*6H2O — это кристаллические вещества, которые разлагаются соответственно при -43, -28 и 4 ° С. С некоторыми органическими соединениями благородные газы образуют соединения включения — клатраты:

В химических соединениях инертные газы проявляют степени окисления +2, +4, +6 и даже +8. Такие соединения полученные при взаимодействии ксенона с флуором:

При воздействии воды на XeF4 образуется гидроксид ксенона (IV). Известны также ксенона (VI) оксид, ксенона (IV) оксофлуорид, а также кислоты состава: H4XeO5, H2XeO4 i H6XeO6. При воздействии озона на соединения ксенона (VI) добывают производные Xe (VIII) — перксенонаты:

XeO3 + O3 + 4NaOH = Na4XeO6 + O2 + 2H2O.

С барий перксенонатом, получают ксенона (VIII) оксид:

Ba2XeO6 + 2H2SO4 = XeO4 + 2BaSO4 ↓ + 2H2O.

Ксенона оксиды (XeO3, XeO4) имеют кислотные свойства. В последние годы получено большое количество соединений таких инертных газов, как Kr, Xe i Rn. В связи с быстрым радиоактивным распадом радон и его соединения получены в незначительном количестве, а их состав установлен приблизительно.

Редкие газы способны образовывать химические соединения с флуором и кислородом.

Ксенона фториды используют как энергичные окислители и фторирующий агенты в ракетном топливе. Гелий используют при проведении ядерных реакций. Значительная легкость и негорючесть гелия приводит его применения для наполнения аэростатов (вместо водорода). Такой благородный газ, как аргон используют для осуществления процессов, требующих инертной среды (плавление металлов, электросварки, изучение кинетики и механизма электродных процессов и т.п.). Радон очень токсичен, что объясняется его радиоактивными свойствами. При распаде образует нелетучие радиоактивные продукты (изотопы полония, висмута и свинца), которые очень трудно выводятся из организма. Но благородный газ Rn используют в медицинской практике: воды, в состав которых входит Rn (радоновые ванны), применяют для лечения сердечно-сосудистой, нервной систем, органов дыхания и пищеварения, костей, суставов и мышц, гинекологических заболеваний, нарушения обмена веществ.

Статья посвящена благородным газам. Синонимы – редкие газы, инертные газы.

© VetConsult+, 2015. Все права защищены. Использование любых материалов, размещённых на сайте, разрешается при условии ссылки на ресурс. При копировании либо частичном использовании материалов со страниц сайта обязательно размещать прямую открытую для поисковых систем гиперссылку, расположенную в подзаголовке или в первом абзаце статьи.

источник