Благородные газы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Группа 18
Период
1
2
Гелий
4,0026
1s2
2
10
Неон
20,179
2s22p6
3
18
Аргон
39,948
3s23p6
4
36
Криптон
83,80
3d104s24p6
5
54
Ксенон
131,29
4d105s25p6
6
86
Радон
(222)
4f145d106s26p6
7
118
Унуноктий
(294)
5f146d107s27p6

Благоро́дные газы (также инертные или редкие газы[1]) — группа химических элементов со схожими свойствами: при нормальных условиях они представляют собой одноатомные газы без цвета и запаха с очень низкой химической реактивностью[en]. К благородным газам относятся гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радиоактивный радон (Rn). В последнее время к этой группе также причисляют унуноктий.

Занимая первые 6 периодов, инертные газы относятся к последней, 18-ой группе в периоической таблице химических элементов . Возможно, что из-за relativistic effects, элемент 14-й группы Флеровий показывает некоторые свойства благородных газов,[2]. Он может заменить в периодической таблице унуноктий.[3] Благородные газы химически нереактивны, за исключением нахождения элементов при экстремальных условиях. Инертность этих элементов очень пригождается им, когда химические реакции не нужны.

Характеристики благородных газов могут быть объяснены современными теориями о атомных структурах[en]: их электронные оболочки из валентных электронов является "полной", тем самым позволяя участвовать лишь в очень малом количестве химических реакций и возможно лишь несколько сотен соединений. Температуры плавления и кипения у любого благородного газа имеют различие меньше, чем в 10 градусов Шаблон:Convert/C-change.


Неон, аргон, криптон и ксенон выделяется воздуха специальными установками, используя при этом методы сжижения газов и фракционированной конденсации.

Химические свойства[править | править вики-текст]

An atomic shell diagram with neon core, 2 electrons in the inner shell and 8 in the outer shell.
Неон, как и все благородные газы, имеет полную электронную оболочку. Все атомы благородных газов имеют на задней орбите 8 электронов. Исключением является гелий (только 2 электрона)

Благородные газы не имеют цвета, запаха, вкуса, а также не возгораются при нормальных условиях.

Элемент № электронов/электронной оболочки
2 гелий 2
10 неон 2, 8
18 аргон 2, 8, 8
36 криптон 2, 8, 18, 8
54 ксенон 2, 8, 18, 18, 8
86 радон 2, 8, 18, 32, 18, 8


Соединения[править | править вики-текст]

A model of planar chemical molecule with a blue center atom (Xe) symmetrically bonded to four peripheral atoms (fluorine).
Структура XeF4, одного из первых когда-либо обнаруженного соединения благородных газов.

Инертные газы отличаются химической неактивностью (отсюда и название). Тем не менее, в 1962 году Нил Барлетт показал, что все они при определённых условиях могут образовывать соединения (особенно охотно со фтором). Наиболее «инертны» неон и гелий: чтобы заставить их вступить в реакцию, нужно применить много усилий, искусственно ионизируя каждый атом. Ксенон же, наоборот, слишком активен (для инертных газов) и реагирует даже при нормальных условиях, демонстрируя чуть ли не все возможные степени окисления (+1, +2, +4, +6, +8). Радон тоже имеет высокую химическую активность, но он радиоактивен и быстро распадается, поэтому подробное изучение его химических свойств осложнено, в отличие от ксенона.

Унуноктий, несмотря на его принадлежность к 18-ой группе периодической таблицы, может не являться инертным газом, так как предполагается, что при нормальных условиях в силу релятивистских эффектов, влияющих на движение электронов вблизи его ядра с высоким зарядом, он будет находиться в твердом состоянии[4].

Физические свойства[править | править вики-текст]

Инертные газы имеют самые большие энергии ионизации.

Инертные газы бесцветны и не имеют запаха. В небольшом количестве они присутствуют в воздухе и некоторых горных породах, а также в атмосферах некоторых планет-гигантов.

Биологическое действие[править | править вики-текст]

Инертные газы неядовиты. Однако атмосфера с увеличенной концентрацией инертных газов и соответствующим снижением концентрации кислорода может оказывать удушающее действие на человека, вплоть до потери сознания и смерти[5][6]. Известны случаи гибели людей при утечках аргона.

Вдыхание радиоактивного радона может вызвать рак.

Инертные газы обладают биологическим действием, которое проявляется в их наркотическом воздействии на организм и по силе этого воздействия располагаются по убыванию в следующем порядке (в сравнении приведены также азот и водород): Xe — Кr — Ar — N2 — H2 — Ne — He. При этом ксенон и криптон проявляют наркотический эффект при нормальном барометрическом давлении, аргон — при давлении свыше 0,2 МПа (2 атм), азот — свыше 0,6 МПа (6 атм), водород — свыше 2,0 МПа (20 атм). Наркотическое действие неона и гелия в опытах не регистрируются, так как под давлением раньше возникают симптомы «нервного синдрома высокого давления» (НСВД)[7].

Применение[править | править вики-текст]

Благородные газы в вакуумных стеклянных колбах, через которые пропущен ток

Инертные газы имеют очень низкие точки кипения и плавления, что позволяет их использовать в качестве холодильного агента в криогенной технике. Так, жидкий гелий, который кипит при 4,2 К (−268,95 °C), используется для получения сверхпроводимости — в частности, для охлаждения сверхпроводящих обмоток электромагнитов, применяемых, например, для магнитно-резонансной томографии и других приложений ядерного магнитного резонанса. Жидкий неон, хотя и не достигает таких низких температур как жидкий гелий, также находит применение в криогенике, потому что его охлаждающие свойства (удельная теплота испарения) более чем в 40 раз лучше, чем у жидкого гелия, и более чем в три раза лучше, чем у жидкого водорода.

Гелий, благодаря его пониженной растворимости в жидкостях, особенно в липидах, используется вместо азота как компонент дыхательных смесей для дыхания под давлением (например, при подводном плавании). Растворимость газов в крови и биологических тканях растёт под давлением. В случае использования для дыхания обычного воздуха или других азотсодержащих дыхательных смесей это может стать причиной эффекта, известного как азотное отравление.

Благодаря меньшей растворимости в липидах, атомы гелия задерживаются клеточной мембраной, и поэтому гелий используется в дыхательных смесях, таких как тримикс и гелиокс, уменьшая наркотический эффект газов, возникающий на глубине. Кроме того, пониженная растворимость гелия в жидкостях тела позволяет избежать кессонной болезни при быстром всплытии с глубины. Уменьшение остатка растворённого газа в теле означает, что во время всплытия образуется меньшее количество газовых пузырьков; это уменьшает риск газовой эмболии. Другой инертный газ, аргон, рассматривается как лучший выбор для использования в качестве прослойки к сухому костюму[8] для подводного плавания.

Аргон, наиболее дешёвый среди инертных газов (его содержание в атмосфере составляет около 1 %), широко используется в газовой сварке и резке и других приложениях для изоляции от воздуха металлов, реагирующих при нагреве с кислородом (и азотом), а также для обработки жидкой стали.

После крушения дирижабля «Гинденбург» в 1937 году негорючий гелий заменил огнеопасный водород в качестве заполняющего газа в дирижаблях и воздушных шарах, несмотря на 8,6 % уменьшение плавучести, по сравнению с водородом.

Цвета и спектры благородных газов[править | править вики-текст]

Цвета и спектры благородных газов. В первой строке показываются газы в колбах, через которые пропущен ток, во второй - сам газ в трубке, в третьей - в трубках, изображающих обозначение элемента в периодической таблице.
Glass tube shining violet light with a wire wound over it Glass tube shining orange light with a wire wound over it Glass tube shining purple light with a wire wound over it Glass tube shining white light with a wire wound over it Glass tube shining blue light with a wire wound over it
Glass tube shining light red Glass tube shining reddish-orange Glass tube shining purple Glass tube shining bluish-white Glass tube shining bluish-violet
Illuminated light red gas discharge tubes shaped as letters H and e Illuminated orange gas discharge tubes shaped as letters N and e Illuminated light blue gas discharge tubes shaped as letters A and r Illuminated white gas discharge tubes shaped as letters K and r Illuminated violet gas discharge tubes shaped as letters X and e
Helium line spectrum Neon line spectrum Argon line spectrum Krypton line spectrum Xenon line spectrum
Гелий Неон Аргон Криптон Ксенон

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Благородные газы — статья из Химической энциклопедии
  2. Flerov laboratory of nuclear reactions. JINR. Проверено 8 августа 2009.
  3. Nash, Clinton S. (2005). «Atomic and Molecular Properties of Elements 112, 114, and 118». J. Phys. Chem. A 109 (15): 3493–3500. DOI:10.1021/jp050736o. PMID 16833687.
  4. Wieser, M.E. (2006). «Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)». Pure Appl. Chem. 78 (11): 2051–2066. DOI:10.1351/pac200678112051.
  5. Опасности при работе с азотом и аргоном
  6. Инструкция по эксплуатации баллонов с аргоном используемых в спектральной лаборатории
  7. Павлов Б.Н. Проблема защиты человека в экстремальных условиях гипербарической среды обитания (рус.). www.argonavt.com (15 мая 2007). Проверено 22 мая 2010. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  8. Dry_suit (англ.)

Литература[править | править вики-текст]

|Викисклад =Благородные газы |Викисловарь = Благородные газы |Викитека = Благородные газы |Викиверситет = Благородные газы}}



Ссылки[править | править вики-текст]