Gaze nobile

Gazele nobile (și inerte [2] sau gaze rare [3] ) sunt un grup de elemente chimice cu proprietăți similare: în condiții normale, sunt gaze monoatomice incolore, inodore și insipid , cu reactivitate chimică foarte scăzută . Gazele nobile includ heliu (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), xenon (Xe) și radon radioactiv (Rn). Formal, recent descoperit oganesson (Og) este, de asemenea, inclus în acest grup, dar proprietățile sale chimice aproape nu sunt studiate și este probabil să fie aproape de proprietățile metaloizilor cum ar fi astatinul (At) și telurul (Te).

În primele 6 perioade ale tabelului periodic al elementelor chimice, gazele inerte aparțin ultimei, a 18-a grupă . Conform vechiului sistem european de numerotare a grupelor din tabelul periodic , grupul de gaze inerte este desemnat VIIIA (subgrupul principal al grupului VIII sau subgrupul de heliu), conform vechiului sistem american - VIIIB ; în plus, în unele surse, în special în cele vechi, grupa gazelor inerte este indicată cu cifra 0, datorită valenței lor caracteristice zero. Este posibil ca din cauza efectelor relativiste, elementul din perioada a 7-a din grupa a 4-a, flerovium , să aibă unele dintre proprietățile gazelor nobile [4] . Poate înlocui oganesson în tabelul periodic [5] . Gazele nobile sunt inactive din punct de vedere chimic și sunt capabile să participe la reacții chimice numai în condiții extreme.

Caracteristicile gazelor nobile sunt explicate de teoriile moderne ale structurii atomice : învelișurile lor de electroni de electroni de valență sunt umplute, permițând astfel să participe doar unui număr foarte mic de reacții chimice: sunt cunoscuți doar câteva sute de compuși chimici ai acestor elemente .

Neonul, argonul, kryptonul și xenonul sunt separate de aer prin instalații speciale , folosind metodele de lichefiere a gazelor și condensare fracționată . Heliul este obținut din zăcăminte de gaze naturale cu concentrații mari de heliu, care este separat prin tehnici criogenice de separare a gazelor . Radonul este obținut de obicei ca produs de descompunere radioactivă a radiului din soluții de compuși ai acestui element.

Proprietăți chimice

Gazele nobile nu susțin arderea și nu se aprind în condiții normale.

Conexiuni

Gazele inerte sunt inactive din punct de vedere chimic (de unde și numele). Cu toate acestea, în 1962, Neil Barlett a arătat că toți pot forma compuși în anumite condiții (mai ales ușor cu fluor ). Cele mai „inerte” neon și heliu: pentru a le face să reacționeze, trebuie să faci mult efort, ionizând artificial fiecare atom. Xenonul, dimpotrivă, este prea activ (pentru gaze inerte) și reacționează chiar și în condiții normale , demonstrând aproape toate stările de oxidare posibile (+1, +2, +4, +6, +8). Radonul are și o activitate chimică ridicată (comparativ cu gazele inerte ușoare), dar este radioactiv și se descompune rapid, așa că un studiu detaliat al proprietăților sale chimice este complicat, spre deosebire de xenon.

Oganesson , în ciuda apartenenței sale la grupul 18 al tabelului periodic, poate să nu fie un gaz inert, deoarece se presupune că, în condiții normale, din cauza efectelor relativiste care afectează mișcarea electronilor în apropierea nucleului său foarte încărcat, se va afla într-un solid. stare [6] .

Proprietăți fizice

Gazele inerte sunt incolore, transparente, inodore și fără gust. Sunt prezente în cantități mici în aer și unele roci , precum și în atmosferele unor planete gigantice și terestre. Heliul este al doilea (după hidrogen) cel mai abundent element din univers, dar pentru Pământ este un gaz rar care a scăpat în spațiu în timpul formării planetei. Aproape tot heliul produs este un produs radiogen al dezintegrarii alfa a uraniului, toriului și elementelor fiice ale acestora, care au avut loc de-a lungul miliardelor de ani în intestinele Pământului ; doar o mică parte din heliul pământului a supraviețuit din epoca formării sistemului solar. În mod similar, argonul este în mare parte radiogenic, rezultat din dezintegrarea radioactivă treptată a potasiului-40 .

În condiții normale, toate elementele grupului al 18-lea (cu excepția, eventual, oganesson) sunt gaze monoatomice. Densitatea lor crește odată cu creșterea numărului perioadei. Densitatea heliului în condiții normale este de aproximativ 7 ori mai mică decât densitatea aerului, în timp ce radonul este de aproape opt ori mai greu decât aerul.

La presiune normală, punctele de topire și de fierbere ale oricărui gaz nobil diferă cu mai puțin de 10 °C; astfel, rămân lichide doar într-un interval mic de temperatură. Temperaturile de lichefiere și cristalizare cresc odată cu numărul perioadei. Heliul sub presiunea atmosferică nu devine solid deloc, chiar și la zero absolut - singura dintre toate substanțele.

Acțiune biologică

Gazele inerte nu au toxicitate chimică . Cu toate acestea, o atmosferă cu o concentrație crescută de gaze inerte și o scădere corespunzătoare a concentrației de oxigen poate avea un efect sufocant asupra unei persoane, până la pierderea cunoștinței și moartea [7] [8] . Sunt cunoscute cazuri de deces al oamenilor din cauza scurgerii de gaze inerte.

Datorită radioactivității ridicate a tuturor izotopilor radonului, acesta este radiotoxic. Prezența radonului și a produșilor săi de descompunere radioactivă în aerul inhalat provoacă efecte stocastice ale expunerii cronice, în special cancerul .

Gazele inerte au un efect biologic, care se manifestă prin efectul lor narcotic asupra organismului și, în funcție de puterea acestui efect, sunt dispuse în ordine descrescătoare în următoarea ordine ( se compară și azotul și hidrogenul ): Xe - Kr - Ar - N 2  - H 2  - Ne - He . În același timp, xenonul și criptonul prezintă un efect narcotic la presiunea barometrică normală, argonul - la o presiune de peste 0,2 MPa (2 atm ) , azot - peste 0,6 MPa (6 atm) , hidrogen - peste 2,0 MPa (20 atm) . Efectul narcotic al neonului și heliului nu este înregistrat în experimente, deoarece sub presiune simptomele „sindromului nervos de înaltă presiune” (HNSVD) apar mai devreme [9] .

Aplicație

Gazele inerte ușoare au puncte de fierbere și de topire foarte scăzute, ceea ce le permite să fie utilizate ca agent frigorific în inginerie criogenică . Heliul lichid , care fierbe la 4,2 K (-268,95 °C) , este folosit pentru a produce supraconductivitate - în special, pentru a răci bobinele supraconductoare ale electromagneților utilizați, de exemplu, în imagistica prin rezonanță magnetică și alte aplicații ale rezonanței magnetice nucleare . Neonul lichid, deși punctul său de fierbere (-246,03 °C) nu atinge valori atât de scăzute precum cel al heliului lichid, își găsește utilizare și în criogenie, deoarece proprietățile sale de răcire ( căldura specifică de vaporizare ) sunt de peste 40 de ori mai bune decât heliu lichid și mai bine de trei ori decât hidrogenul lichid.

Heliul, datorită solubilității sale reduse în lichide, în special în lipide, este utilizat în locul azotului ca componentă a amestecurilor de respirație pentru respirația sub presiune (cum ar fi scufundările ). Solubilitatea gazelor în sânge și țesuturi biologice crește sub presiune. Dacă aerul sau alte amestecuri respiratorii care conțin azot sunt utilizate pentru respirație, acest lucru poate provoca un efect cunoscut sub numele de intoxicație cu azot .

Datorită solubilității sale mai scăzute în lipide, atomii de heliu sunt prinși de membrana celulară și, prin urmare, heliul este utilizat în amestecuri de respirație precum trimix și heliox , reducând efectul narcotic al gazelor care apare la adâncime. În plus, solubilitatea redusă a heliului în fluidele corporale face posibilă evitarea bolii de decompresie în timpul ascensiunii rapide din adâncime. Reducerea cantității de gaz dizolvat în corp înseamnă că în timpul ascensiunii se formează mai puține bule de gaz; aceasta reduce riscul de embolie gazoasă . Un alt gaz inert, argonul, este considerat cea mai bună alegere pentru utilizarea ca strat intermediar pentru costum uscat [10] pentru scufundări.

Argonul, cel mai ieftin dintre gazele inerte (conținutul său în atmosferă este de aproximativ 1%), este utilizat pe scară largă în sudare în gaze de protecție, tăiere și alte aplicații pentru izolarea metalelor din aer care reacționează cu oxigenul (și azotul) atunci când este încălzit, precum şi pentru prelucrarea oţelului lichid. Argonul este folosit și în lămpile fluorescente pentru a preveni oxidarea electrodului de tungsten încălzit. De asemenea, din cauza conductibilității termice scăzute, argonul (precum și kryptonul) este folosit pentru umplerea ferestrelor cu geam dublu.

După prăbușirea aeronavei Hindenburg în 1937, hidrogenul inflamabil a fost înlocuit cu heliu neinflamabil ca gaz de umplere în avioane și baloane, în ciuda unei reduceri de 8,6% a flotabilității în comparație cu hidrogenul. În ciuda înlocuirii, dezastrul a avut un impact disproporționat asupra întregului domeniu de aeronave presurizate mai ușoare decât aerul și a subminat planurile de extindere a acestui domeniu al aviației pentru mai bine de jumătate de secol. Au devenit mai populare doar recent, odată cu dezvoltarea țesăturilor din nanofibre și a energiei alternative.

Culorile și spectrele gazelor nobile

Vezi și

• heliometrie

Note

1. ↑ Meija J. , Coplen T. B. , Berglund M., Brand W. A., Bièvre P. D., Gröning M., Holden N. E., Irrgeher J., Loss R. D., Walczyk T. et al. Greutăți atomice ale elementelor 2005 (Raport tehnic IUPAC)  (engleză) // Chimie pură și aplicată - IUPAC , 2016. - Vol. 88, Iss. 3. - ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1515/PAC-2015-0305
2. ↑ Gaze inerte // Kazahstan. Enciclopedia Națională . - Almaty: Enciclopedii kazahe , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (Rusă) (CC BY SA 3.0)
3. ↑ [www.xumuk.ru/encyklopedia/588.html Gaze nobile] - articol din Enciclopedia chimică
4. ↑ Laboratorul Flerov de reacții nucleare . JINR. Preluat la 8 august 2009. Arhivat din original la 6 octombrie 2011. (nedefinit)
5. ↑ Nash, Clinton S. Atomic and Molecular Properties of Elements 112, 114, and 118  // J. Phys  . Chim. A : jurnal. - 2005. - Vol. 109 , nr. 15 . - P. 3493-3500 . - doi : 10.1021/jp050736o . — PMID 16833687 .
6. ↑ Wieser ME Greutăți atomice ale elementelor 2005 (Raport tehnic IUPAC  )  // Pure Appl. Chim.  : jurnal. - 2006. - Vol. 78 , nr. 11 . - P. 2051-2066 . - doi : 10.1351/pac200678112051 .
7. ↑ Pericole la lucrul cu azot și argon . Preluat la 31 martie 2011. Arhivat din original la 16 octombrie 2014. (nedefinit)
8. ↑ Instrucțiuni de operare pentru cilindrii de argon utilizați în laboratorul spectral (link inaccesibil) . Data accesului: 31 martie 2011. Arhivat din original la 25 iulie 2010. (nedefinit) 
9. ↑ Pavlov B. N. Problema protecției omului în condiții extreme a unui habitat hiperbaric . www.argonavt.com (15 mai 2007). Data accesului: 22 mai 2010. Arhivat din original la 22 august 2011. (Rusă)
10. ↑ ro : Dry_suit 

Literatură

• Bennett, Peter; Elliott, David. Fiziologia și medicina  scufundărilor . - Editura SPCK, 1998. - ISBN 0-7020-2410-4 .
• Servicii de pregătire a testelor Bobrow. CliffsAP  Chimie . — CliffsNotes, 2007. - ISBN 0-470-13500-X .
• Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chimia elementelor  (engleză) . — al 2-lea. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997. - ISBN 0-7506-3365-4 .
• Harding, Charlie J.; Janes, Rob. Elemente ale blocului P  . - Royal Society of Chemistry , 2002. - ISBN 0-85404-690-9 .
• Holloway, John. Chimia  gazelor nobile . — Londra : Editura Methuen, 1968. - ISBN 0-412-21100-9 .
• Mendeleev, Dmitri Fundamentele Chimiei . - al 7-lea. (Rusă)
• Ojima, Minoru; Podosek, Frank. Geochimia gazelor nobile  . - Cambridge University Press , 2002. - ISBN 0-521-80366-7 .
• Weinhold, F.; Landis, C. Valency și bonding  (engleză) . - Cambridge University Press , 2005. - ISBN 0-521-83128-8 .
• Skerry, Eric. Tabelul periodic, povestea și semnificația sa  . - Oxford University Press , 2007. - ISBN 0-19-530573-6 .

Link -uri

• Chimia gazelor inerte .

Dicționare și enciclopedii	Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Rusă mare Britannica (online) Universalis
În cataloagele bibliografice BNF : 11982013b GND : 4151020-3 J9U : 987007560587305171 LCCN : sh85053403 NDL : 01030643 NKC : ph503004