JALOKAASUT: OMINAISUUDET, KOKOONPANO, REAKTIOT, KÄYTTÖ - KEMIA

Jalokaasut ovat elementtien joukko löytyy, jonka integroimalla ryhmä 18 jaksollisen. Niitä on vuosien varrella kutsuttu myös harvinaisiksi tai inertteiksi kaasuiksi, molemmat epätarkat nimet; jotkut heistä ovat erittäin runsaasti maapallon ulkopuolella ja sisällä, ja ne kykenevät myös äärimmäisissä olosuhteissa reagoimaan.

Sen seitsemän elementtiä muodostavat jaksollisen taulukon ehkä ainutlaatuisimman ryhmän, jonka ominaisuudet ja matala reaktiivisuus ovat yhtä vaikuttavia kuin jalometallien. Niiden joukossa paraati inertin alkuaine (neon), toiseksi yleisin kosmos (helium), ja raskain ja epävakain (oganeson).

Viiden jalokaasun hehku lasipulloissa tai ampulleissa. Lähde: Uusi teos Alchemist-hp (keskustelu) www.pse-mendelejew.de); alkuperäiset yksittäiset kuvat: Jurii, Jalokaasut ovat luonnon kylmin aineita; kestävät erittäin matalat lämpötilat ennen kondensoitumista. Vielä vaikeampaa on sen jäätyminen, koska sen Lontoon sirontaan perustuvat molekyylien väliset voimat ja atomien polarisoituvuus ovat liian heikot pitämään niitä tuskin yhtenäisenä kidessä.

Heikosta reaktiivisuudestaan johtuen ne ovat suhteellisen turvallisia varastoitavia kaasuja eivätkä aiheuta liikaa riskejä. Ne voivat kuitenkin syrjäyttää hapen keuhkoista ja aiheuttaa tukehtumisen, jos hengitetään liiallisesti. Toisaalta kaksi sen jäsentä on erittäin radioaktiivisia alkuaineita ja siten terveydelle tappavaa.

Jalokaasujen matala reaktiivisuus käytetään myös reaktioiden aikaansaamiseksi inertissä ilmakehässä; niin että mikään reagenssi tai tuote ei ole vaarassa hapettua ja vaikuttaa synteesin suorituskykyyn. Tämä suosii myös sähkökaarihitsausprosesseja.

Toisaalta nestetiloissaan ne ovat erinomaisia kryogeenisiä kylmäaineita, jotka takaavat alhaisimmat lämpötilat, jotka ovat välttämättömiä erittäin energisten laitteiden oikealle toiminnalle tai joillekin materiaaleille saavuttamiseksi suprajohtaviin tiloihin.

Jalokaasujen ominaisuudet

Oikealla (oranssilla korostettuna) on jalokaasujen ryhmä. Ylhäältä alas: heelium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), ksenoni (Xe) ja radoni (Rn).

Ehkä jalokaasut ovat elementtejä, joilla on eniten yhteisiä ominaisuuksia, sekä fysikaalisia että kemiallisia. Sen pääominaisuudet ovat:

- Kaikki ne ovat värittömiä, hajuttomia ja mauttomia; mutta kun ne suljetaan ampulleihin alhaisissa paineissa ja he saavat sähköiskun, ne ionisoituvat ja lähettävät värikkäitä valoja (yläkuva).

- Jokaisella jalokaasulla on oma valo ja spektri.

- Ne ovat monatomisia lajeja, jaksotaulukossa ainoita, joita voi esiintyä niiden fysikaalisissa tiloissa ilman kemiallisten sidosten osallistumista (koska metallit yhdistyvät metallisella sitoutumisella). Siksi ne sopivat täydellisesti kaasujen ominaisuuksien tutkimiseen, koska ne mukautuvat erittäin hyvin ihanteellisen kaasun pallomaiseen malliin.

- Ne ovat yleensä alkuaineita, joilla on alhaisin sulamis- ja kiehumispiste; niin paljon, että helium ei voi edes kiteytyä absoluuttisessa nollassa ilman paineen nousua.

- Kaikista alkuaineista ne ovat vähiten reaktiivisia, jopa vähemmän kuin jalometallit.

- Heidän ionisointienergiansa ovat korkeimmat, samoin kuin niiden elektronegatiivisuudet, olettaen, että ne muodostavat puhtaasti kovalenttisia sidoksia.

- Heidän atomisäteet ovat myös pienimmät, koska ne ovat kunkin ajanjakson oikealla puolella.

7 jalokaasua

Seitsemän jalokaasua laskeutuvat ylhäältä alas jaksotaulukon ryhmän 18 kautta:

-Helio, hän

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Krypton, Kr

-Ksenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Kaikkien niiden fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, lukuun ottamatta epävakaa ja keinotekoinen oganesoni, on tutkittu. Oganesonin uskotaan olevan sen suuren atomimassan vuoksi edes kaasu, mutta jalo neste tai kiinteä aine. Radonista ei juurikaan tiedetä sen radioaktiivisuudesta johtuen heliumiin tai argoniin.

Sähköinen kokoonpano

Jalokaasujen on sanottu olevan valenssikuorensa täynnä. Niin paljon, että niiden elektronisia kokoonpanoja käytetään yksinkertaistamaan muiden elementtien kokoa käyttämällä suluissa (,,, jne.) Suljettuja symboleja. Sen elektroniset kokoonpanot ovat:

-Helium: 1s ², (2 elektronia)

-Neon: 1s ² 2s ² 2p ⁶, (10 elektronia)

-Argon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶, (18 elektronia)

-Krypton: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶, (36 elektronia)

-Ksenon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁶, (54 elektronia)

-Radon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 4f ¹⁴ 5s ² 5p ⁶ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ⁶, (86 elektronit)

Tärkeää ei ole muistaa niitä, vaan yksityiskohtaisesti, että ne päättyvät ns ² np ⁶: valenssikaktiitti. Samoin on ymmärrettävää, että sen atomeissa on paljon elektroneja, jotka suuren tehollisen ydinvoiman takia ovat pienemmässä tilavuudessa verrattuna muihin elementteihin; ts. niiden atomisäteet ovat pienemmät.

Siksi niiden elektronisesti tiheillä atomisäteillä on kemiallinen ominaisuus, joka kaikilla jalokaasuilla on yhteinen: niitä on vaikea polarisoida.

polaroi-

Jalokaasuja voidaan kuvitella elektronipilvien palloina. Laskeutuessaan ryhmän 18 läpi, sen säteet kasvavat ja samalla tavalla etäisyys, joka erottaa ytimen valenssielektroneista (ns ² np ⁶).

Nämä elektronit tuntevat ytimen vähemmän houkuttelevan voiman, ne voivat liikkua vapaammin; pallot muotoutuvat helpommin, mitä suurempia ne ovat. Tällaisten liikkeiden seurauksena ilmenee pienen ja korkean elektronitiheyden alueita: δ + ja δ-navat.

Kun jalokaasun atomi polarisoituu, siitä tulee hetkellinen dipoli, joka kykenee indusoimaan toisen naapuriatomiin; toisin sanoen, olemme Lontoon hajottavien voimien edessä.

Siksi molekyylien väliset voimat kasvavat heliumista radoniin heijastuen niiden kasvaviin kiehumispisteisiin; ja paitsi, että myös niiden reaktiivisuus lisääntyy.

Kun atomit polarisoituvat, on suurempi mahdollisuus, että niiden valenssielektronit osallistuvat kemiallisiin reaktioihin, minkä jälkeen syntyy jalokaasuyhdisteitä.

reaktiot

Helium ja neon

Jalokaasuista vähiten reaktiivisia ovat helium ja neon. Itse asiassa neoni on kaikkein inertin elementti kaikista, vaikka sen elektronegatiivisuus (kovalenttisten sidosten muodostumisesta) ylittää fluorin.

Mikään sen yhdisteistä ei tunneta maanpäällisissä olosuhteissa; kuitenkin, kosmosissa molekyyli-ionin HeH ⁺ esiintyminen on melko todennäköistä. Samoin, kun ne ovat elektronisesti kiihtyneitä, ne kykenevät toimimaan vuorovaikutuksessa kaasumaisten atomien kanssa ja muodostamaan lyhytaikaisia neutraaleja molekyylejä, joita kutsutaan eksimeereiksi; kuten HeNe, CsNe ja Ne ₂.

Toisaalta, vaikka heitä ja Ne-atomeja ei pidetä muodollisessa mielessä yhdisteinä, ne voivat aiheuttaa Van der Walls -molekyylejä; ts. yhdisteet, joita pidetään "yhdessä" yksinkertaisesti dispergoivien voimien avulla. Esimerkiksi: Ag ₃ Hän, Heco, Hei ₂, CF ₄ Ne, Ne ₃ Cl ₂ ja NeBeCO ₃.

Samoin sellaiset Van der Walls -molekyylit voivat esiintyä heikkojen ionien aiheuttamien dipoli-vuorovaikutusten ansiosta; esimerkiksi: Na ⁺ He ₈, Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ ja Cu ⁺ Ne ₁₂. Huomaa, että näistä molekyyleistä on jopa mahdollista tulla atomien agglomeraatteja: klustereita.

Ja lopuksi, Hänen ja Ne-atomit voidaan "loukkaa" tai interkalatoida fullereenien tai klatraattien endoedrikomplekseihin reagoimatta; esimerkiksi: ₆₀, (N ₂) ₆ Ne ₇, hän (H ₂ O) ₆ ja Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃.

Argon ja krypton

Jalokaasun argonilla ja kryptonilla, koska ne ovat polarisoituvampia, on yleensä enemmän "yhdisteitä" kuin heliumia ja neonia. Osa heistä on kuitenkin vakaampia ja luonteenomaisia, koska niiden elinikä on pidempi. Jotkut niistä ovat HArF ja molekyyli-ioni ArH ⁺, joita on läsnä sumussa kosmisten säteiden vaikutuksesta.

Kryptonista alkaa mahdollisuus saada yhdisteitä äärimmäisissä, mutta kestävissä olosuhteissa. Tämä kaasu reagoi fluorin kanssa seuraavan kemiallisen yhtälön mukaan:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Huomaa, että kryptoni saa hapettumismäärän +2 (Kr ²⁺) fluorin ansiosta. KrF- ₂ voi itse asiassa syntetisoida pitämien määriä hapettavana ja fluorausaineen.

Argon ja krypton voivat luoda laajan valikoiman klatraatteja, endoedrisiä komplekseja, Van der Walls -molekyylejä ja joitain yhdisteitä, jotka odottavat löytämistä ennustetun olemassaolonsa jälkeen.

Ksenoni ja radoni

Ksenon on jalokaasujen reaktiivisuuden kuningas. Se muodostaa todella vakaat, markkinoitavat ja luonteenomaiset yhdisteet. Itse asiassa sen reaktiivisuus muistuttaa hapen reaktiivisuutta oikeissa olosuhteissa.

Hänen ensimmäinen syntetisoitu yhdiste oli "XePtF ₆ ", vuonna 1962, kirjoittanut Neil Bartlett. Kirjallisuuden mukaan tämä suola koostui itse asiassa kompleksisesta seoksesta muista ksenonin ja platinan fluorattuista suoloista.

Tämä oli kuitenkin enemmän kuin tarpeeksi osoittamaan ksenonin ja fluorin välistä affiniteettia. Joukossa joitakin näistä yhdisteistä meillä on: XeF ₂, XeF ₄, XeF ₆ ja ⁺ ^-. Kun XeF ₆ liukenee veteen, se tuottaa oksidin:

XeF ₆ + 3 H ₂ O → Xeo ₃ + 6 HF

Tämä Xeo ₃ voivat olla peräisin lajista tunnetaan xenatos (HXeO ₄ ^-) tai xenic happoa (H ₂ Xeo ₄). Xenates kohtuutonta perxenates (Xeo ₆ ^4-); ja jos sitten seos happamaksi, vuonna peroxenic happo (H ₄ Xeo ₆), joka on kuivattu ja xenon sidin (Xeo ₄):

H ₄ Xeo ₆ → 2 H ₂ O + Xeo ₄

Radonin tulisi olla reaktiivisin jalokaasuista; Mutta se on niin radioaktiivinen, että sillä tuskin on aikaa reagoida ennen hajoamista. Ainoat yhdisteet, jotka on täysin syntetisoitiin ovat sen fluoridi (RNF ₂) ja oksidi (RNO ₃).

tuotanto

Ilman nesteyttäminen

Jalokaasuja tulee runsaammin maailmankaikkeudessa, kun laskeudumme ryhmän 18 kautta. Ilmakehässä heliumia on kuitenkin vähän, koska maapallon painovoimakenttä ei pysty pitämään sitä toisin kuin muut kaasut. Siksi sitä ei havaittu ilmassa, vaan auringossa.

Toisaalta ilmassa on huomattavia määriä argonia, joka tulee radioisotoopin ⁴⁰ K radioaktiivisesta hajoamisesta. Ilma on argonin, neonin, kryptonin ja ksenonin tärkein luonnollinen lähde planeetalla.

Niiden tuottamiseksi ilma on ensin nesteytettävä siten, että se kondensoituu nesteeksi. Sitten tämä neste läpikäy jakotislauksella, mikä erottaa kukin komponentti sen seoksen (N ₂, O ₂, CO ₂, Ar, jne.).

Sen mukaan, kuinka alhaisen lämpötilan ja kaasun runsauden on oltava, sen hinnat nousevat. Ksenooni luokitellaan kalleimmaksi ja helium halvimmaksi.

Maakaasun ja radioaktiivisten mineraalien tislaus

Helium puolestaan saadaan toisesta jakotislauksesta; mutta ei ilmasta, vaan maakaasusta, rikastettu heliumilla, koska alfahiukkaset vapautuvat radioaktiivisista torium- ja uraanimineraaleista.

Samoin radoni "syntyy" vastaavien mineraaliensa radiumin radioaktiivisesta hajoamisesta; mutta niiden pienemmän runsauden ja Rn-atomien lyhyen puoliintumisajan takia niiden runsaus on heikko verrattuna niihin liittyviin yhdisteisiin (muihin jalokaasuihin).

Ja lopuksi, oganesoni on erittäin radioaktiivinen, ultramassinen, ihmisen aiheuttama jalo "kaasu", jota voi esiintyä vain hetkeksi laboratoriossa valvotuissa olosuhteissa.

vaaroista

Jalokaasujen suurin riski on, että ne rajoittavat ihmisen hapen käyttöä, varsinkin kun syntyy ilmakehä, jonka pitoisuus niitä on korkea. Siksi ei ole suositeltavaa hengittää niitä liikaa.

Yhdysvalloissa uraanirikkaissa maaperäissä on havaittu suuri radonpitoisuus, mikä radioaktiivisten ominaisuuksiensa vuoksi voi olla terveysriski.

Sovellukset

Ala

Heliumia ja argonia käytetään inertin ilmapiirin luomiseen suojaamiseksi hitsauksen ja leikkauksen aikana. Lisäksi niitä käytetään piipuolijohteiden valmistuksessa. Heliumia käytetään täyttökaasuna lämpömittarissa.

Argonia käytetään yhdessä typen kanssa hehkulamppujen valmistuksessa. Kryptonia sekoitettuna halogeenien, kuten bromin ja jodin kanssa, käytetään purkauslampuissa. Neonia käytetään vaaleissa merkeissä, sekoitettuna fosforien ja muiden kaasujen kanssa sen punaisen värin sävyttämiseksi.

Ksenonia käytetään valovaloissa, jotka säteilevät päivänvaloa muistuttavaa valoa, joita käytetään auton ajovaloissa ja projektorissa. Jalokaasut sekoitetaan halogeenien kanssa ArF: n, KrF: n tai XeCl: n tuottamiseksi, joita käytetään eksimeerilaserien tuotannossa.

Tämän tyyppinen laser tuottaa lyhytaalto ultraviolettivaloa, joka tuottaa erittäin tarkkoja kuvia ja jota käytetään integroitujen piirien valmistuksessa. Heliumia ja neonia käytetään kryogeenisissä kylmäainekaasuissa.

Ilmapallot ja hengitystankit

Heliumia käytetään typen korvikkeena hengitysteiden kaasuseoksessa, koska se liukenee kehoon vähän. Tämä estää kuplien muodostumisen dekompressiovaiheen aikana nousun aikana typpidroosin poistamisen lisäksi.

Helium on korvannut vedyn kaasuna, joka mahdollistaa ilmalaivojen ja kuumailmapallojen nousun, koska se on kevyt ja palamaton kaasu.

Lääke

Heliumia käytetään ydinmagneettisissa resonanssilaitteissa käytettyjen suprajohtavien magneettien valmistukseen - monikäyttöinen työkalu lääketieteessä.

Kryptonia käytetään halogeenilampuissa, joita käytetään silmälaserleikkauksessa ja angioplastiassa. Heliumia käytetään helpottamaan astmaattisten potilaiden hengittämistä.

Ksenonia käytetään nukutusaineena sen korkean lipidiliukoisuuden vuoksi, ja sen uskotaan olevan tulevaisuuden anestesti. Ksenonia käytetään myös keuhkojen lääketieteellisessä kuvantamisessa.

Radonia, radioaktiivista jalokaasua, käytetään sädehoidossa tietyntyyppisissä syöpissä.

toiset

Argonia käytetään typpeä korvaavien yhdisteiden synteesissä inerttinä ilmakehänä. Heliumia käytetään kantajakaasuna kaasukromatografiassa, samoin kuin Geiger-laskureissa säteilyn mittaamiseen.

Viitteet

Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia. (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
Helmenstine, tohtori Anne Marie (6. kesäkuuta 2019). Jalokaasujen ominaisuudet, käyttötavat ja lähteet. Palautettu osoitteesta: gondo.com
Wikipedia. (2019). Jalokaasu. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
Philip Ball. (2012, 18. tammikuuta). Mahdoton kemia: Jalokaasujen pakottaminen toimimaan. Palautettu sivustolta: newscientist.com
Professori Patricia Shapley. (2011). Noble Gas -kemia. Palautettu sivustosta: butane.chem.uiuc.edu
Gary J. Schrobilgen. (28. helmikuuta 2019). Jalokaasu. Encyclopædia Britannica. Palautettu osoitteesta: britannica.com

JALOKAASUT: OMINAISUUDET, KOKOONPANO, REAKTIOT, KÄYTTÖ - KEMIA - 2025