Ädelgaser

Ädelgaser (även inerta [2] eller ädelgaser [3] ) är en grupp kemiska grundämnen med liknande egenskaper: under normala förhållanden är de färglösa, luktfria och smaklösa monoatomiska gaser med mycket låg kemisk reaktivitet . Ädelgaserna inkluderar helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) och radioaktivt radon (Rn). Formellt ingår även den nyligen upptäckta oganesson (Og) i denna grupp, men dess kemiska egenskaper studeras nästan inte och kommer sannolikt att ligga nära egenskaperna hos metalloider som astatin (At) och tellur (Te).

Under de första 6 perioderna av det periodiska systemet för kemiska grundämnen tillhör inerta gaser den sista, 18:e gruppen . Enligt det gamla europeiska gruppnumreringssystemet i det periodiska systemet betecknas gruppen av inerta gaser VIIIA (huvudundergruppen i den VIII:e gruppen, eller heliumundergruppen), enligt det gamla amerikanska systemet - VIIIB ; dessutom, i vissa källor, särskilt i gamla, indikeras gruppen av inerta gaser med siffran 0, på grund av deras karakteristiska nollvalens. Det är möjligt att på grund av relativistiska effekter har elementet i den 7:e perioden av den 4:e gruppen, flerovium , några av egenskaperna hos ädelgaser [4] . Det kan ersätta oganesson i det periodiska systemet [5] . Ädelgaser är kemiskt inaktiva och kan delta i kemiska reaktioner endast under extrema förhållanden.

Ädelgasernas egenskaper förklaras av moderna teorier om atomstruktur : deras elektronskal av valenselektroner är fyllda, vilket tillåter endast ett mycket litet antal kemiska reaktioner att delta: endast några hundra kemiska föreningar av dessa grundämnen är kända .

Neon, argon, krypton och xenon separeras från luften genom speciella installationer , med metoderna för flytande gas och fraktionerad kondensation . Helium kommer från naturgasfyndigheter med höga koncentrationer av helium, som separeras med hjälp av kryogena gasseparationstekniker . Radon erhålls vanligtvis som en radioaktiv sönderfallsprodukt av radium från lösningar av föreningar av detta element.

Kemiska egenskaper

Ädelgaser stöder inte förbränning och antänds inte under normala förhållanden.

Anslutningar

Inerta gaser är kemiskt inaktiva (därav namnet). Men 1962 visade Neil Barlett att de alla kan bilda föreningar under vissa förhållanden (särskilt lätt med fluor ). Den mest "inerta" neon och helium: för att få dem att reagera måste du anstränga dig mycket och artificiellt jonisera varje atom. Xenon, tvärtom, är för aktivt (för inerta gaser) och reagerar även under normala förhållanden , vilket visar nästan alla möjliga oxidationstillstånd (+1, +2, +4, +6, +8). Radon har också en hög kemisk aktivitet (jämfört med lätta inerta gaser), men det är radioaktivt och sönderfaller snabbt, så en detaljerad studie av dess kemiska egenskaper är komplicerad, till skillnad från xenon.

Oganesson , trots att den tillhör den 18:e gruppen i det periodiska systemet, kanske inte är en inert gas, eftersom det antas att den under normala förhållanden, på grund av relativistiska effekter som påverkar rörelsen av elektroner nära dess högladdade kärna, kommer att vara i ett fast ämne. tillstånd [6] .

Fysiska egenskaper

Inerta gaser är färglösa, transparenta och luktfria och smaklösa. De är närvarande i små mängder i luften och vissa stenar , såväl som i atmosfären på vissa jätteplaneter och jordiska planeter. Helium är det näst (efter väte) vanligaste grundämnet i universum, men för jorden är det en ädelgas som flydde ut i rymden under planetens bildande. Nästan allt helium som produceras är en radiogen produkt av alfasönderfallet av uran, torium och deras dotterelement som inträffar under miljarder år i jordens tarmar ; endast en liten del av jordens helium har överlevt från epoken då solsystemet bildades. På liknande sätt är argon mestadels radiogent, vilket beror på det gradvisa radioaktiva sönderfallet av kalium-40 .

Under normala förhållanden är alla element i den 18:e gruppen (utom, möjligen, oganesson) monoatomiska gaser. Deras täthet ökar med ökande periodantal. Heliums densitet under normala förhållanden är cirka 7 gånger mindre än luftens densitet, medan radon är nästan åtta gånger tyngre än luft.

Vid normalt tryck skiljer sig smält- och kokpunkterna för alla ädelgaser med mindre än 10 °C; sålunda förblir de flytande endast i ett litet temperaturintervall. Flytande- och kristallisationstemperaturerna ökar med periodtalet. Helium under atmosfärstryck blir inte alls fast, inte ens vid absolut noll - det enda av alla ämnen.

Biologisk verkan

Inerta gaser har ingen kemisk toxicitet . En atmosfär med en ökad koncentration av inerta gaser och en motsvarande minskning av syrekoncentrationen kan dock ha en kvävande effekt på en person, upp till medvetslöshet och död [7] [8] . Det finns kända fall av dödsfall för människor på grund av läckage av inerta gaser.

På grund av den höga radioaktiviteten hos alla isotoper av radon är det radiotoxiskt. Förekomsten av radon och dess radioaktiva sönderfallsprodukter i inandningsluften orsakar stokastiska effekter av kronisk exponering, i synnerhet cancer .

Inerta gaser har en biologisk effekt, som manifesteras i deras narkotiska effekt på kroppen och, beroende på styrkan av denna effekt, är de ordnade i fallande ordning i följande ordning ( kväve och väte jämförs också ): Xe - Kr - Ar - N 2  - H 2  - Ne - He . Samtidigt uppvisar xenon och krypton en narkotisk effekt vid normalt barometertryck, argon - vid ett tryck på över 0,2 MPa (2 atm ) , kväve - över 0,6 MPa (6 atm) , väte - över 2,0 MPa (20 atm) . Den narkotiska effekten av neon och helium registreras inte i experimenten, eftersom symtomen på "högtrycksnervös syndrom" (HNSVD) under tryck uppträder tidigare [9] .

Applikation

Lätta inerta gaser har mycket låga kok- och smältpunkter, vilket gör att de kan användas som köldmedium i kryogenteknik . Flytande helium , som kokar vid 4,2 K (−268,95 °C) , används för att producera supraledning - i synnerhet för att kyla de supraledande spolarna av elektromagneter som används till exempel vid magnetisk resonansavbildning och andra tillämpningar av kärnmagnetisk resonans . Flytande neon, även om dess kokpunkt (-246,03 °C) inte når så låga värden som den för flytande helium, finner också användning inom kryogenik, eftersom dess kylningsegenskaper ( specifikt förångningsvärme ) är mer än 40 gånger bättre än flytande helium och mer än tre gånger bättre än flytande väte.

Helium, på grund av dess minskade löslighet i vätskor, särskilt lipider, används istället för kväve som en komponent i andningsblandningar för trycksatt andning (såsom dykning ). Lösligheten av gaser i blod och biologiska vävnader ökar under tryck. Om luft eller andra kvävehaltiga andningsblandningar används för andning kan detta orsaka en effekt som kallas kväveförgiftning .

På grund av dess lägre löslighet i lipider fångas heliumatomer av cellmembranet , och därför används helium i andningsblandningar som trimix och heliox , vilket minskar den narkotiska effekten av gaser som uppstår på djupet. Dessutom gör den minskade lösligheten av helium i kroppsvätskor det möjligt att undvika tryckfallssjuka vid snabb uppstigning från djupet. Att minska mängden löst gas i kroppen innebär att färre gasbubblor bildas under uppstigningen; detta minskar risken för gasemboli . En annan inert gas, argon, ses som det bästa valet för användning som mellanskikt för torrdräkt [10] för dykning.

Argon, den billigaste bland de inerta gaserna (dess innehåll i atmosfären är cirka 1%), används i stor utsträckning vid svetsning i skyddsgaser, skärning och andra applikationer för att isolera metaller från luften som reagerar med syre (och kväve) vid upphettning, samt för bearbetning av flytande stål. Argon används också i lysrör för att förhindra oxidation av den uppvärmda volframelektroden . På grund av den låga värmeledningsförmågan används argon (liksom krypton) för att fylla tvåglasfönster.

Efter kraschen av luftskeppet Hindenburg 1937 ersattes brandfarligt väte med obrännbart helium som fyllgas i luftskepp och ballonger, trots en 8,6 % minskning av flytkraften jämfört med väte. Trots ersättningen hade katastrofen en oproportionerlig inverkan på hela fältet av lättare än luft trycksatta flygplan och undergrävde planerna på att expandera detta flygfält i mer än ett halvt sekel. De har blivit mer populära först nyligen, med utvecklingen av nanofibertyger och alternativ energi.

Färger och spektra av ädelgaser

Se även

• heliometri

Anteckningar

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. Grundämnenas atomvikter 2005 (IUPAC Technical Report)  (engelska) // Pure and Applied Chemistry - IUPAC , 2016. - Vol. 88, Iss. 3. - ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1515/PAC-2015-0305
2. ↑ Inerta gaser // Kazakstan. Nationalencyklopedin . - Almaty: Kazakiska uppslagsverk , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (ryska) (CC BY SA 3.0)
3. ↑ [www.xumuk.ru/encyklopedia/588.html Ädelgaser] - artikel från Chemical Encyclopedia
4. ↑ Flerovs laboratorium för kärnreaktioner . JINR. Hämtad 8 augusti 2009. Arkiverad från originalet 6 oktober 2011. (obestämd)
5. ↑ Nash, Clinton S. Atom- och molekylära egenskaper hos element 112, 114 och 118  // J. Phys  . Chem. A : journal. - 2005. - Vol. 109 , nr. 15 . - P. 3493-3500 . - doi : 10.1021/jp050736o . — PMID 16833687 .
6. ↑ Wieser ME Atomvikter av elementen 2005 (IUPAC Technical Report  )  // Pure Appl. Chem.  : journal. - 2006. - Vol. 78 , nr. 11 . - P. 2051-2066 . - doi : 10.1351/pac200678112051 .
7. ↑ Faror vid arbete med kväve och argon . Hämtad 31 mars 2011. Arkiverad från originalet 16 oktober 2014. (obestämd)
8. ↑ Bruksanvisning för argoncylindrar som används i spektrallaboratoriet (otillgänglig länk) . Datum för åtkomst: 31 mars 2011. Arkiverad från originalet den 25 juli 2010. (obestämd) 
9. ↑ Pavlov B. N. Problemet med mänskligt skydd under extrema förhållanden i en hyperbar livsmiljö . www.argonavt.com (15 maj 2007). Tillträdesdatum: 22 maj 2010. Arkiverad från originalet 22 augusti 2011. (ryska)
10. ↑ sv : Torrdräkt 

Litteratur

• Bennett, Peter; Elliott, David. Dykningens fysiologi och medicin  . - SPCK Publishing, 1998. - ISBN 0-7020-2410-4 .
• Bobrow Test Preparation Services. CliffsAP  Kemi . — CliffsNotes, 2007. - ISBN 0-470-13500-X .
• Greenwood, N.N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements  (engelska) . — 2:a. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997. - ISBN 0-7506-3365-4 .
• Harding, Charlie J.; Janes, Rob. Element i P-blocket  . - Royal Society of Chemistry , 2002. - ISBN 0-85404-690-9 .
• Holloway, John. Ädelgaskemi  . _ — London : Methuen Publishing, 1968. - ISBN 0-412-21100-9 .
• Mendeleev, Dmitry Grunderna i kemin . - 7:a. (ryska)
• Ojima, Minoru; Podosek, Frank. Ädelgas  geokemi . - Cambridge University Press , 2002. - ISBN 0-521-80366-7 .
• Weinhold, F.; Landis, C. Valens och bindning  (engelska) . - Cambridge University Press , 2005. - ISBN 0-521-83128-8 .
• Skerry, Eric. Det periodiska systemet, dess berättelse och dess betydelse  . - Oxford University Press , 2007. - ISBN 0-19-530573-6 .

Länkar

• Inerta gasers kemi .

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska Stor norsk Stor ryss Stor ryss Britannica (online) Universalis
I bibliografiska kataloger BNF : 11982013b GND : 4151020-3 J9U : 987007560587305171 LCCN : sh85053403 NDL : 01030643 NKC : ph503004