الغازات النبيلة وخصائصها. الغازات النبيلة وخصائصها الغازات النبيلة ما الذي يسبب خمول هذه الغازات

افتتاح:

في عام 1893، تم لفت الانتباه إلى التناقض بين كثافات النيتروجين من الهواء والنيتروجين الناتج عن تحلل مركبات النيتروجين: لتر النيتروجين من الهواء كان وزنه 1.257 جرام، والذي تم الحصول عليه وزنه كيميائيا 1.251 جرام، وهي دراسة دقيقة للغاية. وأظهرت دراسة تكوين الهواء التي أجريت لتوضيح هذا الظرف الغامض أنه بعد إزالة كل الأكسجين والنيتروجين، كانت هناك بقايا صغيرة (حوالي 1٪) لم تتفاعل كيميائيا مع أي شيء.

وهكذا فإن اكتشاف عنصر جديد، يُدعى الأرجون (كلمة يونانية تعني غير نشط)، يمثل "انتصار العلامة العشرية الثالثة". تبين أن الوزن الجزيئي للأرجون هو 39.9 جم/مول.

أما الغاز الخامل التالي الذي سيتم اكتشافه، وهو الهيليوم ("الطاقة الشمسية")، فقد تم اكتشافه في الشمس قبل اكتشافه على الأرض. لقد أصبح هذا ممكنًا بفضل طريقة التحليل الطيفي التي تم تطويرها في الخمسينيات من القرن الماضي.

وبعد سنوات قليلة من اكتشاف الأرجون والهيليوم (في عام 1898)، تم عزل ثلاثة غازات نبيلة أخرى من الهواء: النيون ("الجديد") والكريبتون ("المخفي") والزينون ("الغريب"). يمكن ملاحظة مدى صعوبة اكتشافها من حقيقة أن 1 م 3 من الهواء مع 9.3 لترًا من الأرجون يحتوي فقط على 18 مل من النيون و 5 مل من الهيليوم و 1 مل من الكريبتون و 0.09 مل من الزينون.

تم اكتشاف آخر غاز خامل، الرادون، في عام 1900 أثناء دراسة بعض المعادن. يبلغ محتواه في الغلاف الجوي 6-10 -18٪ فقط من حيث الحجم (وهو ما يعادل 1-2 ذرة لكل سنتيمتر مكعب). تشير التقديرات إلى أن الغلاف الجوي للأرض بأكمله يحتوي على 374 لترًا فقط من غاز الرادون.

الخصائص الفيزيائية:

جميع الغازات النبيلة عديمة اللون وتتكون من جزيئات أحادية الذرة. يعتمد فصل الغازات الخاملة على الاختلاف في خواصها الفيزيائية.

الغازات الخاملة عديمة اللون وعديمة الرائحة. وهي موجودة بكميات صغيرة في الهواء، والغازات الخاملة ليست سامة. ومع ذلك، فإن الجو الذي يحتوي على زيادة تركيز الغازات الخاملة وانخفاض مماثل في تركيز الأكسجين يمكن أن يكون له تأثير خانق على الشخص، بما في ذلك فقدان الوعي والوفاة. هناك حالات وفاة معروفة بسبب تسرب الأرجون.

نقطة الانصهار، درجة مئوية
نقطة الغليان، درجة مئوية

تسمى كمية الحرارة اللازمة لتحويل المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة بحرارة الانصهار، وللانتقال من الحالة السائلة إلى الحالة البخارية تسمى حرارة التبخر. ويشار عادة إلى كلا الكميتين على أنهما تحولات تحدث تحت الضغط الطبيعي. بالنسبة للغازات الخاملة فإن لها القيم التالية (kcal/g-atom):

حرارة الانصهار
حرارة التبخير

تتم مقارنة أدناه درجات الحرارة الحرجة الغازات الخاملة وتلك الضغوط الضرورية والكافية لانتقالها عند درجات الحرارة هذه من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة، - الضغوط الحرجة:

درجة الحرارة الحرجة، درجة مئوية
الضغط الحرج، أجهزة الصراف الآلي

هذا مثير للاهتمام :

تم حل مسألة ذرية جزيء الأرجون باستخدام النظرية الحركية. ووفقا لها، فإن كمية الحرارة التي يجب إنفاقها لتسخين جزيء جرام من الغاز بدرجة واحدة تعتمد على عدد الذرات الموجودة في جزيئه. عند الحجم الثابت، يحتاج جزيء جرام من الغاز أحادي الذرة إلى 3البراز، ثنائي الذرة - 5 كال. بالنسبة للأرجون أعطت التجربة 3البراز، مما يدل على الطبيعة الأحادية لجزيئه، وكذلك الأمر بالنسبة للغازات الخاملة الأخرى.

كان الهيليوم آخر غاز يتم تحويله إلى الحالة السائلة والصلبة. فيما يتعلق به، كانت هناك صعوبات خاصة بسبب حقيقة أنه نتيجة للتوسع في درجات الحرارة العادية، لا يبرد الهيليوم، ولكن مع ارتفاع درجات الحرارة. فقط أقل من -250 درجة مئوية يبدأ في التصرف "بشكل طبيعي". ويترتب على ذلك أن عملية التسييل المعتادة لا يمكن تطبيقها على الهيليوم إلا بعد تبريده بقوة مسبقًا. ومن ناحية أخرى، فإن درجة الحرارة الحرجة للهيليوم منخفضة للغاية. نظرًا لهذه الظروف، لم يتم الحصول على نتائج إيجابية عند العمل بالهيليوم إلا بعد إتقان تقنية العمل بالهيدروجين السائل، وذلك باستخدام التبخر الذي كان من الممكن فقط تبريد الهيليوم إلى درجات الحرارة المطلوبة. أمكن الحصول على الهيليوم السائل لأول مرة عام 1908، وهو الهيليوم الصلب-الخامس1926

الخواص الكيميائية:

تتميز الغازات الخاملة بغياب كامل (He، Ne، Ar) أو شبه كامل (Kr، Xe، Rn) للنشاط الكيميائي. في الجدول الدوري يشكلون مجموعة خاصة (الثامنة). وبعد فترة وجيزة من اكتشاف الغازات الخاملة، تم تسمية المجموعة الجديدة التي شكلتها في الجدول الدوري بالصفر، وذلك للتأكيد على التكافؤ الصفري لهذه العناصر، أي افتقارها إلى النشاط الكيميائي. غالبًا ما يستخدم هذا الاسم في الوقت الحاضر، ومع ذلك، في جوهر القانون الدوري، من الأصح اعتبار مجموعة الغازات الخاملة هي المجموعة الثامنة، حيث أن الفترات المقابلة لا تبدأ بهذه العناصر، بل تنتهي.

تم اكتشاف غياب الخمول الكيميائي الكامل في الغازات الخاملة الثقيلة فقط في عام 1962. وتبين أنها قادرة على الاندماج مع أشباه المعادن الأكثر نشاطًا - الفلور (وفقط معه). يتفاعل الزينون (والرادون) بسهولة تامة، أما الكريبتون فهو أكثر صعوبة. تم الحصول على XeF 2 وXeF 4 وXeF 6 وKrF 2 منخفض الثبات. وكلها مواد بلورية متطايرة عديمة اللون.

ثنائي فلوريد الزينون(XeF 2) - يتشكل ببطء تحت تأثير ضوء النهار على خليط من Xe وF 2 عند ظروف الصفر. لها رائحة غثيان مميزة. يتطلب تكوين الجزيء إثارة ذرة الزينون من 5s 2 5p 6 إلى أقرب حالة ثنائية التكافؤ 5s 2 5p 5 s 1 - 803 kJ/mol، إلى 5s 2 5p 5 6p 1 -924 kJ/mol، 25s 2 5p 1 6د 1 - 953 كيلوجول/ مول.

Xe+F 2 → XeF 2

0.15 مول/لتر يذوب في الماء. الحل هو عامل مؤكسد قوي جدا. يتحلل المحلول وفق المخطط التالي:

XeF 2 +H 2 O →HF+Xe+O 2 (تحدث العملية بشكل أسرع في البيئة القلوية، وأبطأ في البيئة الحمضية).

زينونتترافلورايد-يتكون التفاعل من مواد بسيطة، وهو تفاعل طارد للحرارة للغاية، وهو الأكثر استقرارًا بين جميع الفلوريدات.

XeF 4 +2Hg=2HgF 2 +Xe

XeF4 +Pt=PtF4 +Xe

رد فعل نوعي لرباعي فلوريد الزينون :

XeF 4 +4KI=4KF+2I 2 ↓+Xe

يتحلل رباعي فلوريد الزينون وفق المخططات التالية:

3Xe 4+ →Xe 6+ +2Xe 0 (في الوسط الحمضي).

Xe 4+ →Xe 0 +Xe 8+ (في وسط قلوي).

سداسي فلوريد الزينون عديم اللون، والمعروف في 3 تعديلات بلورية. عند 49 درجة مئوية، يتحول إلى سائل أصفر، وعندما يصلب يتغير لونه مرة أخرى. الأبخرة ذات لون أصفر شاحب. يتحلل بشكل انفجاري. تحت تأثير الهواء الرطب يتحلل:

XeF6 +H2O→2HF+OXeF 4

OXeF 4 هو سائل عديم اللون، وأقل تفاعلاً من XeF 6. ويشكل هيدرات بلورية مع فلوريد الفلز القلوي، على سبيل المثال: KF∙OXeF 4

مزيد من التحلل المائي يمكن أن ينتج ثالث أكسيد الزينون:

XeF 6 +3H 2 O → XeO 3 +6HF

XeO 3 عبارة عن مادة متفجرة عديمة اللون تنتشر في الهواء. يتفكك بشكل انفجاري، ولكن عند تسخينه بلطف عند درجة حرارة 40 درجة مئوية، يحدث التفاعل:

2XeO 3 → 2Xe+3O 2

يوجد حمض يتوافق رسميًا مع هذا الأكسيد - H 2 XeO 4. هناك أملاح مقابلة لهذا الحمض: MHXeO 4 أو MH 5 XeO 6، تم الحصول على حمض (M - من الصوديوم إلى السيزيوم) يتوافق مع الملح الأخير:

3XeF 4 +6Ca(OH) 2 →6CaF 2 ↓+Xe+2H 2 XeO 6

في بيئة قلوية بقوة، يزيل Xe 6+:

4Xe 6+ →Xe 0 +3Xe 8+

ثنائي فلوريد الكريبتون- متقلبة، عديم اللونبلورات ، مادة فعالة كيميائيا. في درجات حرارة مرتفعة تتحلل إلىكريبتون الفلور . تم الحصول عليه لأول مرة عن طريق تفريغ كهربائي على خليط من المواد عند -188℃:

F2 +Kr←KrF 2

يتحلل بالماء وفق المخطط التالي:

2KrF 2 +2H 2 O → O 2 +4HF + 2Kr

تطبيق الغازات الخاملة:

تجد الغازات الخاملة مجموعة متنوعة من التطبيقات العملية. وعلى وجه الخصوص، فإن دور الهيليوم في الحصول على درجات حرارة منخفضة مهم للغاية، حيث أن الهيليوم السائل هو أبرد جميع السوائل، وقد تم استخدام الهواء الاصطناعي، الذي يتم فيه استبدال النيتروجين بالهيليوم، لأول مرة لضمان تنفس الغواصين. تزداد قابلية ذوبان الغازات بشكل كبير مع زيادة الضغط، لذلك، عندما ينزل الغواص في الماء ويتم تزويده بالهواء العادي، يذوب الدم كمية أكبر من النيتروجين مقارنة بالظروف العادية. أثناء الصعود، عندما ينخفض ​​الضغط، يبدأ إطلاق النيتروجين المذاب وتسد فقاعاته الأوعية الدموية الصغيرة جزئيًا، مما يؤدي إلى تعطيل الدورة الدموية الطبيعية والتسبب في نوبات "مرض الغواص". بفضل استبدال النيتروجين بالهيليوم، تضعف التأثيرات المؤلمة بشكل حاد بسبب انخفاض قابلية ذوبان الهيليوم في الدم، وهو أمر ملحوظ بشكل خاص عند الضغوط المرتفعة. يتيح العمل في جو من هواء "الهيليوم" للغواصين النزول إلى أعماق كبيرة (أكثر من 100 متر) وإطالة فترة بقائهم تحت الماء بشكل ملحوظ.

وبما أن كثافة هذا الهواء أقل بحوالي ثلاث مرات من كثافة الهواء العادي، فمن الأسهل بكثير التنفس. وهذا ما يفسر الأهمية الطبية الكبيرة لهواء الهيليوم في علاج الربو والاختناق وما إلى ذلك، في حين أن تخفيف تنفس المريض على المدى القصير يمكن أن ينقذ حياته. وعلى غرار الهيليوم، فإن هواء "الزينون" (80% زينون، 20% أكسجين) له تأثير مخدر قوي عند استنشاقه، ويمكن استخدامه طبيا.

يستخدم النيون والأرجون على نطاق واسع في الصناعة الكهربائية. وعندما يمر تيار كهربائي عبر أنابيب زجاجية مملوءة بهذه الغازات، يبدأ الغاز بالتوهج، والذي يستخدم في تصميم النقوش المضيئة.

تعتبر أنابيب النيون عالية الطاقة من هذا النوع مناسبة بشكل خاص للمنارات وأجهزة الإشارة الأخرى، نظرًا لأن ضوءها الأحمر لا يحجبه الضباب إلا قليلاً. يتغير لون توهج الهيليوم من الوردي إلى الأصفر إلى الأخضر مع انخفاض ضغطه في الأنبوب. تتميز Ar وKr وXe بدرجات مختلفة من اللون الأزرق.

كما يستخدم الأرجون (المخلوط عادة مع 14% نيتروجين) لملء المصابيح الكهربائية. نظرًا لانخفاض الموصلية الحرارية بشكل كبير، فإن الكريبتون والزينون أكثر ملاءمة لهذا الغرض: فالمصابيح الكهربائية المملوءة بهما توفر المزيد من الضوء بنفس استهلاك الطاقة، وتتحمل الحمل الزائد بشكل أفضل وأكثر متانة من المصابيح التقليدية.

المحرر: غالينا نيكولاييفنا خارلاموفا

- (أ. الغازات الخاملة؛ n. Inertgase، Tragergase؛ f. gaz inertes؛ i. الغازات الخاملة) الغازات النبيلة والنادرة والغازات أحادية الذرة بدون لون ورائحة: الهيليوم (He)، النيون (Ne) ... الموسوعة الجيولوجية

- (الغازات النبيلة، الغازات النادرة) عناصر الفصل. مجموعات فرعية من المجموعة الثامنة الدورية. أنظمة العناصر. يشمل التشعيع الهيليوم (He)، والنيون (Ne)، والأرجون (Ar)، والكريبتون (Kr)، والزينون (Xe)، والنشاط الإشعاعي. الرادون (Rn). في الطبيعة، أي أنها موجودة في الغلاف الجوي، وليس... ... الموسوعة الفيزيائية

القاموس الموسوعي الكبير

غازات نبيلة- مثل الغازات النبيلة... الموسوعة الروسية لحماية العمال

غازات نبيلة- الغازات الخاملة، مثل الغازات النبيلة. ... القاموس الموسوعي المصور

INERT [ني]، آية، أوه؛ عشرة، tna. قاموس أوزيغوف التوضيحي. إس.آي. أوزيجوف ، إن يو. شفيدوفا. 1949 1992… قاموس أوزيجوف التوضيحي

الغازات الخاملة- عناصر المجموعة الثامنة الدورية. الأنظمة: He، Ne، Ar، Kr، Xe، Rn. ط.تختلف كيميائيا. الجمود، وهو ما يفسره المستقر الخارجي غلاف إلكتروني، يحتوي Ne على إلكترونيتين، والباقي به 8 إلكترونيات. على سبيل المثال: أن يكون لديك إمكانيات عالية.. دليل المترجم الفني

الغازات الخاملة- عناصر المجموعة الثامنة من الجدول الدوري: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. تتميز الغازات النبيلة بالخمول الكيميائي، وهو ما يفسر وجود غلاف إلكتروني خارجي مستقر، يحتوي على 2 إلكترونات، والباقي 8... ... القاموس الموسوعي للمعادن

الغازات النبيلة، الغازات النادرة، العناصر الكيميائية التي تشكل المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الثامنة من النظام الدوري لمندليف: الهيليوم He (العدد الذري 2)، النيون Ne (10)، الأرجون Ar (18)، الكريبتون كر (36)، زينون Xe (54) وRadon Rn (86). من… … الموسوعة السوفيتية الكبرى

المجموعة 0. الغازات النبيلة (الخاملة) الهيليوم، النيون، الأرجون، الكريبتون، الزينون، الرادون تحتوي ذرات عناصر المجموعة صفر على غلاف إلكتروني خارجي مكتمل تمامًا، والذي يتوافق مع التكوين الإلكتروني الأكثر استقرارًا، و... ... موسوعة كولير

كتب

• مجموعة من الجداول. كيمياء. اللافلزات (18 جدول)، . ألبوم تعليمي مكون من 18 ورقة. فن. 5-8688-018 الهالوجينات. كيمياء الهالوجينات. الكبريت. التآصل. كيمياء الكبريت. حمض الكبريتيك. كيمياء النيتروجين. أكاسيد النيتروجين. حمض النيتريك هو عامل مؤكسد. الفوسفور.…
• الغازات الخاملة، Fastovsky V.G.. يناقش الكتاب الخصائص الفيزيائية والفيزيائية والكيميائية الأساسية للغازات الخاملة مثل الهيليوم والنيون والأرجون والكريبتون والزينون، بالإضافة إلى مجالات تطبيقها في المواد الكيميائية والمعادن...

صفحة 1
الغازات النبيلة (الخاملة).

	2 هو	10 ني	18 آر	36 كرونة	54 شي	86 ريال
الكتلة الذرية	4,0026	20,984	39,948	83,80	131,30
إلكترونات التكافؤ	1س 2	(2)2ق22ع6	(8)3س23ع6	(18)4س 2 4ع 6	(18)5س25ع6	(18)6س 26ص
نصف القطر الذري	0,122	0,160	0,192	0,198	0,218	0,22
طاقة التأين E - → E +	24,59	21,57	15,76	14,00	12,13	10,75
محتوى الغلاف الجوي للأرض %	5*10 -4	1,8*10 -3	9,3*10 -1	1,1*10 -4	8,6*10 -6	6*10 -20

الغازات النبيلة (الخاملة) هي عناصر المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الثامنة: الهيليوم (He)، النيون (Ne)، الأرجون (Ar)، الكريبتون (Kr)، زينون (Xe) والرادون (Rn) (عنصر مشع) . يكمل كل غاز نبيل الفترة المقابلة له في الجدول الدوري وله مستوى إلكتروني خارجي مستقر ومكتمل تمامًا - نانوثانية 2 n.p. 6 . - وهذا ما يفسر الخصائص الفريدة لعناصر المجموعة الفرعية. تعتبر الغازات النبيلة خاملة تماما. ومن هنا يأتي اسمهم الثاني - خامل.

جميع الغازات النبيلة هي جزء من الغلاف الجوي، ومحتواها في الغلاف الجوي من حيث الحجم (٪) هو: الهيليوم - 4.6 * 10 -4؛ الأرجون – 0.93؛ الكريبتون – 1.1*10 -4; زينون – 0.8*10 -6 والرادون – 6*10 -8. في ظل الظروف العادية، كلها غازات عديمة الرائحة وعديمة اللون، قابلة للذوبان بشكل سيئ في الماء. وتزداد نقاط غليانها وانصهارها بزيادة حجم ذراتها. الجزيئات أحادية الذرة.

ملكيات	هو	ني	آر	كر	XE	آر إن
نصف القطر الذري، نانومتر	0,122	0,160	0,191	0,201	0,220	0,231
طاقة التأين للذرات، eV	24,58	21,56	15,76	14,00	12,13	10,75
نقطة الغليان، C	-268,9	-245,9	-185,9	-153,2	-181,2	قريب
نقطة الانصهار، ج	-272.6 (تحت الضغط)	-248,6	-189,3	-157,1	-111,8	قريب
الذوبان في 1 لتر من الماء عند 0 درجة مئوية، مل	10	-	60	-	50	-

§1. هيليوم

تم اكتشاف الهيليوم عام 1868. استخدام طريقة التحليل الطيفي للإشعاع الشمسي (لوكير وفرانكلاند، إنجلترا؛ جانسن، فرنسا). تم اكتشاف الهيليوم على الأرض عام 1894. في معدن كليفيت (رامزي، إنجلترا).

من اليونانية ἥлιος - "الشمس" (انظر هيليوس). من الغريب أن اسم العنصر استخدم النهاية "-i" المميزة للمعادن (باللاتينية "-um" - "الهيليوم")، حيث افترض لوكير أن العنصر الذي اكتشفه كان معدنًا. وقياسا على الغازات النبيلة الأخرى، سيكون من المنطقي أن يطلق عليها اسم "الهليون". في العلم الحديث، يُنسب اسم "الهيليون" إلى نواة نظير الهيليوم الخفيف - الهيليوم -3.

إن الاستقرار الخاص للبنية الإلكترونية للذرة يميز الهيليوم عن جميع العناصر الكيميائية الأخرى في الجدول الدوري.

الهيليوم هو الأقرب في الخواص الفيزيائية للهيدروجين الجزيئي. نظرًا لقابلية استقطاب ذرات الهيليوم الضئيلة، فهو يتمتع بأقل نقاط غليان وانصهار.

الهيليوم أقل قابلية للذوبان من الغازات الأخرى في الماء والمذيبات الأخرى. في ظل الظروف العادية، يكون الهيليوم خاملًا كيميائيًا، ولكن مع الإثارة القوية للذرات، يمكن أن يشكل أيونات جزيئية. في ظل الظروف العادية تكون هذه الأيونات غير مستقرة؛ ألتقط الإلكترون المفقود، فينقسم إلى ذرتين متعادلتين. من الممكن أيضًا تكوين الجزيئات المتأينة. الهيليوم هو أصعب الغازات في الضغط.

لا يمكن تحويل الهيليوم إلى الحالة السائلة إلا عند درجة حرارة تقترب من الصفر المطلق، أي. -273.15. يتمتع الهيليوم السائل عند درجة حرارة حوالي 2K بخاصية فريدة من نوعها - السيولة الفائقة، والتي كانت في عام 1938. تم افتتاح P. L. Kapitsa وأثبته نظريًا L.D. لانداو، الذي ابتكر نظرية الكم للالتواء. يوجد الهيليوم السائل في نسختين: الهيليوم الأول، الذي يتصرف مثل السائل العادي، والهيليوم الثاني، وهو سائل موصل للحرارة الفائقة ومتطاير للغاية. الهيليوم 2 يوصل الحرارة أفضل 10 7 مرات من الهيليوم 1 (و 1000 مرة أفضل من الفضة). ليس له أي لزوجة تقريبًا، ويمر على الفور عبر الشعيرات الدموية الضيقة، ويتدفق تلقائيًا عبر جدران الأوعية الدموية على شكل طبقة رقيقة. تتصرف الذرات الموجودة في حالة المائع الفائق بنفس الطريقة التي تتصرف بها الإلكترونات في الموصلات الفائقة.

يتراكم الهيليوم في القشرة الأرضية بسبب اضمحلال جزيئات العناصر المشعة، ويوجد مذابا في المعادن والفلزات الأصلية.

نوى الهيليوم مستقرة للغاية وتستخدم على نطاق واسع لتنفيذ التفاعلات النووية المختلفة.

في الصناعة، يتم عزل الهيليوم بشكل أساسي عن الغازات الطبيعية عن طريق التبريد العميق. وفي الوقت نفسه، فهي باعتبارها المادة الأقل غليانًا، تبقى على شكل غاز، بينما تتكثف جميع الغازات الأخرى.

يستخدم غاز الهيليوم لخلق جو خامل عند لحام المعادن وحفظ المنتجات الغذائية وما إلى ذلك. ويستخدم الهيليوم السائل في المختبر كمبرد في فيزياء درجات الحرارة المنخفضة.

§2. نيون

تم اكتشاف النيون في يونيو 1898 من قبل الكيميائي الاسكتلندي ويليام رامزي والكيميائي الإنجليزي موريس ترافرز. وقاموا بعزل هذا الغاز الخامل عن طريق "الاستبعاد"، بعد تسييل الأكسجين والنيتروجين وجميع مكونات الهواء الأثقل. أُعطي العنصر الاسم البسيط "نيون"، والذي يُترجم من اليونانية ويعني "جديد". في ديسمبر 1910، صنع المخترع الفرنسي جورج كلود مصباحًا يعمل بالغاز مملوءًا بالنيون.

الاسم يأتي من اليونانية. νέος - جديد.

هناك أسطورة تقول إن اسم العنصر أطلقه ويلي، ابن رامزي البالغ من العمر ثلاثة عشر عامًا، والذي سأل والده عما سيسميه الغاز الجديد، مشيرًا إلى أنه يود أن يطلق عليه اسمًا. جديد(لاتيني - جديد). أعجب والده بالفكرة، لكنه رأى أن العنوان نيون، المشتقة من مرادف يوناني، سوف تبدو أفضل.

النيون، مثل الهيليوم، لديه قدرة تأين عالية جدًا (21.57 فولت)، لذلك لا يشكل مركبات من نوع التكافؤ. يرجع الاختلاف الرئيسي بينه وبين الهيليوم إلى قابلية الذرة الأكبر نسبيًا للاستقطاب، أي. ميل أكبر قليلاً لتكوين روابط بين الجزيئات.

يحتوي النيون على نقاط غليان منخفضة جدًا (-245.9 درجة مئوية) ونقاط انصهار (-248.6 درجة مئوية)، ويأتي في المرتبة الثانية بعد الهيليوم والهيدروجين. بالمقارنة مع الهيليوم، يتمتع النيون بقابلية ذوبان أعلى قليلاً وقدرة على الامتصاص.

مثل الهيليوم، يشكل النيون، عند إثارة الذرات بقوة، أيونات جزيئية من النوع Ne 2 +.

يتم إنتاج النيون مع الهيليوم كمنتج ثانوي أثناء عملية تسييل وفصل الهواء. ويتم فصل الهيليوم والنيون عن طريق الامتزاز أو التكثيف. تعتمد طريقة الامتزاز على قدرة النيون، على عكس الهيليوم، على الامتصاص بواسطة الكربون المنشط المبرد بالنيتروجين السائل. تعتمد طريقة التكثيف على تجميد النيون أثناء تبريد الخليط بالهيدروجين السائل.

يستخدم النيون في تكنولوجيا الفراغ الكهربائي لملء مثبتات الجهد والخلايا الضوئية وغيرها من الأجهزة. تُستخدم أنواع مختلفة من مصابيح النيون ذات التوهج الأحمر المميز في المنارات وأجهزة الإضاءة الأخرى وفي الإعلانات المضيئة وما إلى ذلك.

يتكون النيون الطبيعي من ثلاثة نظائر مستقرة: 21 Ne و22 Ne.

في مسألة العالم نيونيتم توزيعه بشكل غير متساو، ولكن بشكل عام يحتل المرتبة الخامسة من حيث الوفرة في الكون بين جميع العناصر - حوالي 0.13٪ من حيث الكتلة. ولوحظ أعلى تركيز للنيون في الشمس والنجوم الساخنة الأخرى، وفي السدم الغازية، وفي الغلاف الجوي الخارجي. كواكب النظام الشمسي- كوكب المشتري، زحل، أورانوس، نبتون. وفي الغلاف الجوي للعديد من النجوم، يحتل النيون المرتبة الثالثة بعد الهيدروجين والهيليوم. من كافة عناصر الفترة الثانية نيون- أصغر عدد من السكان على وجه الأرض. ضمن المجموعة الثامنة نيونوهو يحتل المرتبة الثالثة من حيث محتوى القشرة الأرضية - بعد الأرجون والهيليوم. تحتوي السدم الغازية وبعض النجوم على نيون أكثر بعدة مرات مما هو موجود على الأرض.

على الأرض، لوحظ أعلى تركيز للنيون في الغلاف الجوي - 1.82 · 10 −3٪ من حيث الحجم، ويقدر إجمالي احتياطياته بـ 7.8 · 10 · 14 مترًا مكعبًا. يحتوي 1 متر مكعب من الهواء على حوالي 18.2 سم مكعب من النيون (للمقارنة: نفس الحجم من الهواء يحتوي فقط على 5.2 سم مكعب من الهيليوم). متوسط ​​محتوى النيون في القشرة الأرضية منخفض - 7·10−9% بالكتلة. في المجموع، هناك حوالي 6.6 10 10 طن من النيون على كوكبنا. وتحتوي الصخور النارية على حوالي 10 9 طن من هذا العنصر. وعندما تتفتت الصخور، يتسرب الغاز إلى الغلاف الجوي. وبدرجة أقل، يتم تزويد الغلاف الجوي بالنيون والمياه الطبيعية.

ويرى العلماء سبب فقر كوكبنا بالنيون في حقيقة أن الأرض فقدت غلافها الجوي الأساسي، والذي أخذ معه الجزء الأكبر من الغازات الخاملة التي لم تتمكن، مثل الأكسجين والغازات الأخرى، من الارتباط كيميائيًا مع العناصر الأخرى لتكوين معادن و وبالتالي الحصول على موطئ قدم على هذا الكوكب.

في عام 1892، قام العالم البريطاني جون ستريت، المعروف لدينا باسم اللورد رايلي ( سم.معيار رايلي) كان منخرطًا في أحد تلك الأعمال الرتيبة وغير المثيرة للغاية، والتي بدونها لا يمكن للعلم التجريبي أن يوجد. لقد درس الخصائص البصرية والكيميائية للغلاف الجوي، ووضع لنفسه هدف قياس كتلة لتر من النيتروجين بدقة لم يتمكن أحد من قبله من تحقيقها.

ومع ذلك، بدت نتائج هذه القياسات متناقضة. تحولت كتلة لتر من النيتروجين الناتج عن إزالة جميع المواد الأخرى المعروفة آنذاك (مثل الأكسجين) من الهواء وكتلة لتر من النيتروجين الذي تم الحصول عليه من خلال تفاعل كيميائي (عن طريق تمرير الأمونيا فوق النحاس المسخن إلى حرارة حمراء) إلى كن مختلفا. وتبين أن النيتروجين الموجود في الهواء أثقل بنسبة 0.5٪ من النيتروجين الذي يتم الحصول عليه كيميائيًا. هذا التناقض يطارد رايلي. وبعد التأكد من عدم حدوث أي أخطاء في التجربة، نشر رايلي في المجلة طبيعةرسالة تسأل عما إذا كان بإمكان أي شخص أن يشرح سبب هذه التناقضات.

رد السير ويليام رامزي (1852–1916)، الذي كان يعمل آنذاك في كلية لندن الجامعية، على رسالة رايلي. ورجح رامزي احتمال وجود غاز غير مكتشف في الغلاف الجوي، واقترح استخدام أحدث المعدات لعزل هذا الغاز. وفي التجربة، تم تعريض الهواء المشبع بالأكسجين والمختلط بالماء إلى تفريغ كهربائي، مما تسبب في اتحاد النيتروجين الجوي مع الأكسجين وإذابة أكاسيد النيتروجين الناتجة في الماء. في نهاية التجربة، بعد استنفاد كل النيتروجين والأكسجين من الهواء، لا تزال هناك فقاعة صغيرة من الغاز متبقية في الوعاء. عندما تم تمرير شرارة كهربائية عبر هذا الغاز وإخضاعها للتحليل الطيفي، رأى العلماء خطوطًا طيفية غير معروفة سابقًا ( سم.التحليل الطيفي). وهذا يعني أنه تم اكتشاف عنصر جديد. نشر رايلي ورامزي نتائجهما في عام 1894، حيث أطلقا اسم الغاز الجديد الأرجون، من اليونانية "كسول"، "غير مبال". وفي عام 1904، حصل كلاهما على جائزة نوبل لهذا العمل. إلا أنها لم تكن مقسمة بين العلماء، كما جرت العادة في عصرنا هذا، بل حصل كل منهم على جائزة في مجاله - رايلي في الفيزياء، ورامزي في الكيمياء.

كان هناك حتى نوع من الصراع. في ذلك الوقت، اعتقد العديد من العلماء أنهم "أتقنوا" مجالات معينة من البحث، ولم يكن من الواضح تمامًا ما إذا كان رايلي قد أعطى رامزي الإذن بالعمل على هذه المشكلة. ولحسن الحظ، كان كلا العالمين من الحكمة بما فيه الكفاية لإدراك فوائد العمل معا، ومن خلال نشر نتائجهما معا، تمكنا من القضاء على احتمال نشوب معركة غير سارة على الصدارة.

الأرجون هو غاز أحادي الذرة. نظرًا لأن حجمه الذري أكبر نسبيًا، فإن الأرجون أكثر عرضة لتكوين روابط بين الجزيئات من الهيليوم والنيون. لذلك، يتميز الأرجون الموجود على شكل مادة الدخن بنقاط غليان أعلى قليلاً (عند الضغط الطبيعي) -185.9 درجة مئوية (أقل قليلاً من الأكسجين، ولكنه أعلى قليلاً من النيتروجين) ونقاط انصهار (-184.3 درجة مئوية). يذوب 3.3 مل من الأرجون في 100 مل من الماء عند 20 درجة مئوية، ويذوب الأرجون في بعض المذيبات العضوية بشكل أفضل بكثير من الماء.

يشكل الأرجون مركبات متضمنة بين الجزيئات - كلاثرات ذات تركيبة تقريبية Ar*6H 2 0 هي مادة بلورية تتحلل عند الضغط الجوي ودرجة حرارة -42.8 درجة مئوية. يمكن الحصول عليه مباشرة عن طريق تفاعل الأرجون مع الماء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية وضغط يصل إلى 1.5 * 10 7 باسكال. مع المركبات H 2 S، SO 2، CO 2، HCl، يعطي الأرجون هيدرات مزدوجة، أي. كلاثرات مختلطة.

يتم الحصول على الأرجون من فصل الهواء السائل، وكذلك من غازات النفايات الناتجة عن تخليق الأمونيا. يستخدم الأرجون في العمليات المعدنية والكيميائية التي تتطلب جوا خاملا، في هندسة الإضاءة، والهندسة الكهربائية، والطاقة النووية، وما إلى ذلك.

لوحظ الأرجون (مع النيون) في بعض النجوم وفي السدم الكوكبية. بشكل عام، يوجد منه في الفضاء أكثر من الكالسيوم والفوسفور والكلور، بينما على الأرض توجد العلاقات المعاكسة.

الأرجون هو ثالث أكثر مكونات الهواء وفرة بعد النيتروجين والأكسجين، ويبلغ متوسط ​​محتواه في الغلاف الجوي للأرض 0.934% من حيث الحجم و1.288% من حيث الكتلة، وتقدر احتياطياته في الغلاف الجوي بـ 41014 طناً، والأرجون هو الأكثر شيوعاً. غاز خامل في الغلاف الجوي للأرض، 1 متر مكعب من الهواء يحتوي على 9.34 لتر من الأرجون (للمقارنة: نفس الحجم من الهواء يحتوي على 18.2 سم مكعب من النيون، 5.2 سم مكعب من الهيليوم، 1.1 سم مكعب من الكريبتون، 0.09 سم مكعب من الزينون).

§4. الكريبتون

في عام 1898، عزل العالم الإنجليزي دبليو رامزي من الهواء السائل (بعد إزالة الأكسجين والنيتروجين والأرجون سابقًا) خليطًا تم فيه اكتشاف غازين بالطريقة الطيفية: الكريبتون ("مخفي"، "سري") وزينون ("" أجنبي"، "غير عادي").

من اليونانية κρυπτός - مخفي.

تقع في الهواء الجوي. يتم تشكيله أثناء الانشطار النووي، بما في ذلك نتيجة للعمليات الطبيعية التي تحدث في خامات المعادن المشعة. يتم الحصول على الكريبتون كمنتج ثانوي من فصل الهواء.

يتم توفير الأكسجين الغازي المحتوي على Kr وXe من مكثف المنشأة لإنتاج O 2 للتصحيح فيما يسمى. عمود الكريبتون، حيث يتم استخلاص Kr وXe من غاز O2 الغازي عندما يتم غسله بالارتجاع المتكون في أعلى مكثف عمود الكريبتون. يتم إثراء السائل السفلي في Kr و Xe؛ ثم يتبخر بالكامل تقريبًا، الجزء غير المتبخر هو ما يسمى. مُسَمًّى تركيز الحديد والزينون الهزيل (أقل من 0.2٪ Kr و Xe) - يتدفق باستمرار عبر المبخر إلى خزان الغاز. مع نسبة الارتجاع الأمثل البالغة 0.13، تكون درجة استخلاص Kr وXe 0.90. يتم ضغط التركيز المنفصل إلى 0.5-0.6 ميجا باسكال ويتم تغذيته من خلال مبادل حراري في جهاز اتصال مع تسخين CuO إلى ~ 1000 كلفن لحرق الهيدروكربونات الموجودة فيه. بعد التبريد في ثلاجة المياه، تتم تنقية خليط الغاز من شوائب ثاني أكسيد الكربون والماء باستخدام KOH، أولاً في أجهزة غسل الغاز ثم في الأسطوانات. يتم تكرار الحرق والتنظيف عدة مرات. مرة واحدة. يتم تبريد المركز المنقى وتغذيته بشكل مستمر في المقوم. العمود تحت ضغط 0.2-0.25 ميجا باسكال. في هذه الحالة، يتراكم Kr وXe في السائل السفلي بنسبة 95-98%. هذا ما يسمى يتم إرسال خليط الكريبتون والزينون الخام من خلال جهاز تغويز، وجهاز لحرق الهيدروكربونات ونظام تنقية في خزانات الغاز. من حامل الغاز، يدخل خليط الغاز إلى جهاز التغويز، حيث يتم تكثيفه عند درجة حرارة 77 كلفن. ويتعرض جزء من هذا الخليط للتبخر الجزئي. ونتيجة لذلك، الأخير التنقية من O 2 في جهاز اتصال مع CuO تنتج الكريبتون النقي. يتعرض خليط الغاز المتبقي للامتصاص في الأجهزة ذات المنشط. الفحم عند 200-210 كلفن؛ في هذه الحالة، يتم إطلاق الكريبتون النقي، ويتم امتصاص Xe وجزء من الكريبتون بواسطة الفحم. يتم فصل الممتز Kr وXe عن طريق الامتزاز المجزأ. بسعة 20.000 م 3 / ساعة من الهواء المعالج (273 كلفن، 0.1 ميجا باسكال)، يتم الحصول على 105 م 3 من الكريبتون سنويًا. ويتم استخلاصه أيضًا من جزء الميثان من غازات التطهير في إنتاج NH 3. إنهم ينتجون الكريبتون النقي (أكثر من 98.9% من حجم الكريبتون)، تقنيًا. (أكثر من 99.5% خليط من Kr وXe) وخليط الكريبتون-زينون (أقل من 94.5% كريبتون). ويستخدم الكريبتون لملء المصابيح المتوهجة وأنابيب تفريغ الغاز والأشعة السينية. يستخدم النظير المشع 85Kr كمصدر للإشعاع ب في الطب، للكشف عن التسربات في المنشآت الفراغية، كما تتبع النظائرأثناء دراسات التآكل، لمراقبة تآكل الأجزاء. يتم تخزين ونقل الكريبتون ومخاليطه مع Xe تحت ضغط 5-10 ميجا باسكال عند 20 درجة مئوية في عبوات محكمة الغلق. اسطوانات الصلبالرد الأسود بخط أصفر واحد ونقش "كريبتون" وخطين أصفر ونقش "كريبتون-زينون". تم اكتشاف الكريبتون في عام 1898 من قبل دبليو رامزي وإم ترافرز. أشعل.

§5. زينون

اكتشفه العلماء الإنجليز دبليو رامزي ودبليو رايلي عام 1898 كخليط صغير من الكريبتون.

من اليونانية ξένος - غريب.

نقطة الانصهار -112 درجة مئوية، نقطة الغليان -108 درجة مئوية، توهج بنفسجي في التفريغ.

أول غاز خامل تم الحصول على مركبات كيميائية حقيقية منه. أمثلة على الاتصالات يمكن أن تكون ثنائي فلوريد زينون, رباعي فلوريد الزينون, سادس فلوريد الزينون, ثالث أكسيد الزينون.

يتم إنتاج الزينون كمنتج ثانوي عندما فصل الهواء. وهو معزول عن مركز الكريبتون-زينون (انظر الكريبتون). إنها تنتج الزينون النقي (99.4% من حيث الحجم) وعالي النقاء (99.9%)، ويتم الحصول على الزينون كمنتج ثانوي لإنتاج الأكسجين السائل في المؤسسات المعدنية.

في الصناعة، يتم إنتاج الزينون كمنتج ثانوي لفصل الهواء إلى الأكسجين والنيتروجين. بعد هذا الانفصال، والذي يتم عادة عن طريق التصحيح، يحتوي الأكسجين السائل الناتج على كميات صغيرة من الكريبتون والزينون. مزيد من التصحيح يثري الأكسجين السائل إلى محتوى 0.1-0.2٪ من خليط الكريبتون والزينون، والذي يتم فصله الامتزازعلى هلام السيليكا أو عن طريق التقطير. وأخيرًا، يمكن فصل تركيز الزينون والكريبتون عن طريق التقطير إلى الكريبتون والزينون.

ونظرًا لانتشاره المنخفض، فإن الزينون أغلى بكثير من الغازات الخاملة الأخف وزنًا.

على الرغم من تكلفته العالية، لا غنى عن الزينون في عدد من الحالات:

• 
  يستخدم الزينون لملء المصابيح المتوهجة وتفريغ الغاز القوي ومصادر الضوء النبضية (الكتلة الذرية العالية للغاز في مصابيح المصابيح تمنع تبخر التنغستن من سطح الفتيل).

• 
  تُستخدم النظائر المشعة (127 Xe، 133 Xe، 137 Xe، وما إلى ذلك) كمصادر إشعاعية في التصوير الشعاعي وللتشخيص في الطب، ولكشف التسربات في المنشآت الفراغية.

• 
  تستخدم فلوريد الزينون لتخميل المعادن.

• 
  يعتبر الزينون، سواء في شكله النقي أو مع إضافة صغيرة من بخار السيزيوم 133، سائل عمل عالي الكفاءة لمحركات الدفع الكهربائي (الأيونية والبلازما بشكل رئيسي) للمركبات الفضائية.

• 
  منذ نهاية القرن العشرين، بدأ استخدام الزينون كوسيلة للتخدير العام (مكلف للغاية، ولكنه غير سام على الإطلاق، أو بالأحرى، مثل الغاز الخامل، لا يسبب عواقب كيميائية). الأطروحات الأولى حول تقنية التخدير بالزينون في روسيا - 1993، كتخدير علاجي، يتم استخدامه بشكل فعال لتخفيف حالات الانسحاب الحادة وعلاج إدمان المخدرات، وكذلك الاضطرابات النفسية والجسدية.

• 
  يستخدم الزينون السائل أحيانًا كوسيلة عمل لليزر.

• 
  يُقترح استخدام فلوريد وأكاسيد الزينون كمؤكسدات قوية لوقود الصواريخ، بالإضافة إلى مكونات مخاليط الغاز لليزر.

• 
  في النظير 129 Xe، من الممكن استقطاب جزء كبير من السبينات النووية لإنشاء حالة ذات سبين مشترك التوجيه - وهي حالة تسمى فرط الاستقطاب.

• 
  يستخدم الزينون في تصميم خلية جولاي.

• 
  كمحفزات كيميائية.

• 
  لنقل الفلور، الذي يظهر خصائص مؤكسدة قوية.

الزينون نادر نسبياً في الغلاف الجوي الشمسي، وعلى الأرض، وفي الكويكبات والمذنبات. تركيز الزينون في الغلاف الجوي للمريخ مشابه لذلك الموجود على الأرض: 0.08 جزء في المليون، على الرغم من أن وفرة 129 Xe على المريخ أعلى منها على الأرض أو الشمس. وبما أن هذا النظير يتكون من خلال التحلل الإشعاعي، فقد تشير النتائج إلى أن المريخ فقد غلافه الجوي الأساسي، ربما خلال أول 100 مليون سنة بعد تشكل الكوكب. وعلى النقيض من ذلك، يحتوي كوكب المشتري على تركيز عالٍ بشكل غير عادي من الزينون في غلافه الجوي، أي ضعف ما يوجد في الشمس تقريبًا.

زينون موجود الغلاف الجوي للأرضبكميات صغيرة للغاية، 0.087±0.001 جزء في المليون (μL/L)، ويوجد أيضًا في الغازات المنبعثة من بعض ينابيع المياه المعدنية. يتم إنتاج بعض نظائر الزينون المشعة، مثل 133 Xe و135 Xe، عن طريق تشعيع النيوترونات للوقود النووي في المفاعلات.

لاحظ العالم الإنجليزي إي. رذرفورد في عام 1899 أن مستحضرات الثوريوم تنبعث منها، بالإضافة إلى جسيمات ألفا، بعض المواد غير المعروفة سابقًا، بحيث يصبح الهواء المحيط بمستحضرات الثوريوم مشعًا تدريجيًا. اقترح تسمية هذه المادة بانبثاق (من اللاتينية emanatio - التدفق الخارجي) للثوريوم وإعطائها الرمز Em. أظهرت الملاحظات اللاحقة أن مستحضرات الراديوم تنبعث أيضًا من انبعاث معين له خصائص إشعاعية ويتصرف مثل غاز خامل.

في البداية، كان انبعاث الثوريوم يسمى ثورون، وكان انبعاث الراديوم يسمى الرادون. لقد ثبت أن جميع الانبعاثات هي في الواقع نويدات مشعة لعنصر جديد - غاز خامل يتوافق مع العدد الذري 86. تم عزله لأول مرة في شكله النقي بواسطة رامزي وجراي في عام 1908، واقترحوا أيضًا تسمية الغاز نيتون (من nitens اللاتينية، مضيئة). وفي عام 1923، تم تسمية الغاز أخيرًا بالرادون وتم تغيير الرمز Em إلى Rn.

الرادون هو غاز أحادي الذرة مشع، عديم اللون والرائحة. الذوبان في الماء 460 مل/لتر؛ في المذيبات العضوية وفي الأنسجة الدهنية البشرية، تكون قابلية ذوبان الرادون أعلى بعشرات المرات من الماء. يخترق الغاز جيدًا من خلال أفلام البوليمر. يمتص بسهولة بواسطة الكربون المنشط وهلام السيليكا.

النشاط الإشعاعي للرادون يتسبب في تألقه. يتألق الرادون الغازي والسائل بالضوء الأزرق، بينما الرادون الصلب عند تبريده درجات حرارة النيتروجينيصبح لون الإسفار أصفر أولا، ثم أحمر برتقالي.

يشكل الرادون clathrates، والتي على الرغم من أن تركيبها ثابت، إلا أنها لا تحتوي على روابط كيميائية تتضمن ذرات الرادون. مع الفلور، يشكل الرادون عند درجات الحرارة المرتفعة مركبات من التركيبة RnF n، حيث n = 4، 6، 2. وبالتالي، فإن ثنائي فلوريد الرادون RnF 2 هو مادة بلورية بيضاء غير متطايرة. يمكن أيضًا إنتاج فلوريد الرادون من خلال عمل عوامل الفلور (على سبيل المثال، فلوريد الهالوجين). في التحلل المائي لرباعي فلوريد RnF 4 وسداسي فلوريد RnF 6 يشكلان أكسيد الرادون RnO 3 . تم الحصول أيضًا على مركبات تحتوي على RnF + cation.

للحصول على الرادون، يتم نفخ الهواء من خلال محلول مائي لأي ملح راديوم، والذي يحمل معه الرادون المتكون أثناء التحلل الإشعاعي للراديوم. بعد ذلك، يتم ترشيح الهواء بعناية لفصل القطرات الدقيقة من المحلول الذي يحتوي على ملح الراديوم، والتي يمكن التقاطها بواسطة تيار الهواء. للحصول على الرادون نفسه، تتم إزالة المواد النشطة كيميائيًا (الأكسجين والهيدروجين وبخار الماء وما إلى ذلك) من خليط الغازات، ويتم تكثيف البقايا بالنيتروجين السائل، ثم يتم إزالة النيتروجين والغازات الخاملة الأخرى (الأرجون والنيون وما إلى ذلك). المقطر من المكثفات.

يستخدم الرادون في الطب لتحضير حمامات الرادون. ويستخدم الرادون في الزراعة لتنشيط علف الحيوانات [ المصدر غير محدد 272 يوما ] في علم المعادن كمؤشر عند تحديد سرعة تدفق الغاز في الأفران العالية وخطوط أنابيب الغاز. في الجيولوجيا، يتم استخدام قياس محتوى الرادون في الهواء والماء للبحث عن رواسب اليورانيوم والثوريوم، في الهيدرولوجيا - لدراسة تفاعل المياه الجوفية ومياه الأنهار. يمكن استخدام ديناميكيات تركيز غاز الرادون في المياه الجوفية للتنبؤ بالزلازل.

وهو جزء من السلسلة المشعة 238 U، 235 U و232 Th. تنشأ نوى الرادون باستمرار في الطبيعة أثناء التحلل الإشعاعي للنواة الأم. محتوى التوازن في القشرة الأرضية هو 7·10−16% بالكتلة. بسبب خموله الكيميائي، يترك الرادون بسهولة نسبيًا الشبكة البلورية للمعدن "الأم" ويدخل إلى المياه الجوفية والغازات الطبيعية والهواء. وبما أن أطول نظائر الرادون الطبيعية الأربعة عمراً هو 222 Rn، فإن محتواه في هذه البيئات هو الحد الأقصى.

يعتمد تركيز الرادون في الهواء بشكل أساسي على الوضع الجيولوجي (على سبيل المثال، الجرانيت الذي يحتوي على الكثير من اليورانيوم، هو مصدر نشط للرادون، بينما يوجد في الوقت نفسه القليل من الرادون فوق سطح البحار)، كما وكذلك على الطقس (أثناء المطر، تمتلئ الشقوق الصغيرة التي يأتي من خلالها غاز الرادون من التربة بالماء؛ كما يمنع الغطاء الثلجي غاز الرادون من دخول الهواء). قبل وقوع الزلازل، لوحظت زيادة في تركيز غاز الرادون في الهواء، ربما بسبب التبادل الأكثر نشاطًا للهواء في الأرض بسبب زيادة النشاط الزلزالي الصغير.

(جالينا أفاناسييفنا - مساعدة في الكريبتون والزينون والأرجون! هل يمكنني إضافة شيء آخر؟ وماذا يجب أن أكتب بعد ذلك؟)

صفحة 1

غازات نبيلة (خاملأو الغازات النادرة) هي مجموعة من العناصر الكيميائية ذات الخصائص المتشابهة: في الظروف العادية تكون غازات أحادية الذرة. هذه هي العناصر الكيميائية التي تشكل المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الثامنة من نظام مندليف الدوري.

في ظل الظروف العادية، تكون هذه الغازات عديمة اللون والطعم والرائحة، وهي قابلة للذوبان بشكل سيئ في الماء، ولا تشتعل في الظروف العادية، مع تفاعل كيميائي منخفض جدًا. وتزداد درجات انصهارها وغليانها بشكل طبيعي مع زيادة العدد الذري.

من بين جميع الغازات النبيلة فقط آر إنلا توجد نظائر مستقرة وهو العنصر الكيميائي المشع الوحيد.

الغازات النادرة (الخاملة) هي:

• هيليوم ( هو) (العدد الذري 2)،
• النيون ( ني) (10),
• الأرجون ( آر) (18),
• الكريبتون ( كر) (36),
• زينون ( XE) (54)
• الرادون المشع ( آر إن) (86).

في الآونة الأخيرة، أنونوكتيوم ( Uuo) (118).

جميع الغازات الخاملة تكمل الفترة المقابلة في الجدول الدوري ولها مستوى إلكتروني خارجي مستقر ومكتمل تمامًا.

الغازات النبيلة لها تكوين إلكتروني نانوثانية 2 n.p. 6 (للهيليوم 1 ثانية 2) ويشكلون المجموعة الثامنة. مع زيادة العدد الذري، تزداد أنصاف أقطار الذرات وقدرتها على الاستقطاب، مما يؤدي إلى زيادة التفاعلات بين الجزيئات، إلى زيادة تي ررو تي باللتحسين قابلية ذوبان الغازات في الماء والمذيبات الأخرى. بالنسبة للغازات الخاملة، هناك مجموعات معروفة من المركبات: الأيونات الجزيئية، ومركبات الاشتمال، ومركبات التكافؤ.

وتنتمي الغازات النبيلة إلى الأخيرة، وتحتل الفترات الست الأولى وتنتمي إلى المجموعة الثامنة عشرة في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية. الفليروفيوم، أحد عناصر المجموعة 14، يُظهر بعض خصائص الغازات النبيلة، لذا يمكن أن يحل محل الأنونوكتيوم في الجدول الدوري. الغازات النبيلة غير نشطة كيميائيًا ولا يمكنها المشاركة في التفاعلات الكيميائية إلا في ظل الظروف القاسية.

ألوان وأطياف الغازات النبيلة.

ألوان وأطياف الغازات النبيلة. يُظهر السطر الأول من الجدول الغازات النبيلة في قوارير يتم من خلالها تمرير التيار، والثاني - الغاز نفسه في الأنبوب، والثالث - في الأنابيب التي تصور تعيين عنصر في الجدول الدوري.

هيليوم	نيون	الأرجون	الكريبتون	زينون

انتشار الغازات الخاملة (النادرة) في الطبيعة.

نظرًا لحقيقة أن الغازات النبيلة خاملة كيميائيًا، لم يكن من الممكن اكتشافها لفترة طويلة، ولم يتم اكتشافها إلا في النصف الثاني من القرن التاسع عشر.

هيليوم- هو ثاني أكثر العناصر وفرة في الكون (بعد الهيدروجين)، ففي القشرة الأرضية يبلغ محتوى الهيليوم 1 × 10-6 كتلة فقط. %. الهيليوم هو نتاج التحلل الإشعاعي ويوجد في تجاويف الصخور والغاز الطبيعي.

جميع الغازات النبيلة هي مكونات الهواء. يوجد في 1 م 3 من الهواء 9.3 أرجون و 18 مل نيون و 5 مل هيليوم و 1 مل كريبتون و 0.09 مل زينون. تتكون الشمس من 10% تقريبًا من الهيليوم، ويتكون من الهيدروجين عن طريق تفاعل الاندماج النووي:

(β + - البوزيترون، - مضاد النيوترينو). تظهر خطوط الهيليوم، التي تم اكتشافها لأول مرة في عام 1868، بشكل مكثف للغاية في طيف الإشعاع الشمسي، وعلى الأرض، تم العثور على الهيليوم فقط في عام 1895 أثناء التحليل الطيفي للغازات المنبعثة عندما يذوب معدن الكليفيت في الأحماض. يو2أو3. يتحلل اليورانيوم، وهو جزء من المعدن، تلقائيًا وفقًا للمعادلة:

238 ش→ 234 ذ + 4 هو.

وهي موجودة بكميات قليلة في الهواء وبعض الصخور، وكذلك في أجواء بعض الكواكب العملاقة.

يعتمد الاستخدام الصناعي للغازات الخاملة على نشاطها الكيميائي المنخفض أو خصائصها الفيزيائية المحددة.

بعض خصائص عناصر المجموعة الفرعية VIIIA (الغازات الخاملة).

عنصر	نصف القطر أمجلدات، نانومتر
هيليوم لا
نيون نه
الأرجون أص
الكريبتون لص	3D 10 4S 2 4P 6
زينون هيه	[كر]4د 10 5ث 2 5ص 6
رادون آر إن	[هو] 4f 1 4 5d 10 6s 2 6p 6

يخطط.

1. الخصائص الفيزيائية.
2. الخواص الكيميائية.
3. تاريخ اكتشاف الغازات الخاملة.
4. منطقة التطبيق.
5. التأثير على جسم الإنسان.

1. الخصائص الفيزيائية للغازات الخاملة.

الغازات الخاملة عديمة اللون وعديمة الرائحة. وهم أحادي الذرة. تعتبر الغازات النبيلة غازات نبيلة. لديهم موصلية كهربائية أعلى (مقارنة بالآخرين) وتتوهج بشكل ساطع عندما يمر التيار من خلالها.

النيون هو ضوء أحمر ناري، حيث أن خطوطه اللامعة تقع في المنطقة الحمراء من الطيف.

يحتوي الهيليوم على ضوء أصفر ساطع، وهذا ما يفسر حقيقة أنه في طيفه البسيط نسبيا، يسود الخط الأصفر المزدوج على جميع الآخرين.

تتميز الغازات النبيلة بنقاط تسييل وتجمد أقل من الغازات الأخرى التي لها نفس الوزن الجزيئي. ويرجع ذلك إلى الطبيعة المشبعة للجزيئات الذرية للغازات النبيلة.

2. الخواص الكيميائية للغازات الخاملة.

تتميز الغازات الخاملة بنشاط كيميائي منخفض للغاية، وهو ما يفسره التكوين الصلب المكون من ثمانية إلكترونات لطبقة الإلكترون الخارجية. وكما هو معروف، مع زيادة عدد الطبقات الإلكترونية، تزداد قابلية استقطاب الذرات. لذلك يجب أن تزيد عند الانتقال من الهيليوم إلى الرادون.

لفترة طويلة، لم يجد العلماء الظروف التي يمكن للغازات النبيلة أن تتفاعل فيها كيميائيًا أو تشكل مركبات كيميائية حقيقية. كان تكافؤهم صفراً. وقرروا اعتبار المجموعة الجديدة من المواد الكيميائية صفرًا.

ولكن في عام 1924، تم التعبير عن فكرة أن بعض مركبات الغازات الخاملة الثقيلة (على وجه الخصوص، فلوريد الزينون والكلوريدات) مستقرة تمامًا من الناحية الديناميكية الحرارية ويمكن أن توجد في الظروف العادية. ومن الناحية النظرية، عند دراسة التركيب الإلكتروني لأغلفة الكريبتون والزينون من وجهة نظر ميكانيكا الكم، تبين أن هذه الغازات قادرة على تكوين مركبات مستقرة مع الفلور.

لكن مر الوقت، وعمليا انتهت جميع التجارب في هذا المجال بالفشل. فلوريد الزينون لم يعمل. وتدريجيًا توصلوا إلى استنتاج مفاده أن هذا غير ممكن وتوقفت التجارب.

فقط في عام 1961، أثبت بارتليت، وهو موظف في إحدى جامعات كندا، أثناء دراسته لخصائص سداسي فلوريد البلاتين، وهو مركب أكثر نشاطًا من الفلور نفسه، أن قدرة التأين للزينون أقل من قدرة الأكسجين (12 و13 و12). ، 20 فولت، على التوالي)، وشكل الأكسجين مركبًا له التركيبة O2PtF6... مع سداسي فلوريد البلاتين...

في درجة حرارة الغرفة، أجرى بارتليت تجربة ومن غاز سداسي فلوريد البلاتين والزينون الغازي حصل على مادة صلبة برتقالية صفراء تسمى زينون سداسي فلوروبلاتينات XePtF6.

عند تسخينه في الفراغ، يتسامى سداسي فلوروبلاتينات XePtF6 دون تحلل. يتحلل في الماء ويطلق الزينون:

2XePtF6 + 6H2O = 2Xe + O2 + 2PtO2 + 12HF

أثناء دراسة المادة الجديدة، توصل بارتليت إلى استنتاج مفاده أن سلوك سداسي فلوروبلاتينات لا يختلف عن سلوك المركبات الكيميائية العادية.

أتاح عمل بارتليت إثبات أن الزينون، اعتمادًا على ظروف التفاعل، قادر على تكوين مركبين مختلفين باستخدام سداسي فلوريد البلاتين: XePtF6 وXe(PtF6)2. ولكن عندما يتم تحلل هذه المركبات، يتم الحصول على نفس المنتجات النهائية.

في عام 1962، قدم بارتليت عرضًا تقديميًا.

وبعد ثلاثة أسابيع فقط من تجاربه، تكررت التجربة على يد مجموعة من الباحثين الأمريكيين في مختبر أرجون الوطني بقيادة تشيرنيك. كان العلماء أول من نجح في تصنيع مركبات زينون مماثلة مع سداسي فلوريد الروثينيوم والروديوم والبلوتونيوم.

إذن، مركبات الزينون الخمسة الأولى: XePtF6، Xe (PtF6)2، XeRuF6، XeRhF6، XePuF6

لم يتم تأكيد الأسطورة حول الخمول المطلق للغازات.

وقرروا اختبار الفرضية الحالية حول إمكانية التفاعل المباشر للزينون مع الفلور.

ولهذا الغرض، تم وضع خليط من الغازات (جزء واحد من الزينون و5 أجزاء من الفلور) في وعاء من النيكل، باعتباره الأكثر مقاومة لعمل الفلور، وتم تسخينه تحت ضغط منخفض نسبيًا.

وبعد ساعة، تم تبريد الوعاء بشكل حاد وتم ضخ الغاز. وتبين أن الغاز المتبقي ليس أكثر من الفلور. رد فعل كل زينون!

بعد ذلك، تم العثور على بلورات عديمة اللون من رباعي فلوريد الزينون XeF4 في الوعاء المفتوح.

هذا مركب مستقر، جزيئه له شكل مربع مع أيونات الفلور في الزوايا والزينون في المركز.

رباعي فلوريد الزينون XeF4 فلوريد الزئبق والبلاتين (ولكنه مذاب فقط في فلوريد الهيدروجين): XeF4 + 2Hg = Xe + 2HgF2

والشيء اللافت للنظر هو أنه من خلال تغيير ظروف التفاعل، من الممكن الحصول ليس فقط على XeF4، ولكن أيضًا على فلوريدات أخرى، على سبيل المثال XeF2، XeF6.

أظهر الكيميائيان السوفييت V. M. Khutoretsky و V. A. Shpansky أن الظروف القاسية ليست ضرورية على الإطلاق لتخليق ثنائي فلوريد الزينون.

واقترحوا طريقة يتم فيها تغذية خليط من الزينون والفلور (بنسبة جزيئية 1:1) في وعاء مصنوع من النيكل أو الفولاذ المقاوم للصدأ، وعندما يرتفع الضغط إلى 35 ضغط جوي، يبدأ التفاعل التلقائي.

XeF2 هو فلوريد الزينون الوحيد الذي يتم إنتاجه عن طريق تطبيق تفريغ كهربائي على خليط من الزينون ورابع فلوريد الكربون، دون استخدام عنصر الفلور.

يتم الحصول على XeF2 النقي عن طريق تشعيع الزينون والفلور بالأشعة فوق البنفسجية.

يتمتع ثنائي فلوريد XeF2 برائحة حادة ومحددة.

ذوبان ثنائي الفلورايد في الماء منخفض. الحل هو عامل مؤكسد قوي. تدريجيًا يتحلل ذاتيًا إلى زينون وأكسجين وفلوريد الهيدروجين. في بيئة قلوية، يحدث التحلل بسرعة خاصة.

تعتبر طريقة تخليق ثنائي فلوريد الزينون، بناءً على تأثير الأشعة فوق البنفسجية (الطول الموجي حوالي 2500-3500 ألف) على خليط من الغازات، ذات أهمية نظرية كبيرة.

يتسبب الإشعاع في انقسام جزيئات الفلور إلى ذرات حرة. وهذا هو بالضبط سبب تكوين ثنائي الفلورايد الفلور الذري نشط بشكل غير عادي.

للحصول على سداسي فلوريد الزينون XeF6، يلزم توفر شروط أكثر صرامة: 700 درجة مئوية و200 ضغط جوي. في مثل هذه الظروف، في خليط من الزينون والفلور، بنسبة 1:4 إلى 1:20، يتم تحويل كل الزينون تقريبًا إلى XeF6.

سداسي فلوريد الزينون نشط للغاية ويتحلل بشكل متفجر.

يتفاعل بسهولة مع فلوريد الفلزات القلوية (ما عدا LiF): XeF6 + RbF = RbXeF7

عند 50 درجة مئوية يتحلل هذا الملح: 2RbXeF7 = XeF6 + Rb2XeF8

يكون الفلورايد العالي XeF8 مستقرًا فقط عند درجات حرارة أقل من 196 درجة مئوية تحت الصفر.

إذا تم فصل الغازات النبيلة سابقًا إلى مجموعة صفرية منفصلة، ​​وهو ما يتوافق تمامًا مع فكرة تكافؤها، فإن تخليق مركبات الزينون الأولى أثار مسألة مكان الغازات النبيلة في الجدول الدوري. تقرر نقل الغازات الخاملة إلى المجموعة الثامنة عندما أصبح الفلورايد الأعلى معروفًا، حيث يبلغ تكافؤ الزينون ثمانية، وهو ما يتوافق تمامًا مع بنية غلافها الإلكتروني.

يتم الحصول على جميع مركبات الزينون المعروفة حاليًا من الفلوريدات الموجودة فيه. لم يكن من الممكن حتى الآن إجبار الزينون على التفاعل دون مشاركة الفلور (أو بعض مركباته).

تمت دراسة تفاعل فلوريد الزينون مع الماء جيدًا.

عندما يتم تحلل XeF4 في بيئة حمضية، يتم تشكيل أكسيد الزينون XeO3 - بلورات عديمة اللون تنتشر في الهواء.

يحتوي جزيء XeO3 على هيكل هرم مثلثي مسطح مع ذرة زينون في الأعلى.

وهو مركب غير مستقر للغاية، فعندما يتحلل تقترب قوة الانفجار من قوة انفجار مادة تي إن تي. ولذلك، فإن بضع مئات من الملليجرامات من XeO3 تكفي لتفجير المجفف إلى أجزاء.

ومن المخطط في المستقبل استخدام ثالث أكسيد الزينون كمادة متفجرة. ستكون مثل هذه المتفجرات مريحة للغاية، لأن جميع منتجات التفاعل المتفجر هي غازات. وفي الوقت نفسه، يعد استخدام ثالث أكسيد الزينون لهذا الغرض مكلفًا للغاية بسبب الاحتياطيات الصغيرة في الغلاف الجوي والصعوبات التقنية.

للحصول على 1 م3 من الزينون، يجب معالجة 11 مليون م3 من الهواء.

يتشكل الحمض غير المستقر للزينون سداسي التكافؤ H6XeO6 المقابل لثالث أكسيد نتيجة التحلل المائي لـ XeF6 عند درجة حرارة 0 درجة مئوية:

XeF6 + 6H2O = 6HF + H6XeO6

إذا تمت إضافة Ba(OH)2 بسرعة إلى منتجات هذا التفاعل، فإنه يتحول إلى مادة بيضاء غير متبلورة

يترسب Ba3XeO6. عند 125 درجة مئوية يتحلل إلى أكسيد الباريوم والزينون والأكسجين.

تم الحصول على أملاح زينونات الصوديوم والبوتاسيوم مماثلة.

تحت تأثير الأوزون، يتكون ملح الزينون عالي الحموضة Na4XeO6 من محلول XeO3 في هيدروكسيد الصوديوم أحادي المولي. يمكن عزل بيركسينات الصوديوم على هيئة هيدرات بلورية عديمة اللون Na4XeO6·6H2O. يؤدي التحلل المائي لـ XeF6 في هيدروكسيدات الصوديوم والبوتاسيوم أيضًا إلى تكوين البيركسينونات.

يكفي معالجة الملح الصلب Na4XeO6 بمحلول من نترات الرصاص أو الفضة أو اليورانيل ويتم الحصول على البيركسينونات المقابلة:

Ag4XeO6 - أسود، bXeO6 و (UO2) 2XeO6 - أصفر.

يتم إنتاج أملاح مماثلة بواسطة البوتاسيوم والكالسيوم والليثيوم والسيزيوم، ومن خلال تفاعل Na4XeO6 مع حمض الكبريتيك المبرد اللامائي، يتم الحصول على أكسيد يتوافق مع حمض الزينون الأعلى - رباعي أكسيد XeO4.

كما هو الحال في ثماني الفلورايد، فإن الزينون لديه تكافؤ يبلغ ثمانية.

يتحلل رباعي الأكسيد الصلب عند درجات حرارة أعلى من 0 درجة مئوية إلى زينون وأكسجين، والغازي (في درجة حرارة الغرفة) - إلى ثالث أكسيد الزينون والزينون والأكسجين.

يحتوي جزيء XeO4 على شكل رباعي السطوح مع ذرة زينون في المركز. اعتمادًا على الظروف، يمكن أن يتم التحلل المائي لسداسي فلوريد الزينون بطريقتين:

1. ويتم الحصول على رباعي أوكسي فلوريد XeOF4،
2. يتم الحصول على ثنائي أوكسي فلوريد XeO2F2.

يؤدي التوليف المباشر من العناصر إلى تكوين أوكسي فلوريد XeOF2.

تمت دراسة تفاعل ثنائي فلوريد الزينون مع HC1O4 اللامائي.

تم الحصول على مركب زينون جديد، XeClO4، وهو عامل مؤكسد قوي، نتيجة لهذا التفاعل، وهو الأقوى بين جميع البيركلورات. تم تصنيع مركبات الزينون التي لا تحتوي على الأكسجين.

هذه أملاح مزدوجة، منتجات تفاعل فلوريد الزينون مع فلوريدات الأنتيمون والزرنيخ والبورون والتنتالوم: XeF2 SbF5 وXeF6 AsF3 وXeF6 BF3 وXeF2 2TaF5.

وأخيرًا، تم الحصول على مواد من النوع XeSbF6، المستقر في درجة حرارة الغرفة، وXeSiF6، وهو مركب غير مستقر. حتى الآن، ثبت أن الرادون يتفاعل أيضًا مع الفلور، مكونًا الفلوريدات غير المتطايرة.

تم عزل ثنائي فلوريد KrF2 ورباعي فلوريد الكريبتون KrF4 ودراستهما بحثًا عن خصائص تذكرنا بمركبات الزينون. 4. تاريخ اكتشاف الغازات النبيلة ومن الغازات النبيلة الهيليوم والنيون والأرجون والكريبتون والزينون والرادون. من حيث خصائصها، فهي لا تشبه أي عناصر أخرى، وفي الجدول الدوري تقع بين المعادن التقليدية وغير المعدنية.

إن تاريخ اكتشاف الغازات الخاملة له أهمية كبيرة: أولاً، باعتباره انتصارًا للطرق الكمية في الكيمياء التي قدمها لومونوسوف (اكتشاف الأرجون)، وثانيًا، باعتباره انتصارًا للبصيرة النظرية (اكتشاف غازات خاملة أخرى). ) ، بناءً على أعظم تعميم للكيمياء - قانون مندليف الدوري.

تم اكتشاف أول غاز نبيل، الأرجون، على يد الفيزيائي رايلي والكيميائي رامزي، في وقت بدا فيه بناء النظام الدوري مكتملًا ولم يبق فيه سوى عدد قليل من الخلايا الفارغة.

في عام 1785، اكتشف الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي ج. كافنديش غازًا جديدًا في الهواء، وهو مستقر كيميائيًا بشكل غير عادي. ويشكل هذا الغاز حوالي مائة وعشرين من حجم الهواء. لكن كافنديش لم يتمكن من معرفة نوع الغاز الموجود.

تم تذكر هذه التجربة بعد 107 سنوات، عندما صادف جون ويليام ستروت (اللورد رايلي) نفس الشوائب، مع ملاحظة أن النيتروجين الموجود في الهواء كان أثقل من النيتروجين المعزول من المركبات. وبعد عدم العثور على تفسير موثوق لهذا الشذوذ، توجه رايلي، من خلال مجلة الطبيعة، إلى زملائه علماء الطبيعة بمقترح للتفكير معًا والعمل على كشف أسبابه...

وبعد ذلك بعامين، أثبت رايلي و. رامزي أن النيتروجين الموجود في الهواء يحتوي في الواقع على خليط من غاز غير معروف، أثقل من النيتروجين وخامل للغاية كيميائيًا.

تم تجريد الهواء من الأكسجين باستخدام النحاس الساخن ثم تسخينه بقطع من المغنيسيوم في أنبوب. وبعد امتصاص كمية كبيرة من النيتروجين بواسطة المغنيسيوم، تم تحديد كثافة البقايا.

وتبين أن الكثافة أكبر بـ 15 مرة من كثافة الهيدروجين، بينما كانت كثافة النيتروجين أكبر بـ 14 مرة فقط. وتزداد هذه الكثافة كلما زاد امتصاص النيتروجين حتى وصلت إلى 18.

وبذلك ثبت أن الهواء يحتوي على غاز كثافته أكبر من كثافة النيتروجين... وحصلنا على 100 سم3 من هذه المادة كثافتها 19.9. وتبين أنه غاز أحادي الذرة.

وعندما أعلنوا عن اكتشافهم للعامة، كان الأمر مذهلاً. بدا الأمر لا يصدق بالنسبة للكثيرين أن عدة أجيال من العلماء، الذين أجروا الآلاف من اختبارات الهواء، تجاهلوا مكوناته، وحتى مثل هذا العنصر الملحوظ - تقريبًا نسبة مئوية! بالمناسبة، في مثل هذا اليوم وهذه الساعة، 13 أغسطس 1894، حصل الأرجون على اسمه، والذي يُترجم من اليونانية ويعني "غير نشط".

تم التعرف على الهيليوم لأول مرة كعنصر كيميائي في عام 1868 من قبل ب. يانسن أثناء دراسة كسوف الشمس في الهند. أثناء التحليل الطيفي للكروموسفير الشمسي، تم اكتشاف خط أصفر ساطع، يُعزى في البداية إلى طيف الصوديوم، ولكن في عام 1871 أثبت ج. لوكير وبي. يانسن أن هذا الخط لا ينتمي إلى أي من العناصر المعروفة على الأرض. أطلق لوكير وإي فرانكلاند على العنصر الجديد اسم الهيليوم من الكلمة اليونانية. "هيليوس" وتعني الشمس.

ولم يعرفوا في ذلك الوقت أن الهيليوم غاز خامل، وافترضوا أنه معدن. وبعد ما يقرب من ربع قرن فقط، تم اكتشاف الهيليوم على الأرض. في عام 1895، بعد بضعة أشهر من اكتشاف الأرجون، أثبت دبليو رامزي والكيميائيان السويديان في نفس الوقت تقريبًا ب. كليف ون. لينجليت أن الهيليوم ينطلق عند تسخين معدن الكليفيت.

بعد مرور عام، اكتشف G. Keyser مزيجا من الهيليوم في الغلاف الجوي، وفي عام 1906 تم اكتشاف الهيليوم في الغاز الطبيعي لآبار النفط في كانساس. في نفس العام، أثبت E. Rutherford و T. Royds أن جسيمات A المنبعثة من العناصر المشعة هي نوى الهيليوم.

وبعد هذا الاكتشاف توصل رامزي إلى استنتاج مفاده أن هناك مجموعة كاملة من العناصر الكيميائية تقع في الجدول الدوري بين الفلزات القلوية والهالوجينات. باستخدام القانون الدوري وطريقة مندليف، تم تحديد كمية الغازات النبيلة غير المعروفة وخصائصها، وخاصة كتلها الذرية. هذا جعل من الممكن إجراء عمليات بحث مستهدفة عن الغازات النبيلة.

بحث رامزي ومعاونوه عن المعادن والمياه الطبيعية وحتى النيازك بحثًا عن الغازات الخاملة. ومع ذلك، كان كل شيء دون جدوى، وكانت الاختبارات دائما سلبية.

وفي الوقت نفسه، كان هناك غاز جديد فيها، لكن الطرق المستخدمة لم تكن حساسة بما فيه الكفاية ولم يتم اكتشاف هذه "الآثار الدقيقة".

وبعد البدء في استكشاف الهواء، تم اكتشاف أربعة عناصر جديدة في أربع سنوات لاحقة فقط، كما تم عزل غازات مثل النيون والكريبتون والزينون من الهواء.

للقيام بذلك، تم تسييل الهواء، الذي تم تنقيته مسبقًا من ثاني أكسيد الكربون والرطوبة، ثم بدأ في التبخر ببطء. خلال هذا الإجراء، تتبخر الغازات الخفيفة ويتم فرز الغازات الخاملة الثقيلة المتبقية بعد التبخر.

تعرضت الكسور الناتجة لدراسات مختلفة.

لنعتبر التحليل الطيفي أحد طرق تحديد:

يتيح لك هذا الإجراء البسيط تحديد الغازات النبيلة بدقة من خلال الخطوط الطيفية.

وللقيام بذلك، يتم وضع الغاز في أنبوب التفريغ الذي يتصل به التيار.

عندما تم وضع الجزء الأول والأخف والأقل غليانًا من الهواء في أنبوب التفريغ، تم اكتشاف خطوط جديدة في الطيف، إلى جانب الخطوط المعروفة للنيتروجين والهيليوم والأرجون، والتي كان اللون الأحمر والبرتقالي منها مشرقًا بشكل خاص. لقد أعطوا الضوء الموجود في الأنبوب لونًا ناريًا. تاريخ اسم هذا الغاز مثير للاهتمام:

وعندما لاحظ رامزي، في تجربة أخرى، طيف الغاز الذي تم الحصول عليه حديثا، دخل ابنه البالغ من العمر اثني عشر عاما، والذي أصبح بالفعل "معجبا" بعمل والده، إلى المختبر. عندما رأى التوهج غير العادي، صاح: "جديد!" والتي تعني "جديد" في اليونانية القديمة.

ومن هنا نشأ اسم الغاز "النيون".

لم يكن من الممكن على الفور العثور على الغازات الخاملة التي تكمل الفترات الرابعة والخامسة والسادسة من الجدول الدوري، على الرغم من أنه بعد اكتشاف الهيليوم والنيون والأرجون، الذين أكملوا الفترات الثلاث الأولى من الجدول الدوري، لم يكن هناك شك في ذلك. وجودهم.

ولكن بحلول ذلك الوقت كانوا قد تعلموا كيفية الحصول على كميات كبيرة من الهواء السائل، ويرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى جهود العالم الإنجليزي ترافرز.

حتى الهيدروجين السائل أصبح متاحا.

وتمكن رامزي، مع ترافرز، من دراسة الجزء الأكثر صعوبة في التطاير من الهواء، الناتج بعد تقطير الهيليوم والهيدروجين والنيون والأكسجين والنيتروجين والأرجون.

أما الباقي فكان يهيمن عليه الكريبتون الخام (غير المكرر). وبعد ضخها، ظلت فقاعة الغاز دائما في السفينة. أعطى هذا الغاز طيفًا مميزًا بخطوط في المناطق من البرتقالي إلى البنفسجي وكان له توهج مزرق في التفريغ الكهربائي. وكما هو معروف، يمكن التعرف على العنصر بدقة عن طريق الخطوط الطيفية. كان لدى كل من رامزي وترافرز كل الأسباب للاعتقاد بأنه تم اكتشاف غاز خامل جديد.

كان اسمه زينون، والذي ترجم من اليونانية يعني "غريب". في الواقع، في جزء الكريبتون من الهواء، بدا وكأنه غريب.

بحثًا عن عنصر جديد ودراسة خصائصه، قام رامزي وترافرز بمعالجة حوالي مائة طن من الهواء السائل. محتوى الزينون في الغلاف الجوي منخفض للغاية، لكن الهواء هو المصدر الوحيد الذي لا ينضب للزينون (يعود كل الزينون تقريبًا إلى الغلاف الجوي).

تم التعرف على هوية الزينون كعنصر كيميائي جديد من خلال تشغيله بـ 0.2 سم3 فقط من هذا الغاز.

ويستحق رامزي أيضًا الفضل في اكتشاف أعلى ممثل للغازات الخاملة. وباستخدام تقنيات تقنية دقيقة، أثبت أن التدفق الإشعاعي من الراديوم - انبعاث الراديوم - هو غاز يخضع لجميع قوانين الغازات العادية، وهو خامل كيميائيًا وله طيف مميز. قام رامزي بقياس معدل الانتشار، مما سمح بتحديد الوزن الجزيئي للغاز بحوالي 220:

وبناء على افتراض أن نواة ذرة الراديوم هي ما تبقى من نواة الراديوم بعد خروج نواة ذرة الهيليوم (جسيم أ) منها، يتبين أن شحنتها يجب أن تساوي 88-2 = 86. لذلك يجب أن يكون العنصر الجديد غازًا خاملًا. ووزنه الذري 226-4=222. وتقرر رسميًا إدراج مجموعة جديدة من العناصر الكيميائية في الجدول الدوري في 16 مارس 1900، بعد لقاء رامزي مع مندليف.

1. نطاق تطبيق الغازات الخاملة.

الهيليوم هو مصدر درجات الحرارة المنخفضة.

ويستخدم الهيليوم السائل في دراسة العديد من الظواهر مثل الموصلية الفائقة في الحالة الصلبة. الحركة الحرارية للذرات والإلكترونات الحرة في المواد الصلبة غائبة عمليا عند درجة حرارة الهيليوم السائل.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن الهيليوم السائل مفيد لتبريد الموصلات الفائقة المغناطيسية، ومسرعات الجسيمات وغيرها من الأجهزة. أحد التطبيقات غير المعتادة للهيليوم كمبرد هو عملية الخلط المستمر لـ 3He و4He لإنشاء والحفاظ على درجات حرارة أقل من 0.005 كلفن

يستخدم غاز الهيليوم كغاز خفيف لملء البالونات.

وبما أنه غير قابل للاشتعال، فإنه يستخدم لملء غلاف المنطاد، وإضافته إلى الهيدروجين.

يستخدم الهيليوم كوسيط خامل في اللحام القوسي، وخاصة المغنيسيوم وسبائكه، في إنتاج Si وGe وTi وZr لتبريد المفاعلات النووية.

الاستخدامات الأخرى للهيليوم هي لتزييت المحامل بالغاز، وفي عدادات النيوترونات (هيليوم-3)، ومقاييس حرارة الغاز، والتحليل الطيفي للأشعة السينية، وتخزين الطعام، ومفاتيح الجهد العالي. يتم استخدام الهيليوم، الممزوج بالغازات النبيلة الأخرى، في إعلانات النيون الخارجية (في أنابيب تفريغ الغاز).

وتستخدم كميات كبيرة من الهيليوم في مخاليط التنفس للعمل تحت الضغط، حيث أن الهيليوم أقل قابلية للذوبان في الدم من النيتروجين. على سبيل المثال، أثناء الغوص البحري، عند إنشاء أنفاق وهياكل تحت الماء.

عند استخدام الهيليوم، يكون إطلاق الغاز المذاب من الدم، تخفيف الضغط، أقل إيلامًا للغواص، وتقل احتمالية الإصابة بمرض تخفيف الضغط، ويتم القضاء تمامًا على ظاهرة التخدير النيتروجيني، الرفيق الدائم والخطير لعمل الغواص.

تستخدم خلطات He-O2 بسبب انخفاض لزوجتها في تخفيف نوبات الربو وعلاج أمراض الجهاز التنفسي المختلفة.

يستخدم الأرجون على نطاق واسع في الإنتاج.

يعد اللحام بالقوس الكهربائي في بيئة الأرجون مريحًا للغاية لأنه في طائرة الأرجون، من الممكن لحام المنتجات والمعادن ذات الجدران الرقيقة التي كان من الصعب لحامها في السابق. ويعتقد أن القوس الكهربائي في جو الأرجون أحدث ثورة في تكنولوجيا قطع المعادن. وكانت العملية أسرع بكثير، وأصبح من الممكن قطع صفائح سميكة من المعادن الأكثر صهرًا.

عن طريق نفخ الأرجون عبر الفولاذ السائل، تتم إزالة شوائب الغاز منه. هذا يحسن خصائص المعدن. الأرجون المنفوخ على طول عمود القوس (مخلوطًا بالهيدروجين) يحمي الحواف المقطوعة وقطب التنغستن من تكوين الأكسيد والنيتريد والأفلام الأخرى. وفي الوقت نفسه، يقوم بضغط وتركيز القوس على سطح صغير، مما يجعل درجة الحرارة في منطقة القطع تصل إلى 4000-6000 درجة مئوية.

بالإضافة إلى ذلك، يقوم نفاث الغاز بنفخ منتجات القطع.

وعند اللحام في طائرة الأرجون، ليست هناك حاجة للتدفقات والطلاءات الكهربائية، وبالتالي ليست هناك حاجة لتنظيف التماس من بقايا الخبث والتدفق.

يعتمد استخدام الزينون غالبًا على قدرته على التفاعل مع الفلور.

في الطب، أصبح الزينون واسع الانتشار في فحوصات الدماغ الفلوروسكوبية. يستخدم لتشميع الأمعاء (يمتص الزينون الأشعة السينية بقوة ويساعد في اكتشاف الآفات). ومع ذلك، فهو غير ضار تماما.

ويستخدم نظير الزينون النشط زينون-133 في دراسة النشاط الوظيفي للرئتين والقلب.

تستخدم مصابيح زينون عالية الضغط على نطاق واسع في تكنولوجيا الإضاءة. ويستند مبدأ التشغيل على حقيقة أنه في مثل هذه المصابيح يضيء تفريغ القوس في زينون، الذي يقع تحت ضغط عدة عشرات من الأجواء.

الضوء في مثل هذه المصابيح مشرق وله طيف مستمر - من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة، ويظهر مباشرة بعد تشغيله.

6. التأثير على جسم الإنسان.

ومن الطبيعي الاعتقاد بأن الغازات النبيلة لا ينبغي أن تؤثر على الكائنات الحية، لأنها خاملة كيميائيا. ومع ذلك، هذا ليس صحيحا تماما. عند خلطه بالأكسجين، يؤدي استنشاق الغازات الخاملة الأعلى إلى إصابة الشخص بحالة مشابهة للتسمم بالكحول. يحدث هذا التأثير المخدر للغازات الخاملة بسبب ذوبانها في الأنسجة العصبية. وكلما زاد الوزن الذري للغاز الخامل، زادت قابليته للذوبان، وزاد تأثيره المخدر.

فهرس.

1. جوزي إل إس. محاضرات في الكيمياء العامة
2. أحمدوف ن.س. "الكيمياء العامة وغير العضوية"
3. بتروف إم إم، ميخيليف إل إيه، كوكوشكين يو.إن. "الكيمياء غير العضوية"
4. نيكراسوف بي. "كتاب الكيمياء العامة"
5. جلينكا ن.ل. "كيمياء عامة"