چرا و به چه گازهایی "نجیب" می گویند؟ گاز بی اثر چیست خواص شیمیایی گازهای نجیب

حتی اگر شیمیدان یا فردی نزدیک به شیمی نیستید، احتمالاً نامی به نام گازهای بی اثر را شنیده اید. احتمالاً شما نیز در مورد وجود چنین تعریفی به عنوان گازهای نجیب شنیده اید.

جالب است که این نام به همین گروه از گازها اختصاص داده شده است و امروز خواهیم فهمید که چرا گازهای نجیب را گازهای نجیب می نامند و همچنین اطلاعاتی را در مورد آنها به اختصار در نظر می گیریم.

گازهای بی اثر چیست؟

یک گروه کامل از مواد، یا به عبارت بهتر عناصر شیمیایی، بلافاصله با ویژگی های گازهای بی اثر مطابقت دارد. همه آنها خواص مشابهی دارند. مشخصه گازهای بی اثر بی بو و بی بو بودن در شرایط عادی است. علاوه بر این، آنها همچنین با سطوح بسیار پایین واکنش شیمیایی متمایز می شوند.

گروه گازهای بی اثر شامل رادون، هلیوم، زنون، آرگون، کریپتون و نئون است.

چرا گازهای بی اثر را گازهای نجیب نامیدند؟

امروزه در شیمی ، گازهای بی اثر به طور فزاینده ای گازهای نجیب نامیده می شوند ، اما قبلاً این نام کمتر از نام رسمی ("بی اثر") رایج نبود. و تاریخچه پیدایش این نام بسیار جالب است.

این نام مستقیماً از خواص گازها گرفته شده است ، زیرا آنها عملاً با هیچ عنصر دیگری از جدول تناوبی وارد هیچ واکنشی نمی شوند ، حتی اگر در مورد گازها صحبت کنیم. به نوبه خود ، عناصر باقی مانده کاملاً با کمال میل چنین "ارتباط" را ایجاد می کنند و وارد واکنش هایی با یکدیگر می شوند. بر این اساس، گازهای بی اثر با نام بسیار رایج "نجیب" نامیده می شوند، که با گذشت زمان تقریباً وضعیت رسمی را به دست آوردند که امروزه توسط دانشمندان استفاده می شود.

همچنین جالب است بدانید که علاوه بر گازهای "نجیب"، گازهای بی اثر نیز اغلب "نادر" نامیده می شوند. و این نام نیز به راحتی توضیح داده می شود - از این گذشته ، در بین تمام عناصر جدول تناوبی ، فقط 6 گاز از این قبیل قابل ذکر است.

استفاده از گازهای بی اثر

گازهای کمیاب به دلیل ویژگی های خاص خود، کاملاً قادر به استفاده در قالب مبردهای منحصر به فرد در فناوری برودتی هستند. این امکان پذیر شد زیرا نقطه جوش و ذوب عناصر بسیار پایین است.

علاوه بر این، اگر مستقیماً در مورد هلیوم صحبت کنیم، از آن به عنوان یکی از اجزای تولید مخلوط های تنفسی استفاده می شود که به طور فعال در هنگام غواصی استفاده می شود.

از آرگون نیز بسیار استفاده می شود که در جوشکاری و برشکاری استفاده می شود. و خواص رسانایی حرارتی کم، آرگون را نیز به یک ماده ایده آل برای پر کردن پنجره های دو جداره تبدیل می کند.

زیر گروه اصلی گروه هشتم جدول تناوبی از گازهای نجیب - هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون و رادون تشکیل شده است. این عناصر با فعالیت شیمیایی بسیار کم مشخص می شوند که باعث می شود آنها را گازهای نجیب یا بی اثر نامید. آنها فقط با سایر عناصر یا مواد به سختی ترکیب می کنند. ترکیبات شیمیایی هلیوم، نئون و آرگون به دست نیامده است. اتم های گازهای نجیب در مولکول ها ترکیب نمی شوند، به عبارت دیگر مولکول های آنها تک اتمی هستند.

گازهای نجیب به هر دوره از سیستم عناصر پایان می دهند. به جز هلیوم، همه آنها دارای هشت الکترون در لایه الکترونی بیرونی اتم هستند که یک سیستم بسیار پایدار را تشکیل می دهند. لایه الکترونی هلیوم که از دو الکترون تشکیل شده است نیز پایدار است. بنابراین، اتم های گاز نجیب با انرژی های یونیزاسیون بالا و به عنوان یک قاعده، انرژی های میل الکترونی منفی مشخص می شوند.

روی میز 38 برخی از خواص گازهای نجیب و همچنین محتوای آنها را در هوا نشان می دهد. مشاهده می شود که دمای مایع شدن و انجماد گازهای نجیب کمتر است، جرم اتمی یا شماره سریال آنها کمتر است: کمترین دمای مایع شدن برای هلیوم، بالاترین برای رادون است.

جدول 38. برخی از خواص گازهای نجیب و محتوای آنها در هوا

تا پایان قرن نوزدهم اعتقاد بر این بود که هوا فقط از اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است. اما در سال 1894، فیزیکدان انگلیسی J. Rayleigh ثابت کرد که چگالی نیتروژن به دست آمده از هوا (1.2572) کمی بیشتر از چگالی نیتروژن حاصل از ترکیبات آن است (1.2505). پروفسور شیمی W. Ramsay پیشنهاد کرد که تفاوت در چگالی به دلیل وجود مقداری گاز سنگین تر در نیتروژن اتمسفر است. با ترکیب نیتروژن با منیزیم داغ (رمسی) یا ایجاد ترکیب آن با اکسیژن توسط عمل تخلیه الکتریکی (Rayleigh)، هر دو دانشمند مقادیر کمی از یک گاز بی اثر شیمیایی را از نیتروژن اتمسفر جدا کردند. بنابراین، عنصری تا به حال ناشناخته به نام آرگون کشف شد. به دنبال آرگون، هلیوم، نئون، کریپتون و زنون، موجود در هوا در مقادیر ناچیز، جدا شدند. آخرین عنصر زیر گروه - رادون - در طول مطالعه تبدیلات رادیواکتیو کشف شد.

لازم به ذکر است که وجود گازهای نجیب در سال 1883، یعنی 11 سال قبل از کشف آرگون، توسط دانشمند روسی دوم آ. موروزوف (1854-1946) که در سال 1882 به دلیل شرکت در جنبش انقلابی زندانی شد، پیش بینی شده بود. توسط دولت تزاری به قلعه شلیسلبورگ. N.A. Morozov به درستی مکان گازهای نجیب را در جدول تناوبی تعیین کرد، ایده هایی در مورد ساختار پیچیده اتم، امکان سنتز عناصر و استفاده از انرژی درون اتمی ارائه کرد. N.A. Morozov در سال 1905 از زندان آزاد شد و آینده نگری قابل توجه او تنها در سال 1907 پس از انتشار کتاب او "سیستم های دوره ای ساختار ماده" که در سلول انفرادی نوشته شده بود، شناخته شد.

در سال 1926 ، N. A. Morozov به عنوان عضو افتخاری آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی انتخاب شد.

برای مدت طولانی اعتقاد بر این بود که اتم های گاز نجیب به طور کلی قادر به ایجاد پیوندهای شیمیایی با اتم های عناصر دیگر نیستند. فقط ترکیبات مولکولی نسبتاً ناپایدار گازهای نجیب شناخته شده بود - برای مثال، هیدرات هایی که در اثر عمل گازهای نجیب فشرده بر روی آب فوق سرد متبلور ایجاد می شوند. این هیدرات ها متعلق به نوع clathrate هستند (نگاه کنید به § 72). پیوندهای ظرفیتی در طول تشکیل چنین ترکیباتی ایجاد نمی شوند.

تشکیل clathrates با آب با وجود حفره های متعدد در ساختار کریستالی یخ مورد علاقه است (نگاه کنید به § 70).

با این حال، در طول دهه های گذشته مشخص شده است که کریپتون، زنون و رادون قادر به ترکیب با عناصر دیگر و مهمتر از همه، با فلوئور هستند. بدین ترتیب، از برهمکنش مستقیم گازهای نجیب با فلوئور (با حرارت دادن یا در یک تخلیه الکتریکی)، فلوراید و فلوراید به دست آمد. همه آنها بلورهایی هستند که در شرایط معمولی پایدار هستند. مشتقات زنون نیز در حالت اکسیداسیون به دست آمده اند - هگزا فلوراید، تری اکسید، هیدروکسید. دو ترکیب آخر خاصیت اسیدی دارند. بنابراین، در واکنش با قلیاها، نمک های اسید زنونیک را تشکیل می دهند، به عنوان مثال: .

- (گاز بی اثر)، گروهی از گازهای بی رنگ و بی بو که گروه 0 جدول تناوبی را تشکیل می دهند. اینها عبارتند از (به ترتیب افزایش عدد اتمی) هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون و رادون. فعالیت شیمیایی کم... ... فرهنگ دانشنامه علمی و فنی

گازهای نجیب- گازهای نجیب، شیمی. عناصر: هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون و تراوش. آنها نام خود را از ناتوانی در واکنش با عناصر دیگر گرفته اند. در سال 1894 انگلیسی. دانشمندان Rayleigh و Ramsay دریافتند که N از هوا به دست می آید... دایره المعارف بزرگ پزشکی

- (گازهای بی اثر)، عناصر شیمیایی گروه VIII سیستم تناوبی: هلیوم He، نئون Ne، آرگون Ar، کریپتون Kr، زنون Xe، رادون Rn. بی اثر شیمیایی؛ همه عناصر به جز He ترکیبات گنجانده شده را تشکیل می دهند، به عنوان مثال Ar?5.75H2O، اکسیدهای Xe،... ... دایره المعارف مدرن

گازهای نجیب- (گازهای بی اثر)، عناصر شیمیایی گروه VIII سیستم تناوبی: هلیوم He، نئون Ne، آرگون Ar، کریپتون Kr، زنون Xe، رادون Rn. بی اثر شیمیایی؛ همه عناصر به جز He ترکیبات گنجانده شده را تشکیل می دهند، به عنوان مثال Ar´5.75H2O، اکسیدهای Xe،... ... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

- (گازهای بی اثر) عناصر شیمیایی: هلیوم He، نئون Ne، آرگون Ar، کریپتون Kr، زنون Xe، رادون Rn. متعلق به گروه هشتم جدول تناوبی است. گازهای تک اتمی بی رنگ و بی بو هستند. موجود در مقادیر کم در هوا، یافت شده در... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

گازهای نجیب- (گازهای بی اثر) عناصر گروه VIII جدول تناوبی D.I. مندلیف: هلیوم He، نئون Ne، آرگون Ar، کریپتون Kr، زنون Xe، رادون Rn. به مقدار کم در جو وجود دارد، در برخی مواد معدنی، گازهای طبیعی و... دایره المعارف روسی حمایت از کار

گازهای نجیب- (نگاه کنید به) مواد ساده ای که توسط اتم های عناصر زیرگروه اصلی گروه VIII (نگاه کنید به): هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون و رادون تشکیل شده اند. در طبیعت، آنها در طی فرآیندهای هسته ای مختلف تشکیل می شوند. در بیشتر موارد به صورت کسری به دست می آیند... ... دایره المعارف بزرگ پلی تکنیک

- (گازهای بی اثر)، عناصر شیمیایی: هلیوم He، نئون Ne، آرگون Ar، کریپتون Kr، زنون Xe، رادون Rn. متعلق به گروه هشتم جدول تناوبی است. گازهای تک اتمی بی رنگ و بی بو هستند. موجود در مقادیر کم در هوا، یافت شده در... ... فرهنگ لغت دایره المعارفی

- (گازهای بی اثر، گازهای کمیاب)، شیمیایی. عناصر VIII گرم. تناوبی سیستم ها: هلیوم (He)، نئون (Ne)، آرگون (Ar)، کریپتون (Kr)، زنون (Xe)، رادون (Rn). در طبیعت آنها در نتیجه تجزیه تشکیل می شوند. فرآیندهای هسته ای هوا حاوی 5.24 * 10 4 درصد حجمی او، ... ... دایره المعارف شیمی

- (گازهای بی اثر)، شیمیایی عناصر: هلیوم He، نئون Ne، آرگون Ar، کریپتون Kr، زنون Xe، رادون Rn. متعلق به گروه دوره ای هشتم است. سیستم های. گازهای تک اتمی بی رنگ و بی بو هستند. آنها به مقدار کم در هوا وجود دارند و در برخی از... ... علوم طبیعی. فرهنگ لغت دایره المعارفی

کتاب ها

• ، D. N. پوتینتسف ، N. M. پوتینتسف. این کتاب به بررسی خواص ساختاری، ترمودینامیکی و دی الکتریک گازهای نجیب، رابطه آنها با یکدیگر و برهمکنش بین مولکولی می پردازد. بخشی از متن راهنما در خدمت ...
• ساختار و خواص مواد ساده گازهای نجیب. آموزش. Grif MO RF، Putintsev D.N. این کتاب به بررسی خواص ساختاری، ترمودینامیکی و دی الکتریک گازهای نجیب، رابطه آنها با یکدیگر و برهمکنش بین مولکولی می پردازد. بخشی از متن راهنما در خدمت ...

مدرسه بین المللی بریتانیا

چکیده در مورد شیمی

گازهای بی اثر و خواص آنها

دانش آموز پایه نهم

سوکولنکو الکسی

سرپرست:

چرنیشوا I.V.

دوم مقدمه………………………………………………………………………………………………

1.1 گازهای بی اثر – عناصر گروه VIIIA…………………………………………………………………………

1.2 آرگون در زمین و جهان……………………………………………………………………………………………….

II تاریخچه کشف گازها…………………………………………………………………………

2.1 آرگون……………………………………………………………………………7

2.2 هلیوم…………………………………………………………………………..8

2.3 کریپتون……………………………………………………………………………..9

2.4 نئون……………………………………………………………………………………9

2.5 زنون…………………………………………………………………………………………….9

2.6 رادون…………………………………………………………………………….10

III خواص گازهای بی اثر و ترکیبات آنها………………………………………………………………………………

3.1 خواص فیزیکی گازهای بی اثر ……………………………………………………………………………………

3.2 خواص شیمیایی گازهای بی اثر…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3.3 بدست آوردن آرگون…………………………………………………………..14

3.4 خواص فیزیولوژیکی گازهای بی اثر……………………………………………………………………

IV استفاده از گازهای بی اثر……………………………………………………………..16

فهرست منابع………………………………………………………………………………………………………………………………………

مقدمه.

همه جا و همه جا ما توسط هوای جوی احاطه شده ایم. از چه چیزی تشکیل شده است؟ پاسخ دشوار نیست: از 78.08 درصد نیتروژن، 20.9 درصد اکسیژن، 0.03 درصد دی اکسید کربن، 0.00005 درصد هیدروژن، حدود 0.94 درصد به اصطلاح گازهای بی اثر هستند. دومی فقط در پایان قرن گذشته کشف شد.

رادون در طی واپاشی رادیواکتیو رادیوم تشکیل می شود و به مقدار ناچیزی در مواد حاوی اورانیوم و همچنین در برخی از آب های طبیعی یافت می شود. هلیوم، محصولی از واپاشی عناصر رادیواکتیو α، گاهی اوقات به مقدار قابل توجهی در گاز طبیعی و گاز آزاد شده از چاه های نفت یافت می شود. این عنصر به مقدار زیاد در خورشید و سایر ستارگان یافت می شود. این عنصر دومین عنصر فراوان در جهان (بعد از هیدروژن) است.

1.1 گازهای بی اثر - عناصر گروه 8A.

پیکربندی لایه الکترونی بیرونی اتم های هلیوم 1 س 2، عناصر باقی مانده از زیر گروه هشت - ns 2 n.p. 6 .

1.2 آرگون در زمین و جهان.

آرگون روی زمین بسیار بیشتر از مجموع سایر عناصر گروه آن است. میانگین محتوای آن در پوسته زمین (کلارک) 14 برابر بیشتر از هلیوم و 57 برابر بیشتر از نئون است. آرگون در آب وجود دارد، تا 0.3 سانتی متر در هر لیتر آب دریا و تا 0.55 سانتی متر مکعب در هر لیتر آب شیرین. عجیب است که آرگون در هوای مثانه شنای ماهی بیشتر از هوای جو یافت می شود. این به این دلیل است که آرگون در آب بیشتر از نیتروژن محلول است... "ذخیره" اصلی آرگون زمینی جو است. این حاوی (از نظر وزن) 1.286٪ است و 99.6٪ آرگون اتمسفر سنگین ترین ایزوتوپ - آرگون-40 است. نسبت این ایزوتوپ در آرگون پوسته زمین حتی بیشتر است. در همین حال، برای اکثریت قریب به اتفاق عناصر نور، تصویر برعکس است - ایزوتوپ های نور غالب هستند. دلیل این ناهنجاری در سال 1943 کشف شد. در پوسته زمین منبع قدرتمندی از آرگون-40 وجود دارد - ایزوتوپ رادیواکتیو پتاسیم 40 K. در نگاه اول، مقدار زیادی از این ایزوتوپ در اعماق وجود ندارد - فقط 0.0119٪ از کل محتوای پتاسیم با این حال، مقدار مطلق پتاسیم 40 زیاد است، زیرا پتاسیم یکی از فراوان ترین عناصر در سیاره ما است. هر تن سنگ آذرین حاوی 3.1 گرم پتاسیم 40 است. تجزیه رادیواکتیو هسته های اتمی پتاسیم 40 به طور همزمان به دو صورت اتفاق می افتد. تقریباً 88 درصد از پتاسیم 40 دچار پوسیدگی بتا شده و به کلسیم 40 تبدیل می شود. اما در 12 مورد از 100 (به طور متوسط)، هسته پتاسیم-40 ساطع نمی کند، بلکه، برعکس، یک الکترون را از مدار K نزدیک به هسته می گیرد ("K-capture"). الکترون گرفته شده با یک پروتون ترکیب می شود - یک نوترون جدید در هسته تشکیل می شود و یک نوترینو ساطع می شود. عدد اتمی عنصر یک عدد کاهش می یابد، اما جرم هسته عملاً بدون تغییر باقی می ماند. اینگونه است که پتاسیم به آرگون تبدیل می شود. نیمه عمر 40 K بسیار طولانی است - 1.3 میلیارد سال. بنابراین، روند تشکیل 40 Ar در روده های زمین برای مدت طولانی، بسیار طولانی ادامه خواهد داشت. بنابراین، اگرچه بسیار کند، محتوای آرگون در پوسته زمین و جو به طور پیوسته افزایش می یابد، جایی که آرگون توسط لیتوسفر در نتیجه فرآیندهای آتشفشانی، هوازدگی و تبلور مجدد سنگ ها و همچنین منابع آب "بازدم" می شود. درست است، در طول وجود زمین، ذخیره پتاسیم رادیواکتیو به طور کامل تخلیه شد - 10 برابر کمتر شد (اگر سن زمین برابر با 4.5 میلیارد سال در نظر گرفته شود). نسبت ایزوتوپ های 40 Ar: 40 K و 40 Ar: 36 Ar در سنگ ها اساس روش آرگون برای تعیین سن مطلق کانی ها را تشکیل می دهد. بدیهی است که هر چه این رابطه بیشتر باشد، نژاد پیرتر است. روش آرگون قابل اعتمادترین روش برای تعیین سن سنگهای آذرین و اکثر کانیهای پتاس محسوب می شود. برای توسعه این روش، پروفسور E.K. گرلینگ در سال 1963 جایزه لنین را دریافت کرد. بنابراین، تمام یا تقریباً تمام آرگون-40 روی زمین از پتاسیم-40 سرچشمه می گیرد. بنابراین، ایزوتوپ سنگین در آرگون زمینی غالب است. به هر حال، این عامل یکی از ناهنجاری های جدول تناوبی را توضیح می دهد. بر خلاف اصل اولیه ساخت آن - اصل وزن اتمی - آرگون در جدول جلوتر از پتاسیم قرار می گیرد. اگر ایزوتوپ های نور در آرگون غالب بودند، مانند عناصر همسایه (همانطور که ظاهراً در فضا وجود دارد)، وزن اتمی آرگون دو تا سه واحد کمتر می شد... حالا در مورد ایزوتوپ های سبک. 36 Ar و 38 Ar از کجا می آیند؟ این امکان وجود دارد که بخشی از این اتم ها منشاء باقی مانده باشد، یعنی. مقداری از آرگون سبک از فضا در طی شکل گیری سیاره ما و جو آن وارد جو زمین شد. اما بیشتر ایزوتوپ های نوری آرگون در نتیجه فرآیندهای هسته ای روی زمین متولد شدند. این احتمال وجود دارد که هنوز همه این فرآیندها کشف نشده باشند. به احتمال زیاد، برخی از آنها مدت ها پیش متوقف شدند، زیرا اتم های "والد" کوتاه مدت تمام شده بودند، اما هنوز فرآیندهای هسته ای در حال انجام است که در آن آرگون-36 و آرگون-38 متولد می شوند. این تجزیه بتا کلر-36، بمباران ذرات آلفا (در کانی های اورانیوم) گوگرد-33 و کلر-35 است:

36 17 Cl β – → 36 18 Ar + 0 –1 e + ν.

33 16 S + 4 2 He → 36 18 Ar + 1 0 n .

35 17 Cl + 4 2 He → 38 18 Ar + 1 0 n + 0 +1 ه .

آرگون در کیهان حتی بیشتر از سیاره ما وجود دارد. به ویژه در ماده ستاره های داغ و سحابی های سیاره ای فراوان است. تخمین زده می شود که آرگون در فضا بیشتر از کلر، فسفر، کلسیم و پتاسیم است - عناصری که در زمین بسیار رایج هستند. ایزوتوپ های 36 Ar و 38 Ar در آرگون کیهانی غالب هستند؛ آرگون-40 بسیار کمی در کیهان وجود دارد. این با تجزیه و تحلیل طیف جرمی آرگون از شهاب سنگ ها نشان داده می شود. محاسبات میزان شیوع پتاسیم ما را به همین موضوع متقاعد می کند. معلوم می شود که در فضا تقریباً 50 هزار برابر کمتر از آرگون پتاسیم وجود دارد، در حالی که در زمین نسبت آنها به وضوح به نفع پتاسیم است - 660: 1. و چون پتاسیم کمی وجود دارد، پس آرگون-40 از کجا می آید؟!

II تاریخچه کشف گازهای بی اثر.

تا پایان قرن هجدهم، بسیاری از گازهای شناخته شده کشف شده بودند. اینها عبارتند از: اکسیژن - گازی که از احتراق پشتیبانی می کند. دی اکسید کربن - با یک ویژگی بسیار قابل توجه به راحتی قابل تشخیص است: آب آهک را کدر می کند. و در نهایت نیتروژن که از احتراق پشتیبانی نمی کند و تأثیری بر آب آهک ندارد. این ترکیب جو در ذهن شیمیدانان آن زمان بود و هیچکس جز دانشمند مشهور انگلیسی لرد کاوندیش در آن شک نداشت.

و دلیلی برای شک داشت.

در سال 1785 او یک آزمایش نسبتا ساده انجام داد. اول از همه، دی اکسید کربن را از هوا حذف کرد. او روی مخلوط باقیمانده نیتروژن و اکسیژن با یک جرقه الکتریکی عمل کرد. نیتروژن، در واکنش با اکسیژن، بخارهای شدید اکسیدهای نیتروژن تولید کرد که با حل شدن در آب، به اسید نیتریک تبدیل شد. این عملیات بارها تکرار شد.

با این حال، کمی کمتر از یک صدم حجم هوای گرفته شده برای آزمایش بدون تغییر باقی ماند. متأسفانه این قسمت سال ها فراموش شد.

در سال 1785، شیمیدان و فیزیکدان انگلیسی G. Cavendish مقداری گاز جدید در هوا کشف کرد که به طور غیرعادی از نظر شیمیایی پایدار بود. این گاز تقریباً یکصد و بیستم حجم هوا را تشکیل می داد. اما کاوندیش قادر به کشف نوع گاز آن نبود. این آزمایش 107 سال بعد، زمانی که جان ویلیام استروت (لرد رایلی) با همین ناخالصی مواجه شد، به یاد آورد و خاطرنشان کرد که نیتروژن موجود در هوا سنگین‌تر از نیتروژن جدا شده از ترکیبات است. ریلی که توضیح قابل اعتمادی برای این ناهنجاری پیدا نکرده بود، از طریق مجله نیچر، به دانشمندان علوم طبیعی خود با پیشنهادی برای فکر کردن با هم و کار روی کشف علل آن مراجعه کرد... دو سال بعد، رایلی و دبلیو رامزی دریافتند که در آنجا وجود دارد. در واقع مخلوطی از یک گاز ناشناخته در نیتروژن هوا، سنگین تر از نیتروژن و از نظر شیمیایی بسیار بی اثر است. هنگامی که آنها با کشف خود در معرض دید عموم قرار گرفتند، خیره کننده بود. برای بسیاری باورنکردنی به نظر می رسید که چندین نسل از دانشمندان، که هزاران آزمایش هوا را انجام دادند، جزء آن را نادیده گرفتند، و حتی یک چنین قابل توجه - تقریباً یک درصد! به هر حال، در این روز و ساعت، 13 اوت 1894، آرگون نام خود را دریافت کرد که از یونانی به معنای "غیرفعال" ترجمه شده است. توسط دکتر مدان که ریاست جلسه را بر عهده داشت پیشنهاد شد. در همین حال، جای تعجب نیست که آرگون برای مدت طولانی از دانشمندان فرار کرد. از این گذشته ، در طبیعت او مطلقاً چیزی از خود نشان نداد! موازی با انرژی هسته ای خود را نشان می دهد: A. Einstein در مورد دشواری های تشخیص آن اشاره کرد که تشخیص یک فرد ثروتمند اگر پول خود را خرج نکند آسان نیست... شک و تردید دانشمندان به سرعت با آزمایش های تجربی برطرف شد. و ایجاد ثابت های فیزیکی آرگون. اما این بدون هزینه اخلاقی نبود: رایلی که از حملات همکارانش (عمدتاً شیمیدانان) ناراحت بود، مطالعه آرگون و به طور کلی شیمی را رها کرد و علایق خود را بر مشکلات فیزیکی متمرکز کرد. او که دانشمند بزرگی بود، به نتایج برجسته ای در فیزیک دست یافت و به همین دلیل در سال 1904 جایزه نوبل را دریافت کرد. سپس در استکهلم دوباره با رمزی ملاقات کرد که در همان روز جایزه نوبل را برای کشف و مطالعه گازهای نجیب از جمله آرگون دریافت کرد.

رزمای در فوریه 1895 نامه‌ای از مایرز هواشناس لندن دریافت کرد که در آن آزمایش‌های زمین‌شناس آمریکایی هیلباند را گزارش می‌کرد که کانی‌های اورانیوم کمیاب را در اسید سولفوریک می‌جوشاند و انتشار گازی را مشاهده می‌کرد که خواص آن شبیه نیتروژن بود. هر چه اورانیوم بیشتر در مواد معدنی موجود باشد، گاز بیشتری آزاد می شود. هیلبراند به طور آزمایشی فرض کرد که این گاز نیتروژن است. "آیا ممکن است آرگون باشد؟" - از نویسنده نامه پرسید.

به زودی رزمای دستیاران خود را برای خرید کلویت معدنی اورانیوم به فروشگاه های شیمیایی لندن فرستاد. 30 گرم کلویت خریداری شد و در همان روز رزمای و دستیارش متیوس چندین سانتی متر مکعب گاز استخراج کردند. رزمای این گاز را مورد بررسی طیف سنجی قرار داد. او یک خط زرد روشن دید که بسیار شبیه به خط سدیم و در عین حال متفاوت از آن در موقعیت خود در طیف است. رزمای آنقدر شگفت زده شد که طیف سنجی را جدا کرد، آن را تمیز کرد، اما با آزمایشی جدید دوباره خط زرد روشنی را کشف کرد که با خط سدیم منطبق نبود. رزمی به طیف همه عناصر نگاه کرد. سرانجام او یک خط مرموز در طیف تاج خورشیدی را به یاد آورد.

در سال 1868، در طی یک خورشید گرفتگی، محقق فرانسوی Jansen و انگلیسی Lockyer یک خط زرد روشن را در طیف برجستگی های خورشیدی کشف کردند که در طیف زمینی منابع نور نبود. در سال 1871، لاکیر پیشنهاد کرد که آیا این خط ممکن است به طیف یک ماده ناشناخته در زمین تعلق داشته باشد.

او این عنصر فرضی را هلیوم، یعنی «خورشیدی» نامید. اما او روی زمین پیدا نشد. فیزیکدانان و شیمیدانان به آن علاقه ای نداشتند: آنها می گویند در خورشید شرایط کاملاً متفاوت است و در آنجا هیدروژن برای هلیوم عبور می کند.

پس آیا این هلیوم واقعاً در دستان اوست؟ رزمای تقریباً از این موضوع مطمئن است، اما می‌خواهد تأییدیه‌ای را از طیف‌نگار معروف کروکس بشنود. رزمایی برای او گاز می فرستد و می نویسد که گاز جدیدی پیدا کرده است که آن را کریپتون می نامد که در یونانی به معنای پنهان است. در تلگرام کروکس آمده بود: "کریپتون هلیوم است."

2.3 کریپتون.

تا سال 1895، دو گاز بی اثر کشف شد. واضح بود که بین آنها باید گاز دیگری وجود داشته باشد که رزمای خواص آن را با الگوبرداری از مندلیف توصیف کرد. Lecoq de Boisbaudran حتی وزن گاز کشف نشده را پیش بینی کرد - 20.0945.

و معلوم نیست که اگر در طول جست و جوی خود، لیند در جنمانیا و هامپسون در انگلستان به طور همزمان حق ثبت اختراع ماشینی را که هوا را مایع می کند، نگرفتند، دانشمند گازهای بی اثر جدیدی کشف می کرد یا خیر.

به نظر می رسید این دستگاه به طور ویژه برای تشخیص گازهای بی اثر ساخته شده است. اصل عملکرد آن بر اساس یک پدیده فیزیکی شناخته شده است: اگر هوا را فشرده کنید، اجازه دهید به سرعت منبسط شود، خنک شود. هوای خنک شده برای خنک کردن قسمت جدیدی از هوای ورودی به دستگاه و غیره استفاده می شود تا زمانی که هوا به مایع تبدیل شود.

رزمایی با تبخیر تقریباً تمام نیتروژن و اکسیژن، هوای مایع باقی مانده را در گازومتر قرار داد. او فکر کرد هلیوم را در آن بیابد، زیرا معتقد بود که این گاز کندتر از اکسیژن و نیتروژن تبخیر می شود. او گاز را در گازومتر از ناخالصی های اکسیژن و نیتروژن خالص کرد و طیفی را ثبت کرد که در آن دو خط ناشناخته را ثبت کرد.

سپس رزمای 15 لیتر آرگون را در استوانه ای در هوای مایع قرار داد. رزمای برای یافتن یک گاز بی اثر که سبکتر از آرگون و کریپتون محاسبه شده بود، اولین بخشهای تبخیر آرگون را جمع آوری کرد. نتیجه یک طیف جدید با خطوط قرمز روشن بود. رزمایی گاز آزاد شده را نئون نامید که در زبان یونانی به معنای جدید است.

سپس رزمای 15 لیتر آرگون را در استوانه ای در هوای مایع قرار داد. رزمای برای یافتن یک گاز بی اثر که سبکتر از آرگون و کریپتون محاسبه شده بود، اولین بخشهای تبخیر آرگون را جمع آوری کرد. نتیجه یک طیف جدید با خطوط قرمز روشن بود. رزمایی گاز جدید را نئون نامید که در زبان یونانی به معنای جدید است.

2.5 زنون.

در سال 1888، تراورس دستیار رزمای ماشینی ساخت که قادر به تولید دمای 0-253 درجه سانتیگراد بود. با کمک آن، آرگون جامد به دست آمد. تمام گازها به جز کریپتون تقطیر شدند. و در حال حاضر در کریپتون تصفیه نشده، زنون ("بیگانه") پیدا شده است. برای به دست آوردن 300 سانتی متر مکعب زنون، دانشمندان باید 77.5 میلیون لیتر هوای اتمسفر را در طول 2 سال پردازش می کردند.

قبلاً گفته شد که هلیوم در کانی های اورانیوم وجود دارد. هر چه اورانیوم موجود در کلویت بیشتر باشد، هلیوم بیشتر است. رزمای مدت ها تلاش کرد تا رابطه ای بین محتوای اورانیوم و هلیوم بیابد، اما موفق نشد. راه حل از طرف دیگر آمد. با کشف رادیواکتیویته همراه بود.

کشف شد که رادیوم ماده ای گازی به نام تابش می دهد. 1 گرم رادیوم در روز یک میلی متر مکعب ترشح می کند. در سال 1903، رزمای و فیزیکدان معروف سودی شروع به مطالعه در مورد نشاء کردند. آنها تنها 50 میلی گرم رادیوم بروماید در اختیار داشتند. در همان زمان آنها بیش از 0.1 میلی متر مکعب تابش نداشتند.

رزمای برای انجام این کار، ترازوهای فوق حساسی ساخت که چهار میلیاردم گرم را نشان می داد. محققان به زودی دریافتند که تابش جدیدترین عضو خانواده گازهای نجیب است.

برای مدت طولانی آنها قادر به بررسی طیف نشات نبودند. یک بار پس از چند روز خروج از لوله با تابش، آن را در یک طیف سنجی قرار دادند و از دیدن خطوط شناخته شده هلیوم در طیف سنجی شگفت زده شدند.

این واقعیت این فرض رادرفورد و سودی را تأیید کرد که تبدیل رادیواکتیو با تبدیل اتم ها مرتبط است. رادیوم خود به خود متلاشی شد، به یک تراوش تبدیل شد و هسته یک اتم هلیوم را آزاد کرد. یک عنصر به عنصر دیگر تبدیل شد.

دانشمندان اکنون می دانند که چرا هلیوم در مواد اورانیوم یافت می شود. یکی از محصولات پوسیدگی اورانیوم است. در سال 1923، با تصمیم کمیته بین المللی عناصر شیمیایی، انتشار به رادون تغییر نام داد.

III خواص گازهای بی اثر و ترکیبات آنها.

3.1 خواص فیزیکی گازهای بی اثر.

گازهای نجیب گازهای بی رنگ و تک اتمی بدون رنگ و بو هستند.

گازهای نجیب رسانایی الکتریکی بالاتری نسبت به سایر گازها دارند و هنگامی که جریان از آنها عبور می کند، به شدت می درخشند: هلیوم با نور زرد روشن، زیرا در طیف نسبتاً ساده آن، خط زرد دوتایی بر سایرین غالب است. نئون دارای نور قرمز آتشین است، زیرا درخشان ترین خطوط آن در قسمت قرمز طیف قرار دارد.

ماهیت اشباع مولکول های اتمی گازهای بی اثر نیز در این واقعیت منعکس می شود که گازهای بی اثر نسبت به گازهای دیگر با وزن مولکولی یکسان، نقطه مایع شدن و انجماد کمتری دارند. از زیر گروه گازهای بی اثر سنگین، آرگون سبک ترین است. 1.38 برابر سنگین تر از هوا است. در دمای 185.9- درجه سانتی گراد به مایع تبدیل می شود، در دمای 189.4- درجه سانتی گراد (در شرایط فشار عادی) جامد می شود.

برخلاف هلیوم و نئون، به خوبی روی سطوح جامدات جذب می شود و در آب حل می شود (3.29 سانتی متر مکعب در 100 گرم آب در دمای 20 درجه سانتی گراد). آرگون در بسیاری از مایعات آلی حتی بهتر حل می شود. اما عملاً در فلزات نامحلول است و از طریق آنها پخش نمی شود.

3.2 خواص شیمیایی گازهای بی اثر.

برای مدت طولانی، شرایطی یافت نشد که تحت آن گازهای نجیب بتوانند وارد فعل و انفعالات شیمیایی شوند. آنها ترکیبات شیمیایی واقعی را تشکیل ندادند. به عبارت دیگر، ظرفیت آنها صفر بود. بر این اساس تصمیم گرفته شد که گروه جدید عناصر شیمیایی صفر در نظر گرفته شود. فعالیت شیمیایی کم گازهای نجیب با پیکربندی هشت الکترونی سفت و سخت لایه الکترونی بیرونی توضیح داده می شود. قطبش پذیری اتم ها با افزایش تعداد لایه های الکترونیکی افزایش می یابد. بنابراین، هنگام رفتن از هلیوم به رادون باید افزایش یابد. واکنش پذیری گازهای نجیب نیز باید در همین جهت افزایش یابد.

بنابراین، در سال 1924، این ایده بیان شد که برخی از ترکیبات گازهای بی اثر سنگین (به ویژه، فلوریدها و کلریدهای زنون) از نظر ترمودینامیکی کاملاً پایدار هستند و می توانند در شرایط عادی وجود داشته باشند. نه سال بعد، این ایده توسط نظریه پردازان معروف - Pauling و Oddo - پشتیبانی و توسعه یافت. مطالعه ساختار الکترونیکی پوسته کریپتون و زنون از دیدگاه مکانیک کوانتومی به این نتیجه رسید که این گازها قادر به تشکیل ترکیبات پایدار با فلوئور هستند. آزمایش‌کنندگانی هم بودند که تصمیم گرفتند این فرضیه را آزمایش کنند، اما زمان گذشت، آزمایش‌ها انجام شد و زنون فلوراید به‌دست نیامد. در نتیجه تقریباً تمام کارها در این زمینه متوقف شد و در نهایت نظر در مورد بی اثر بودن مطلق گازهای نجیب ایجاد شد.

با این حال، در سال 1961، بارتلت، کارمند یکی از دانشگاه های کانادا، با مطالعه خواص هگزا فلوراید پلاتین، ترکیبی فعال تر از خود فلوئور، دریافت که پتانسیل یونیزاسیون زنون کمتر از اکسیژن است (12، 13 و 12، 20 eV، به ترتیب). در همین حال، اکسیژن ترکیبی با ترکیب O 2 PtF 6 با هگزا فلوراید پلاتین تشکیل داد ... بارتلت آزمایشی را انجام داد و در دمای اتاق از هگزافلوورید پلاتین گازی و زنون گازی یک ماده جامد زرد نارنجی - زنون هگزافلوئوروپلاتینات XePtF6 به دست آورد. رفتاری که هیچ تفاوتی با رفتار ترکیبات شیمیایی معمولی ندارد. وقتی XePtF 6 در خلاء گرم می شود بدون تجزیه تصعید می شود؛ در آب هیدرولیز می شود و زنون آزاد می کند:

2XePtF 6 + 6H 2 O = 2Xe + O 2 + 2PtO 2 + 12HF

کار بعدی بارتلت این امکان را فراهم کرد که مشخص شود زنون، بسته به شرایط واکنش، دو ترکیب را با هگزا فلوراید پلاتین تشکیل می دهد: XePtF 6 و Xe (PtF 6) 2. هنگامی که آنها هیدرولیز می شوند، محصولات نهایی مشابهی به دست می آیند. بارتلت که خود را متقاعد کرد که زنون واقعاً با هگزا فلوراید پلاتین واکنش نشان داده است، گزارشی تهیه کرد و در سال 1962 مقاله ای در مجله Proceedings of the Chemical Society در مورد کشف خود منتشر کرد. این مقاله علاقه زیادی را برانگیخت، اگرچه بسیاری از شیمیدانان با بی اعتمادی آشکار با آن برخورد کردند. اما سه هفته بعد، آزمایش بارتلت توسط گروهی از محققان آمریکایی به رهبری چرنیک در آزمایشگاه ملی آرگون تکرار شد. علاوه بر این، آنها اولین کسانی بودند که ترکیبات زنون مشابه را با هگزافلووریدهای روتنیم، رودیوم و پلوتونیوم سنتز کردند. اینگونه بود که پنج ترکیب اولیه زنون کشف شد: XePtF 6، Xe (PtF 6) 2، XeRuF 6، XeRhF 6، XePuF 6 - افسانه در مورد بی اثر بودن مطلق گازهای نجیب از بین رفت و آغاز شیمی زنون گذاشته شد. زمان آزمایش صحت فرضیه در مورد امکان برهمکنش مستقیم زنون با فلوئور فرا رسیده است.

مخلوطی از گازها (1 قسمت زنون و 5 قسمت فلوئور) در ظرف نیکل (از آنجایی که نیکل در برابر فلوئور بسیار مقاوم است) قرار داده شد و تحت فشار نسبتاً کم حرارت داده شد. پس از یک ساعت، ظرف به سرعت خنک شد و گاز باقی مانده در آن پمپاژ و تجزیه و تحلیل شد. فلوراید بود. همه زنون واکنش نشان دادند! آنها ظرف را باز کردند و کریستال های بی رنگ XeF 4 را در آن یافتند. زنون تترافلوراید یک ترکیب کاملاً پایدار است؛ مولکول آن شکل مربعی دارد که یون‌های فلوئور در گوشه‌ها و زنون در مرکز آن قرار دارد. زنون تترا فلوراید فلوراید جیوه:

XeF 4 + 2Hg = Xe + 2HgF 2

پلاتین نیز با این ماده فلوئور می شود، اما فقط در هیدروژن فلوراید حل می شود.

یک چیز جالب در مورد شیمی زنون این است که با تغییر شرایط واکنش، می توان نه تنها XeF 4، بلکه فلوریدهای دیگر - XeF 2، XeF 6 را نیز به دست آورد.

شیمیدانان شوروی V.M. Khutoretsky و V.A. Shpansky نشان دادند که شرایط سخت برای سنتز زنون دی فلوراید اصلاً ضروری نیست. طبق روشی که آنها پیشنهاد کردند، مخلوطی از زنون و فلوئور (با نسبت مولکولی 1:1) به ظرف ساخته شده از نیکل یا فولاد ضد زنگ وارد می شود و هنگامی که فشار به 35 اتمسفر افزایش می یابد، واکنش خود به خود شروع می شود.

XeF 2 تنها فلوراید زنون است که می تواند بدون استفاده از فلوئور عنصری تولید شود. این ماده از اثر تخلیه الکتریکی روی مخلوطی از زنون و تترا فلوراید کربن تشکیل می شود. البته سنتز مستقیم نیز امکان پذیر است. اگر مخلوطی از زنون و فلوئور با نور فرابنفش تابش شود، XeF 2 بسیار خالص به دست می آید. حلالیت دی فلوراید در آب کم است، اما محلول آن یک عامل اکسید کننده قوی است. به تدریج به زنون، اکسیژن و هیدروژن فلوراید تجزیه می شود. تجزیه به ویژه در یک محیط قلیایی به سرعت اتفاق می افتد. دی فلوراید بوی تند و خاصی دارد. روشی برای سنتز دی فلوراید زنون که بر اساس قرار گرفتن مخلوطی از گازها در برابر اشعه ماوراء بنفش (طول موج از مرتبه 2500-3500 A) مورد توجه نظری است. تابش باعث می شود مولکول های فلوئور به اتم های آزاد تقسیم شوند. این دلیل تشکیل دی فلوراید است: فلوئور اتمی به طور غیرعادی فعال است. برای به دست آوردن XeF 6، شرایط سخت گیرانه تری مورد نیاز است: 700 درجه سانتی گراد و 200 اتمسفر. در چنین شرایطی، در مخلوطی از زنون و فلوئور (نسبت 1:4 تا 1:20)، تقریباً تمام زنون به XeF 6 تبدیل می شود. هگزا فلوراید زنون بسیار فعال است و به صورت انفجاری تجزیه می شود. به راحتی با فلوریدهای فلز قلیایی (به جز LiF) واکنش نشان می دهد:

XeF 6 + RbF = RbXeF 7،

اما در دمای 50 درجه سانتی گراد این نمک تجزیه می شود:

2RbXeF 7 = XeF 6 + Rb 2 XeF 8

سنتز فلوراید بالاتر XeF 8، که تنها در دماهای زیر منفی 196 درجه سانتیگراد پایدار است، نیز گزارش شده است.

سنتز اولین ترکیبات زنون این سوال را برای شیمیدانان در مورد مکان گازهای بی اثر در جدول تناوبی ایجاد کرد. قبلاً گازهای نجیب به یک گروه صفر جداگانه اختصاص داده می شد که کاملاً با ایده ظرفیت آنها مطابقت داشت. اما وقتی زنون وارد یک واکنش شیمیایی شد، وقتی فلوراید بالاتر آن مشخص شد، که در آن ظرفیت زنون هشت است (و این کاملاً با ساختار پوسته الکترونی آن مطابقت دارد)، آنها تصمیم گرفتند گازهای بی اثر را به گروه VIII منتقل کنند. گروه صفر وجود نداشت.

هنوز نمی توان زنون را مجبور به واکنش بدون مشارکت فلوئور (یا برخی از ترکیبات آن) کرد. تمام ترکیبات زنون شناخته شده در حال حاضر از فلوراید آن به دست می آیند. این مواد واکنش پذیری را افزایش داده اند. برهمکنش زنون فلوراید با آب به بهترین وجه مورد مطالعه قرار گرفته است. هیدرولیز XeF 4 در یک محیط اسیدی منجر به تشکیل اکسید زنون XeO 3 می شود - کریستال های بی رنگ که در هوا پخش می شوند. مولکول XeO 3 دارای ساختار یک هرم مثلثی مسطح با یک اتم زنون در بالا است. این اتصال به شدت ناپایدار است. وقتی تجزیه می شود، قدرت انفجار به قدرت انفجار TNT نزدیک می شود. چند صد میلی گرم XeO 3 برای تکه تکه شدن دسیکاتور کافی است. این امکان وجود دارد که با گذشت زمان از تری اکسید زنون به عنوان یک ماده منفجره خردکننده استفاده شود. چنین مواد منفجره ای بسیار راحت خواهند بود، زیرا تمام محصولات یک واکنش انفجاری گاز هستند. در عین حال، استفاده از تری اکسید زنون برای این منظور بسیار گران است - به هر حال، زنون کمتری در جو نسبت به طلا در آب دریا وجود دارد و فرآیند جداسازی آن بسیار کار فشرده است. به یاد بیاوریم که برای به دست آوردن 1 متر مکعب زنون، 11 میلیون متر مکعب هوا باید پردازش شود. اسید ناپایدار زنون شش ظرفیتی H 6 XeO 6 مربوط به تری اکسید در نتیجه هیدرولیز XeF 6 در 0 درجه سانتیگراد تشکیل می شود:

XeF 6 + 6H 2 O = 6HF + H 6 XeO 6

اگر Ba (OH) 2 به سرعت به محصولات این واکنش اضافه شود، یک رسوب سفید آمورف از Ba 3 XeO 6 رسوب می کند. در دمای 125 درجه سانتیگراد به اکسید باریم، زنون و اکسیژن تجزیه می شود. نمک های سدیم و پتاسیم زنونات مشابه به دست آمد. هنگامی که ازن روی محلول XeO 3 در هیدروکسید سدیم یک مولی اثر می کند، نمکی از زنون اسید بالاتر Na 4 XeO 6 تشکیل می شود. سدیم پرکسنونات را می توان به شکل یک هیدرات کریستالی بی رنگ Na4XeO6 · 6H 2 O جدا کرد. هیدرولیز XeF 6 در هیدروکسیدهای سدیم و پتاسیم نیز منجر به تشکیل پرکسنونات می شود. اگر نمک جامد Na 4 XeO 6 با محلول سرب، نقره یا نیترات اورانیل درمان شود، پرکسنونات های مربوطه به دست می آید: PbXeO 6 و (UO 2) 2XeO 6 زرد و Ag 4 XeO 6 سیاه است. نمک های مشابه توسط پتاسیم، لیتیوم، سزیم و کلسیم تولید می شوند.

اکسید مربوط به اسید بالاتر زنون با واکنش Na 4 XeO 6 با اسید سولفوریک سرد شده بی آب به دست می آید. این زنون تتروکسید XeO 4 است. در آن، مانند اکتافلوورید، ظرفیت زنون هشت است. تتروکسید جامد در دمای بالای 0 درجه سانتیگراد به زنون و اکسیژن و گازی (در دمای اتاق) - به تری اکسید زنون، زنون و اکسیژن تجزیه می شود. مولکول XeO 4 شکل یک چهار وجهی با یک اتم زنون در مرکز دارد. بسته به شرایط، هیدرولیز هگزا فلوراید زنون می تواند به دو صورت انجام شود. در یک مورد، تترااکسی فلوراید XeOF 4 به دست می آید، در دیگری - دی اکسی فلوراید XeO 2 F 2. سنتز مستقیم از عناصر منجر به تشکیل اکسی فلوراید XeOF 2 می شود. همه جامدات بی رنگ و در شرایط عادی پایدار هستند.

واکنش اخیراً مطالعه شده زنون دی فلوراید با HC1O4 بی آب بسیار جالب است. در نتیجه این واکنش، یک ترکیب زنون جدید، XeClO 4، به دست آمد - یک عامل اکسید کننده بسیار قوی، احتمالا قوی ترین در بین تمام پرکلرات ها.

ترکیبات زنون که حاوی اکسیژن نیستند نیز سنتز شده اند. اینها عمدتاً نمکهای مضاعف هستند، محصولات حاصل از برهمکنش فلوریدهای زنون با فلوریدهای آنتیموان، آرسنیک، بور، تانتالم: XeF 2 SbF 5، XeF 6 AsF 3، XeF 6 BF 3 و XeF 2 2TaF 5. در نهایت، مواد از نوع XeSbF 6، پایدار در دمای اتاق، و XeSiF 6، یک مجتمع ناپایدار، به دست آمد.

شیمیدانان مقادیر بسیار کمی رادون در اختیار دارند، اما آنها توانسته اند ثابت کنند که با فلوئور نیز برهمکنش می کند و فلوریدهای غیر فرار را تشکیل می دهد. برای کریپتون، دی فلوراید KrF2 و تترافلوراید KrF4 جدا شده و برای خواص یادآور ترکیبات زنون مورد مطالعه قرار گرفتند.

3.3 تهیه آرگون.

جو زمین حاوی 66 · 10 13 تن آرگون است. این منبع آرگون پایان ناپذیر است، به خصوص که تقریباً تمام آرگون دیر یا زود به اتمسفر باز می گردد، زیرا هنگام استفاده دچار هیچ گونه تغییر فیزیکی یا شیمیایی نمی شود. استثنا مقادیر بسیار کمی از ایزوتوپ های آرگون است که برای تولید عناصر و ایزوتوپ های جدید در واکنش های هسته ای صرف می شود. هنگامی که هوا به اکسیژن و نیتروژن جدا می شود، آرگون به عنوان یک محصول جانبی تولید می شود. به طور معمول، از دستگاه های جداسازی هوای دوگانه استفاده می شود که شامل یک ستون فشار بالا پایین (پیش جداسازی)، یک ستون فشار پایین بالا و یک کندانسور-اواپراتور میانی است. در نهایت نیتروژن از بالا و اکسیژن از فضای بالای کندانسور حذف می شود. فراریت آرگون بیشتر از اکسیژن است، اما کمتر از نیتروژن است. بنابراین، کسر آرگون در نقطه ای که تقریباً در یک سوم ارتفاع ستون بالایی قرار دارد انتخاب می شود و به یک ستون خاص منتقل می شود. ترکیب کسر آرگون: 10 ... 12٪ آرگون، تا 0.5٪ نیتروژن، بقیه اکسیژن است. در ستون "آرگون" متصل به دستگاه اصلی، آرگون با مخلوطی از 3...10% اکسیژن و 3.5% نیتروژن تولید می شود. در مرحله بعد، آرگون "خام" از اکسیژن (از نظر شیمیایی یا جذب) و از نیتروژن (از طریق یکسوسازی) تصفیه می شود. آرگون با خلوص 99.99 درصد در حال حاضر در مقیاس صنعتی تولید می شود. آرگون همچنین از ضایعات تولید آمونیاک استخراج می شود - از نیتروژن باقی مانده پس از اتصال بیشتر آن با هیدروژن. آرگون در سیلندرهایی با ظرفیت 40 لیتر با رنگ خاکستری با نوار سبز و کتیبه سبز ذخیره و حمل می شود. فشار در آنها 150 اتمسفر است. حمل و نقل آرگون مایع که برای آن از فلاسک های Dewar و مخازن مخصوص استفاده می شود مقرون به صرفه تر است. ایزوتوپ‌های رادیویی مصنوعی آرگون با تابش برخی ایزوتوپ‌های پایدار و رادیواکتیو (37 کلر، 36 آر، 40 آر، 40 کلسیم) با پروتون‌ها و دوترون‌ها و همچنین با تابش محصولات تشکیل‌شده در راکتورهای هسته‌ای در طی تجزیه اورانیوم به دست آمد. با نوترون ایزوتوپ های 37 Ar و 41 Ar به عنوان ردیاب های رادیواکتیو مورد استفاده قرار می گیرند: اولی - در پزشکی و فارماکولوژی، دومی - در مطالعه جریان گاز، اثربخشی تهویه و در تحقیقات علمی مختلف. اما، البته، اینها مهمترین کاربردهای آرگون نیستند.

3.4 اثر فیزیولوژیکی گازهای بی اثر.

طبیعی بود که انتظار داشت چنین مواد شیمیایی بی اثر مانند گازهای بی اثر بر موجودات زنده تأثیر نگذارند. اما این درست نیست. استنشاق گازهای بی اثر بالاتر (البته مخلوط با اکسیژن) فرد را به حالتی شبیه مسمومیت با الکل سوق می دهد. اثر مخدر گازهای بی اثر در اثر انحلال در بافت های عصبی ایجاد می شود. هر چه وزن اتمی یک گاز بی اثر بیشتر باشد، حلالیت آن بیشتر و اثر مخدر آن قوی تر است.

اکنون در مورد تأثیر آرگون بر موجودات زنده. هنگام استنشاق مخلوطی از 69٪ Ar، 11٪ نیتروژن و 20٪ اکسیژن تحت فشار 4 اتمسفر، پدیده نارکوزیس رخ می دهد که بسیار بیشتر از هنگام استنشاق هوا تحت فشار یکسان است. بیهوشی بلافاصله پس از توقف عرضه آرگون ناپدید می شود. دلیل آن عدم قطبیت مولکول های آرگون است، در حالی که افزایش فشار باعث افزایش حلالیت آرگون در بافت های عصبی می شود. زیست شناسان دریافته اند که آرگون باعث رشد گیاهان می شود. حتی در فضایی از آرگون خالص، دانه های برنج، ذرت، خیار و چاودار جوانه زدند. پیاز، هویج و کاهو در فضایی متشکل از 98 درصد آرگون و تنها 2 درصد اکسیژن به خوبی رشد می کنند.

IV کاربرد گازهای بی اثر.

هلیم منبع مهم دماهای پایین است. در دمای هلیوم مایع، عملاً هیچ حرکت حرارتی اتم‌ها و الکترون‌های آزاد در جامدات وجود ندارد، که مطالعه بسیاری از پدیده‌های جدید مانند ابررسانایی در حالت جامد را ممکن می‌سازد.

گاز هلیوم به عنوان گاز سبک برای پر کردن بالن ها استفاده می شود. چون غیر قابل اشتعال است، به هیدروژن اضافه می شود تا پوسته کشتی هوایی را پر کند.

از آنجایی که هلیوم کمتر از نیتروژن در خون حل می شود، مقادیر زیادی هلیوم در مخلوط های تنفسی برای کار تحت فشار استفاده می شود، به عنوان مثال در هنگام غواصی در دریا، هنگام ایجاد تونل ها و ساختارهای زیر آب. هنگام استفاده از هلیوم، فشارزدایی (آزاد شدن گاز محلول از خون) برای غواص کمتر دردناک است، بیماری رفع فشار کمتر احتمال دارد و پدیده نارکوز نیتروژن، همراه ثابت و خطرناک کار غواص، از بین می رود. مخلوط He-O 2 به دلیل ویسکوزیته کم برای تسکین حملات آسم و برای بیماری های مختلف تنفسی استفاده می شود.

هلیوم به عنوان یک محیط بی اثر برای جوشکاری قوس الکتریکی، به ویژه منیزیم و آلیاژهای آن، در تولید Si، Ge، Ti و Zr برای خنک کردن راکتورهای هسته ای استفاده می شود.

سایر کاربردهای هلیوم برای روانکاری گاز یاتاقان ها، در شمارنده های نوترون (هلیوم-3)، دماسنج های گاز، طیف سنجی اشعه ایکس، ذخیره سازی مواد غذایی و کلیدهای ولتاژ بالا است. هلیوم با گازهای نجیب دیگر در تبلیغات نئون در فضای باز (در لوله های تخلیه گاز) استفاده می شود. هلیوم مایع برای خنک کردن ابررساناهای مغناطیسی، شتاب دهنده های ذرات و سایر دستگاه ها مفید است. یک کاربرد غیرمعمول هلیوم به عنوان مبرد، فرآیند مخلوط کردن مداوم 3 He و 4 He برای ایجاد و حفظ دماهای زیر 0.005 K است.

زمینه های کاربرد زنون متنوع و گاهی غیرمنتظره است. انسان هم از بی اثر بودن و هم از توانایی شگفت انگیز آن در واکنش با فلوئور بهره می برد. در فناوری روشنایی، لامپ های زنون با فشار بالا به رسمیت شناخته شده اند. در چنین لامپ هایی، یک تخلیه قوس در زنون می تابد که تحت فشار چند ده اتمسفر است. نور در لامپ های زنون بلافاصله پس از روشن شدن ظاهر می شود، روشن است و دارای طیف پیوسته است - از ماوراء بنفش تا مادون قرمز نزدیک. زنون همچنین توسط پزشکان برای بررسی فلوروسکوپی مغز استفاده می شود. مانند فرنی باریت که برای کندلینگ روده استفاده می شود، زنون به شدت اشعه ایکس را جذب می کند و به یافتن ضایعات کمک می کند. با این حال، کاملا بی ضرر است. ایزوتوپ فعال عنصر شماره 54 زنون - 133 در مطالعه فعالیت عملکردی ریه ها و قلب استفاده می شود.

با دمیدن آرگون در فولاد مایع، آخال های گازی از آن جدا می شوند. این باعث بهبود خواص فلز می شود.

جوشکاری قوس الکتریکی در محیط آرگون به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرد. در جت آرگون می توان محصولات و فلزات جدار نازک را که قبلاً جوشکاری آنها دشوار بود، جوش داد. اغراق نیست اگر بگوییم قوس الکتریکی در فضای آرگون تکنولوژی برش فلزات را متحول کرد. این فرآیند بسیار سریعتر بود و برش ورقه های ضخیم از نسوزترین فلزات امکان پذیر شد. آرگون دمیده شده در امتداد ستون قوس (مخلوط با هیدروژن) از لبه های برش خورده و الکترود تنگستن در برابر تشکیل اکسید، نیترید و فیلم های دیگر محافظت می کند. در عین حال، قوس را روی یک سطح کوچک فشرده و متمرکز می کند و باعث می شود که دمای منطقه برش به 4000-6000 درجه سانتیگراد برسد. علاوه بر این، این جت گاز محصولات برش را منفجر می کند. هنگام جوشکاری در جت آرگون نیازی به فلاکس و پوشش الکترود نیست و بنابراین نیازی به تمیز کردن درز از سرباره و بقایای فلاکس نیست.

از نئون و آرگون به عنوان پرکننده در لامپ های نئون و لامپ های روز استفاده می شود.کریپتون برای پرکردن لامپ های معمولی به منظور کاهش تبخیر و افزایش روشنایی رشته تنگستن استفاده می شود. لامپ های کوارتز فشار قوی که قوی ترین منبع نور هستند با زنون پر شده اند. از هلیوم و آرگون در لیزرهای گازی استفاده می شود.

فهرست ادبیات استفاده شده

1. پتروف M.M., Mikhilev L.A., Kukushkin Yu.N. "شیمی معدنی"

2. Guzey L.S. سخنرانی در مورد شیمی عمومی

3. آخمتوف N.S. شیمی عمومی و معدنی

4. Nekrasov B.V. کتاب درسی شیمی عمومی

5. گلینکا N.L. "شیمی عمومی

6. Khodakov Yu.V. شیمی عمومی و معدنی

افتتاح:

در سال 1893، توجه به اختلاف بین چگالی نیتروژن هوا و نیتروژن حاصل از تجزیه ترکیبات نیتروژن جلب شد: یک لیتر نیتروژن از هوا 1.257 گرم وزن داشت و وزن شیمیایی بدست آمده 1.251 گرم بود. یک مطالعه بسیار دقیق. از ترکیب هوا که برای روشن شدن این شرایط مرموز انجام شد، نشان داد که پس از حذف تمام اکسیژن و نیتروژن، باقیمانده کوچکی (حدود 1٪) وجود داشت که با هیچ چیز واکنش شیمیایی نشان نداد.

کشف عنصر جدیدی به نام آرگون (به یونانی به معنای غیرفعال) نشان دهنده "پیروزی رقم سوم اعشار" بود. وزن مولکولی آرگون 39.9 گرم بر مول بود.

گاز بی اثر بعدی که کشف شد، هلیوم ("خورشیدی")، زودتر از روی زمین در خورشید کشف شد. این به لطف روش تجزیه و تحلیل طیفی توسعه یافته در دهه 50 قرن گذشته امکان پذیر شد.

چند سال پس از کشف آرگون و هلیوم (در سال 1898)، سه گاز نجیب دیگر از هوا جدا شد: نئون ("جدید")، کریپتون ("پنهان") و زنون ("بیگانه"). از این واقعیت می توان تشخیص داد که 1 متر مکعب هوا، همراه با 9.3 لیتر آرگون، تنها 18 میلی لیتر نئون، 5 میلی لیتر هلیوم، 1 میلی لیتر کریپتون و 0.09 میلی لیتر زنون دارد.

آخرین گاز بی اثر، رادون، در سال 1900 در حین مطالعه برخی از مواد معدنی کشف شد. محتوای آن در جو فقط 6-10 -18٪ حجمی است (که مربوط به 1-2 اتم در سانتی متر مکعب است). تخمین زده شده است که کل جو زمین فقط 374 لیتر رادون دارد.

مشخصات فیزیکی:

همه گازهای نجیب بی رنگ هستند و از مولکول های تک اتمی تشکیل شده اند. جداسازی گازهای بی اثر بر اساس تفاوت در خواص فیزیکی آنها است.

گازهای بی اثر بی رنگ و بی بو هستند. آنها به مقدار کم در هوا وجود دارند.گازهای بی اثر سمی نیستند. با این حال، جو با افزایش غلظت گازهای بی اثر و کاهش متناظر در غلظت اکسیژن می تواند تأثیر خفگی بر روی فرد داشته باشد، از جمله از دست دادن هوشیاری و مرگ. موارد مرگ ناشی از نشت آرگون شناخته شده است.

نقطه ذوب، درجه سانتیگراد
نقطه جوش، درجه سانتیگراد

مقدار گرمای لازم برای انتقال یک ماده از حالت جامد به مایع را گرمای همجوشی و انتقال از حالت مایع به حالت بخار را گرمای تبخیر می نامند. هر دو کمیت معمولاً به عنوان انتقال هایی گفته می شود که تحت فشار عادی رخ می دهند. برای گازهای بی اثر آنها مقادیر زیر را دارند (kcal/g-atom):

گرمای ذوب
گرمای تبخیر

در زیر مقایسه شده است دماهای بحرانی گازهای بی اثر و فشارهایی که برای انتقال آنها در این دماها از حالت گازی به حالت مایع لازم و کافی است - فشارهای بحرانی:

دمای بحرانی، درجه سانتی گراد
فشار بحرانی، اتمسفر

جالب است :

مسئله اتمی بودن مولکول آرگون با استفاده از نظریه جنبشی حل شد. بر اساس آن، مقدار گرمایی که باید صرف شود تا یک گرم مولکول گاز یک درجه گرم شود، به تعداد اتم های مولکول آن بستگی دارد. در حجم ثابت، یک مولکول گرم از گاز تک اتمی به 3 نیاز داردمدفوع، دیاتومیک - 5 کالری. برای آرگون آزمایش 3 دادمدفوع، که نشان دهنده ماهیت تک اتمی مولکول آن بود همین امر در مورد سایر گازهای بی اثر نیز صدق می کند.

هلیم آخرین گازی بود که به حالت مایع و جامد تبدیل شد. در رابطه با آن، مشکلات خاصی وجود داشت، زیرا در نتیجه انبساط در دمای معمولی، هلیوم خنک نمی شود، بلکه گرم می شود. فقط زیر 250- درجه سانتیگراد شروع به رفتار "عادی" می کند. نتیجه این است که فرآیند روان‌سازی معمول را می‌توان تنها پس از سرد شدن بسیار قوی هلیوم روی هلیم اعمال کرد. از طرف دیگر دمای بحرانی هلیوم بسیار پایین است. با توجه به این شرایط، نتایج مطلوب هنگام کار با هلیوم تنها پس از تسلط بر تکنیک کار با هیدروژن مایع به دست آمد، که با استفاده از تبخیر آن فقط می توان هلیوم را تا دمای مورد نیاز خنک کرد. برای اولین بار در سال 1908 هلیوم جامد به دست آمد-V1926

خواص شیمیایی:

گازهای بی اثر با فقدان فعالیت شیمیایی کامل (He، Ne، Ar) یا تقریباً کامل (Kr، Xe، Rn) مشخص می شوند. در جدول تناوبی آنها یک گروه خاص (VIII) را تشکیل می دهند. بلافاصله پس از کشف گازهای بی اثر، گروه جدیدی که آنها در جدول تناوبی تشکیل دادند، صفر نامیده شد تا بر ظرفیت صفر این عناصر، یعنی عدم فعالیت شیمیایی آنها تأکید شود. این نام اغلب در زمان حاضر استفاده می شود، اما در اصل قانون تناوبی، صحیح تر است که گروه گازهای بی اثر را به عنوان گروه هشتم در نظر بگیریم، زیرا دوره های مربوطه با این عناصر شروع نمی شوند، بلکه به پایان می رسند.

عدم وجود بی اثری شیمیایی کامل در گازهای بی اثر سنگین تنها در سال 1962 کشف شد. معلوم شد که آنها قادر به ترکیب با فعال ترین متالوئید - فلوئور (و فقط با آن) هستند. زنون (و رادون) به راحتی واکنش نشان می دهند، کریپتون بسیار دشوارتر است. XeF 2، XeF 4، XeF 6 و KrF 2 با ثبات کم به دست آمد. همه آنها مواد کریستالی فرار بی رنگ هستند.

زنون دی فلوراید(XeF 2) - به آرامی تحت تأثیر نور روز روی مخلوطی از Xe و F 2 در شرایط صفر تشکیل می شود. بوی تهوع آور مشخصی دارد. تشکیل یک مولکول مستلزم تحریک اتم زنون از 5s 2 5p 6 به نزدیکترین حالت دو ظرفیتی 5s 2 5p 5 s 1 - 803 kJ/mol، به 5s 2 5p 5 6p 1 -924 kJ/mol, 25p12 است. 6d 1 - 953 کیلوژول / مول.

Xe+F 2 → XeF 2

0.15 مول در لیتر در آب حل می شود. محلول یک عامل اکسید کننده بسیار قوی است. محلول طبق طرح زیر تجزیه می شود:

XeF 2 + H 2 O → HF + Xe + O 2 (فرآیند در محیط قلیایی سریعتر و در محیط اسیدی کندتر رخ می دهد).

زنونترافلووراید-این واکنش که از مواد ساده تشکیل شده است، بسیار گرمازا است و از همه فلورایدها پایدارتر است.

XeF 4 +2Hg=2HgF 2 +Xe

XeF 4 +Pt=PtF 4 +Xe

واکنش کیفی به زنون تترافلوراید :

XeF 4 +4KI=4KF+2I 2 ↓+Xe

تترا فلوراید زنون طبق طرح های زیر تجزیه می شود:

3Xe 4+ →Xe 6+ +2Xe 0 (در محیط اسیدی).

Xe 4+ →Xe 0 +Xe 8+ (در یک محیط قلیایی).

هگزا فلوراید زنون بی رنگ است که در 3 تغییر کریستالی شناخته می شود. در دمای 49 درجه سانتیگراد، تبدیل به مایع زرد رنگ می شود و هنگام سفت شدن دوباره تغییر رنگ می دهد. بخارات به رنگ زرد کمرنگ هستند. به صورت انفجاری تجزیه می شود. تحت تأثیر هوای مرطوب هیدرولیز:

XeF 6 + H 2 O→ 2HF + OXeF 4

OXeF 4 یک مایع بی رنگ است که واکنش کمتری نسبت به XeF 6 دارد. با فلوریدهای فلز قلیایی هیدرات های کریستالی تشکیل می دهد، به عنوان مثال: KF∙OXeF 4

هیدرولیز بیشتر می تواند تری اکسید زنون تولید کند:

XeF 6 +3H 2 O→XeO 3 +6HF

XeO 3 یک ماده منفجره بی رنگ است که در هوا پخش می شود. به طور انفجاری متلاشی می شود، اما وقتی به آرامی در دمای 40 درجه سانتیگراد گرم شود، واکنش رخ می دهد:

2XeO 3 → 2Xe+3O 2

اسیدی وجود دارد که به طور رسمی با این اکسید مطابقت دارد - H 2 XeO 4. نمک های مربوط به این اسید وجود دارد: MHXeO 4 یا MH 5 XeO 6، اسید (M - از سدیم تا سزیم) مربوط به آخرین نمک به دست آمد:

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

در یک محیط به شدت قلیایی، Xe 6+ تغییر شکل می دهد:

4Xe 6+ →Xe 0 +3Xe 8+

کریپتون دی فلوراید- فرار، بی رنگکریستال ها ، یک ماده شیمیایی فعال است. در دماهای بالا تجزیه می شودفلوئور کریپتون . اولین بار با عمل تخلیه الکتریکی روی مخلوطی از مواد، در 188- بدست آمد℃:

F 2 +Kr→KrF 2

طبق طرح زیر با آب تجزیه می شود:

2KrF 2 +2H 2 O→O 2 +4HF+2Kr

کاربرد گازهای بی اثر:

گازهای بی اثر کاربردهای عملی بسیار متنوعی پیدا می کنند. به ویژه، نقش هلیوم در به دست آوردن دماهای پایین بسیار مهم است، زیرا هلیوم مایع سردترین مایعات است.هوای مصنوعی که در آن نیتروژن با هلیوم جایگزین می شود، ابتدا برای اطمینان از تنفس غواصان استفاده شد. حلالیت گازها با افزایش فشار بسیار افزایش می یابد، بنابراین، هنگامی که یک غواص به داخل آب فرود می آید و با هوای معمولی تامین می شود، خون نیتروژن بیشتری نسبت به شرایط عادی حل می کند. در طول صعود، هنگامی که فشار کاهش می یابد، نیتروژن محلول شروع به آزاد شدن می کند و حباب های آن تا حدی رگ های خونی کوچک را مسدود می کند و در نتیجه گردش خون طبیعی را مختل می کند و باعث حملات "بیماری کایسون" می شود. به لطف جایگزینی نیتروژن با هلیوم، اثرات دردناک به دلیل حلالیت بسیار کمتر هلیوم در خون، که به ویژه در فشارهای بالا قابل توجه است، به شدت ضعیف می شود. کار در فضایی از هوای "هلیوم" به غواصان اجازه می دهد تا به اعماق زیاد (بیش از 100 متر) فرود آمده و به طور قابل توجهی اقامت خود را در زیر آب افزایش دهند.

از آنجایی که چگالی چنین هوایی تقریباً سه برابر کمتر از چگالی هوای معمولی است، تنفس آن بسیار آسان تر است. این موضوع اهمیت پزشکی زیاد هوای هلیوم را در درمان آسم، خفگی و غیره توضیح می دهد، زمانی که حتی تسکین کوتاه مدت تنفس بیمار می تواند جان او را نجات دهد. مشابه هلیوم، هوای "زنون" (80٪ زنون، 20٪ اکسیژن) در هنگام استنشاق اثر مخدر قوی دارد که می تواند از نظر پزشکی استفاده شود.

نئون و آرگون به طور گسترده در صنعت برق استفاده می شود. هنگامی که جریان الکتریکی از لوله های شیشه ای پر از این گازها عبور می کند، گاز شروع به درخشش می کند که برای طراحی کتیبه های نورانی استفاده می شود.

لوله‌های نئونی پرقدرت از این نوع به‌ویژه برای فانوس‌های دریایی و سایر دستگاه‌های سیگنال‌دهنده مناسب هستند، زیرا نور قرمز آنها توسط مه مسدود می‌شود. با کاهش فشار آن در لوله، رنگ درخشش هلیوم از صورتی تا زرد به سبز تغییر می‌کند. Ar، Kr و Xe با سایه های مختلف آبی مشخص می شوند.

آرگون (معمولاً با 14 درصد نیتروژن مخلوط می شود) برای پر کردن لامپ های الکتریکی نیز استفاده می شود. کریپتون و زنون به دلیل رسانایی گرمایی بسیار پایین‌تر برای این منظور مناسب‌تر هستند: لامپ‌های الکتریکی پر شده از آنها نور بیشتری را با مصرف انرژی یکسان ارائه می‌کنند، بار اضافی را بهتر تحمل می‌کنند و دوام بیشتری نسبت به لامپ‌های معمولی دارند.

ویراستار: گالینا نیکولاونا خرلاموا