Kāpēc un kādas gāzes sauc par "cēlu"? Kas ir inerta gāze Cēlgāzu ķīmiskās īpašības

Pat ja jūs neesat ķīmiķis vai ķīmijai tuvs cilvēks, jūs droši vien esat dzirdējuši par tādu nosaukumu kā inertās gāzes. Jūs droši vien esat dzirdējuši arī par tādas definīcijas esamību kā cēlgāzes.

Interesanti, ka šis nosaukums tiek piešķirts vienai un tai pašai gāzu grupai, un šodien mēs sapratīsim, kāpēc cēlgāzes sauc par cēlgāzēm, kā arī īsi apsvērsim informāciju par tām.

Kas ir inertās gāzes

Vesela vielu grupa vai drīzāk ķīmiskie elementi uzreiz atbilst inerto gāzu īpašībām. Viņiem visiem ir līdzīgas īpašības. Inertās gāzes normālos apstākļos ir bez smaržas un bez smaržas. Turklāt tie izceļas arī ar ļoti zemu ķīmiskās reaktivitātes līmeni.

Inerto gāzu grupā ietilpst radons, hēlijs, ksenons, argons, kriptons un neons.

Kāpēc inertās gāzes sāka saukt par cēlgāzēm?

Mūsdienās ķīmijā inertās gāzes arvien biežāk sauc par cēlgāzēm, taču agrāk šis nosaukums bija ne mazāk izplatīts kā oficiālais (“Inertais”). Un šī vārda izcelsmes vēsture ir diezgan interesanta.

Nosaukums radies tieši no gāzu īpašībām, jo ​​tās praktiski neiestājas reakcijās ar citiem periodiskās tabulas elementiem, pat ja mēs runājam par gāzēm. Savukārt atlikušie elementi diezgan labprāt veido šādu “savienojumu”, nonākot reakcijās savā starpā. Pamatojoties uz to, inertās gāzes sāka saukt ar ļoti izplatīto nosaukumu “Noble”, kas laika gaitā ieguva gandrīz oficiālu statusu, ko šodien izmanto zinātnieki.

Interesanti ir arī zināt, ka papildus “cēlgāzēm” par “retajām” bieži tiek sauktas arī inertās gāzes. Un šis nosaukums ir arī viegli izskaidrojams - galu galā starp visiem periodiskās tabulas elementiem var atzīmēt tikai 6 šādas gāzes.

Inerto gāzu izmantošana

Pateicoties savām īpašībām, retās gāzes kriogēnajā tehnoloģijā var izmantot unikālu aukstumnesēju veidā. Tas kļuva iespējams, jo elementu viršanas un kušanas temperatūra ir ļoti zema.

Turklāt, ja mēs runājam tieši par hēliju, to izmanto kā vienu no sastāvdaļām elpošanas maisījumu ražošanai, ko aktīvi izmanto niršanas laikā.

Plaši tiek izmantots arī argons, ko izmanto metināšanā un griešanā. Un zemās siltumvadītspējas īpašības padara argonu arī par ideālu materiālu stikla pakešu aizpildīšanai.

Periodiskās tabulas astotās grupas galveno apakšgrupu veido cēlgāzes - hēlijs, neons, argons, kriptons, ksenons un radons. Šiem elementiem ir raksturīga ļoti zema ķīmiskā aktivitāte, kas liek tos saukt par cēlgāzēm jeb inertajām gāzēm. Tie tikai ar grūtībām veido savienojumus ar citiem elementiem vai vielām; hēlija, neona un argona ķīmiskie savienojumi nav iegūti. Cēlgāzu atomi nav apvienoti molekulās, citiem vārdiem sakot, to molekulas ir monatomiskas.

Cēlgāzes beidz katru elementu sistēmas periodu. Izņemot hēliju, tiem visiem ir astoņi elektroni atoma ārējā elektronu slānī, veidojot ļoti stabilu sistēmu. Stabils ir arī hēlija elektronu apvalks, kas sastāv no diviem elektroniem. Tāpēc cēlgāzes atomiem ir raksturīga augsta jonizācijas enerģija un, kā likums, negatīva elektronu afinitātes enerģija.

Tabulā 38 parāda dažas cēlgāzu īpašības, kā arī to saturu gaisā. Redzams, ka cēlgāzu sašķidrināšanas un sacietēšanas temperatūras ir zemākas, jo zemāka ir to atommasa vai kārtas numuri: zemākā sašķidrināšanas temperatūra ir hēlijam, augstākā – radonam.

38. tabula. Dažas cēlgāzu īpašības un to saturs gaisā

Līdz 19. gadsimta beigām tika uzskatīts, ka gaiss sastāv tikai no skābekļa un slāpekļa. Bet 1894. gadā angļu fiziķis J. Rayleigh konstatēja, ka no gaisa iegūtā slāpekļa blīvums (1,2572) ir nedaudz lielāks par slāpekļa blīvumu, kas iegūts no tā savienojumiem (1,2505). Ķīmijas profesors V. Remzijs ierosināja, ka blīvuma atšķirību izraisa dažas smagākas gāzes klātbūtne atmosfēras slāpeklī. Apvienojot slāpekli ar karstu magniju (Ramsejs) vai izraisot tā savienošanos ar skābekli ar elektriskās izlādes palīdzību (Rayleigh), abi zinātnieki no atmosfēras slāpekļa izdalīja nelielu daudzumu ķīmiski inertas gāzes. Tādējādi tika atklāts līdz šim nezināms elements, ko sauca par argonu. Pēc argona tika izolēts hēlijs, neons, kriptons un ksenons, kas gaisā bija nenozīmīgos daudzumos. Pēdējais apakšgrupas elements - radons - tika atklāts radioaktīvo pārvērtību izpētes laikā.

Jāpiebilst, ka cēlgāzu eksistenci tālajā 1883. gadā, t.i., 11 gadus pirms argona atklāšanas, paredzēja krievu zinātnieks II A. Morozovs (1854-1946), kurš 1882. gadā tika ieslodzīts par piedalīšanos revolucionārajā kustībā. cara valdība uz Šlisselburgas cietoksni. N.A. Morozovs pareizi noteica cēlgāzu vietu periodiskajā tabulā, izvirzīja idejas par atoma sarežģīto uzbūvi, elementu sintezēšanas iespējām un atomu iekšējās enerģijas izmantošanu. N. A. Morozovs no cietuma tika atbrīvots 1905. gadā, un viņa ievērojamās tālredzības kļuva zināmas tikai 1907. gadā pēc viņa grāmatas “Periodiskās matērijas struktūras sistēmas”, kas tika uzrakstīta vieninieku kamerā, publicēšanas.

1926. gadā N. A. Morozovs tika ievēlēts par PSRS Zinātņu akadēmijas goda locekli.

Ilgu laiku tika uzskatīts, ka cēlgāzes atomi parasti nespēj veidot ķīmiskas saites ar citu elementu atomiem. Bija zināmi tikai salīdzinoši nestabili cēlgāzu molekulārie savienojumi - piemēram, hidrāti, kas veidojas saspiestām cēlgāzēm iedarbojoties uz pārdzesēta ūdens kristalizāciju. Šie hidrāti pieder pie klatrāta tipa (sk. § 72); valences saites nerodas šādu savienojumu veidošanās laikā.

Klatrātu veidošanos ar ūdeni veicina daudzu dobumu klātbūtne ledus kristāliskajā struktūrā (sk. § 70).

Tomēr pēdējo desmitgažu laikā ir atklāts, ka kriptons, ksenons un radons spēj kombinēties ar citiem elementiem un, galvenais, ar fluoru. Tādējādi, cēlgāzēm tiešā mijiedarbībā ar fluoru (karsējot vai elektriskā izlāde), tika iegūti fluorīdi un. Visi no tiem ir kristāli, kas parastos apstākļos ir stabili. Ksenona atvasinājumi iegūti arī oksidācijas stāvoklī - heksafluorīds, trioksīds, hidroksīds. Pēdējiem diviem savienojumiem piemīt skābas īpašības; tātad, reaģējot ar sārmiem, tie veido ksenonskābes sāļus, piemēram: .

- (inertā gāze), bezkrāsainu un bez smaržas gāzu grupa, kas periodiskajā tabulā veido 0 grupu. Tajos ietilpst (augošā secībā pēc atomu skaita) HĒLIJA, NEONS, ARGONS, KRIPTONS, KSENONS un RADONS. Zema ķīmiskā aktivitāte...... Zinātniskā un tehniskā enciklopēdiskā vārdnīca

CĒGGĀZES- CĒGGĀZES, ķīm. elementi: hēlijs, neons, argons, kriptons, ksenons un emanācija. Viņi ieguva savu nosaukumu no nespējas reaģēt ar citiem elementiem. 1894. gadā angļu valodā. Zinātnieki Rayleigh un Ramsay atklāja, ka N iegūts no gaisa... ... Lielā medicīnas enciklopēdija

- (inertās gāzes), periodiskās sistēmas VIII grupas ķīmiskie elementi: hēlijs He, neons Ne, argons Ar, kriptons Kr, ksenons Xe, radons Rn. Ķīmiski inerts; visi elementi, izņemot He, veido ieslēguma savienojumus, piemēram, Ar?5,75H2O, Xe oksīdi,... ... Mūsdienu enciklopēdija

Cēlgāzes- (inertās gāzes), periodiskās sistēmas VIII grupas ķīmiskie elementi: hēlijs He, neons Ne, argons Ar, kriptons Kr, ksenons Xe, radons Rn. Ķīmiski inerts; visi elementi, izņemot He, veido ieslēguma savienojumus, piemēram, Ar´5.75H2O, Xe oksīdi,... ... Ilustrētā enciklopēdiskā vārdnīca

- (inertās gāzes) ķīmiskie elementi: hēlijs He, neons Ne, argons Ar, kriptons Kr, ksenons Xe, radons Rn; pieder pie periodiskās tabulas VIII grupas. Monatomiskās gāzes ir bezkrāsainas un bez smaržas. Nelielos daudzumos atrodas gaisā, atrodams...... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

Cēlgāzes- (inertās gāzes) D.I.Mendeļejeva periodiskās tabulas VIII grupas elementi: hēlijs He, neons Ne, argons Ar, kriptons Kr, ksenons Xe, radons Rn. Nelielos daudzumos atrodas atmosfērā, atrodams dažos minerālos, dabasgāzēs,... ... Krievijas darba aizsardzības enciklopēdija

CĒGGĀZES- (sk.) vienkāršas vielas, ko veido VIII grupas galvenās apakšgrupas elementu atomi (sk.): hēlijs, neons, argons, kriptons, ksenons un radons. Dabā tie veidojas dažādu kodolprocesu laikā. Vairumā gadījumu tos iegūst daļēji...... Lielā Politehniskā enciklopēdija

- (inertās gāzes), ķīmiskie elementi: hēlijs He, neons Ne, argons Ar, kriptons Kr, ksenons Xe, radons Rn; pieder pie periodiskās tabulas VIII grupas. Monatomiskās gāzes ir bezkrāsainas un bez smaržas. Nelielos daudzumos atrodas gaisā, atrodams...... enciklopēdiskā vārdnīca

- (inertās gāzes, retās gāzes), ķīmiskās. elementi VIII gr. periodiski sistēmas: hēlijs (He), neons (Ne), argons (Ar), kriptons (Kr), ksenons (Xe), radons (Rn). Dabā tie veidojas sadalīšanās rezultātā. kodolprocesi. Gaiss satur 5,24 * 10 4% pēc tilpuma He, ... ... Ķīmiskā enciklopēdija

- (inertās gāzes), ķīmiskās elementi: hēlijs He, neons Ne, argons Ar, kriptons Kr, ksenons Xe, radons Rn; pieder VIII periodiskajai grupai. sistēmas. Monatomiskās gāzes ir bezkrāsainas un bez smaržas. Tie atrodas nelielos daudzumos gaisā, satur noteiktus...... Dabaszinātnes. enciklopēdiskā vārdnīca

Grāmatas

• , D. N. Putincevs, N. M. Putincevs. Grāmatā aplūkotas cēlgāzu strukturālās, termodinamiskās un dielektriskās īpašības, to savstarpējās attiecības un starpmolekulārā mijiedarbība. Daļa no rokasgrāmatas teksta kalpo...
• Vienkāršu vielu uzbūve un īpašības. Cēlgāzes. Apmācība. Grifs MO RF, Putintsevs D.N. Grāmatā aplūkotas cēlgāzu strukturālās, termodinamiskās un dielektriskās īpašības, to savstarpējās attiecības un starpmolekulārā mijiedarbība. Daļa no rokasgrāmatas teksta kalpo...

Britu starptautiskā skola

Abstrakts par ķīmiju

"Inertās gāzes un to īpašības"

9. klases skolnieks

Aleksejs Sokolenko

Pārraugs:

Černiševa I.V.

IIievads……………………………………………………………………………………2

1.1 Inertās gāzes – VIIIA grupas elementi…………………………………………2

1.2 Argons uz zemes un Visumā……………………………………………………………….5

IIGāzu atklāšanas vēsture………………………………………………………………7

2.1 Argons………………………………………………………………………………7

2.2 Hēlijs…………………………………………………………………………………..8

2.3 Kriptons……………………………………………………..……………………..9

2.4 Neons………………………………………………………..………………………9

2.5 Ksenons………………………………………………………………………………….…………….9

2.6 Radons…………………………………………………………..……………….10

IIIInerto gāzu un to savienojumu īpašības…………………………………………………………………

3.1 Inerto gāzu fizikālās īpašības…………………………………………….10

3.2 Inerto gāzu ķīmiskās īpašības…………………………………………………………………………………

3.3 Argona iegūšana…………………………………………………………………..14

3.4 Inerto gāzu fizioloģiskās īpašības………………………………………15

Inerto gāzu IVU…………………………………………………..…..16

Atsauču saraksts……………………………………………………………………..18

II ievads.

Visur un visur mūs ieskauj atmosfēras gaiss. No kā tas sastāv? Atbilde nav grūta: no 78,08 procentiem slāpekļa, 20,9 procentiem skābekļa, 0,03 procentiem oglekļa dioksīda, 0,00005 procentiem ūdeņraža, aptuveni 0,94 procenti ir tā sauktās inertās gāzes. Pēdējie tika atklāti tikai pagājušā gadsimta beigās.

Radons veidojas rādija radioaktīvās sabrukšanas laikā un nelielos daudzumos ir atrodams urānu saturošajos materiālos, kā arī dažos dabas ūdeņos. Hēlijs, elementu radioaktīvā α-sabrukšanas produkts, dažkārt ievērojamos daudzumos ir atrodams dabasgāzē un gāzē, kas izdalās no naftas urbumiem. Šis elements milzīgos daudzumos ir atrodams uz Saules un citām zvaigznēm. Tas ir otrs visbiežāk sastopamais elements Visumā (pēc ūdeņraža).

1.1. Inertās gāzes - 8A grupas elementi.

Hēlija atomu ārējā elektronu slāņa konfigurācija 1 s 2, pārējie VIII apakšgrupas elementi – ns 2 n.p. 6 .

1.2 Argons uz zemes un Visumā.

Uz Zemes ir daudz vairāk argona nekā visi citi tās grupas elementi kopā. Tā vidējais saturs zemes garozā (clarke) ir 14 reizes lielāks nekā hēlijam un 57 reizes lielāks nekā neonam. Ūdenī ir argons, līdz 0,3 cm 3 litrā jūras ūdens un līdz 0,55 cm 3 litrā saldūdens. Interesanti, ka zivju peldpūšļa gaisā ir vairāk argona nekā atmosfēras gaisā. Tas ir tāpēc, ka argons ūdenī šķīst vairāk nekā slāpeklis... Galvenā sauszemes argona “krātuve” ir atmosfēra. Tas satur (pēc svara) 1,286%, un 99,6% atmosfēras argona ir smagākais izotops - argons-40. Šī izotopa īpatsvars zemes garozas argonā ir vēl lielāks. Tikmēr lielākajai daļai gaismas elementu aina ir pretēja - dominē gaismas izotopi. Šīs anomālijas iemesls tika atklāts 1943. gadā. Zemes garozā ir spēcīgs argona-40 avots - kālija radioaktīvais izotops 40 K. No pirmā acu uzmetiena šī izotopa dziļumos nav daudz - tikai 0,0119%. no kopējā kālija satura. Tomēr absolūtais kālija-40 daudzums ir liels, jo kālijs ir viens no visbiežāk sastopamajiem elementiem uz mūsu planētas. Katra tonna magmatisko iežu satur 3,1 g kālija-40. Kālija-40 atomu kodolu radioaktīvā sabrukšana notiek vienlaicīgi divos veidos. Apmēram 88% kālija-40 tiek pakļauti beta sabrukšanai un tiek pārveidoti par kalciju-40. Bet 12 gadījumos no 100 (vidēji) kālija-40 kodoli neizstaro, bet, gluži pretēji, uztver vienu elektronu no K-orbītas, kas ir vistuvāk kodolam (“K-tveršana”). Uztvertais elektrons apvienojas ar protonu – kodolā veidojas jauns neitrons un izdalās neitrīno. Elementa atomskaitlis samazinās par vienu, bet kodola masa praktiski nemainās. Tādā veidā kālijs pārvēršas argonā. 40 K pussabrukšanas periods ir diezgan ilgs - 1,3 miljardi gadu. Tāpēc 40 Ar veidošanās process Zemes zarnās turpināsies ilgi, ļoti ilgi. Tāpēc, kaut arī ārkārtīgi lēni, argona saturs zemes garozā un atmosfērā nepārtraukti pieaugs, kur argonu “izelpo” litosfēra vulkānisko procesu, laikapstākļu un iežu pārkristalizācijas rezultātā, kā arī ūdens avoti. Tiesa, Zemes pastāvēšanas laikā radioaktīvā kālija krājumi bija pamatīgi izsīkuši – tas kļuva 10 reizes mazāks (ja uzskata, ka Zemes vecums ir vienāds ar 4,5 miljardiem gadu). Izotopu 40 Ar: 40 K un 40 Ar: 36 Ar attiecība iežos veidoja pamatu argona metodei minerālu absolūtā vecuma noteikšanai. Acīmredzot, jo lielākas attiecības, jo vecāka šķirne. Argona metode tiek uzskatīta par visdrošāko magmatisko iežu un vairuma potaša minerālu vecuma noteikšanai. Šīs metodes izstrādei profesors E.K. Gerlingam 1963. gadā tika piešķirta Ļeņina balva. Tātad viss vai gandrīz viss argons-40 uz Zemes ir cēlies no kālija-40. Tāpēc zemes argonā dominē smagais izotops. Šis faktors, starp citu, izskaidro vienu no periodiskās tabulas anomālijām. Pretēji tā uzbūves sākotnējam principam – atomsvaru principam – argons tabulā ir novietots priekšā kālijam. Ja argonā dominētu vieglie izotopi, tāpat kā blakus elementos (kā tas acīmredzot notiek kosmosā), tad argona atomsvars būtu par divām līdz trim vienībām mazāks... Tagad par vieglajiem izotopiem. No kurienes nāk 36 Ar un 38 Ar? Iespējams, ka kāda daļa no šiem atomiem ir reliktas izcelsmes, t.i. Daļa vieglā argona nonāca zemes atmosfērā no kosmosa mūsu planētas un tās atmosfēras veidošanās laikā. Bet lielākā daļa vieglo argona izotopu radās uz Zemes kodolprocesu rezultātā. Visticamāk, ka visi šādi procesi vēl nav atklāti. Visticamāk, daži no tiem apstājās jau sen, jo īslaicīgie “vecāku” atomi bija izsmelti, taču joprojām notiek kodolprocesi, kuros dzimst argons-36 un argons-38. Tā ir hlora-36 beta sabrukšana, sēra-33 un hlora-35 alfa daļiņu (urāna minerālos) bombardēšana:

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 e .

Argons Visuma matērijā ir sastopams pat vairāk nekā uz mūsu planētas. Tas ir īpaši daudz karstu zvaigžņu un planētu miglāju vielā. Tiek lēsts, ka kosmosā ir vairāk argona nekā hlora, fosfora, kalcija un kālija - elementi, kas ir ļoti izplatīti uz Zemes. Kosmiskajā argonā dominē izotopi 36 Ar un 38 Ar; Visumā ir ļoti maz argona-40. Par to liecina meteorītu argona masas spektrālā analīze. Par to mūs pārliecina arī kālija izplatības aprēķini. Izrādās, ka kosmosā ir aptuveni 50 tūkstošus reižu mazāk kālija nekā argona, savukārt uz Zemes to attiecība nepārprotami ir par labu kālijam - 660: 1. Un tā kā kālija ir maz, tad no kurienes rodas argons-40?!

IIInerto gāzu atklāšanas vēsture.

Līdz 18. gadsimta beigām daudzas zināmās gāzes tika atklātas. Tie ietvēra: skābeklis - gāze, kas atbalsta degšanu; oglekļa dioksīds — to varēja viegli noteikt pēc ļoti ievērojamas īpašības: tas aptumšoja kaļķu ūdeni; un, visbeidzot, slāpeklis, kas neatbalsta degšanu un neietekmē kaļķa ūdeni. Šāds atmosfēras sastāvs bija tā laika ķīmiķu prātos, un neviens, izņemot slaveno angļu zinātnieku Lordu Kavendišu, par to nešaubījās.

Un viņam bija iemesls šaubīties.

1785. gadā viņš veica diezgan vienkāršu eksperimentu. Pirmkārt, viņš no gaisa izņēma oglekļa dioksīdu. Viņš iedarbojās uz atlikušo slāpekļa un skābekļa maisījumu ar elektrisko dzirksteli. Slāpeklis, reaģējot ar skābekli, radīja spēcīgus slāpekļa oksīdu tvaikus, kas, izšķīdinot ūdenī, pārvērtās par slāpekļskābi. Šī operācija tika atkārtota daudzas reizes.

Tomēr nedaudz mazāk par vienu simtdaļu no eksperimentam ņemtā gaisa tilpuma palika nemainīgs. Diemžēl šī epizode tika aizmirsta uz daudziem gadiem.

1785. gadā angļu ķīmiķis un fiziķis G. Kavendišs atklāja gaisā jaunu gāzi, kas ir neparasti ķīmiski stabila. Šī gāze veidoja aptuveni simt divdesmito daļu no gaisa tilpuma. Taču Kavendišs nespēja noskaidrot, kāda veida gāze tā ir. Šo eksperimentu atcerējās 107 gadus vēlāk, kad Džons Viljams Struts (lords Reilija) saskārās ar to pašu piemaisījumu, atzīmējot, ka slāpeklis gaisā bija smagāks par slāpekli, kas izolēts no savienojumiem. Neatradis ticamu izskaidrojumu anomālijai, Reilija ar žurnāla Nature starpniecību vērsās pie saviem kolēģiem dabaszinātniekiem ar priekšlikumu domāt kopā un strādāt pie tās cēloņu atšķetināšanas... Divus gadus vēlāk Reilija un V. Remzijs konstatēja, ka patiešām ir nezināmas gāzes piejaukums gaisa slāpeklī, smagāks par slāpekli un ķīmiski ārkārtīgi inertas. Kad viņi atklāja atklātību, tas bija satriecoši. Daudziem šķita neticami, ka vairākas zinātnieku paaudzes, kas veica tūkstošiem gaisa testu, neievēroja tās sastāvdaļu un pat tik pamanāmu - gandrīz procentu! Starp citu, tieši šajā dienā un stundā, 1894. gada 13. augustā, argons saņēma savu nosaukumu, kas tulkojumā no grieķu valodas nozīmē “neaktīvs”. To ierosināja Dr. Medan, kurš vadīja sanāksmi. Tikmēr nav pārsteidzoši, ka argons tik ilgi izvairījās no zinātniekiem. Galu galā dabā viņš neparādīja pilnīgi neko no sevis! Sevi ierosina paralēle ar kodolenerģiju: runājot par tās noteikšanas grūtībām, A. Einšteins atzīmēja, ka nav viegli atpazīt bagātu cilvēku, ja viņš netērē savu naudu... Zinātnieku skepse ātri vien tika kliedēta ar eksperimentālo testēšanu. un argona fizisko konstantu noteikšana. Bet tas nebija bez morālām izmaksām: satraukts par kolēģu (galvenokārt ķīmiķu) uzbrukumiem, Reilija atteicās no argona un ķīmijas studijām kopumā un koncentrēja savas intereses uz fiziskām problēmām. Lielisks zinātnieks sasniedza izcilus rezultātus fizikā, par ko 1904. gadā viņam tika piešķirta Nobela prēmija. Pēc tam Stokholmā viņš atkal tikās ar Ramziju, kurš tajā pašā dienā saņēma Nobela prēmiju par cēlgāzu, tostarp argona, atklāšanu un izpēti.

1895. gada februārī Razmajs saņēma vēstuli no Londonas meteorologa Maiersa, kurā viņš ziņoja par amerikāņu ģeologa Hilebrenda eksperimentiem, kas sērskābē vārīja retus urāna minerālus un novēroja tādas gāzes izdalīšanos, kuras īpašības atgādināja slāpekli. Jo vairāk urāna bija minerālos, jo vairāk gāzes izdalījās. Hillebrands provizoriski pieņēma, ka šī gāze ir slāpeklis. "Vai tas varētu būt argons?" – jautāja vēstules autors.

Drīz Razmajs nosūtīja savus palīgus uz Londonas ķīmiskajiem veikaliem pēc urāna minerāla kleveīta. Tika iegādāti 30 grami kleveīta, un tajā pašā dienā Razmajs un viņa palīgs Metjūss ieguva vairākus kubikcentimetrus gāzes. Razmay pakļāva šo gāzi spektroskopiskai pārbaudei. Viņš ieraudzīja spilgti dzeltenu līniju, kas ļoti līdzīga nātrija līnijai un tajā pašā laikā atšķiras no tās ar savu pozīciju spektrā. Razmajs bija tik pārsteigts, ka izjauca spektroskopu, iztīrīja to, bet ar jaunu eksperimentu atkal atklāja spilgti dzeltenu līniju, kas nesakrita ar nātrija līniju. Razmajs aplūkoja visu elementu spektrus. Beidzot viņš atcerējās noslēpumainu līniju Saules vainaga spektrā.

1868. gadā saules aptumsuma laikā franču pētnieks Jansens un anglis Lokers atklāja spilgti dzeltenu līniju Saules prominenču spektrā, kas nebija gaismas avotu virszemes spektrā. 1871. gadā Lockyer ierosināja, vai šī līnija varētu piederēt uz Zemes nezināmas vielas spektram.

Viņš šo hipotētisko elementu sauca par hēliju, tas ir, "saules". Taču uz zemes viņš netika atrasts. Fiziķus un ķīmiķus tas neinteresēja: viņi saka, ka uz Saules apstākļi ir pilnīgi atšķirīgi, un tur ūdeņradis pāries hēlijā.

Vai tiešām šis hēlijs ir viņa rokās? Razmajs par to ir gandrīz pārliecināts, taču viņš vēlas dzirdēt apstiprinājumu no slavenā spektroskopista Krūksa. Razmai nosūta viņam gāzi izpētei un raksta, ka ir atradis jaunu gāzi, ko viņš sauc par kriptonu, kas grieķu valodā nozīmē "slēpts". Krūksa telegrammā bija rakstīts: "Kriptons ir hēlijs."

2.3 Kriptons.

Līdz 1895. gadam tika atklātas divas inertas gāzes. Bija skaidrs, ka starp tām ir jābūt citai gāzei, kuras īpašības Razmajs aprakstīja pēc Mendeļejeva parauga. Lecoq de Boisbaudran pat prognozēja neatklātās gāzes svaru - 20,0945.

Un nav zināms, vai zinātnieks būtu atklājis jaunas inertās gāzes, ja viņa meklēšanas laikā Linde Genmānijā un Hempsons Anglijā vienlaikus nebūtu paņēmuši patentu mašīnai, kas sašķidrināja gaisu.

Šķita, ka šī iekārta ir īpaši radīta inertu gāzu noteikšanai. Tās darbības princips ir balstīts uz labi zināmu fizikālu parādību: ja saspiež gaisu, tad ļauj tam ātri izplesties, tas atdziest. Atdzesētais gaiss tiek izmantots, lai atdzesētu jaunu gaisa daļu, kas nonāk iekārtā utt., līdz gaiss pārvēršas šķidrumā.

Iztvaicējis gandrīz visu slāpekli un skābekli, Razmai ievietoja atlikušo šķidro gaisu gazometrā. Viņš domāja tajā atrast hēliju, jo uzskatīja, ka šī gāze iztvaiko lēnāk nekā skābeklis un slāpeklis. Viņš attīrīja gāzi gazometrā no skābekļa un slāpekļa piemaisījumiem un reģistrēja spektru, kurā ierakstīja divas iepriekš nezināmas līnijas.

Pēc tam Razmajs ievietoja 15 litrus argona cilindrā šķidrā gaisā. Lai atrastu inertu gāzi, kas aprēķināta kā vieglāka par argonu un kriptonu, Razmajs savāca pirmās argona iztvaikošanas daļas. Rezultāts bija jauns spektrs ar spilgti sarkanām līnijām. Razmai atbrīvoto gāzi nosauca par neonu, kas grieķu valodā nozīmē “jauns”.

Pēc tam Razmajs ievietoja 15 litrus argona cilindrā šķidrā gaisā. Lai atrastu inertu gāzi, kas aprēķināta kā vieglāka par argonu un kriptonu, Razmajs savāca pirmās argona iztvaikošanas daļas. Rezultāts bija jauns spektrs ar spilgti sarkanām līnijām. Razmai jauno gāzi nosauca par neonu, kas grieķu valodā nozīmē “jauns”.

2.5 Xenon.

1888. gadā Razmay palīgs Travers uzbūvēja mašīnu, kas spēj saražot -253 0 C temperatūru. Ar tās palīdzību tika iegūts ciets argons. Visas gāzes, izņemot kriptonu, tika destilētas. Un jau neattīrītā kriptonā tika atrasts ksenons (“citplanētietis”). Lai iegūtu 300 kubikcentimetrus ksenona, zinātniekiem 2 gadu laikā bija jāapstrādā 77,5 miljoni litru atmosfēras gaisa.

Jau tika teikts, ka hēlijs atrodas urāna minerālos. Jo vairāk urāna kleveītā, jo vairāk hēlija. Razmajs ilgu laiku mēģināja atrast saistību starp urāna un hēlija saturu, taču viņam tas neizdevās. Risinājums nāca no otras puses; tas bija saistīts ar radioaktivitātes atklāšanu.

Tika atklāts, ka rādijs izdala gāzveida vielu, ko sauc par emanāciju. 1 grams rādija dienā izdalīja vienu kubikmilimetru emanācijas. 1903. gadā Razmajs un slavenais fiziķis Sodijs sāka pētīt emanāciju. Viņu rīcībā bija tikai 50 miligrami rādija bromīda; tajā pašā laikā tiem bija ne vairāk kā 0,1 kubikmilimetrs emanācijas.

Lai veiktu darbu, Razmajs uzbūvēja īpaši jutīgus svarus, kas rādīja četras miljarddaļas grama. Pētnieki drīz atklāja, ka emanācija ir jaunākais cēlgāzes saimes pārstāvis.

Ilgu laiku viņi nevarēja pārbaudīt emanācijas spektru. Reiz, vairākas dienas atstājuši cauruli ar emanāciju, viņi to ievietoja spektroskopā un bija pārsteigti, ieraugot spektroskopā labi zināmās hēlija līnijas.

Šis fakts apstiprināja Rutherforda un Soddy pieņēmumu, ka radioaktīvā transformācija ir saistīta ar atomu transformāciju. Rādijs spontāni sadalījās, pārvērtās emanācijā un atbrīvoja hēlija atoma kodolu. Viens elements pārvērtās citā.

Zinātnieki tagad saprot, kāpēc hēlijs ir atrodams urāna materiālos; tas ir viens no urāna sabrukšanas produktiem. 1923. gadā ar Starptautiskās ķīmisko elementu komitejas lēmumu emanācija tika pārdēvēta par radonu.

III Inerto gāzu un to savienojumu īpašības.

3.1. Inerto gāzu fizikālās īpašības.

Cēlgāzes ir bezkrāsainas, monoatomiskas gāzes bez krāsas vai smaržas.

Cēlgāzēm ir augstāka elektrovadītspēja nekā citām gāzēm un spoži spīd, kad caur tām iet strāva: hēlijs ar spilgti dzeltenu gaismu, jo tā salīdzinoši vienkāršajā spektrā dubultdzeltenā līnija dominē pār visām pārējām; neonam ir ugunīgi sarkana gaisma, jo tā spožākās līnijas atrodas spektra sarkanajā daļā.

Inerto gāzu atomu molekulu piesātināto raksturu atspoguļo arī fakts, ka inertajām gāzēm ir zemāki sašķidrināšanas un sasalšanas punkti nekā citām gāzēm ar tādu pašu molekulmasu. No smago inerto gāzu apakšgrupas argons ir vieglākais. Tas ir 1,38 reizes smagāks par gaisu. Tas kļūst šķidrs pie – 185,9°C, sacietē – 189,4°C (normālā spiediena apstākļos).

Atšķirībā no hēlija un neona, tas ir diezgan labi adsorbēts uz cieto vielu virsmām un izšķīst ūdenī (3,29 cm 3 100 g ūdens 20 ° C temperatūrā). Argons daudzos organiskos šķidrumos šķīst vēl labāk. Bet tas praktiski nešķīst metālos un neizkliedējas caur tiem.

3.2. Inerto gāzu ķīmiskās īpašības.

Ilgu laiku netika atrasti apstākļi, kādos cēlgāzes varētu nonākt ķīmiskā mijiedarbībā. Tie neveidoja īstus ķīmiskus savienojumus. Citiem vārdiem sakot, to valence bija nulle. Pamatojoties uz to, tika nolemts jauno ķīmisko elementu grupu uzskatīt par nulli. Cēlgāzu zemā ķīmiskā aktivitāte ir izskaidrojama ar ārējā elektronu slāņa stingro astoņu elektronu konfigurāciju. Atomu polarizējamība palielinās, palielinoties elektronisko slāņu skaitam. Tāpēc tam vajadzētu palielināties, pārejot no hēlija uz radonu. Tādā pašā virzienā vajadzētu palielināties arī cēlgāzu reaktivitātei.

Tā jau 1924. gadā izskanēja doma, ka daži smago inerto gāzu savienojumi (īpaši ksenona fluorīdi un hlorīdi) ir termodinamiski diezgan stabili un var pastāvēt normālos apstākļos. Deviņus gadus vēlāk šo ideju atbalstīja un attīstīja slaveni teorētiķi – Polings un Oddo. Kriptona un ksenona čaulu elektroniskās struktūras izpēte no kvantu mehānikas viedokļa ļāva secināt, ka šīs gāzes spēj veidot stabilus savienojumus ar fluoru. Bija arī eksperimentētāji, kuri nolēma pārbaudīt hipotēzi, taču pagāja laiks, tika veikti eksperimenti, un ksenona fluorīds netika iegūts. Rezultātā gandrīz visi darbi šajā jomā tika pārtraukti, un beidzot tika izveidots viedoklis par cēlgāzu absolūto inerci.

Tomēr 1961. gadā Bartletts, vienas no Kanādas universitātēm darbinieks, pētot platīna heksafluorīda, savienojuma, kas ir aktīvāks par pašu fluoru, īpašības, atklāja, ka ksenona jonizācijas potenciāls ir zemāks nekā skābekļa (12, 13 un attiecīgi 12, 20 eV). Tikmēr skābeklis ar platīna heksafluorīdu veidoja savienojumu ar sastāvu O 2 PtF 6... Bartletts veica eksperimentu un istabas temperatūrā no gāzveida platīna heksafluorīda un gāzveida ksenona ieguva cietu oranži dzeltenu vielu - ksenona heksafluorplatinātu XePtF 6, kuru uzvedība neatšķiras no parasto ķīmisko savienojumu uzvedības. Sildot vakuumā, XePtF 6 sublimējas nesadaloties; ūdenī tas hidrolizējas, izdalot ksenonu:

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

Turpmākie Bartleta darbi ļāva konstatēt, ka ksenons atkarībā no reakcijas apstākļiem ar platīna heksafluorīdu veido divus savienojumus: XePtF 6 un Xe (PtF 6) 2; kad tos hidrolizē, iegūst tos pašus galaproduktus. Pārliecinājies, ka ksenons patiešām ir reaģējis ar platīna heksafluorīdu, Bartletts sagatavoja ziņojumu un 1962. gadā publicēja rakstu žurnālā Proceedings of the Chemical Society par savu atklājumu. Raksts izraisīja lielu interesi, lai gan daudzi ķīmiķi pret to izturējās ar neslēptu neuzticību. Bet trīs nedēļas vēlāk Bārtleta eksperimentu atkārtoja amerikāņu pētnieku grupa Černika vadībā Argonnas nacionālajā laboratorijā. Turklāt viņi bija pirmie, kas sintezēja līdzīgus ksenona savienojumus ar rutēnija, rodija un plutonija heksafluorīdiem. Tā tika atklāti pirmie pieci ksenona savienojumi: XePtF 6, Xe (PtF 6) 2, XeRuF 6, XeRhF 6, XePuF 6 - tika kliedēts mīts par cēlgāzu absolūto inerci un likts ksenona ķīmijas sākums. Ir pienācis laiks pārbaudīt hipotēzes pareizību par ksenona tiešas mijiedarbības iespējamību ar fluoru.

Gāzu maisījumu (1 daļa ksenona un 5 daļas fluora) ievietoja niķeļa (tā kā niķelis ir visizturīgākais pret fluoru) traukā un karsēja salīdzinoši zemā spiedienā. Pēc stundas trauks tika ātri atdzesēts, un tajā esošā gāze tika izsūknēta un analizēta. Tas bija fluors. Viss ksenons reaģēja! Viņi atvēra trauku un atrada tajā bezkrāsainus XeF 4 kristālus. Ksenona tetrafluorīds izrādījās pilnīgi stabils savienojums, tā molekulai ir kvadrāta forma ar fluora joniem stūros un ksenonu centrā. Ksenona tetrafluorīda fluorīdi dzīvsudrabs:

XeF 4 + 2Hg = Xe + 2HgF 2

Platīns ir arī fluorēts ar šo vielu, bet tikai izšķīdināts ūdeņraža fluorīdā.

Interesanta lieta par ksenona ķīmiju ir tā, ka, mainot reakcijas apstākļus, iespējams iegūt ne tikai XeF 4, bet arī citus fluorīdus - XeF 2, XeF 6.

Padomju ķīmiķi V. M. Khutoretsky un V. A. Shpansky parādīja, ka skarbie apstākļi nemaz nav nepieciešami ksenona difluorīda sintēzei. Saskaņā ar viņu piedāvāto metodi ksenona un fluora maisījumu (molekulārā attiecībā 1:1) ievada traukā, kas izgatavots no niķeļa vai nerūsējošā tērauda, ​​un, kad spiediens palielinās līdz 35 atm, sākas spontāna reakcija.

XeF 2 ir vienīgais ksenona fluorīds, ko var ražot, neizmantojot elementāru fluoru. To veido elektriskā izlāde iedarbojoties uz ksenona un oglekļa tetrafluorīda maisījumu. Protams, ir iespējama arī tiešā sintēze. Ļoti tīru XeF 2 iegūst, ja ksenona un fluora maisījumu apstaro ar ultravioleto gaismu. Difluorīda šķīdība ūdenī ir zema, bet tā šķīdums ir spēcīgs oksidētājs. Pakāpeniski tas pats sadalās ksenonā, skābeklī un fluorūdeņradi; Īpaši ātri sadalīšanās notiek sārmainā vidē. Difluorīdam ir asa, specifiska smaka. Lielu teorētisko interesi rada ksenona difluorīda sintēzes metode, kuras pamatā ir gāzu maisījuma pakļaušana ultravioletā starojuma iedarbībai (viļņa garums aptuveni 2500–3500 A). Radiācijas rezultātā fluora molekulas sadalās brīvos atomos. Tas ir difluorīda veidošanās iemesls: atomu fluors ir neparasti aktīvs. Lai iegūtu XeF 6, ir nepieciešami stingrāki nosacījumi: 700 ° C un 200 atm. Šādos apstākļos ksenona un fluora maisījumā (attiecība no 1:4 līdz 1:20) gandrīz viss ksenons tiek pārveidots par XeF 6. Ksenona heksafluorīds ir ārkārtīgi aktīvs un sprādzienbīstami sadalās. Tas viegli reaģē ar sārmu metālu fluorīdiem (izņemot LiF):

XeF 6 + RbF = RbXeF 7,

bet pie 50°C šis sāls sadalās:

2RbXeF 7 = XeF 6 + Rb 2 XeF 8

Ir ziņots arī par augstāka fluorīda XeF 8 sintēzi, kas ir stabila tikai temperatūrā, kas zemāka par mīnus 196 ° C.

Pirmo ksenona savienojumu sintēze ķīmiķiem radīja jautājumu par inerto gāzu vietu periodiskajā tabulā. Iepriekš cēlgāzes tika iedalītas atsevišķā nulles grupā, kas pilnībā atbilda to valences idejai. Bet, kad ksenons nonāca ķīmiskā reakcijā, kad kļuva zināms par tā augstāko fluorīdu, kurā ksenona valence ir astoņi (un tas pilnībā atbilst tā elektronu apvalka struktūrai), viņi nolēma pārnest inertās gāzes uz VIII grupu. Nulles grupa beidza pastāvēt.

Vēl nav izdevies piespiest ksenonu reaģēt bez fluora (vai dažu tā savienojumu) līdzdalības. Visi pašlaik zināmie ksenona savienojumi tiek iegūti no tā fluorīdiem. Šīm vielām ir paaugstināta reaktivitāte. Vislabāk ir pētīta ksenona fluorīdu mijiedarbība ar ūdeni. XeF 4 hidrolīze skābā vidē izraisa ksenona oksīda XeO 3 veidošanos - bezkrāsainus kristālus, kas izkliedējas gaisā. XeO 3 molekulai ir saplacinātas trīsstūrveida piramīdas struktūra ar ksenona atomu augšpusē. Šis savienojums ir ārkārtīgi nestabils; kad tas sadalās, sprādziena spēks tuvojas TNT sprādziena jaudai. Pietiek ar dažiem simtiem miligramu XeO 3, lai eksikators tiktu sapūsts gabalos. Iespējams, ka laika gaitā ksenona trioksīds tiks izmantots kā drupināšanas sprāgstviela. Šādas sprāgstvielas būtu ļoti ērtas, jo visi sprādzienbīstamas reakcijas produkti ir gāzes. Tikmēr ksenona trioksīda izmantošana šim nolūkam ir pārāk dārga - galu galā atmosfērā ir mazāk ksenona nekā zelta jūras ūdenī, un tā izolēšanas process ir pārāk darbietilpīgs. Atgādināsim, ka, lai iegūtu 1 m 3 ksenona, ir jāapstrādā 11 miljoni m 3 gaisa. Sešvērtīgā ksenona H 6 XeO 6 nestabilā skābe, kas atbilst trioksīdam, veidojas XeF 6 hidrolīzes rezultātā 0 ° C temperatūrā:

XeF6 + 6H2O = 6HF + H6XeO6

Ja šīs reakcijas produktiem ātri pievieno Ba (OH) 2, izgulsnējas baltas amorfas Ba 3 XeO 6 nogulsnes. Pie 125°C tas sadalās bārija oksīdā, ksenonā un skābeklī. Tika iegūti līdzīgi nātrija un kālija ksenonāta sāļi. Ozonam iedarbojoties uz XeO 3 šķīdumu viena molāra nātrija hidroksīdā, veidojas augstākas skābes ksenona Na 4 XeO 6 sāls. Nātrija perksenonātu var izolēt bezkrāsaina kristāliska hidrāta veidā Na4XeO6 · 6H 2 O. XeF 6 hidrolīze nātrija un kālija hidroksīdos arī izraisa perksenonātu veidošanos. Ja cieto sāli Na 4 XeO 6 apstrādā ar svina, sudraba vai uranilnitrāta šķīdumu, iegūst atbilstošos perksenonātus: PbXeO 6 un (UO 2) 2XeO 6 ir dzelteni un Ag 4 XeO 6 ir melni. Līdzīgus sāļus ražo kālijs, litijs, cēzijs un kalcijs.

Ksenona augstākajai skābei atbilstošo oksīdu iegūst, Na 4 XeO 6 reaģējot ar bezūdens atdzesētu sērskābi. Tas ir ksenona tetroksīds XeO 4. Tajā, tāpat kā oktafluorīdā, ksenona valence ir astoņi. Cietais tetroksīds temperatūrā virs 0 ° C sadalās ksenonā un skābeklī, bet gāzveida (istabas temperatūrā) - ksenona trioksīdā, ksenonā un skābeklī. XeO 4 molekulai ir tetraedra forma ar ksenona atomu centrā. Atkarībā no apstākļiem ksenona heksafluorīda hidrolīze var notikt divos veidos; vienā gadījumā tiek iegūts tetraoksifluorīds XeOF 4, otrā - dioksifluorīds XeO 2 F 2. Tieša sintēze no elementiem noved pie oksifluorīda XeOF 2 veidošanās. Visas ir bezkrāsainas cietas vielas, stabilas normālos apstākļos.

Ļoti interesanta ir nesen pētītā ksenona difluorīda reakcija ar bezūdens HC1O4. Šīs reakcijas rezultātā tika iegūts jauns ksenona savienojums XeClO 4 - ārkārtīgi spēcīgs oksidētājs, iespējams, visspēcīgākais no visiem perhlorātiem.

Sintezēti arī ksenona savienojumi, kas nesatur skābekli. Tie galvenokārt ir dubultsāļi, ksenona fluorīdu mijiedarbības produkti ar antimona, arsēna, bora, tantala fluorīdiem: XeF 2 SbF 5, XeF 6 AsF 3, XeF 6 BF 3 un XeF 2 2TaF 5. Visbeidzot, tika iegūtas XeSbF 6 tipa vielas, kas ir stabilas istabas temperatūrā, un XeSiF 6, nestabils komplekss.

Ķīmiķu rīcībā ir ļoti mazs radona daudzums, taču viņi ir spējuši konstatēt, ka tas mijiedarbojas arī ar fluoru, veidojot negaistošus fluorīdus. Kriptonam tika izolēts KrF2 difluorīds un KrF 4 tetrafluorīds, un tika pētītas īpašības, kas atgādina ksenona savienojumus.

3.3. Argona sagatavošana.

Zemes atmosfērā ir 66 · 10 13 tonnas argona. Šis argona avots ir neizsmeļams, jo īpaši tāpēc, ka gandrīz viss argons agrāk vai vēlāk atgriežas atmosfērā, jo lietošanas laikā tas netiek pakļauts fiziskai vai ķīmiskai izmaiņai. Izņēmums ir ļoti mazs argona izotopu daudzums, kas tiek iztērēts jaunu elementu un izotopu ražošanai kodolreakcijās. Argons rodas kā blakusprodukts, kad gaiss tiek sadalīts skābeklī un slāpeklī. Parasti tiek izmantotas dubultās rektifikācijas gaisa atdalīšanas ierīces, kas sastāv no apakšējās augstspiediena kolonnas (priekšseparācija), augšējās zemspiediena kolonnas un starpkondensatora-iztvaicētāja. Galu galā slāpeklis tiek noņemts no augšas un skābeklis no telpas virs kondensatora. Argona nepastāvība ir lielāka nekā skābekļa, bet mazāka nekā slāpeklim. Tāpēc argona frakciju izvēlas punktā, kas atrodas aptuveni trešdaļā no augšējās kolonnas augstuma, un ņem uz īpašu kolonnu. Argona frakcijas sastāvs: 10...12% argons, līdz 0,5% slāpeklis, pārējais ir skābeklis. “Argona” kolonnā, kas savienota ar galveno aparātu, argonu ražo ar 3...10% skābekļa un 3...5% slāpekļa piejaukumu. Tālāk seko “neapstrādāta” argona attīrīšana no skābekļa (ķīmiski vai adsorbējot) un no slāpekļa (rektifikācijas ceļā). Argonu ar tīrību līdz 99,99% tagad ražo rūpnieciskā mērogā. Argonu iegūst arī no amonjaka ražošanas atkritumiem – no slāpekļa, kas paliek pāri pēc tam, kad tā lielākā daļa ir saistīta ar ūdeņradi. Argons tiek uzglabāts un transportēts balonos ar tilpumu 40 litri, krāsoti pelēkā krāsā ar zaļu svītru un zaļu uzrakstu. Spiediens tajos ir 150 atm. Ekonomiskāk ir pārvadāt sašķidrināto argonu, kuram izmanto Dewar kolbas un speciālas tvertnes. Mākslīgie argona radioizotopi iegūti, apstarojot dažus stabilus un radioaktīvus izotopus (37 Cl, 36 Ar, ​​40 Ar, 40 Ca) ar protoniem un deuteroniem, kā arī apstarojot urāna sabrukšanas laikā kodolreaktoros radušos produktus. ar neitroniem. Izotopus 37 Ar un 41 Ar izmanto kā radioaktīvos marķierus: pirmo - medicīnā un farmakoloģijā, otro - gāzu plūsmu, ventilācijas efektivitātes izpētē un dažādos zinātniskos pētījumos. Bet, protams, tie nav vissvarīgākie argona izmantošanas veidi.

3.4. Inerto gāzu fizioloģiskā ietekme.

Bija dabiski gaidīt, ka tādas ķīmiski inertas vielas kā inertas gāzes nedrīkst ietekmēt dzīvos organismus. Bet tā nav taisnība. Augstāku inerto gāzu ieelpošana (protams, sajaukta ar skābekli) noved cilvēku līdz tādam stāvoklim kā alkohola reibumā. Inerto gāzu narkotisko iedarbību izraisa izšķīšana nervu audos. Jo lielāks ir inertās gāzes atomu svars, jo lielāka ir tās šķīdība un spēcīgāka narkotiskā iedarbība.

Tagad par argona ietekmi uz dzīvo organismu. Ieelpojot 69% Ar, 11% slāpekļa un 20% skābekļa maisījumu zem 4 atm spiediena, rodas narkozes parādības, kas ir daudz izteiktākas nekā ieelpojot gaisu zem tāda paša spiediena. Anestēzija pazūd uzreiz pēc argona padeves pārtraukšanas. Iemesls ir argona molekulu nepolaritāte, savukārt paaugstināts spiediens palielina argona šķīdību nervu audos. Biologi ir atklājuši, ka argons veicina augu augšanu. Pat tīra argona atmosfērā dīgst rīsu, kukurūzas, gurķu un rudzu sēklas. Sīpoli, burkāni un salāti labi aug atmosfērā, kas sastāv no 98% argona un tikai 2% skābekļa.

IV Inerto gāzu pielietošana.

Hēlijs ir svarīgs zemas temperatūras avots. Šķidrā hēlija temperatūrā cietās vielās praktiski nenotiek atomu un brīvo elektronu termiskā kustība, kas ļauj pētīt daudzas jaunas parādības, piemēram, supravadītspēju cietā stāvoklī.

Hēlija gāzi izmanto kā vieglu gāzi balonu piepildīšanai. Tā kā tas ir neuzliesmojošs, to pievieno ūdeņradim, lai aizpildītu dirižabļa apvalku.

Tā kā hēlijs asinīs šķīst mazāk nekā slāpeklis, liels daudzums hēlija tiek izmantots elpošanas maisījumos darbam zem spiediena, piemēram, niršanas laikā jūrā, veidojot zemūdens tuneļus un konstrukcijas. Lietojot hēliju, dekompresija (izšķīdušās gāzes izdalīšanās no asinīm) nirējam ir mazāk sāpīga, mazāk iespējama dekompresijas slimība, kā arī tiek novērsta slāpekļa narkozes parādība, kas ir pastāvīgs un bīstams nirēja darba pavadonis. He–O 2 maisījumus to zemās viskozitātes dēļ izmanto astmas lēkmju mazināšanai un dažādām elpceļu slimībām.

Hēliju izmanto kā inertu loka metināšanas vidi, īpaši magniju un tā sakausējumus, Si, Ge, Ti un Zr ražošanā, kodolreaktoru dzesēšanai.

Citas hēlija izmantošanas iespējas ir gultņu eļļošana ar gāzi, neitronu skaitītāji (hēlijs-3), gāzes termometri, rentgena spektroskopija, pārtikas uzglabāšana un augstsprieguma slēdži. Sajaukumā ar citām cēlgāzēm hēliju izmanto āra neona reklāmā (gāzizlādes caurulēs). Šķidrais hēlijs ir noderīgs magnētisko supravadītāju, daļiņu paātrinātāju un citu ierīču dzesēšanai. Neparasts hēlija kā aukstumaģenta pielietojums ir process, kurā nepārtraukti sajauc 3 He un 4 He, lai radītu un uzturētu temperatūru zem 0,005 K

Ksenona pielietošanas jomas ir dažādas un dažreiz negaidītas. Cilvēks izmanto gan tā inerci, gan brīnišķīgo spēju reaģēt ar fluoru. Apgaismojuma tehnoloģijā atzinību guvušas augstspiediena ksenona spuldzes. Šādās lampās loka izlāde spīd ksenonā, kas atrodas zem vairāku desmitu atmosfēru spiediena. Gaisma ksenona lampās parādās uzreiz pēc ieslēgšanas, tā ir spilgta un tai ir nepārtraukts spektrs – no ultravioletā līdz tuvajam infrasarkanajam. Ksenonu ārsti izmanto arī smadzeņu fluoroskopiskai izmeklēšanai. Tāpat kā barīta putra, ko izmanto zarnu svecināšanai, ksenons spēcīgi absorbē rentgena starus un palīdz atrast bojājumus. Tomēr tas ir pilnīgi nekaitīgs. Plaušu un sirds funkcionālās aktivitātes izpētē tiek izmantots elementa Nr.54 aktīvs izotops ksenons - 133.

Izpūšot argonu caur šķidro tēraudu, no tā tiek noņemti gāzes ieslēgumi. Tas uzlabo metāla īpašības.

Aizvien biežāk tiek izmantota elektriskā loka metināšana argona vidē. Argona strūklā ir iespējams metināt plānsienu izstrādājumus un metālus, kas iepriekš tika uzskatīti par grūti metināmiem. Nebūtu pārspīlēts teikt, ka elektriskā loka argona atmosfērā radīja revolūciju metālu griešanas tehnoloģijā. Process bija daudz ātrāks, un kļuva iespējams sagriezt biezas loksnes no ugunsizturīgākajiem metāliem. Argons, kas izpūsts pa loka kolonnu (sajaukts ar ūdeņradi), aizsargā nogrieztās malas un volframa elektrodu no oksīdu, nitrīdu un citu plēvju veidošanās. Tajā pašā laikā tas saspiež un koncentrē loku uz nelielas virsmas, kā rezultātā temperatūra griešanas zonā sasniedz 4000-6000 ° C. Turklāt šī gāzes strūkla izpūš griešanas produktus. Metinot argona strūklā, nav nepieciešami kušņi un elektrodu pārklājumi, un līdz ar to nav nepieciešams attīrīt šuvi no sārņiem un plūsmas atlikumiem.

Neonu un argonu izmanto kā pildvielas neona lampās un dienasgaismas spuldzēs, bet kriptonu izmanto parasto lampu pildīšanai, lai samazinātu iztvaikošanu un palielinātu volframa kvēldiega spilgtumu. Augstspiediena kvarca lampas, kas ir visspēcīgākie gaismas avoti, ir piepildītas ar ksenonu. Gāzes lāzeros izmanto hēliju un argonu.

Izmantotās literatūras saraksts

1. Petrovs M.M., Mihiļevs L.A., Kukuškins Ju.N. "Neorganiskā ķīmija"

2. Guzey L.S. Lekcijas par vispārējo ķīmiju”

3. Akhmetovs N.S. "Vispārējā un neorganiskā ķīmija"

4. Nekrasov B.V. "Vispārējās ķīmijas mācību grāmata"

5. Glinka N.L. "Vispārējā ķīmija

6. Khodakov Yu.V. "Vispārējā un neorganiskā ķīmija"

Atklāšana:

1893. gadā tika pievērsta uzmanība neatbilstībai starp slāpekļa blīvumu no gaisa un slāpekļa, kas iegūts, sadaloties slāpekļa savienojumiem: litrs slāpekļa no gaisa svēra 1,257 g, bet ķīmiski iegūtais - 1,251 g. Ļoti precīzs pētījums Gaisa sastāva pārbaude, kas veikta, lai noskaidrotu šo noslēpumaino apstākli, parādīja, ka pēc visa skābekļa un slāpekļa atdalīšanas bija neliels atlikums (apmēram 1%), kas ķīmiski nereaģēja ne ar ko.

Tādējādi jauna elementa, ko sauc par argonu (grieķu valodā neaktīvs), atklāšana atspoguļoja "trešās zīmes aiz komata triumfu". Argona molekulmasa izrādījās 39,9 g/mol.

Nākamā atklātā inertā gāze, hēlijs (“saules”), tika atklāta uz Saules agrāk nekā uz Zemes. Tas izrādījās iespējams, pateicoties pagājušā gadsimta 50. gados izstrādātajai spektrālās analīzes metodei.

Dažus gadus pēc argona un hēlija atklāšanas (1898. gadā) no gaisa tika izolētas vēl trīs cēlgāzes: neons (“jaunais”), kriptons (“slēptais”) un ksenons (“svešais”). Cik grūti bija tos atklāt, var redzēt no fakta, ka 1 m 3 gaisa kopā ar 9,3 litriem argona satur tikai 18 ml neona, 5 ml hēlija, 1 ml kriptona un 0,09 ml ksenona.

Pēdējā inertā gāze, radons, tika atklāta 1900. gadā, pētot noteiktus minerālus. Tās saturs atmosfērā ir tikai 6-10-18% pēc tilpuma (kas atbilst 1-2 atomiem uz kubikcentimetru). Ir aprēķināts, ka visa zemes atmosfērā ir tikai 374 litri radona.

Fizikālās īpašības:

Visas cēlgāzes ir bezkrāsainas un sastāv no monoatomiskām molekulām. Inerto gāzu atdalīšanas pamatā ir to fizikālo īpašību atšķirības.

Inertās gāzes ir bezkrāsainas un bez smaržas. Nelielos daudzumos tie atrodas gaisā.Inertās gāzes nav indīgas. Taču atmosfēra ar paaugstinātu inerto gāzu koncentrāciju un atbilstošu skābekļa koncentrācijas samazināšanos var radīt cilvēku smacējošu efektu, tostarp samaņas zudumu un nāvi. Ir zināmi nāves gadījumi argona noplūdes dēļ.

Kušanas temperatūra, °C
Vārīšanās temperatūra, °C

Siltuma daudzumu, kas nepieciešams, lai vielu pārnestu no cietas uz šķidru stāvokli, sauc par saplūšanas siltumu, bet pārnešanu no šķidruma uz tvaiku — par iztvaikošanas siltumu. Abi lielumi parasti tiek saukti par pārejām, kas notiek normālā spiedienā. Inertajām gāzēm tām ir šādas vērtības (kcal/g-atom):

Kušanas siltums
Iztvaikošanas siltums

Zemāk ir salīdzināti kritiskās temperatūras inertas gāzes un tie spiedieni, kas ir nepieciešami un pietiekami, lai šajās temperatūrās to pārnestu no gāzveida stāvokļa uz šķidru stāvokli, kritiskais spiediens:

Kritiskā temperatūra, °C
Kritiskais spiediens, atm

Tas ir interesanti :

Jautājums par argona molekulas atomitāti tika atrisināts, izmantojot kinētisko teoriju. Saskaņā ar to siltuma daudzums, kas jāiztērē, lai uzsildītu gāzes gramu molekulu par vienu grādu, ir atkarīgs no atomu skaita tās molekulā. Pie nemainīga tilpuma monoatomiskās gāzes gramamolekulai nepieciešami 3 izkārnījumi, diatomisks - 5 cal. Argonam eksperiments deva 3 izkārnījumi, kas norādīja uz tās molekulas monoatomisko raksturu.Tas pats attiecas uz citām inertajām gāzēm.

Hēlijs bija pēdējā gāze, kas tika pārveidota šķidrā un cietā stāvoklī. Saistībā ar to bija īpašas grūtības sakarā ar to, ka parastās temperatūrās izplešanās rezultātā hēlijs nevis atdziest, bet gan uzsilst. Tikai zem -250 °C tas sāk darboties “normāli”. No tā izriet, ka parasto sašķidrināšanas procesu hēlijam varēja piemērot tikai pēc tam, kad tas iepriekš bija ļoti spēcīgi atdzesēts. No otras puses, hēlija kritiskā temperatūra ir ārkārtīgi zema. Šo apstākļu dēļ labvēlīgi rezultāti, strādājot ar hēliju, tika iegūti tikai pēc tehnikas apguves darbībai ar šķidro ūdeņradi, kura iztvaikošanu tikai izdevās atdzesēt līdz vajadzīgajām temperatūrām. Pirmo reizi šķidro hēliju bija iespējams iegūt 1908. gadā, cieto hēliju-V1926. gads

Ķīmiskās īpašības:

Inertajām gāzēm raksturīgs pilnīgs (He, Ne, Ar) vai gandrīz pilnīgs (Kr, Xe, Rn) ķīmiskās aktivitātes trūkums. Periodiskajā tabulā tie veido īpašu grupu (VIII). Drīz pēc inerto gāzu atklāšanas jauno grupu, ko tās izveidoja periodiskajā tabulā, sauca par nulli, lai uzsvērtu šo elementu nulles valenci, t.i., to ķīmiskās aktivitātes trūkumu. Šis nosaukums mūsdienās tiek bieži lietots, tomēr periodiskā likuma būtībā inerto gāzu grupu ir pareizāk uzskatīt par astoto grupu, jo attiecīgie periodi ar šiem elementiem nevis sākas, bet beidzas.

Pilnīgas ķīmiskās inerces neesamība smagajās inertās gāzēs tika atklāta tikai 1962. gadā. Izrādījās, ka tās spēj savienoties ar aktīvāko metaloīdu - fluoru (un tikai ar to). Ksenons (un radons) reaģē diezgan viegli, kriptons daudz grūtāk. Tika iegūti XeF 2, XeF 4, XeF 6 un zemi stabili KrF 2. Tās visas ir bezkrāsainas gaistošas ​​kristāliskas vielas.

Ksenona difluorīds(XeF 2) - lēnām veidojas dienasgaismas ietekmē uz Xe un F 2 maisījumu nulles apstākļos. Tam ir raksturīga slikta dūša smaka. Molekulas veidošanai nepieciešama ksenona atoma ierosme no 5s 2 5p 6 līdz tuvākajam divvērtīgajam stāvoklim 5s 2 5p 5 s 1 - 803 kJ/mol, līdz 5s 2 5p 5 6p 1 -924 kJ/mol, 25s 2 5p 6d 1 - 953 kJ/ mols.

Xe+F2 →XeF2

0,15 mol/l izšķīst ūdenī. Šķīdums ir ļoti spēcīgs oksidētājs. Šķīdums sadalās saskaņā ar šādu shēmu:

XeF 2 +H 2 O →HF+Xe+O 2 (sārmainā vidē process notiek ātrāk, skābā vidē – lēnāk).

Ksenontetrafluorīds- veidojas no vienkāršām vielām, reakcija ir ļoti eksotermiska un ir visstabilākā no visiem fluorīdiem.

XeF 4 +2Hg=2HgF 2 +Xe

XeF 4 + Pt = PtF 4 + Xe

Kvalitatīva reakcija uz ksenona tetrafluorīdu :

XeF 4 +4KI=4KF+2I 2 ↓+Xe

Ksenona tetrafluorīds sadalās saskaņā ar šādām shēmām:

3Xe 4+ →Xe 6+ +2Xe 0 (skābā vidē).

Xe 4+ → Xe 0 +Xe 8+ (sārmainā vidē).

Ksenona heksafluorīds ir bezkrāsains, pazīstams ar 3 kristāliskām modifikācijām. Pie 49 ℃, pārvēršoties dzeltenā šķidrumā, sacietējot tas atkal maina krāsu. Tvaiki ir gaiši dzeltenā krāsā. Sprādzienbīstami sadalās. Mitrā gaisa ietekmē hidrolizējas:

XeF6 +H2O→2HF+OXeF 4

OXeF 4 ir bezkrāsains šķidrums, mazāk reaģējošs nekā XeF 6. Veido kristāliskus hidrātus ar sārmu metālu fluorīdiem, piemēram: KF∙OXeF 4

Turpmāka hidrolīze var radīt ksenona trioksīdu:

XeF 6 +3H 2 O→ XeO 3 +6HF

XeO 3 ir bezkrāsaina sprādzienbīstama viela, kas izkliedējas gaisā. Tas sprādzienbīstami sadalās, bet, maigi karsējot 40 grādos pēc Celsija, notiek reakcija:

2XeO 3 → 2Xe+3O 2

Ir skābe, kas formāli atbilst šim oksīdam - H 2 XeO 4. Ir sāļi, kas atbilst šai skābei: MHXeO 4 vai MH 5 XeO 6, tika iegūta skābe (M - no nātrija līdz cēzijam), kas atbilst pēdējam sāls:

3XeF4 +6Ca(OH)2 →6CaF2↓+Xe+2H2XeO6

Spēcīgi sārmainā vidē Xe 6+ dismutējas:

4Xe 6+ → Xe 0 + 3Xe 8+

Kriptona difluorīds- gaistošs, bezkrāsains kristāli , ķīmiski aktīva viela. Paaugstinātā temperatūrā tas sadalās fluora kriptons . Pirmo reizi tas tika iegūts, iedarbojoties ar elektrisko izlādi uz vielu maisījumu, pie -188℃:

F 2 + Kr → KrF 2

Sadalās ar ūdeni saskaņā ar šādu shēmu:

2KrF 2 +2H 2O→O 2 +4HF+2Kr

Inerto gāzu pielietojums:

Inertas gāzes ir diezgan dažādas praktiskas pielietošanas iespējas. Jo īpaši hēlija loma zemas temperatūras iegūšanā ir ārkārtīgi svarīga, jo šķidrais hēlijs ir aukstākais no visiem šķidrumiem.Mākslīgais gaiss, kurā slāpeklis tiek aizstāts ar hēliju, vispirms tika izmantots, lai nodrošinātu ūdenslīdēju elpošanu. Gāzu šķīdība ievērojami palielinās, palielinoties spiedienam, tādēļ, nirējam nolaižoties ūdenī un tiek piegādāts ar parasto gaisu, asinis izšķīdina vairāk slāpekļa nekā normālos apstākļos. Pacelšanās laikā, kad spiediens pazeminās, sāk izdalīties izšķīdušais slāpeklis un tā burbuļi daļēji aizsprosto mazos asinsvadus, tādējādi izjaucot normālu asinsriti un izraisot “kesona slimības” lēkmes. Pateicoties slāpekļa aizstāšanai ar hēliju, sāpīgās sekas ir krasi vājinātas, jo hēlija šķīdība asinīs ir daudz zemāka, kas ir īpaši pamanāma pie augsta spiediena. Darbs "hēlija" gaisa atmosfērā ļauj nirējiem nolaisties lielā dziļumā (vairāk nekā 100 m) un ievērojami pagarināt viņu uzturēšanos zem ūdens.

Tā kā šāda gaisa blīvums ir aptuveni trīs reizes mazāks par parastā gaisa blīvumu, ir daudz vieglāk elpot. Tas izskaidro hēlija gaisa lielo medicīnisko nozīmi astmas, nosmakšanas u.c. ārstēšanā, kad pat īslaicīga elpošanas atvieglošana var glābt pacienta dzīvību. Līdzīgi kā hēlijam, “ksenona” gaisam (80% ksenona, 20% skābekļa) ieelpojot ir spēcīga narkotiska iedarbība, ko var izmantot medicīniski.

Neons un argons tiek plaši izmantoti elektriskajā rūpniecībā. Kad elektriskā strāva iet cauri stikla caurulēm, kas piepildītas ar šīm gāzēm, gāze sāk kvēlot, ko izmanto apgaismotu uzrakstu noformēšanai.

Šāda veida lieljaudas neona lampas ir īpaši piemērotas bākām un citām signalizācijas ierīcēm, jo ​​to sarkano gaismu maz bloķē migla. Hēlija mirdzuma krāsa mainās no rozā līdz dzeltenai uz zaļu, jo spiediens caurulē samazinās. Ar, Kr un Xe ir raksturīgi dažādi zilā toņi.

Argonu (parasti sajauc ar 14% slāpekļa) izmanto arī elektrisko lampu piepildīšanai. Ievērojami zemākās siltumvadītspējas dēļ kriptons un ksenons ir vēl labāk piemēroti šim nolūkam: ar tiem pildītās elektriskās lampas nodrošina vairāk gaismas ar tādu pašu enerģijas patēriņu, labāk iztur pārslodzi un ir izturīgākas nekā parastās.

Redaktore: Gaļina Nikolajevna Kharlamova