Interested Article - Благородные газы

18

1

2	Гелий
He 4,002602 ± 2,0E−6
1s ²

2

10	Неон
Ne 20,1797
2s ² 2p ⁶

3

18	Аргон
Ar 39,948
3s ² 3p ⁶

4

36	Криптон
Kr 83,798
3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶

5

54	Ксенон
Xe 131,293
4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁶

6

86	Радон
Rn (222)
4f ¹⁴ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ⁶

7

118	Оганесон
Og (294)
5f ¹⁴ 6d ¹⁰ 7s ² 7p ⁶

Благоро́дные га́зы (также ине́ртные или ре́дкие га́зы ) — группа химических элементов со схожими свойствами: при нормальных условиях они представляют собой одноатомные газы без цвета, запаха и вкуса, с очень низкой . К благородным газам относятся гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радиоактивный радон (Rn). Формально к этой группе также причисляют недавно открытый оганесон (Og), однако его химические свойства почти не исследованы и скорее всего будут близки к свойствам металлоидов, таких как астат (At) и теллур (Te) .

В первых 6 периодах периодической таблицы химических элементов инертные газы относятся к последней, 18-й группе . Согласно старой европейской системе нумерации групп периодической таблицы , группа инертных газов обозначается VIIIA (главная подгруппа VIII-й группы, или подгруппа гелия), согласно старой американской системе — VIIIB ; кроме того, в некоторых источниках, особенно в старых, группа инертных газов обозначается цифрой 0, ввиду характерной для них нулевой валентности. Возможно, что из-за релятивистских эффектов элемент 7-го периода 4-й группы флеровий обладает некоторыми свойствами благородных газов . Он может заменить в периодической таблице оганесон . Благородные газы химически неактивны и способны участвовать в химических реакциях лишь при экстремальных условиях.

Характеристики благородных газов объяснены современными теориями структуры атома : их электронные оболочки из валентных электронов являются заполненными, тем самым позволяя участвовать лишь в очень малом количестве химических реакций: известны всего несколько сотен химических соединений этих элементов .

Неон, аргон, криптон и ксенон выделяют из воздуха специальными установками , используя при этом методы сжижения газов и фракционированной конденсации . Источником гелия являются месторождения природного газа с высокой концентрацией гелия, который отделяется с помощью методов . Радон обычно получают как продукт радиоактивного распада радия из растворов соединений этого элемента.

Химические свойства

Диаграмма атомных оболочек неона, 2 электрона на внутренней оболочке и 8 электронов на внешней — Неон, как и все благородные газы, имеет заполненную электронную оболочку . Все атомы благородных газов имеют на внешней орбите 8 электронов. Исключением является гелий (только 2 электрона)

Благородные газы не поддерживают горения и не возгораются при нормальных условиях.

№	Элемент	№ электронов/ электронной оболочки
2	гелий	2
10	неон	2, 8
18	аргон	2, 8, 8
36	криптон	2, 8, 18, 8
54	ксенон	2, 8, 18, 18, 8
86	радон	2, 8, 18, 32, 18, 8
118	оганесон	2, 8, 18, 32, 32, 18, 8

Соединения

Структура XeF4, одного из первых когда-либо обнаруженных соединений благородных газов — Структура тетрафторида ксенона XeF ₄ , одного из первых когда-либо обнаруженных соединений благородных газов

Инертные газы отличаются химической неактивностью (отсюда и название). Тем не менее, в 1962 году Нил Барлетт показал, что все они при определённых условиях могут образовывать соединения (особенно охотно со фтором ). Наиболее «инертны» неон и гелий: чтобы заставить их вступить в реакцию, нужно применить много усилий, искусственно ионизируя каждый атом. Ксенон же, наоборот, слишком активен (для инертных газов) и реагирует даже при нормальных условиях , демонстрируя чуть ли не все возможные степени окисления (+1, +2, +4, +6, +8). Радон тоже имеет высокую химическую активность (по сравнению с лёгкими инертными газами), но он радиоактивен и быстро распадается, поэтому подробное изучение его химических свойств осложнено, в отличие от ксенона.

Оганесон , несмотря на его принадлежность к 18-й группе периодической таблицы, может не являться инертным газом, так как предполагается, что при нормальных условиях в силу релятивистских эффектов , влияющих на движение электронов вблизи его ядра с высоким зарядом, он будет находиться в твёрдом состоянии .

Физические свойства

Инертные газы имеют самые большие в своём периоде энергии ионизации

Инертные газы бесцветны, прозрачны и не имеют запаха и вкуса. В небольшом количестве они присутствуют в воздухе и некоторых горных породах , а также в атмосферах некоторых планет-гигантов и планет земной группы. Гелий является вторым (после водорода) по распространённости элементом во Вселенной, однако для Земли он является редким газом, который улетучился в космос во время образования планеты. Почти весь добываемый гелий является радиогенным продуктом происходящего в течение миллиардов лет в недрах Земли альфа-распада урана, тория и их дочерних элементов; лишь малая часть земного гелия сохранилась от эпохи образования Солнечной системы. Аналогично, по большей части радиогенным является и аргон, возникший в результате постепенного радиоактивного распада калия-40 .

При нормальных условиях все элементы 18-й группы (кроме, возможно, оганесона) являются одноатомными газами. Их плотность растёт с увеличением номера периода. Плотность гелия при нормальных условиях примерно в 7 раз меньше плотности воздуха, тогда как радон почти в восемь раз тяжелее воздуха.

При нормальном давлении температуры плавления и кипения у любого благородного газа отличаются менее чем на 10 °C; таким образом, они остаются жидкими лишь в малом температурном интервале. Температуры сжижения и кристаллизации растут с ростом номера периода. Гелий под атмосферным давлением вообще не становится твёрдым даже при абсолютном нуле — единственный из всех веществ.

Биологическое действие

Инертные газы не обладают химической токсичностью . Однако атмосфера с увеличенной концентрацией инертных газов и соответствующим снижением концентрации кислорода может оказывать удушающее действие на человека, вплоть до потери сознания и смерти . Известны случаи гибели людей при утечках инертных газов.

Ввиду высокой радиоактивности всех изотопов радона он является радиотоксичным. Наличие радона и радиоактивных продуктов его распада во вдыхаемом воздухе вызывает стохастические эффекты хронического облучения, в частности рак .

Инертные газы обладают биологическим действием, которое проявляется в их наркотическом воздействии на организм и по силе этого воздействия располагаются по убыванию в следующем порядке (в сравнении приведены также азот и водород ): Xe — Kr — Ar — N ₂ — H ₂ — Ne — He. При этом ксенон и криптон проявляют наркотический эффект при нормальном барометрическом давлении, аргон — при давлении свыше 0,2 МПа (2 атм ) , азот — свыше 0,6 МПа (6 атм) , водород — свыше 2,0 МПа (20 атм) . Наркотическое действие неона и гелия в опытах не регистрируются, так как под давлением раньше возникают симптомы «нервного синдрома высокого давления» (НСВД) .

Применение

Благородные газы в вакуумных стеклянных колбах, через которые пропущен ток

Лёгкие инертные газы имеют очень низкие точки кипения и плавления, что позволяет их использовать в качестве холодильного агента в криогенной технике . Жидкий гелий , который кипит при 4,2 К (−268,95 °C) , используется для получения сверхпроводимости — в частности, для охлаждения сверхпроводящих обмоток электромагнитов, применяемых, например, для магнитно-резонансной томографии и других приложений ядерного магнитного резонанса . Жидкий неон, хотя его температура кипения (–246,03 °C) и не достигает таких низких значений как у жидкого гелия, также находит применение в криогенике, потому что его охлаждающие свойства ( удельная теплота испарения ) более чем в 40 раз лучше, чем у жидкого гелия, и более чем в три раза лучше, чем у жидкого водорода.

Гелий, благодаря его пониженной растворимости в жидкостях, особенно в липидах, используется вместо азота как компонент дыхательных смесей для дыхания под давлением (например, при подводном плавании ). Растворимость газов в крови и биологических тканях растёт под давлением. В случае использования для дыхания обычного воздуха или других азотсодержащих дыхательных смесей это может стать причиной эффекта, известного как азотное отравление .

Благодаря меньшей растворимости в липидах, атомы гелия задерживаются клеточной мембраной , и поэтому гелий используется в дыхательных смесях, таких как тримикс и гелиокс , уменьшая наркотический эффект газов, возникающий на глубине. Кроме того, пониженная растворимость гелия в жидкостях тела позволяет избежать кессонной болезни при быстром всплытии с глубины. Уменьшение остатка растворённого газа в теле означает, что во время всплытия образуется меньшее количество газовых пузырьков; это уменьшает риск газовой эмболии . Другой инертный газ, аргон, рассматривается как лучший выбор для использования в качестве прослойки к сухому костюму ^{[

неавторитетный источник

]} для подводного плавания.

Аргон, наиболее дешёвый среди инертных газов (его содержание в атмосфере составляет около 1 %), широко используется при сварке в защитных газах, резке и других приложениях для изоляции от воздуха металлов, реагирующих при нагреве с кислородом (и азотом), а также для обработки жидкой стали. Аргон также применяется в люминесцентных лампах для предотвращения окисления разогретого вольфрамового электрода. Также, ввиду низкой теплопроводности, аргон (а также криптон) используют для заполнения стеклопакетов.

После крушения дирижабля « Гинденбург » в 1937 году огнеопасный водород был заменен негорючим гелием в качестве заполняющего газа в дирижаблях и воздушных шарах, несмотря на снижение плавучести на 8,6 % по сравнению с водородом. Несмотря на замену, катастрофа оказала непропорционально большое влияние на всю область герметичных летательных аппаратов легче воздуха и подорвала планы по расширению этой области авиации более чем на полвека. Они стали популярнее только в последнее время, с развитием нановолоконных тканей и альтернативной энергетики.

Цвета и спектры благородных газов

Цвета и спектры благородных газов
Форма	Гелий	Неон	Аргон	Криптон	Ксенон
В колбе под действием электричества
В прямой трубке
В трубках-литерах Периодической таблицы
Cпектр поглощения газа

См. также

Гелиеметрия

Примечания

, , Berglund M., Bièvre P. D., , Holden N. E., Irrgeher J., Loss R. D., Walczyk T., (англ.) // Pure and Applied Chemistry — IUPAC , 2016. — Vol. 88, Iss. 3. — ISSN ; ; —
// Казахстан. Национальная энциклопедия (рус.) . — Алматы: Қазақ энциклопедиясы , 2005. — Т. II. — ISBN 9965-9746-3-2 . (CC BY-SA 3.0)
Благородные газы — статья из Химической энциклопедии
(неопр.) . JINR. Дата обращения: 8 августа 2009. 6 октября 2011 года.
Nash, Clinton S. Atomic and Molecular Properties of Elements 112, 114, and 118 (англ.) // (англ.) (: journal. — 2005. — Vol. 109 , no. 15 . — P. 3493—3500 . — doi : . — .
Wieser M. E. Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure Appl. Chem. : journal. — 2006. — Vol. 78 , no. 11 . — P. 2051—2066 . — doi : .
(неопр.) . Дата обращения: 31 марта 2011. 16 октября 2014 года.
(неопр.) . Дата обращения: 31 марта 2011. Архивировано из 25 июля 2010 года.
Павлов Б. Н. (рус.) . www.argonavt.com (15 мая 2007). Дата обращения: 22 мая 2010. 22 августа 2011 года.
(англ.)

Литература

Беннетт, Питер; Эллиотт, Дэвид. The Physiology and Medicine of Diving (англ.) . — SPCK Publishing, 1998. — ISBN 0-7020-2410-4 .
Bobrow Test Preparation Services. CliffsAP Chemistry (англ.) . — (англ.) (, 2007. — ISBN 0-470-13500-X .
Гринвуд, Н. Н.; Ёрншо, A. Chemistry of the Elements (англ.) . — 2nd. — Oxford:Butterworth-Heinemann, 1997. — ISBN 0-7506-3365-4 .
Хардинг, Чарли Дж.; Джейнс, Роб. Elements of the P Block (англ.) . — Royal Society of Chemistry , 2002. — ISBN 0-85404-690-9 .
Холловэй, Джон. (англ.) . — Лондон : (англ.) (, 1968. — ISBN 0-412-21100-9 .
(англ.) (. (рус.) . — 7-е.
Оджима, Минору; Подосек, Франк. (англ.) . — Cambridge University Press , 2002. — ISBN 0-521-80366-7 .
Вайнхольд, Ф.; Лэндис, C. Valency and bonding (англ.) . — Cambridge University Press , 2005. — ISBN 0-521-83128-8 .
Скерри, Эрик. The Periodic Table, Its Story and Its Significance (англ.) . — Oxford University Press , 2007. — ISBN 0-19-530573-6 .