Что такое инертный газ - Flm-Krym.ru
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (пока оценок нет)
Загрузка...

Что такое инертный газ

Инертные газы

В 1893 г. было обращено внимание на несовпа­дение плотностей азота из воздуха и азота, получаемого при разло­жении азотных соединений: литр азота из воздуха весил 1,257 г, а по­лученного химическим путем—1,251 г. Произведенное для выяснения этого загадочного обстоятельства очень точное изучение состава воз­духа показало, что после удаления всего кислорода и азота получался небольшой остаток (около 1%), который ни с чем химически не реагировал.

Открытие нового элемента, названного аргоном (по-гре­чески — недеятельный), представило, таким образом, «торжество третьего десятичного знака». Молекулярный вес аргона оказался рав­ным 39,9 г/моль.

Следующий по времени открытия инертный газ — гелий («солнеч­ный») был обнаружен на Солнце раньше, чем на Земле. Это оказа­лось возможным благодаря разработанному в 50-х годах прошлого века методу спектрального анализа.

Через несколько лет после открытия аргона и гелия (в 1898 г.) были выделены из воздуха еще три инертных газа: неон («новый»), криптон («скрытый») и ксенон («чуждый»). Насколько трудно было их обнаружить, видно из того, что 1 м 3 воздуха, наряду с 9,3 л аргона, содержит лишь 18 мл неона, 5 мл гелия, 1 мл криптона и 0,09 мл ксе­нона.

Последний инертный газ — радон был открыт в 1900 г. при изуче­нии некоторых минералов. Содержание его в атмосфере составляет лишь 6-10 -18 % по объему (что соответствует 1—2 атомам в кубиче­ском сантиметре). Было подсчитано, что вся земная атмосфера содер­жит лишь 374 литра радона.

Все инертные газы бесцветны и состоят из одноатомных мо­лекул. Разделение инертных га­зов основано на различии их физических свойств.

Инертные газы бесцветны и не имеют запаха. В небольшом количестве они присутствуют в воздухе.Инертные газы не ядовиты. 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 аргона.

Температура плавле­ния, °С

Количество тепла, необходи­мое для перевода вещества из твер­дого состояния в жидкое, носит на­звание теплоты плавления, а для пе­ревода из жидкого состояния в паро­образное — теплоты испарения. Обе величины относят обычно к переходам, происходящим под нормальным давлением. Для инертных газов они имеют следующие значе­ния (ккал/г-атом):

Ниже сопоставлены критические температурыинертных газов и те давления, которые необходимы и достаточны для ихперевода при этих температурах из газообразного состояния в жидкое, — критические давления:

Критическая температура, °С

Критическое давление, атм

Это интересно:

Вопрос об атомности молекулы аргона был разрешен при помощи кинетиче­ской теории. Согласно ей, количество тепла, которое нужно затратить для нагревания грамм-молекулы газа на одни градус, зависит от числа атомов в его моле­куле. При постоянном объеме грамм-молекула одноатомного газа требует 3 кал, двухатомного — 5 кал. Для аргона опыт давал 3 кал, что и указывало на одноатомность его молекулы.То же относится и к другим инертным газам.

Гелий был последним из газов переведен в жидкое и твердое состояние. По отношению к нему имели место особые трудности, обусловленные тем, что в резуль­тате расширения при обычных температурах гелий не охлаждается, а нагревается. Лишь ниже —250 °С он начинает вести себя «нормально». Отсюда следует, что обыч­ный процесс ожижения мог быть применим к гелию лишь после его предварительного очень сильного охлаждения. С другой стороны, и критическая температура гелия ле­жит крайне низко. В силу этих обстоятельств благоприятные результаты при работе с гелием были получены лишь после овладения методикой оперирования с жидким водородом, пользуясь испарением которого только и можно было охладить гелий до нужных температур. Получить жидкий гелий удалось впервые в 1908 г., твердый гелий—в 1926 г.

Для инертных газов характерно полное (Не, Ne, Аr) или почти пол­ное (Кг, Хe, Rn) отсутствие химической активности. В периодической системе они образуют особую группу (VIII). Вскоре после открытая инертных газов образованная ими в периодической системе новая группа была названа нулевой, чтобы подчеркнуть этим нулевую ва­лентность данных элементов, т. е. отсутствие у них химической активности. Такое на­звание часто применяется и в настоя­щее время, однако по существу пе­риодического закона правильнее счи­тать группу инертных газов восьмой, так как этими элементами соответ­ствующие периоды не начинаются, а заканчиваются.

Отсутствие у тяжелых инертных газов полной химической инертно­сти было обнаружено лишь в 1962 г. оказалось, что они способны соединяться с наиболее активным металлоидом — фтором (и только с ним). Ксенон (и радон) реагируют довольно легко, криптон — гораздо труднее. Получены XeF2, XeF4, XeF6 и малоустойчивый KrF2. Все они представляют собой бесцветные летучие кристаллические вещества.

Ксенондифторид (XeF2)-медленно образуется под действием дневного света на смесь Xe и F2 при н.у. Обладает характерным тошнотворным запахом. Для образования молекулы требуется возбуждение атома ксенона от 5s 2 5p 6 до ближайшего двухвалентного состояния 5s 2 5p 5 s 1 – 803кдж/моль, до 5s 2 5p 5 6p 1 -924 кдж/моль, 25s 2 5p 1 6d 1 – 953 кдж/моль.

В воде растворяется 0,15 моль/л. Раствор является очень сильным окислителем. Раствор разлагается по схеме:

XeF2+H2 O→HF+Xe+O2↑(процесс происходит быстрее в щелочной среде, медленнее в кислой).

Читайте также:  Что делать, если коллектив настроен против вас?

Ксенонтетрафторид-образуется из простых веществ, реакция сильно экзотермична, является наиболее устойчивым из всех фторидов.

Качественная реакция на тетрафторид ксенона:

Тетрафторид ксенона разлагается по схемам:

3Xe 4+ →Xe 6+ +2Xe 0 (в кислой среде).

Xe 4+ →Xe 0 +Xe 8+ (в щелочной среде).

Ксенонгексафторид- бесцветный, известен в 3 кристаллических модификациях. При 49 ℃, переходя в жёлтую жидкость, при затвердевании вновь обесцвечивается. Пары имеют бледно-жёлтую окраску. Разлагается с взрывом. Под действием влажного воздуха гидролизуются:

OXeF4 бесцветная жидкость, менее реакционно способен ,чем XeF6.Образует кристаллогидраты с фторидами щелочных металлов, например: KF∙OXeF4

Дальнейшим гидролизом можно получить триоксид ксенона:

XeO3 бесцветное взрывчатое вещество, расплывающееся на воздухе. Распадается со взрывом, но при аккуратном нагревании при 40 градусов по Цельсию, происходит реакция:

Есть кислота, формально отвечающая данному оксиду- H2XeO4.Есть соли, соответствующие данной кислоте: MHXeO4 или MH5XeO6, кислота(M- от натрия до цезия), отвечающая последней соли была получена :

В сильнощелочной среде Xe 6+ дисмутирует:

4Xe 6+ →Xe 0 +3Xe 8+

Дифторид криптона — летучие бесцветные кристаллы , химически активное вещество. При повышенных температурах разлагается на фтор и криптон . Был впервые получен дейсвтием электрического разряда на смесь веществ, при -188 ℃:

Водой разлагается по схеме:

Инертные газы находят довольно разнообразное практическое при­менение. В частности, исключительно важна роль гелия при получении низких температур, так как жидкий гелий является самой холодной из всех жидкостей.Искусственный воздух, в составе которого азот заме­нен гелием, был впервые применен для обеспечения дыхания водолазов. Растворимость газов с возрастанием давления сильно увеличивается, поэтому у опускающегося в воду и снабжаемого обычным воздухом водолаза кровь растворяет азота больше, чем в нормальных условиях. При подъеме, когда давление падает, растворенный азот начинает выде­ляться и его пузырьки частично закупоривают мелкие крове­носные сосуды, нарушая тем самым нормальное кровообра­щение и вызывая приступы «кессонной болезни». Благо­даря замене азота гелием болезненные явления резко ослабляются вследствие гораздо меньшей растворимости гелия в крови, что особенно сказывается именно при повы­шенных давлениях. Работа в атмосфере «гелийного» воздуха позволяет водолазам опускаться на большие глубины (свыше 100 м) и значительно удлинять сроки пребы­вания под водой.

Так как плотность такого воздуха примерно в три раза меньше плотности обыч­ного, дышать им гораздо легче. Этим обусловлено большое медицинское значение гелийного воздуха при лечении астмы, удуший и т. п., когда даже кратковременное облегчение дыхания больного может спасти ему жизнь. Подобный гелийному, «ксено­новый» воздух (80% ксенона, 20% кислорода) оказывает при вдыхании сильное нар­котическое действие, что может найти медицинское использование.

Неон и аргон широко используются электротехнической промышленностью. При прохождении электрического тока сквозь заполненные этими газами стеклянные трубки газ начинает светиться, что применяется для оформления световых надписей.

Мощные неоновые трубки этого типа особенно пригодны для маяков и других сигнальных устройств, так как их красный свет мало задерживается туманом. Цвет свечения гелия по мере уменьшения его давления в трубке меняется от розового через желтый к зеленому. Для Аr, Кr и Хе характерны различные оттенки голубого цвета.

Аргон (обычно в смеси с 14% азота) служит также для заполнения электроламп. Вследствие значительно меньшей теплопроводности еще лучше подходят для этой цели криптон и ксенон: заполненные ими электролампы дают больше света при том же расходе анергии, лучше выдерживают перегрузку и долговечнее обычных.

Автор статьи: Каштанов Артём Денисович

Редактор: Харламова Галина Николаевна

Почему некоторые газы называются «благородными»?

Даже если вы очень далеки от химии, скорее всего, вы хотя бы раз в своей жизни могли услышать выражение «благородные газы». К ним относятся всем известные неон, криптон, аргон, ксенон, гелий и радон. Так почему же именно газы стали называться благородными? И в чем же именно заключается их благородство? Давайте попробуем разобраться вместе.

Благородных газов в природе всего 6: Неон, Криптон, Аргон, Ксенон, Гелий и Радон

Что такое инертные газы?

Благородные газы, известные в химии благодаря своему уникальному свойству не смешиваться с другими веществами, также часто называют инертными. Как можно судить из названия, “благородство” инертных газов не позволяет им взаимодействовать с более простыми субстанциями и даже друг с другом. Такая избирательность благородных газов вызвана их атомным строением, которое проявляется в замкнутой внешней электронной оболочке, не позволяющей радону, гелию, ксенону, аргону, криптону и неону обмениваться своими электронами с атомами других газов.

Самым распространенным инертным газом в природе считают аргон, который занимает почетное третье место по содержанию в атмосфере Земли после азота и кислорода. У аргона нет вкуса, запаха и цвета, однако именно этот газ считается одним из самых распространенных во Вселенной. Так, наличие этого газа наблюдается даже в некоторых планетарных туманностях и в составе некоторых звезд.

При нагревании в газоразрядной трубке аргон приобретает розовый оттенок

Самым редким благородным газом в природе считают ксенон, который несмотря на свою редкость, содержится в атмосфере Земли наряду с аргоном. Ксенон обладает наркотическими свойствами и часто применяется в медицине в качестве анестезирующего средства. Кроме того, согласно данным Всемирного антидопингового агентства, ингаляции этого редкого газа имеют допинговый эффект, влияющий на физическое состояние применяющих его спортсменов. Заполнение ксеноном легких человека приводит к временному понижению тембра голоса, что является эффектом, обратным применению гелия.

Читайте также:  Что такое hardware и software

При нагревании ксенон светится фиолетовым цветом

Четверо остальных благородных газов — Радон, Гелий, Неон и Криптон — также обладают своими уникальными свойствами. Все они не имеют какого-либо специфического вкуса, запаха или цвета, однако присутствуют в атмосфере Земли в небольших количествах и важны для нашего дыхания. Так, гелий считается одним из самых распространенных элементов в космосе, а его наличие в атмосфере Солнца, в составе других звезд Млечного Пути и некоторых метеоритов подтверждено научными данными.

Если вам нравится данная статья, приглашаю вас присоединиться к нашему каналу на Яндекс.Дзен, где вы сможете найти еще больше полезной информации из мира популярной науки и техники.

Неон, светящийся при нагревании красноватым оттенком, получается из воздуха при его глубоком охлаждении. Из-за сравнительно небольшой концентрации этого инертного газа в атмосфере планеты, неон чаще всего получают в качестве побочного продукта при добыче аргона.

Радон — радиоактивный инертный газ, который может представлять опасность для человеческого здоровья. Газообразный радон способен светиться голубым или синим светом, постепенно облучая человека и даже приводя к онкологическим заболеваниям. Несмотря на это, в медицине часто применяются так называемые радоновые ванны, которые позволяют добиться положительного эффекта при лечении болезней центральной нервной системы.

Радоновое озеро в селе Лопухинка Ленинградской области

И наконец, последний благородный газ, который можно найти в природе — криптон. Это один из самых редких благородных газов во Вселенной. В отличии от остальных инертных газов, этот газ при определенных условиях может испускать резкий запах, схожий с запахом хлороформа. Воздействие криптона на человека и животных крайне мало изучено из-за невероятной редкости этого газа.

Где применяются благородные газы?

Самыми применяемыми человеком инертными газами считаются аргон, гелий и неон, которые используются повсеместно от физики до медицины. Так, гелий используется при сварке металлов и в качестве хладоносителя при проведении лабораторных экспериментов. Неон и аргон часто применяются при изготовлении ламп накаливания и в металлургии, при изготовлении алюминиевых сплавов.

Благодаря своим уникальным свойствам, благородные газы нашли свое применение в разных отраслях науки

Остальные благородные газы чаще всего используются в медицине. Как уже упоминалось выше, радон находит свое применение в медицине, а ксенон и криптон используются в качестве наполнителя осветительных ламп.

Благородные (инертные) газы.

Благородные газы (инертные либо редкие газы) — группа химических элементов с похожими свойствами: при нормальных условиях они являются одноатомными газами. Это химические элементы, которые образуют главную подгруппу 8-й группы периодической системы Менделеева.

При обычных условиях – это газы без цвета, вкуса и запаха, плохо растворимые в воде, не возгораются при нормальных условиях, с очень низкой химической реактивностью. Их температуры плавления и кипения закономерно увеличиваются с увеличением атомного номера.

Среди всех благородных газов лишь у Rn нет стабильных изотопов и только он является радиоактивным химическим элементом.

Редкими (инертными) газами являются:

В последнее время к этой группе также причисляют унуноктий (Uuo) (118).

Все инертные газы собой завершают соответствующий период в Периодической системе и имеют полностью завершенный, устойчивый внешний электронный уровень.

У инертных газов электронная конфигурация ns 2 np 6 (у гелия 1s 2 ) и они образуют VIIIА группу. С возрастанием порядкового номера увеличиваются радиусы атомов и их способность к поляризуемости, что приводит к увеличению межмолекулярных взаимодействий, к увеличению Тпл и Ткип, к улучшению растворимости газов в воде и других растворителях. Для инертных газов существуют такие известные группы соединений: молекулярные ионы, соединения включения, валентные соединения.

Инертные газы относятся к последней при этом они занимают первые 6 периодов и относятся к 18-й группе в периодической таблице химических элементов. Флеровий – элемент 14-й группы показывает некоторые свойства благородных газов, поэтому он способен заменить в периодической таблице унуноктий. Благородные газы неактивны химически и могут принимать участие в химических реакциях только в экстремальных условиях.

Цвета и спектры инертных газов.

Цвета и спектры благородных газов. В первой строке таблицы изображены благородные газы в колбах, через которые пропущен ток, во второй — сам газ в трубке, в третьей — в трубках, которые изображают обозначение элемента в периодической таблице Менделеева.

Гелий

Неон

Аргон

Криптон

Ксенон

Распространенность инертных (редких) газов в природе.

Из-за того, что инертные газы обладают химической инертностью, их довольно долго не получалось обнаружить, и их открытие состоялось лишь во 2-й половине XIX века.

Гелий – является вторым (после водорода) по распространенности элементом во Вселенной, в земной коре содержание гелия составляет лишь 1 · 10-6 масс. %. Гелий является продуктом радиоактивного распада и содержится в пустотах горных пород и в природном газе.

Все благородные газы являются составляющими воздуха. В 1 м 3 воздуха находится 9,3 л аргона, 18 мл неона, 5 мл гелия, 1 мл криптона и 0,09 мл ксенона. Солнце приблизительно на 10% состоит из гелия, образующийся из водорода по реакции ядерного синтеза:

Читайте также:  Что такое добавленная стоимость

(β + – позитрон, – антинейтрино). В спектре излучения Солн­ца довольно интенсивно проявляются линии гелия, которые были впервые обнаружены в 1868 г. На Земле гелий был найден только в 1895 г. при спектральном анализе газов, выделяющихся при растворении в кислотах минерала клевеита U2О3. Уран, входящий в состав минерала, самопроизвольно распадается по уравнению:

В небольшом количестве они присутствуют в воздухе и некоторых горных породах, а также в атмосферах некоторых планет-гигантов.

Промышленное использование инертных газов основано на их низкой химической активности или специфических физические свойствах.

Некоторые характеристики элементов VIIIА подгруппы (инертных газов).

Элемент

Радиус атома, нм

Первый потенциал ионизации, эВ

Tпл., K

Tкип., K

Относительная поляризуемость атома, усл. ед.

Энергия возбужденного электрона, эВ

Инертные газы атмосферы: роль и причины появления

Наша планета окружена газовой оболочкой, которая простирается ввысь от поверхности Земли на сотни километров, постепенно переходя в околоземное межпланетное пространство. Ее формирование происходило при участии самых различных химических элементов, при этом не последнюю роль в этом процессе сыграли и инертные газы атмосферы. Это особые химические элементы, которые обладают очень похожими свойствами.

В нормальных условиях любой инертный газ представляет собой газообразное вещество с простой одноатомной структурой. Это означает, что его атомы не образуют связей друг с другом. Кроме того, у него отсутствует запах, цвет и вкус. Еще одной важной особенностью благородных газов является то, что они являются химически неактивными, поэтому могут принимать участие в различных химических реакциях лишь в особо редких случаях и только при наступлении экстремальных условий.

Что же касается инертных газов атмосферы, то их несколько. Это аргон, гелий, неон, криптон, ксенон и радон. Каждый из них обладает своими особыми качествами и свойствами, а также используется в различных направлениях деятельности человека. Многие из них могут быть получены только искусственным путем (при расщеплении воздуха).

Что следует знать об истории появления атмосферы?

Газовая оболочка Земли возникла миллионы лет назад. Произошло это из-за многочисленных вулканических извержений, которые возникали на нашей планете в давние времена, а также в процессе испарения компонентов небесных тел, падающих на ее поверхность. Считается, что всего за историю своего существования она пребывала в трех разных состояниях, а именно:

  • Первичном. В тот период ее основой были легкие газы, в первую очередь гелий и водород, которые впоследствии улетучились в космическое пространство.
  • Вторичном. При формировании вторичного состава важную роль сыграли другие химические элементы, которые насыщали ее по мере того, как различные процессы происходили на планете. В первую очередь это касается вулканической активности. Газовая оболочка Земли насыщалась двуокисью углерода, водяным паром, аммиаком и другими веществами.
  • Третичном. Это именно та атмосфера, которая известна человечеству. Она возникала постепенно по мере улетучивания легких компонентов в космическое пространство, а также по мере возникновения многочисленных химических реакций в ее среде. По сравнению с предыдущими состояниями, фаза отличается меньшим содержанием водорода, в то время как значительно возросло количество диоксида углерода и азота.

Следует отметить, что современная атмосфера – это смесь различных газообразных веществ, пыли, солей, продуктов горения и воды в жидком или кристаллическом состоянии. Ее состав остается относительно стабильным и не меняется в течении 500 миллионов лет.

Практически все компоненты воздушной среды Земли содержатся в ней в том же количестве, что и ранее, то есть их концентрация остается неизменной. Это же касается и инертных газов атмосферы. Но есть компонент, количество которого в ней неуклонно растет – это диоксид углерода. Объемы содержания CO2 постепенно увеличиваются с середины 19-го века.

Какую роль играют инертные газы атмосферы?

Они не выполняют какой-либо важной роли в процессах, влияющих на состояние газовой оболочки нашей планеты. В то же время сам факт их присутствия позволяет сделать возможным и облегчить проведение научных атмосферных исследований.

В различных ее слоях представлено невероятно малое количество инертных компонентов по сравнению с некоторыми другими планетами нашей солнечной системы и Вселенной в целом. Особенно редкими являются криптон, неон, радон и ксенон. Тем не менее, некоторое количество таких веществ возникает в процессе извержения вулканов, а также при распаде некоторых химэлементов.

в колбах под действием электрического тока

Самым большим процентом содержания в атмосферных слоях отличается аргон. По некоторым данным его концентрация составляет до 1% от общей массы газовой среды. Этот элемент возникает вследствие распада радиоактивных веществ внутри земной коры.

Узнать какой технологией получают аргон для его дальнейшего использования в промышленности вы можете в этой статье.

Выводы по атмосферным благородным газам

Атмосфера планеты Земля формировалась в течение миллионов лет. Сегодня в ней представлено некоторое количество инертных газов, хотя многие из них содержатся в очень малом объеме, поэтому получить их непросто. Предлагаем вам также прочесть наш материал об источниках получения гелия.

Чтобы приобрести технические газовые продукты, вы можете посетить сайт компании «ПРОМТЕХГАЗ».

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector