EDELGASSER: EGENSKAPER, KONFIGURASJON, REAKSJONER, BRUK - KJEMI

De edelgasser er et sett av elementer som finnes ved å integrere den gruppe 18 i det periodiske system. I løpet av årene har de også blitt kalt sjeldne eller inerte gasser, begge unøyaktige navn; noen av dem er veldig rikelig ute og inne på planeten Jorden, og de er også i stand til å reagere under ekstreme forhold.

De syv elementene utgjør den kanskje mest unike gruppen i det periodiske systemet, hvis egenskaper og lave reaktiviteter er like imponerende som for edelmetallene. Blant dem paraderer det mest inerte elementet (neon), det nest rikeste av kosmos (helium), og det tyngste og mest ustabile (oganeson).

Gløden til fem av edle gasser i glassflasker eller ampuller. Kilde: Nytt arbeid Alchemist-hp (snakk) www.pse-mendelejew.de); originale enkeltbilder: Jurii, http://images-of-elements.com.

Edelgasser er de kaldeste stoffene i naturen; tåler veldig lave temperaturer før kondensering. Enda vanskeligere er dens frysing, siden dens intermolekylære krefter basert på London-spredning, og atomenes polariserbarhet, er for svake til å knapt holde dem sammenhengende i en krystall.

På grunn av deres lave reaktivitet, er de relativt sikre gasser å lagre og utgjør ikke mange risikoer. Imidlertid kan de fortrenge oksygen fra lungene og forårsake kvelning hvis de inhaleres for høyt. På den annen side er to av medlemmene svært radioaktive elementer og derfor livsfarlige for helsen.

Den lave reaktiviteten til edle gasser brukes også til å gi reaksjoner med en inert atmosfære; slik at ingen reagens eller produkt risikerer å oksidere og påvirke ytelsen til syntesen. Dette favoriserer også elektriske buesveiseprosesser.

På sin side er de i flytende tilstand utmerkede kryogene kjølemedier som garanterer de laveste temperaturene, avgjørende for riktig drift av svært energisk utstyr, eller for at noen materialer kan nå tilstander med superledelse.

Kjennetegn på edle gasser

Til høyre (markert med oransje) er gruppen edle gasser. Fra topp til bunn: Helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) og radon (Rn).

Kanskje er edle gasser de elementene som har flest kvaliteter til felles, både fysiske og kjemiske. Dets viktigste kjennetegn er:

- Alle av dem er fargeløse, luktfrie og smakløse; men når de er lukket i ampuller ved lavt trykk, og de får et elektrisk støt, ioniserer de og gir av fargerike lys (toppbilde).

- Hver edelgass har sitt eget lys og spekter.

- De er monatomiske arter, de eneste i den periodiske tabellen som kan eksistere i deres respektive fysiske tilstander uten deltakelse av kjemiske bindinger (siden metaller er forbundet med metallisk binding). Derfor er de perfekte for å studere gassenes egenskaper, da de tilpasser seg veldig den sfæriske modellen til en ideell gass.

- De er vanligvis elementene med lavest smelte- og kokepunkt; så mye at helium ikke en gang kan krystallisere ved absolutt null uten en økning i trykket.

- Av alle elementene er de minst reaktive, enda mindre enn edelmetallene.

- Deres ioniseringsenergier er de høyeste, så vel som deres elektronegativiteter, forutsatt at de danner rent kovalente bindinger.

- Atomradiiene deres er også de minste fordi de er ytterst til høyre i hver periode.

De 7 edle gassene

De syv edle gasser er, fra topp til bunn, synkende gjennom gruppe 18 i det periodiske systemet:

-Helio, han

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Alle av dem, bortsett fra det ustabile og kunstige oganesonet, har blitt studert for deres fysiske og kjemiske egenskaper. På grunn av sin store atommasse antas Oganeson ikke engang å være en gass, men snarere en edel væske eller fast stoff. Lite er kjent om radon, på grunn av dens radioaktivitet, i forhold til helium eller argon.

Elektronisk konfigurasjon

Det er blitt sagt at edle gasser har valensskallet fullt fylt. Så mye at de elektroniske konfigurasjonene deres brukes til å forenkle de for andre elementer ved å bruke symbolene deres i parentes (,,, etc.). Dens elektroniske konfigurasjoner er:

-Helium: 1s ² , (2 elektroner)

-Neon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ , (10 elektroner)

-Argon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ , (18 elektroner)

-Krypton: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ , (36 elektron)

-Xenon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁶ , (54 elektroner)

-Radon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 4f ¹⁴ 5s ² 5p ⁶ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ⁶ , (86 elektroner)

Det viktige er ikke å huske dem, men å detaljere at de ender i ns ² np ⁶ : valence octet. På samme måte er det forstått at dets atomer har mange elektroner, som på grunn av den store effektive kjernekraften er i et mindre volum sammenlignet med det for de andre elementene; det vil si at atomradiene deres er mindre.

Derfor utviser deres elektroniske tette atomradier et kjemisk kjennetegn som alle edle gasser har: de er vanskelige å polarisere.

polarisasjonsevne

Edle gasser kan tenkes som sfærer av elektronskyer. Når den synker gjennom gruppe 18, øker dens radier, og på samme måte avstanden som skiller kjernen fra valenselektronene (de fra ns ² np ⁶ ).

Disse elektronene føler en mindre attraktiv kraft av kjernen, de kan bevege seg mer fritt; kulene deformeres lettere jo større de er. Som en konsekvens av slike bevegelser vises regioner med lave og høye elektrontettheter: δ + og δ-polene.

Når atomet til en edel gass er polarisert, blir det en øyeblikkelig dipol som er i stand til å indusere en annen til nabomassen; det vil si at vi er foran Londons spredende krefter.

Det er grunnen til at intermolekylære krefter øker fra helium til radon, gjenspeilet i deres økende kokepunkt; og ikke bare det, men også reaktivitetene deres økes.

Når atomene blir mer polariserte, er det en større mulighet for at deres valenselektroner deltar i kjemiske reaksjoner, hvoretter edle gassforbindelser genereres.

reaksjoner

Helium og neon

Blant edle gasser er de minst reaktive helium og neon. Faktisk er neon det mest inerte elementet av alle, selv om dets elektronegativitet (fra dannelse av kovalente bindinger) overstiger det som fluor.

Ingen av dets forbindelser er kjent under terrestriske forhold; Imidlertid er eksistensen av molekylæret HeH ⁺ i Cosmos ganske sannsynlig . På samme måte når de er elektronisk begeistret, er de i stand til å samhandle med gassformede atomer og danne kortvarige nøytrale molekyler kalt eksimere som HeNe, CsNe og Ne ₂ .

På den annen side, selv om de ikke anses som forbindelser i formell forstand, kan He- og Ne-atomer gi opphav til Van der Walls molekyler; det vil si forbindelser som holdes "sammen" ganske enkelt av spredningskrefter. For eksempel: Ag ₃ He, HeCO, HeI ₂ , CF ₄ Ne, Ne ₃ Cl ₂ og NeBeCO ₃ .

Tilsvarende kan slike Van der Walls-molekyler eksistere takket være svake ion-induserte dipol-interaksjoner; for eksempel: Na ⁺ He ₈ , Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ og Cu ⁺ Ne ₁₂ . Merk at det til og med er mulig for disse molekylene å bli agglomerater av atomer: klynger.

Og til slutt kan Han- og Ne-atomer bli "fanget" eller innkalkulert i endohedrale komplekser av fullerener eller klatrater, uten å reagere; for eksempel: ₆₀ , (N ₂ ) ₆ Ne ₇ : He (H ₂ O) ₆ og Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃ .

Argon og krypton

Edelgassene argon og krypton, fordi de er mer polariserende, har en tendens til å presentere flere "forbindelser" enn helium og neon. Imidlertid er en del av dem mer stabile og karakteriserbare, ettersom de har en lengre levetid. Blant noen av dem er HArF, og molekylæret ArH ⁺ , til stede i tåker ved virkningen av kosmiske stråler.

Fra krypton begynner muligheten for å få forbindelser under ekstreme, men bærekraftige forhold. Denne gassen reagerer med fluor i henhold til følgende kjemiske ligning:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Merk at krypton skaffer seg et oksidasjonsnummer på +2 (Kr ²⁺ ) takket være fluor. KrF ₂ kan faktisk syntetiseres i omsettelige mengder som et oksiderende og fluoriserende middel.

Argon og krypton kan etablere et bredt repertoar av clathrates, endohedrale komplekser, Van der Walls molekyler, og noen forbindelser som venter på oppdagelse etter deres spådde eksistens.

Xenon og radon

Xenon er kongen av reaktivitet blant edle gasser. Det danner de virkelig stabile, omsettelige og karakteriserbare forbindelsene. Faktisk ligner reaktiviteten den på oksygen under de rette forhold.

Hans første syntetiserte forbindelse var "XePtF ₆ ", i 1962 av Neil Bartlett. I følge litteraturen besto dette saltet faktisk av en sammensatt blanding av andre fluorerte salter av xenon og platina.

Dette var imidlertid mer enn nok for å demonstrere affiniteten mellom xenon og fluor. Blant noen av disse forbindelsene har vi: XeF ₂ , XeF ₄ , XeF ₆ og ⁺^- . Når XeF ₆ løses opp i vann, genererer det et oksid:

XeF ₆ + 3 H ₂ O → XeO ₃ + 6 HF

Dette xeo ₃ kan stamme de arter som er kjent som xenatos (HXeO ₄^- ) eller xenic syre (H- ₂ xeo ₄ ). Xenater uforholdsmessige til perxenater (XeO ₆^4- ); og dersom mediet surgjøres deretter, i peroxenic syre (H- ₄ xeo ₆ ), som dehydratiseres for xenon-tetroksyd (xeo ₄ ):

H ₄ XeO ₆ → 2 H ₂ O + XeO ₄

Radon skal være den mest reaktive av edle gasser; Men den er så radioaktiv at den knapt har tid til å reagere før den går i oppløsning. De eneste forbindelsene som er blitt fullstendig syntetisert er fluorid (RnF ₂ ) og oksid (RnO ₃ ).

Produksjon

Luftskjøling

Edelgassene blir rikelig i universet når vi stiger ned gjennom gruppe 18. I atmosfæren er helium imidlertid mangelvare, siden jordens gravitasjonsfelt ikke kan beholde det i motsetning til andre gasser. Derfor ble det ikke oppdaget i luften, men i solen.

På den annen side er det betydelige mengder argon i luften, som kommer fra det radioaktive forfallet av radioisotopen ⁴⁰ K. Luft er den viktigste naturlige kilden til argon, neon, krypton og xenon på planeten.

For å produsere dem, må luften først være flytende slik at den kondenserer til en væske. Deretter gjennomgår denne væsken en brøkdestillasjon, og separerer således hver av komponentene i blandingen (N ₂ , O ₂ , CO ₂ , Ar, etc.).

Avhengig av hvor lav temperatur og overflod av gassen må være, øker prisene, og rangerer xenon som den dyreste, mens helium er billigst.

Destillasjon av naturgass og radioaktive mineraler

Helium er på sin side oppnådd fra en annen fraksjonert destillasjon; men ikke fra luft, men fra naturgass, beriket med helium takket være frigjøring av alfapartikler fra radioaktivt thorium og uranmineraler.

På samme måte blir "radon" født fra det radioaktive forfallet av radium i sine respektive mineraler; men på grunn av deres lavere overflod, og den korte halveringstiden til Rn-atomer, er deres overflod latterliggjort sammenlignet med deres kongener (de andre edle gassene).

Og til slutt er oganeson en svært radioaktiv, ultramassisk, menneskeskapt edel "gass", som bare kan eksistere kort under kontrollerte forhold i et laboratorium.

farer

Hovedrisikoen for edle gasser er at de begrenser bruken av oksygen av mennesker, spesielt når det produseres en atmosfære med høy konsentrasjon. Derfor anbefales det ikke å inhalere dem for mye.

I USA er det påvist en høy konsentrasjon av radon i jordarike med uran, noe som på grunn av dets radioaktive egenskaper kan være en helserisiko.

applikasjoner

Industri

Helium og argon brukes til å skape en inert atmosfære for beskyttelse under sveising og skjæring. I tillegg brukes de i fremstilling av halvledere av silisium. Helium brukes som fyllgass i termometre.

Argon, i kombinasjon med nitrogen, brukes til fremstilling av glødelamper. Krypton blandet med halogener, for eksempel brom og jod, brukes i utladelamper. Neon brukes i lyse tegn, blandet med fosfor og andre gasser for å farge den røde fargen.

Xenon brukes i buelamper som avgir lys som ligner dagslys, som brukes i billys og projektorer. Edelgassene blandes med halogener for å produsere ArF, KrF eller XeCl, som brukes i produksjonen av excimer-lasere.

Denne typen laser produserer et kortbølget ultrafiolett lys som produserer bilder med høy presisjon og brukes til fremstilling av integrerte kretsløp. Helium og neon brukes som kryogene kjølemedier.

Ballonger og pustetanker

Helium brukes som erstatning for nitrogen i luftveisblandingen, på grunn av dens lave løselighet i kroppen. Dette unngår dannelse av bobler under dekompresjonsfasen under oppstigningen, i tillegg til å eliminere nitrogen-narkosen.

Helium har erstattet hydrogen som gass som gjør det mulig å heve luftskip og varmluftsballonger, fordi det er en lett og ikke-brennbar gass.

Medisin

Helium brukes til fremstilling av superledende magneter som brukes i kjernemagnetisk resonansutstyr - et flerbruksverktøy innen medisin.

Krypton brukes i halogenlamper som brukes i laser øyeoperasjoner og angioplastikk. Helium brukes for å lette pusten hos astmatiske pasienter.

Xenon brukes som bedøvelsesmiddel på grunn av dets høye lipidløselighet, og antas å være fremtidens bedøvelse. Xenon brukes også i lungemedisinsk avbildning.

Radon, en radioaktiv edelgass, brukes i strålebehandling for noen typer kreft.

andre

Argon brukes i syntesen av forbindelser som erstatter nitrogen som en inert atmosfære. Helium brukes som bærergass i gasskromatografi, så vel som i Geiger-tellere for å måle stråling.

referanser

Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Læring.
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (06. juni 2019). Noble Gases Egenskaper, bruksområder og kilder. Gjenopprettet fra: thoughtco.com
Wikipedia. (2019). Edel gass. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
Philip Ball. (2012, 18. januar). Umulig kjemi: Tvinge edle gasser til å fungere. Gjenopprettet fra: newscientist.com
Professor Patricia Shapley. (2011). Noble Gas Chemistry. Gjenopprettet fra: butane.chem.uiuc.edu
Gary J. Schrobilgen. (28. februar 2019). Edel gass. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com

EDELGASSER: EGENSKAPER, KONFIGURASJON, REAKSJONER, BRUK - KJEMI - 2025