Благородни газове: определение, видове, свойства и приложения

Благородни газове: изчерпателно ръководство за видове, свойства и приложения — хелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон. Научете защо са инертни и как се използват.

Благородните газове са група химични елементи, които при обичайни условия са газове и се намират в група 18 на периодичната таблица. Те са моноатомни при стандартни условия — всяка молекула се състои от един атом — и традиционно се считат за слабо реактивни поради пълната си външна електронна обвивка (пълна валентна обвивка: 8 електрона за всички, освен за хелия, който има 2 електрона в 1s). Това стабилно електронно разпределение е причината за характерната им инертност, макар че в XX век бяха синтезирани и устойчиви съединения на някои благородни газове.

Видове

• хелий
• неонов
• аргон
• криптон
• Ксенон
• радон

Физични и наличност

Всички тези газове се намират в въздуха и заедно съставляват приблизително 0,96% от атмосферата по обем. По-голямата част от този процент се дължи на аргон, който е най-често срещаният благороден газ в атмосферата; другите са в следи. Някои благородни газове, например хелий, се добиват в значителни количества и от природен газ, където те могат да бъдат концентрирани и извлечени.

Химични свойства и съединения

Поради затворената си валентна обвивка благородните газове са по-рядко включени в химични реакции в сравнение с другите групи елементи. Все пак съществуват доказани изключения:

• Ксенон образува множество флуориди и оксофлуориди (напр. XeF2, XeF4, XeF6) и други съединения; първият стабилен ксенонов комплекс е синтезиран от Нийл Бартлет през 1962 г. (ксенонови съединения са важен пример за реактивността на тежките благородни газове).
• Криптон образува известни флуориди като KrF2.
• За аргон са описани някои екзотични и изключително нестабилни съединения (напр. HArF), които се формират при матрична изолация при много ниски температури.
• Хелий и неон са почти химически неактивни; те нямат стабилни съединения при нормални условия.

Общото заключение е, че реактивността расте леко с увеличаване на атомната маса (напр. ксенон е по-реактивен от хелий), но по-голямата част от благородните газове остават относително инертни.

Цветове в разреждане и използване в осветление

Когато благородните газове се йонизират в разрядни тръби, те излъчват характерна светлина и всеки има различен доминиращ цвят. Тъй като радонът е радиоактивен, той обикновено не се използва за осветление. Ето снимки на това как изглеждат останалите:

Приложения

• Хелий — използва се за пълнене на балони и аеростати, като охладител (особено в течна форма за свръхпроводими магнити като в МРТ апарати), в дихателни смеси (heliox) за лечение на дихателни проблеми и като защитен газ при реакции и заваряване.
• Неон — известен с употребата си в неонови рекламни табели и индикатори, където дава ярък червено-оранжев цвят.
• Аргон — широко използван като защитен газ при електро- и газозаваряване, в производството на метални изделия и в осветителни системи (например пълнеж в стандартни лампи с нажежаема жичка и енергоспестяващи двойни стъкла за топлоизолация).
• Криптон и ксенон — използват се в специализирани осветителни лампи, фотографско осветление, лазери (включително ексимерни и газови лазери), а ксенонът е ценен за силни импулсни светкавици и в двигатели с йонен тласък (йонни двигатели) за космически апарати.
• Радон — поради своята радиоактивност намира ограничено приложение в медицината и научните изследвания, но основният му аспект за обществото е здравният риск при натрупване в жилища (високите нива увеличават риска от рак на белия дроб).

Изотопи и безопасност

Някои благородни газове имат стабилни изотопи (напр. 4He, 20Ne, 36Ar, 84Kr, 132Xe), докато други имат радиоактивни изотопи (най-известен е радон — продукт от разпада на уран и торий в земната кора). Поради това, когато радон прониква в сгради, той представлява здравен риск и е цел на мониторинг и намаляване в жилища и работни помещения.

Елементи извън естествените шест

Вероятно уунуноктият (елемент 118) е следващият член на същата група след радана. Този елемент вече е синтезиран и е получил международното име оганесон (Og), но неговите изотопи имат изключително кратък живот (поредица от милисекунди), което прави практическата му употреба невъзможна с настоящите технологии.

История на откриването

Благородните газове са открити в края на XIX век при изследвания върху въздуха и спектрални анализи. Откриването и систематизирането на групата се свързва с работата на лорд Рейли и сър Уилям Рамзи. За техните приноси Рейли получава Нобелова награда за физика през 1904 г., а Рамзи — Нобелова награда за химия същата година.

Благородните газове продължават да бъдат важна тема както за фундаменталната химия и физика — чрез изучаване на границите на реактивността, така и за множество приложения в промишлеността, медицината и технологиите.

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представляват благородните газове?

Въпрос: Колко са благородните газове?

В: Къде могат да се намерят тези благородни газове?

В: Могат ли да се образуват съединения от благородни газове?

В: Какво се случва, когато благородният газ се използва в тръби със студен катод за получаване на светлина?

Въпрос: Кой открива благородните газове?

Въпрос: Кой елемент следва Радон като част от група 18 в Периодичната таблица?

Търсене по буква