Back to chapter

8.8:

Soygaz

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Noble Gases

Languages

Share

Grup 18 altında sınıflandırılan ametal elementlere helyum, neon, argon, kripton, ksenon ve radon soy gazlar denir. Bu elementler tek atomlu türler olarak ortaya çıkar ve oda sıcaklığında gaz olarak bulunurlar. Radon, 18.gruptaki tek radyoaktif elementtir. Grupta aşağı doğru indikçe elementlerin kaynama noktaları, yoğunlukları ve atomik yarıçapları artar ve bu da her bir ardışık elementin iyonlaşma enerjilerinin azalmasına sebep olur. Yine de soy gazlar, periyodik tablodaki diğer tüm elementlere kıyasla yüksek ilk iyonlaşma enerjisine sahiptir.Bunun nedeni, bu elementlerin tam sekizli kararlı elektron konfigürasyonlarına sahip olmasıdır. Bir elektronun uzaklaştırılması, büyük miktarda enerji girişini gerektirir ve bu da elverişsizdir. Soy gazlar ayrıca pozitif elektron afinite değerlerine sahiptir.Bunun anlamı, gaz halindeki bir atoma ek bir elektron eklemek için enerji gerekmesidir. Soy gazlar, valans kabukları halihazırda tamamlandığından ve gelen elektronun daha yüksek bir temel kuantum kabuğuna girmesi gerektiğinden, elektron kazanmaya direnirler. Soy gazların yüksek stabilitesi, birçok endüstriyel uygulamada faydalanılan kimyasal inertliklerini meydana getirir.Örneğin argon, ampulün ömrünü uzatarak tungsten filamanların oksidasyonunu önlemek için gazla doldurulmuş elektrik ampulleri üretmek için kullanılır. Helyum, kolayca oksitlenebilir metallerin eritilmesi ve kaynaklanması sırasında inert bir atmosfer oluşturmak için kullanılır. Asal gazların başlangıçta kimyasal olarak tamamen tepkisiz olduğu düşünülürdü ve inert gazlar olarak adlandırılıyordu.Ancak, altmışların başında Neil Barlett bazı istisnalar keşfetti. Örneğin, asal gazlardan en düşük iyonlaşma enerjisine sahip olan ksenonun, en elektronegatif element olan flor ile reaksiyona girdiği görülmüştür. Fazla miktarda ksenon gazının flor gazı ile ısıtılmasıyla elde edilen ksenon diflorür, kararlı, kristal bir malzemedir.Ksenon tetraflorür ve ksenon heksaflorür gibi diğer bileşikler de benzer şekilde hazırlanabilir. Elektronegatif element oksijene sahip ksenon bileşikleri, ksenon florürlerdeki flor atomlarının oksijen ile değiştirilmesiyle üretilebilir. Örneğin, ksenon heksaflorür su ile reaksiyona girerek bir ksenon trioksit çözeltisi oluşturur.

8.8:

Soygaz


Grup 18’deki elementler soy gazlardır (helyum, neon, argon, kripton, ksenon ve radon). Valans kabukları doldurduklarından reaktif olmadıkları varsayıldığı için “soy” adını kazandılar. 1962’de British Columbia Üniversitesi’nden Dr. Neil Bartlett bu varsayımın yanlış olduğunu kanıtladı.

Bu elementler atmosferde küçük miktarlarda bulunur. Bazı doğal gaz kütlece %1–2 helyum içerir. Helyum, yoğunlaştırılabilir bileşenlerin sıvılaştırılmasıyla doğal gazdan izole edilir, sadece bir gaz olarak adlandırılır. Radon diğer radyoaktif elementlerden gelir. Daha yakın zamanlarda, bu radyoaktif gazın topraklarda ve minerallerde çok az miktarda bulunduğu gözlenmiştir. Bununla birlikte, iyi yalıtılmış, sıkıca kapatılmış binalarda birikmesi, başta akciğer kanseri olmak üzere bir sağlık tehlikesi oluşturmaktadır.

Soy gazların kaynama noktaları ve erime noktaları, benzer atomik veya moleküler kütleli diğer maddelere göre oldukça düşüktür. Bunun nedeni, yalnızca zayıf Londra dağılım kuvvetlerinin mevcut olmasıdır ve bu kuvvetlerin atomları ancak moleküler hareket çok düşük olduğunda bir arada tutabilmesidir, çünkü bu çok düşük bir sıcaklıktır.

Valans kabuğunun dolu s ve p orbitalleri soy gazlara stabilite ekler. Bu elementler, bir elektronun çıkarılmasının zor olduğunu gösteren en büyük ilk iyonlaşma enerjisine sahiptir. Grupta aşağı inerken atom yarıçapı artar ve iyonlaşma enerjisi azalır. Bu elementlerin pozitif elektron afinite değerleri, elektron kazanma olasılıklarının da düşük olduğunu ortaya koymaktadır. Tablo 1 soy gazların özelliklerini özetlemektedir.

Tablo 1: Soy Gazların Özellikleri.

Element Elektron konfigürasyonu Atomik Yarıçap (pm) IE1 (kJ/mol) EA (kJ/mol) NŞA’da Yoğunluk (g/L)
He 1s2 32 2370 +20 0,18
Ne [He] 2s22p6 70 2080 −30 0,90
Ar [Ne] 3s23p6 98 1520 +35 1,78
Kr [Ar] 4s24p6 112 1350 +40 3,74
Xe [Kr] 5s25p6 130 1170 +40 5,90

Argon, düşük ısı iletkenliği ve kimyasal inertliği ile, tungsten filamentin buharlaşmasını engellemek ve ampulün ömrünü uzatmak için gazla doldurulmuş elektrikli ampullerin imalatında nitrojene tercih edilmektedir. Floresan tüpler genellikle bir argon ve cıva buharı karışımı içerir. Argon, kuru havada en bol bulunan üçüncü gazdır.

Helyum, yanmadığı için balonları doldurmak ve havadan hafif olan gemileri doldurmak için kullanılır, bu da onu hidrojenden daha güvenli hale getirir. Sıvı helyum (kaynama noktası, 4,2 K), kriyojenik araştırma için gerekli düşük sıcaklıklara ulaşmak için önemli bir soğutucudur ve güçlü mıknatıslarda ve diğer cihazlarda kullanılan geleneksel süper iletken malzemelerde süper iletkenlik üretmek için gereken düşük sıcaklıklara ulaşmak için gereklidir.

Neon, neon lambaların ve işaretlerin bir bileşenidir. Neon içeren bir tüpten düşük basınçta elektrik kıvılcımı geçirmek, neonların tanıdık kırmızı parıltısını üretir. Argon veya cıva buharını neon ile karıştırarak veya özel renkte cam tüpler kullanarak ışığın rengini değiştirmek mümkündür.

Kripton-ksenon flaş tüpleri, yüksek hızlı fotoğraflar çekmek için kullanılır. Böyle bir tüpten elektrik boşalması, saniyenin yalnızca 1/50.000’i süren çok yoğun bir ışık verir. Kripton, oda sıcaklığında termal olarak kararsız olan bir diflorür oluşturur..

Kararlı ksenon bileşikleri, ksenon flor ile reaksiyona girdiğinde oluşur. Ksenon diflorür, XeF2, fazla ksenon gazı flor gazı ile ısıtıldıktan ve ardından soğutulduktan sonra oluşur. Materyal, kuru bir atmosferde oda sıcaklığında stabil olan renksiz kristaller oluşturur. Ksenon tetraflorür, XeF4, ve ksenon heksaflorür, XeF6, sırasıyla stokiyometrik miktarda flor ve fazla flor ile benzer bir şekilde hazırlanır. Oksijenli bileşikler, ksenon florürlerdeki flor atomlarının oksijen ile değiştirilmesiyle hazırlanır.

XeF6 suyla reaksiyona girdiğinde, bir XeO3 çözeltisi oluşur ve ksenon +6 oksidasyon durumunda kalır. Kuru, katı ksenon trioksit, XeO3, son derece patlayıcıdır — kendiliğinden patlayabilir.

Kararsız argon bileşikleri düşük sıcaklıklarda oluşur, ancak kararlı helyum ve neon bileşikleri bilinmemektedir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 18.2: Occurrence, Preparation, and the Properties of Noble Gases.