8.8: الغازات النبيلة
العناصر في المجموعة 18 هي غازات نبيلة (الهيليوم، النيون، الأرجون، الكريبتون، الزينون، والرادون). فقد اكتسبوا الاسم “نبيل” لأنهم افترضوا أنهم غير تفاعليين لأنهم ملئوا أغلفة التكافؤ. في عام 1962، أثبت الدكتور نيل بارتليت من جامعة كولومبيا البريطانية زيف هذا الافتراض.
وهذه العناصر موجودة في الغلاف الجوي بكميات صغيرة. يحتوي بعض الغاز الطبيعي على هيليوم بنسبة 1-2% حسب الكتلة. ويتم عزل الهليوم عن الغاز الطبيعي عن طريق تسييل المكونات القابلة للتكثيف، وترك الهليوم فقط كغاز. رادون يأتي من أخرى عناصر إشعاعيّة. وفي الآونة الأخيرة، لوحظ أن هذا الغاز الإشعاعي موجود بكميات صغيرة جداً في التربة والمعادن. بيد أن تكديسها في المباني المعزولة بإحكام يشكل خطراً على الصحة، وخاصة سرطان الرئة.
إن نقاط الغليان ونقاط ذوبان الغازات النبيلة منخفضة للغاية نسبة إلى تلك التي توجد في مواد أخرى من كتل ذرية أو جزيئية مماثلة. وهذا لأن قوى تشتت لندن الضعيفة هي الوحيدة الموجودة، وهذه القوى لا تستطيع أن تربط الذرات ببعضها إلا عندما تكون الحركة الجزيئية ضئيلة للغاية، وبدرجة حرارة منخفضة للغاية.
إن المدارات الكاملة من نوع s و p الخاصة بغلاف التكافؤ تضيف ثباتًا للغازات النبيلة. هذه العناصر لديها طاقات التأين الأولية، مما يشير إلى صعوبة إزالة الإلكترون. ومع النزول بالمجموعة الدورية، يزداد نصف القطر الذري وتنخفض طاقة التأين. وتكشف القيم المتقاربة الإيجابية للإلكترونات لهذه العناصر عن أنها من غير المرجح أن تكتسب الإلكترونات أيضاً. ويوجز الجدول 1 خواص الغازات النبيلة.الجدول 1: خصائص الغازات النبيلة.
| العنصر | التوزيع الإلكتروني | نصف القطر الذري (pm) | IE1 (كيلوجول/مول) | EA (كيلوجول/مول) | الكثافة عند STP (غ/ل) |
| هو | 1ث2 | 32 | 2370 | +20 | 0.18 |
| شمال شرق | [HE] 2s22p6 | 70 | 2080 | −30 | 0.90 |
| العربية | [NE] 3s23p6 | 98 | 1520 | +35 | 1.78 |
| KR | [ar] 4s24p6 | 112 | 1350 | +40 | 3.74 |
| XE | [KR] 5s25p6 | 130 | 1170 | +40 | 5.90 |
يفيد الأرجون في صناعة المصابيح الكهربائية المملوءة بالغاز، حيث تجعله الموصلية الحرارية المنخفضة والخمول الكيميائي مفضلاً على النيتروجين لمنع تبخير خيوط التنجستن وإطالة عمر المصباح. تحتوي الأنابيب الفلورية عادة على خليط من الأرجون وبخار الزئبق. الأرجون هو ثالث أكثر الغازات وفرة في الهواء الجاف.
يستخدم الهيليوم لملء البالونات والطائرات الأخف من الهواء لأنه لا يحترق ، مما يجعل استخدامه أكثر أماناً من الهيدروجين. الهيليوم السائل (نقطة الغليان ،4.2 كلفن) هو سائل تبريد مهم للوصول إلى درجات الحرارة المنخفضة اللازمة لأبحاث التبريد، وهو ضروري لتحقيق درجات الحرارة المنخفضة اللازمة لإنتاج الموصلية الفائقة في المواد التقليدية فائقة التوصيل المستخدمة في المغناطيسات القوية والأجهزة الأخرى.
النيون هو أحد مكونات مصابيح وعلامات النيون. تمرير شرارة كهربائية عبر أنبوب يحتوي على نيون عند ضغط منخفض يولد التوهج الأحمر المألوف للنيون. من الممكن تغيير لون الضوء عن طريق خلط الأرجون أو بخار الزئبق بالنيون أو باستخدام أنابيب زجاجية ذات لون خاص.
تُستخدم أنابيب فلاش كريبتون-زينون لالتقاط صور عالية السرعة. يعطي التفريغ الكهربائي عبر مثل هذا الأنبوب ضوءًا شديدًا للغاية يستمر فقط 1/50000 من الثانية. يشكل الكريبتون ثنائي فلوريد ، وهو غير مستقر حرارياً في درجة حرارة الغرفة.
تتشكل مركبات الزينون المستقرة عند تفاعل الزينون مع الفلور. ثنائي فلوريد الزينون ، XeF2 ، يتشكل بعد تسخين فائض من غاز الزينون بغاز الفلور ثم التبريد. تشكل المادة بلورات عديمة اللون، تكون مستقرة في درجة حرارة الغرفة في جو جاف. يتم تحضير الزينون رباعي فلوريد، XeF4 ، وسداسي فلوريد الزينون، XeF 6، بطريقة مماثلة، مع كمية متكافئة من الفلور وفائض من الفلور، على التوالي. يتم تحضير المركبات التي تحتوي على الأكسجين عن طريق استبدال ذرات الفلور في فلوريد الزينون بالأكسجين.
عندما يتفاعل XeF6 مع الماء، ينتج عن محلول XeO3 ويظل الزينون في حالة +6 الأكسدة. ثالث أكسيد الزينون الجاف والصلب، XeO3، شديد الانفجار — وهو قابل للانفجار تلقائياً.
تتشكل مركبات الأرجون غير المستقرة في درجات حرارة منخفضة، لكن المركبات الثابتة من الهيليوم والنيون غير معروفة.
تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 18.2: Occurrence, Preparation, and the Properties of Noble Gases.
