8.8:
Благородные газы
8.8:
Благородные газы
Элементы в группе 18 — благородные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, и радон). Они получилили название «благородные», потому что считалось, что они нереактивны, поскольку их валентные оболочки заполнилнены. В 1962 году доктор Нил Бартлетт из Университета Британской Колумбии доказал, что это предположение неверно.
Эти элементы присутствуют в атмосфере в небольшом количестве. Часть природного газа содержит 1–2% гелия по массе. Гелий изолирован от природного газа путем сжижения конденсируемых компонентов, оставляя в качестве газа только гелий. Радон происходит от других радиоактивных элементов. Недавно было отмечено, что этот радиоактивный газ присутствует в очень малых количествах в почвах и минералах. Однако его накопление в хорошо изолированных плотно закрытых зданиях представляет опасность для здоровья, в первую очередь, рак легких.
Точки кипения и плавления благородных газов крайне низки по сравнению с другими веществами сопоставимых атомных или молекулярных масс. Это связано с тем, что в Лондоне присутствуют только слабые дисперсионные силы, и эти силы могут удерживать атомы вместе только при очень небольшом молекулярном движении, так как это очень низкая температура.
Полные и п орбитальные элементы валентной оболочки повышают устойчивость благородных газов. Эти элементы обладают наибольшими первыми энергиями ионизации, что указывает на то, что удаление электрона затруднено. При движении вниз по группе увеличивается радиус атома и уменьшается энергия ионизации. Положительные значения сродства электронов этих элементов показывают, что они вряд ли также получат электроны. В таблице 1 приведены свойства благородных газов.
Таблица 1: Свойства благородных газов.
| Элемент | Electron Configuration | Atomic Radius (pm) | IE1 (kJ/mol) | EA (kJ/mol) | Density at STP (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 |
Аргон полезен при производстве газонаполненных электрических лампочек, где его более низкая теплопроводность и химическая инертность сделали предпочтительным по сравнению с азотом для запрета испарения нити накаливания вольфрама и продления срока службы лампы. Флуоресцентные лампы обычно содержат смесь аргона и ртутного пара. Аргон является третьим по изобилии газом в сухом воздухе.
Гелий используется для наполнения воздушных шаров и легких, чем воздушных судов, потому что он не горит, что делает его более безопасным для использования, чем водород. Жидкий гелий (точка кипения, 4.2 к) является важной охлаждающей жидкостью для достижения низких температур, необходимых для криогенных исследований, и это важно для достижения низких температур, необходимых для производства сверхпроводимости в традиционных сверхпроводящих материалах, используемых в мощных магнитах и других устройствах.
Неон является компонентом неоновых ламп и знаков. Прохождение электрической искры через трубку, содержащую неон при низком давлении, вызывает знакомое красное свечение неона. Цвет света можно изменить, смешав аргон или ртутный пар с неоном или используя стеклянные трубки специального цвета.
Криптон-ксеноновые трубки вспышки используются для съемки фотографий на высокой скорости. Электрический разряд через такую трубку дает очень интенсивный свет, который длится всего 1/50,000 секунды. Криптон образует дифторид, который термически нестабилен при комнатной температуре.
Стабильные соединения ксеноновой формы, когда ксенон вступает в реакцию с фтором. Дифторид ксенона, XeF2, образуется после нагрева избытка ксенонового газа фтористым газом и последующего охлаждения. Материал образует бесцветные кристаллы, которые стабильны при комнатной температуре в сухой атмосфере. Тетрафторид ксенона, XeF4 и гексафторид ксенона, XeF6, подготовлены аналогичным образом, со стехиометрическим количеством фтора и избытком фтора соответственно. Соединения с кислородом подготавливаются путем замены атомов фтора в ксеноновых фторидах кислородом.
Когда XeF6 реагирует с водой, раствор of XeO3 приводит к, и ксеноновая лампа остается в состоянии окисления +6. Сухой твердый триоксид ксенона, XeO3, чрезвычайно взрывоопасен — он спонтанно детонирует.
Нестабильны соединения аргонной формы при низких температурах, но стабильные соединения гелия и неона не известны.
Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд., раздел 18.2: Возникновение, подготовка и свойства благородных газов.