MGA MAGAGALANG GAS: KATANGIAN, PAGSASAAYOS, REAKSYON, GINAGAMIT - CHEMISTRY - 2025

Ang mga marangal na gas ay isang hanay ng mga elemento na natagpuan sa pamamagitan ng pagsasama ng pangkat na 18 ng pana-panahong talahanayan. Sa loob ng maraming taon tinawag din silang bihirang o hindi gumagalaw na mga gas, kapwa mga hindi tumpak na mga pangalan; ang ilan sa mga ito ay napakarami sa labas at sa loob ng planeta Lupa, at may kakayahan din sila, sa ilalim ng matinding mga kondisyon, ng reaksiyon.

Ang pitong elemento nito ay marahil ang pinaka-natatanging pangkat sa pana-panahong talahanayan, na ang mga katangian at mababang reaktibidad ay kahanga-hanga tulad ng mga marangal na metal. Kabilang sa mga ito ang parada ang pinaka hindi gumagalaw na elemento (neon), ang pangalawang pinaka-sagana ng Cosmos (helium), at ang pinakapabigat at pinaka hindi matatag (oganeson).

Ang glow ng limang ng marangal na gas sa mga baso ng salamin o mga ampoule. Pinagmulan: Bagong gawa Alchemist-hp (makipag-usap) www.pse-mendelejew.de); orihinal na solong mga imahe: Jurii, http://images-of-elements.com.

Ang mga mahinahon na gas ay ang pinaka malamig na sangkap sa kalikasan; tiisin ang napakababang temperatura bago magpapaligo. Kahit na ang mas mahirap ay ang pagyeyelo nito, dahil ang mga intermolecular na puwersa na batay sa pagkalat ng London, at ang polarizability ng mga atoms nito, ay masyadong mahina upang bahagyang panatilihin silang magkakaugnay sa isang kristal.

Dahil sa kanilang mababang reaktibo, ang mga ito ay medyo ligtas na mga gas upang maimbak at hindi magdulot ng maraming mga panganib. Gayunpaman, maaari nilang mapuksa ang oxygen mula sa mga baga at maging sanhi ng paghihigop kung malalanghap ang paglanghap. Sa kabilang banda, ang dalawa sa mga miyembro nito ay lubos na radioactive element at, samakatuwid, nakamamatay sa kalusugan.

Ang mababang reaktibo ng mga marangal na gas ay ginagamit din upang magbigay ng mga reaksyon sa isang malubhang kapaligiran; upang walang reagent o produkto na nagpapatakbo ng panganib ng pag-oxidizing at nakakaapekto sa pagganap ng synthesis. Pinapaboran din nito ang mga proseso ng hinang electric arc.

Sa kabilang banda, sa kanilang likido na estado sila ay mahusay na crystal na mga nagpapalamig na ginagarantiyahan ang pinakamababang temperatura, mahalaga para sa tamang operasyon ng lubos na masiglang kagamitan, o para sa ilang mga materyales upang maabot ang mga estado ng superconductivity.

Mga katangian ng marangal na gas

Sa kanan (naka-highlight sa orange), ay ang pangkat ng mga marangal na gas. Mula sa itaas hanggang sa ibaba: Helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) at radon (Rn).

Marahil ang mga marangal na gas ay ang mga elemento na nagbabahagi ng pinakamaraming katangian sa karaniwan, kapwa pisikal at kemikal. Ang pangunahing katangian nito ay:

- Lahat ng mga ito ay walang kulay, walang amoy at walang lasa; ngunit kapag sila ay nakapaloob sa mga ampoule sa mababang presyur, at nakatanggap sila ng isang electric shock, nag-ionize sila at nagbibigay ng mga makukulay na ilaw (tuktok na imahe).

- Ang bawat marangal na gas ay may sariling ilaw at spectrum.

- Ang mga ito ay mga species ng monatomic, ang tanging nasa pana-panahong talahanayan na maaaring umiiral sa kani-kanilang mga pisikal na estado nang walang paglahok ng mga bono ng kemikal (dahil ang mga metal ay sumali sa pamamagitan ng metallic bonding). Samakatuwid, perpekto ang mga ito para sa pag-aaral ng mga katangian ng mga gas, dahil napakahusay nilang ibagay sa spherical model ng isang perpektong gas.

- Kadalasan ang mga ito ang mga elemento na may pinakamababang pagtunaw at mga punto ng kumukulo; sa gayon, ang helium na iyon ay hindi maaaring mag-crystallize sa ganap na zero nang walang pagtaas ng presyon.

- Sa lahat ng mga elemento ang mga ito ay hindi bababa sa reaktibo, kahit na mas mababa sa mga marangal na metal.

- Ang kanilang ionization energies ay ang pinakamataas, pati na rin ang kanilang mga electronegativities, sa pag-aakalang sila ay bumubuo ng mga purong covalent bond.

- Ang kanilang atomic radii ay din ang pinakamaliit dahil ang mga ito ay nasa matinding kanan ng bawat panahon.

Ang 7 marangal na gas

Ang pitong marangal na gas ay, mula sa itaas hanggang sa ibaba, na bumababa sa pangkat 18 ng pana-panahong talahanayan:

-Helio, Siya

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Lahat ng mga ito, maliban sa hindi matatag at artipisyal na oganeson, ay napag-aralan para sa kanilang mga pisikal at kemikal na katangian. Ang Oganeson, dahil sa malaking atomic mass, ay pinaniniwalaan na hindi kahit isang gas, ngunit sa halip isang marangal na likido o solid. Ang maliit ay kilala tungkol sa radon, dahil sa radioactivity nito, na may kaugnayan sa helium o argon.

Pagsasaayos ng electronic

Sinasabing ang mga mahayag na gas ay puno ng kanilang valence shell. Sa gayon, ang kanilang mga elektronikong pagsasaayos ay ginagamit upang gawing simple ang iba pang mga elemento sa pamamagitan ng paggamit ng kanilang mga simbolo na nakapaloob sa mga bracket (,,, atbp). Ang mga elektronikong pagsasaayos nito ay:

-Helium: 1s ² , (2 elektron)

-Neon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ , (10 electron)

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

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

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

-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 electrons)

Ang mahalagang bagay ay hindi tandaan ang mga ito, ngunit sa detalye na nagtatapos sa ns ² np ⁶ : ang valence octet. Gayundin, pinahahalagahan na ang mga atomo nito ay may maraming mga elektron, na dahil sa mahusay na epektibong lakas ng nukleyar ay nasa isang mas maliit na dami kumpara sa iba pang mga elemento; iyon ay, ang kanilang atomic radii ay mas maliit.

Samakatuwid, ang kanilang mga elektroniko na siksik na atomic radii ay nagpapakita ng isang kemikal na katangian na ibinabahagi ng lahat ng mga mahuhusay na gas: mahirap silang polarahin.

Polarizability

Ang mga malalang gas ay maaaring isipin bilang mga spheres ng mga ulap ng elektron. Bilang isang bumaba sa pamamagitan ng pangkat na 18, ang pagtaas ng radii nito, at sa parehong paraan ang distansya na naghihiwalay sa nucleus mula sa mga elektron ng valence (ang mga ns ² np ⁶ ).

Ang mga electron na ito ay nakakaramdam ng isang hindi kaakit-akit na puwersa ng nucleus, maaari silang malayang gumalaw; ang mga spheres ay nagpapabago nang mas madali ang mas malaki sa kanila. Bilang kinahinatnan ng gayong mga paggalaw, lumilitaw ang mga rehiyon ng mababa at mataas na mga elektronidad: ang δ + at δ.

Kapag ang atom ng isang marangal na gas ay polarized, ito ay naging isang instant na dipole na may kakayahang maakit ang isa pa sa kalapit na atom; ibig sabihin, bago tayo sa mga nagkakalat na pwersa ng London.

Iyon ang dahilan kung bakit ang mga intermolecular na puwersa ay tumaas mula sa helium hanggang radon, na makikita sa kanilang pagtaas ng mga punto ng kumukulo; at hindi lamang iyon, kundi pati na rin ang kanilang mga pagbabagong-buhay ay nadagdagan.

Habang ang mga atomo ay nagiging mas polarized, mayroong isang mas malaking posibilidad na ang kanilang mga valence electrons ay lumahok sa mga reaksyon ng kemikal, na kung saan nabuo ang mga marangal na compound ng gas.

Mga reaksyon

Helium at neon

Kabilang sa mga marangal na gas, ang hindi bababa sa reaktibo ay ang helium at neon. Sa katunayan, ang neon ay ang pinaka-mabibigat na elemento ng lahat, kahit na ang electronegativity (mula sa pagbubuo ng mga covalent bond) ay lumampas sa fluorine.

Wala sa mga compound nito ang kilala sa ilalim ng mga kondisyon ng terrestrial; gayunpaman, sa Cosmos ang pagkakaroon ng molekular na ion HeH ⁺ ay medyo may posibilidad . Gayundin, kapag sila ay nasasabik sa elektroniko ay may kakayahang makipag-ugnay sa mga gas na mga gas at bumubuo ng mga maiksing neutral na mga molekula na tinatawag na mga excimers; tulad ng HeNe, CsNe at Ne ₂ .

Sa kabilang banda, kahit na hindi sila itinuturing na mga compound sa isang pormal na kahulugan, ang He at Ne atoms ay maaaring magbigay ng pagtaas sa mga molekula ng Van der Walls; iyon ay, mga compound na gaganapin "magkasama" sa pamamagitan lamang ng mga nagkakalat na pwersa. Halimbawa: Ag ₃ He, HeCO, HeI ₂ , CF ₄ Ne, Ne ₃ Cl ₂ at NeBeCO ₃ .

Katulad nito, ang gayong mga molekula ng Van der Walls ay maaaring umiiral salamat sa mahina na mga pakikipag-ugnay sa dipole na hinihikayat ng ion; halimbawa: Na ⁺ He ₈ , Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ at Cu ⁺ Ne ₁₂ . Tandaan na posible kahit na ang mga molekulang ito ay maging mga agglomerates ng mga atomo: mga kumpol.

At sa wakas, Siya at Ne atoms ay maaaring "nakulong" o intercalated sa endohedral complexes ng fullerenes o clathrates, nang hindi gumanti; halimbawa: ₆₀ , (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , Siya (H ₂ O) ₆ at Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃ .

Argon at krypton

Ang marangal na gas argon at krypton, dahil mas polarizable ang mga ito, ay may posibilidad na ipakita ang mas maraming "compound" kaysa sa helium at neon. Gayunpaman, ang isang bahagi ng mga ito ay mas matatag at nakikilala, dahil mayroon silang mas mahabang tagal ng buhay. Kabilang sa ilan sa mga ito ay HArF, at ang molekular na ion ArH ⁺ , na naroroon sa nebulae sa pamamagitan ng pagkilos ng kosmic ray.

Mula sa krypton ay nagsisimula ang posibilidad ng pagkuha ng mga compound sa matinding, ngunit napapanatiling mga kondisyon. Ang gas na ito ay tumugon sa fluorine ayon sa sumusunod na equation ng kemikal:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Tandaan na ang krypton ay nakakakuha ng isang bilang ng oksihenasyon ng +2 (Kr ²⁺ ) salamat sa fluorine. Ang KrF ₂ sa katunayan ay maaaring synthesized sa mga nabebenta na halaga bilang isang ahente ng oxidizing at fluorinating.

Ang Argon at krypton ay maaaring makapagtatag ng isang malawak na repertoire ng clathrates, mga endohedral complex, mga molekula ng Van der Walls, at ilang mga compound na naghihintay ng pagtuklas matapos ang kanilang hinulaang pag-iral.

Xenon at radon

Si Xenon ay ang hari ng reaktibo sa mga marangal na gas. Ito ay bumubuo ng tunay na matatag, mabebenta at mahuhusay na mga compound. Sa katunayan, ang pagiging aktibo nito ay kahawig ng oxygen sa ilalim ng tamang kondisyon.

Ang kanyang unang synthesized compound ay "XePtF ₆ ", noong 1962 ni Neil Bartlett. Ang asin na ito, ayon sa panitikan, ay binubuo ng isang kumplikadong halo ng iba pang mga fluorinated na asing-gamot ng xenon at platinum.

Gayunpaman, ito ay higit pa sa sapat upang maipakita ang kaakibat sa pagitan ng xenon at fluorine. Kabilang sa ilang mga compound na mayroon kami: XeF ₂ , XeF ₄ , XeF ₆ at ^{+ -} . Kapag natutunaw ang XeF ₆ sa tubig, bumubuo ito ng isang oxide:

XeF ₆ + 3 H ₂ O → XeO ₃ + 6 HF

Ang XeO _{3 na ito ay} maaaring magmula sa mga species na kilala bilang xenatos (HXeO ₄ ^- ) o xenic acid (H ₂ XeO ₄ ). Ang Xenates ay hindi nagkakaproblema sa perxenates (XeO ₆ ^4- ); at kung ang medium ay pagkatapos ay acidified, sa peroxenic acid (H ₄ XeO ₆ ), na kung saan ay dehydrated sa xenon tetroxide (XeO ₄ ):

H ₄ XeO ₆ → 2 H ₂ O + XeO ₄

Ang Radon ay dapat na pinaka-reaktibo ng marangal na gas; Ngunit ito ay napaka-radioactive na halos wala itong oras upang umepekto bago mawala. Ang tanging mga compound na ganap na synthesized ay ang fluoride (RnF ₂ ) at oxide (RnO ₃ ).

Produksyon

Pagkalusaw ng hangin

Ang mga marangal na gas ay nagiging mas sagana sa Uniberso habang bumababa tayo sa pangkat na 18. Sa kapaligiran, gayunpaman, ang helium ay mahirap makuha, dahil ang gravitational field ng Earth ay hindi maaaring mapanatili ito hindi katulad ng iba pang mga gas. Iyon ang dahilan kung bakit hindi ito napansin sa hangin ngunit sa Araw.

Sa kabilang banda, maraming mga argon sa hangin, na nagmula sa radioactive decay ng radioisotope ⁴⁰ K. Air ay ang pinakamahalagang likas na mapagkukunan ng argon, neon, krypton at xenon sa planeta.

Upang makagawa ng mga ito, ang hangin ay dapat munang ma-liquefied upang mapasok ito sa isang likido. Pagkatapos, ang likidong ito ay sumasailalim sa isang fractional distillation, sa gayon paghihiwalay ng bawat isa sa mga sangkap ng pinaghalong nito (N ₂ , O ₂ , CO ₂ , Ar, atbp.).

Depende sa kung gaano katindi ang temperatura at ang kasaganaan ng gas ay dapat, tataas ang mga presyo nito, ang pagraranggo sa xenon bilang pinakamahal, habang ang helium bilang pinakamurang.

Pagwawasto ng natural gas at radioactive mineral

Ang helium, para sa bahagi nito, ay nakuha mula sa isa pang fractional distillation; ngunit hindi mula sa hangin, ngunit mula sa likas na gas, na yumayaman sa helium salamat sa paglabas ng mga alpha particle mula sa radioactive thorium at uranium mineral.

Gayundin, ang radon ay "ipinanganak" mula sa radioactive decay ng radium sa kani-kanilang mineral; ngunit dahil sa kanilang mas mababang kasaganaan, at ang maikling kalahating buhay ng mga Rn atoms, ang kanilang kasaganaan ay walang kabuluhan kumpara sa kanilang mga congeners (ang iba pang mga marangal na gas).

At sa wakas, ang oganeson ay isang lubos na radioaktibo, ultramassic, gawa ng tao na marangal na "gas" na maaari lamang umiiral sa ilang sandali sa ilalim ng kinokontrol na mga kondisyon sa loob ng isang laboratoryo.

Mga Panganib

Ang pangunahing peligro ng mga marangal na gas ay nililimitahan nila ang paggamit ng oxygen sa pamamagitan ng tao, lalo na kung ang isang kapaligiran na may mataas na konsentrasyon sa kanila ay ginawa. Iyon ang dahilan kung bakit hindi inirerekumenda na huminga nang labis sa kanila.

Sa Estados Unidos, ang isang mataas na konsentrasyon ng radon ay napansin sa mga soils na mayaman sa uranium, na dahil sa mga radioactive na katangian nito ay maaaring maging peligro sa kalusugan.

Aplikasyon

Industriya

Ang helium at argon ay ginagamit upang lumikha ng isang hindi malubhang kapaligiran para sa proteksyon sa panahon ng hinang at paggupit. Bilang karagdagan, ginagamit ang mga ito sa paggawa ng mga semiconductors ng silikon. Ang helium ay ginagamit bilang isang gasolina sa mga thermometer.

Ang Argon, kasama ang nitrogen, ay ginagamit sa paggawa ng mga maliwanag na maliwanag na lampara. Ang Krypton na may halong halogens, tulad ng bromine at yodo, ay ginagamit sa mga lampara. Ang Neon ay ginagamit sa mga ilaw na palatandaan, halo-halong may mga posporus at iba pang mga gas upang tint ang pulang kulay nito.

Ang Xenon ay ginagamit sa mga arc lamp na naglalabas ng ilaw na kahawig ng liwanag ng araw, na ginagamit sa mga headlight ng kotse at mga projector. Ang mga marangal na gas ay halo-halong may mga halogens upang makagawa ng ArF, KrF o XeCl, na ginagamit sa paggawa ng mga excimer laser.

Ang ganitong uri ng laser ay gumagawa ng isang maikling alon ng ultraviolet light na gumagawa ng mataas na mga imahe ng katumpakan at ginagamit sa paggawa ng mga integrated circuit. Ang helium at neon ay ginagamit bilang cryogenic gas na nagpapalamig.

Mga lobo at tank tank

Ang helium ay ginagamit bilang kapalit ng nitroheno sa halo ng paghinga ng gas, dahil sa mababang solubility nito sa katawan. Iniiwasan nito ang pagbuo ng mga bula sa panahon ng yugto ng decompression sa pag-akyat, bilang karagdagan sa pag-alis ng nitrogen narcosis.

Ang Helium ay pinalitan ang hydrogen bilang gas na nagbibigay-daan sa pagtaas ng mga airship at mainit na mga lobo ng hangin, sapagkat ito ay isang ilaw at hindi nasusunog na gas.

Medisina

Ang helium ay ginagamit sa paggawa ng mga superconducting magnet na ginagamit sa nuclear magnetic resonance na kagamitan - isang maraming bagay na tool sa gamot.

Ang Krypton ay ginagamit sa mga lampara ng halogen na ginamit sa operasyon ng laser eye at angioplasty. Ang helium ay ginagamit upang mapadali ang paghinga sa mga pasyente ng hika.

Ang Xenon ay ginagamit bilang isang pampamanhid dahil sa mataas na kakayahang umangkop ng lipid, at naisip na maging anestisya ng hinaharap. Ginagamit din si Xenon sa imaging medikal sa baga.

Ang Radon, isang radioaktif na marangal na gas, ay ginagamit sa radiation therapy para sa ilang mga uri ng kanser.

Ang iba pa

Ang Argon ay ginagamit sa synthesis ng mga compound na nagpapalitan ng nitrogen bilang isang hindi mabuting kapaligiran. Ang helium ay ginagamit bilang isang carrier gas sa gas chromatography, pati na rin sa mga counter ng Geiger upang masukat ang radiation.

Mga Sanggunian

1. Shiver & Atkins. (2008). Diorganikong kimika. (Ikaapat na edisyon). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemistry. (Ika-8 ed.). CENGAGE Pag-aaral.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (Hunyo 06, 2019). Mga Noble Gases Properties, Gumagamit at Pinagmulan. Nabawi mula sa: thoughtco.com
4. Wikipedia. (2019). Noble gas. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
5. Philip Ball. (2012, Enero 18). Imposibleng kimika: Pinilit ang gumaganang gas na gumana. Nabawi mula sa: newscientist.com
6. Propesor Patricia Shapley. (2011). Ang Noble Gas Chemistry. Nabawi mula sa: butane.chem.uiuc.edu
7. Gary J. Schrobilgen. (Pebrero 28, 2019). Noble gas. Encyclopædia Britannica. Nabawi mula sa: britannica.com