Благородные газы (инертные, редкие)
Благородные газы (инертные, редкие) - химические элементы главной подгруппы восьмой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева:
- Гелий (Не)
- Неон (Ne)
- Аргон (Аr)
- Криптон (Kr)
- Ксенон (Хе)
- Радон (Rn)
Физико-химические свойства редких (инертных) газов
Раньше их называли инертными газами за химическую инертность элементов подгруппы, а также редкими газами. На основе этого их размещали в отдельной «нулевой» группе периодической системы. Но такое название просуществовала только до начала 60-х годов ХХ века, когда канадским химиком Н. Бартлеттом впервые синтезирован соединение ксенона из PtF6 состава ХеРtF6.
Благородные газы были открыты в 1892-1908 гг. Гелий впервые обнаружен на Солнце методом спектрального анализа (1868).
Редкие газы постоянно присутствуют в воздухе, незначительное количество имеется в буровых и минеральных водах, подземных газах (таблица).
Таблица - Некоторые свойства благородных газов (синонимы: инертные или редкие газы)
| Ат. н. элемента | Элемент | Радиус атома, нм | Потенциал ионизации, ев | Температура, ° С | Массовая доля в земной коре,% | Содержание в м3 воздуха, см3 | Растворимость в 1 л воды при 0 ° С, мл | Температура плавления | Температура кипения |
| 86 | Радон | 0,214 | 10,75 | -71 | -62 | 4 | 10-7 | Практически отсутствует | 510 |
| 10 | Неон | 0,160 | 21,56 | -249 | -246 | 5 | 10-7 | 18 | 14 |
| 2 | Гелий | 0,122 | 24,58 | -272 | -269 | 8 | 10-7 | 10 | 5 |
| 18 | Аргон | 0,192 | 15,76 | -189 | -186 | 35 | 10-5 | 930 | 52 |
| 54 | Ксенон | 0,218 | 12,13 | -112 | -108 | 29 | 10-10 | 0,08 | 203 |
| 36 | Криптон | 0,198 | 13,99 | -157 | -153 | 19 | 10-9 | 1 | 99 |
Гелий вместе с водородом - наиболее распространенные элементы Космоса. Накопление ядер Не во Вселенной обусловлено термоядерной реакцией. В земной коре не накапливается за счет α-распада радиоактивных элементов. Радон - радиоактивный элемент и один из редких элементов (редкий газ).
Наибольшее количество благородных газов для научных и технических целей получают фракционной перегонкой жидкого воздуха. Инертные газы - бесцветные вещества, без запаха и вкуса, малорастворимые в воде. Их растворимость возрастает с увеличением заряда ядра атома (см. Таблицу). Радон относится к хорошо растворимым инертным газам.
Атомы благородных газов имеют завершенную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns2 np6 i 1s2 в гелия как элемента первого периода. Согласно электронной конфигурации инертных газов их молекулы одноатомные.
Наличие устойчивой электронной конфигурации приводит не только высокий потенциал ионизации и химическую инертность благородных газов, но и тяжесть их получения в жидком и твердом состояниях. Наличие d-орбиталей на валентной уровне криптона, аргона, радона и ксенона свидетельствует о возможности их существования в возбужденном состоянии. Исследование химических свойств благородных газов показало, что в ряду He-Ne-Ar-Kr-Xe-Rn повышается способность к образованию молекулярных соединений.
Такие редкие газы, как криптон, аргон и ксенон образуют гидраты типа включения:
- Ar*6H2O
- Kr*6H2O
- Xe*6H2O
Ar*6H2O, Kr*6H2O и Xe*6H2O - это кристаллические вещества, которые разлагаются соответственно при -43, -28 и 4 ° С. С некоторыми органическими соединениями благородные газы образуют соединения включения - клатраты:
- Rn*3C6H5OH,
- Rn*2C6H5CH3,
- Rn*3ClC6H4O6.
В химических соединениях инертные газы проявляют степени окисления +2, +4, +6 и даже +8. Такие соединения полученные при взаимодействии ксенона с флуором:
- XeF2
- XeF4
- XeF6
При воздействии воды на XeF4 образуется гидроксид ксенона (IV). Известны также ксенона (VI) оксид, ксенона (IV) оксофлуорид, а также кислоты состава: H4XeO5, H2XeO4 i H6XeO6. При воздействии озона на соединения ксенона (VI) добывают производные Xe (VIII) - перксенонаты:
XeO3 + O3 + 4NaOH = Na4XeO6 + O2 + 2H2O.
С барий перксенонатом, получают ксенона (VIII) оксид:
Ba2XeO6 + 2H2SO4 = XeO4 + 2BaSO4 ↓ + 2H2O.
Ксенона оксиды (XeO3, XeO4) имеют кислотные свойства. В последние годы получено большое количество соединений таких инертных газов, как Kr, Xe i Rn. В связи с быстрым радиоактивным распадом радон и его соединения получены в незначительном количестве, а их состав установлен приблизительно.
Редкие газы способны образовывать химические соединения с флуором и кислородом.
Применение редких (благородных) газов
Ксенона фториды используют как энергичные окислители и фторирующий агенты в ракетном топливе. Гелий используют при проведении ядерных реакций. Значительная легкость и негорючесть гелия приводит его применения для наполнения аэростатов (вместо водорода). Такой благородный газ, как аргон используют для осуществления процессов, требующих инертной среды (плавление металлов, электросварки, изучение кинетики и механизма электродных процессов и т.п.). Радон очень токсичен, что объясняется его радиоактивными свойствами. При распаде образует нелетучие радиоактивные продукты (изотопы полония, висмута и свинца), которые очень трудно выводятся из организма. Но благородный газ Rn используют в медицинской практике: воды, в состав которых входит Rn (радоновые ванны), применяют для лечения сердечно-сосудистой, нервной систем, органов дыхания и пищеварения, костей, суставов и мышц, гинекологических заболеваний, нарушения обмена веществ.
Статья посвящена благородным газам. Синонимы – редкие газы, инертные газы.
^Наверх