ÄDELGASER: EGENSKAPER, KONFIGURATION, REAKTIONER, ANVÄNDNING - KEMI

De ädla gaserna är en uppsättning element som finns genom att integrera gruppen 18 i det periodiska systemet. Under åren har de också kallats sällsynta eller inerta gaser, båda felaktiga namn; några av dem är mycket rikliga utanför och inuti planeten Jorden, och de kan också reagera under extrema förhållanden.

Dess sju element utgör kanske den mest unika gruppen i det periodiska systemet, vars egenskaper och låga reaktiviteter är lika imponerande som ädelmetallernas. Bland dem ståtar det mest inerta elementet (neon), det näst mest förekommande av kosmos (helium) och det tyngsta och mest instabila (oganeson).

Glödet från fem av de ädla gaserna i glasflaskor eller ampuller. Källa: Nytt arbete Alchemist-hp (talk) www.pse-mendelejew.de); ursprungliga enstaka bilder: Jurii, http://images-of-elements.com.

Ädelgaser är de kallaste ämnena i naturen; tål mycket låga temperaturer före kondensering. Ännu svårare är dess frysning, eftersom dess intermolekylära krafter baserade på Londons spridning, och dess atoms polariserbarhet är för svaga för att knappt hålla dem sammanhängande i en kristall.

På grund av deras låga reaktivitet är de relativt säkra gaser att lagra och utgör inte för många risker. De kan emellertid förflytta syre från lungorna och orsaka kvävning om de inandas för mycket. Å andra sidan är två av dess medlemmar mycket radioaktiva element och därför dödliga för hälsan.

Ädelgasernas låga reaktivitet används också för att ge reaktioner med en inert atmosfär; så att inget reagens eller produkt riskerar att oxidera och påverka syntesens prestanda. Detta gynnar också elektriska bågsvetsningsprocesser.

Å andra sidan är de i sina flytande tillstånd utmärkta kryogena köldmedier som garanterar de lägsta temperaturerna, väsentliga för korrekt drift av mycket energisk utrustning, eller för att vissa material ska nå tillstånd med supraledningsförmåga.

Egenskaper hos ädla gaser

Till höger (markerad med orange) är gruppen ädelgaser. Från topp till botten: Helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) och radon (Rn).

Kanske är de ädla gaserna de element som har de flesta egenskaper gemensamt, både fysiska och kemiska. Dess huvudsakliga egenskaper är:

- Alla är färglösa, luktfria och smaklösa; men när de är inneslutna i ampuller vid lågt tryck och får en elektrisk urladdning, jonas de och avger färgglada ljus (toppbild).

- Varje ädelgas har sitt eget ljus och spektrum.

- De är monatomiska arter, de enda i den periodiska tabellen som kan existera i deras respektive fysiska tillstånd utan deltagande av kemiska bindningar (eftersom metaller förenas av metallisk bindning). Därför är de perfekta för att studera gasernas egenskaper, eftersom de anpassar sig mycket till den sfäriska modellen för en idealisk gas.

- De är i allmänhet elementen med de lägsta smält- och kokpunkterna. så mycket att helium inte ens kan kristallisera vid absolut noll utan en ökning av trycket.

- Av alla element är de minst reaktiva, till och med mindre än ädelmetallerna.

- Deras joniseringsenergier är de högsta, liksom deras elektronegativiteter, förutsatt att de bildar rent kovalenta bindningar.

- Deras atomradier är också de minsta eftersom de är längst till höger i varje period.

De 7 ädla gaserna

De sju ädla gaserna faller från topp till botten genom grupp 18 i det periodiska systemet:

-Helio, He

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Alla av dem, med undantag för den instabila och konstgjorda oganeson, har studerats med avseende på deras fysikaliska och kemiska egenskaper. Oganeson, på grund av sin stora atommassa, tros inte ens vara en gas utan snarare en ädel vätska eller fast substans. På grund av dess radioaktivitet är lite känt om radon relativt helium eller argon.

Elektronisk konfiguration

Det har sagts att ädla gaser har deras valensskal helt fylld. Så mycket att deras elektroniska konfigurationer används för att förenkla de för andra element genom att använda deras symboler medföljande inom parentes (,,, etc.). Dess elektroniska konfigurationer är:

-Helium: 1s ² , (2 elektroner)

-Neon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ , (10 elektroner)

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

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

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

-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 elektroner)

Det viktiga är inte att komma ihåg dem, utan att specificera att de slutar i ns ² np ⁶ : valence octet. På samma sätt inses att dess atomer har många elektroner, som på grund av den stora effektiva kärnkraften är i en mindre volym jämfört med den för de andra elementen; det vill säga deras atomradier är mindre.

Därför uppvisar deras elektroniskt täta atomradier en kemisk egenskap som alla ädla gaser delar: de är svåra att polarisera.

polariserbarhet

Ädelgaser kan föreställas som sfärer av elektronmoln. Samtidigt som den faller ned genom grupp 18 ökar dess radier, och på samma sätt avståndet som separerar kärnan från valenselektronerna (de från ns ² np ⁶ ).

Dessa elektroner känner en mindre attraktiv kraft av kärnan, de kan röra sig mer fritt; sfärerna deformeras lättare ju större de är. Som en följd av sådana rörelser visas regioner med låga och höga elektrondensiteter: 5 + och 5-polerna.

När atomen hos en ädelgas polariseras blir den en omedelbar dipol som kan inducera en annan till den angränsande atomen; det vill säga, vi ligger före de spridande krafterna i London.

Det är därför intermolekylära krafter ökar från helium till radon, vilket återspeglas i deras ökande kokpunkt; och inte bara det, utan också deras reaktiviteter ökas.

När atomerna blir mer polariserade finns det en större möjlighet att deras valenselektroner deltar i kemiska reaktioner, varefter ädelgasföreningar genereras.

reaktioner

Helium och neon

Bland de ädla gaserna är de minst reaktiva helium och neon. I själva verket är neon det mest inerta elementet av alla, även om dess elektronegativitet (från att bilda kovalenta bindningar) överskrider fluorens.

Ingen av dess föreningar är kända under markbundna förhållanden; emellertid i Kosmos är förekomsten av molekyljonen HeH ⁺ ganska trolig . På samma sätt, när de är elektroniska upphetsade, kan de interagera med gasformiga atomer och bilda neutrala molekyler med kort liv, kallad excimers; såsom HeNe, CsNe och Ne ₂ .

Å andra sidan, även om de inte betraktas som föreningar i formell mening, kan He- och Ne-atomer ge upphov till Van der Walls molekyler; det vill säga föreningar som hålls "tillsammans" helt enkelt av spridande krafter. Till exempel: Ag ₃ He, HeCO, HeI ₂ , CF ₄ Ne, Ne ₃ Cl ₂ och NeBeCO ₃ .

På liknande sätt kan sådana Van der Walls-molekyler existera tack vare svaga joninducerade dipolinteraktioner; till exempel: Na ⁺ He ₈ , Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ och Cu ⁺ Ne ₁₂ . Observera att det till och med är möjligt för dessa molekyler att bli agglomerat av atomer: kluster.

Och slutligen kan Han- och Ne-atomerna "fångas" eller interkaleras i endohedrala komplex av fullerener eller clathrates, utan att reagera; till exempel: ₆₀ , (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , Han (H ₂ O) ₆ och Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃ .

Argon och krypton

De ädla gaserna argon och krypton tenderar att ge mer "föreningar" än helium och neon, eftersom de är mer polariserbara. Men en del av dem är mer stabila och karakteriserbara, eftersom de har en längre livslängd. Bland några av dem är HArF och molekyljonen ArH ⁺ , närvarande i nebulosor genom verkan av kosmiska strålar.

Från krypton börjar möjligheten att få föreningar under extrema, men hållbara förhållanden. Denna gas reagerar med fluor enligt följande kemiska ekvation:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Observera att krypton förvärvar ett oxidationsnummer på +2 (Kr ²⁺ ) tack vare fluor. KrF ₂ kan i själva verket syntetiseras i omsättbara mängder som ett oxiderande och fluoreringsmedel.

Argon och krypton kan skapa en bred repertoar av klathrater, endohedriska komplex, Van der Walls molekyler och vissa föreningar som väntar på upptäckt efter deras förutspådda existens.

Xenon och radon

Xenon är kung av reaktivitet bland ädla gaser. Det bildar de verkligt stabila, marknadsförbara och karakteriserbara föreningarna. Faktum är att dess reaktivitet liknar syre under de rätta förhållandena.

Hans första syntetiserade förening var "XePtF ₆ " 1962 av Neil Bartlett. Detta salt bestod faktiskt enligt litteraturen av en komplex blandning av andra fluorerade salter av xenon och platina.

Detta var emellertid mer än tillräckligt för att visa affiniteten mellan xenon och fluor. Bland några av dessa föreningar har vi: XeF ₂ , XeF ₄ , XeF ₆ och ⁺^- . När XeF ₆ upplöses i vatten, genererar det en oxid:

XEF ₆ + 3 H ₂ O → Xeo ₃ + 6 HF

Denna Xeo ₃ kan härröra de arter som är kända som xenatos (HXeO ₄^- ) eller xenic syra (H ₂ Xeo ₄ ). Xenater som är oproportionerliga med perxenater (XeO ₆^4- ); och om mediet surgörs sedan, i peroxenic syra (H ₄ Xeo ₆ ), som dehydratiseras för att xenontetraoxid (Xeo ₄ ):

H ₄ Xeo ₆ → 2 H ₂ O + Xeo ₄

Radon bör vara den mest reaktiva av de ädla gaserna; Men den är så radioaktiv att den knappast har tid att reagera innan den sönderdelas. De enda föreningar som har fullständigt syntetiserade är dess fluorid (RNF ₂ ) och oxid (RNO ₃ ).

Produktion

Luftförening

De ädla gaserna blir rikare i universum när vi går ner genom grupp 18. I atmosfären är emellertid helium knappt, eftersom jordens gravitationsfält inte kan behålla det till skillnad från andra gaser. Det är därför det inte upptäcktes i luften utan i solen.

Å andra sidan finns det stora mängder argon i luften, som kommer från radioisotopets ⁴⁰ radioaktiva sönderfall. Luft är den viktigaste naturliga källan till argon, neon, krypton och xenon på planeten.

För att producera dem måste luften först kondenseras så att den kondenseras till en vätska. Då, denna vätska undergår en fraktionerad destillation, och därmed separera var och en av komponenterna i dess blandning (N ₂ , O ₂ , CO ₂ , Ar, etc.).

Beroende på hur låg temperaturen och gasens överflöd måste vara, ökar dess priser och rangordnar xenon som den dyraste, medan helium är den billigaste.

Destillation av naturgas och radioaktiva mineraler

Helium å sin sida erhålls från en annan fraktionerad destillation; men inte från luft utan från naturgas berikad med helium tack vare frisättningen av alfapartiklar från radioaktivt thorium- och uranmineraler.

På samma sätt "föds" radon från det radioaktiva förfallet av radium i dess respektive mineraler; men på grund av deras lägre överflöd, och Rn-atomernas korta halveringstid, är deras överflöd spottande jämfört med deras kongener (de andra ädla gaserna).

Och slutligen är oganeson en mycket radioaktiv, ultramassisk, konstgjord ädel "gas", som bara kan existera kort under kontrollerade förhållanden inom ett laboratorium.

farorna

Huvudrisken med ädla gaser är att de begränsar användningen av syre av människan, särskilt när en atmosfär med hög koncentration produceras. Det är därför det inte rekommenderas att andas in dem alltför mycket.

I USA har en hög koncentration av radon detekterats i jordar som är rika på uran, vilket på grund av dess radioaktiva egenskaper kan vara en hälsorisk.

tillämpningar

Industri

Helium och argon används för att skapa en inert atmosfär för skydd under svetsning och skärning. Dessutom används de för tillverkning av halvledare av kisel. Helium används som fyllgas i termometrar.

Argon, i kombination med kväve, används vid tillverkning av glödlampor. Krypton blandat med halogener, såsom brom och jod, används i urladdningslampor. Neon används i ljusa tecken, blandat med fosforer och andra gaser för att tona dess röda färg.

Xenon används i båglampor som avger ljus som liknar dagsljus, som används i bilstrålkastare och projektorer. De ädla gaserna blandas med halogener för att producera ArF, KrF eller XeCl, som används vid produktion av excimerlasrar.

Denna typ av laser producerar ett kortvågs ultraviolett ljus som ger bilder med hög precision och används vid tillverkning av integrerade kretsar. Helium och neon används som kryogena köldmedier.

Ballonger och andningstankar

Helium används som ersättning för kväve i andningsgasblandningen på grund av dess låga löslighet i kroppen. Detta undviker bildandet av bubblor under dekompressionsfasen under uppstigningen, förutom att kväve-narkosen elimineras.

Helium har ersatt väte som gas som möjliggör förhöjning av luftskepp och luftballonger, eftersom det är en lätt och icke-brännbar gas.

Medicin

Helium används för tillverkning av superledande magneter som används i magnetisk resonansutrustning - ett mångsidigt verktyg inom medicin.

Krypton används i halogenlampor som används vid laserögonkirurgi och angioplastik. Helium används för att underlätta andning hos astmatiska patienter.

Xenon används som ett bedövningsmedel på grund av dess höga lipidlöslighet och anses vara framtidens anestesimedel. Xenon används också vid lungmedicinsk avbildning.

Radon, en radioaktiv ädelgas, används i strålterapi för vissa typer av cancer.

Övriga

Argon används i syntesen av föreningar som ersätter kväve som en inert atmosfär. Helium används som bärargas i gaskromatografi, liksom i Geiger-räknare för att mäta strålning.

referenser

Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning.
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (06 juni 2019). Noble Gases Egenskaper, användningar och källor. Återställd från: thoughtco.com
Wikipedia. (2019). Ädelgas. Återställd från: en.wikipedia.org
Philip Ball. (2012, 18 januari). Omöjlig kemi: Tvinga ädla gaser att fungera. Återställd från: newscientist.com
Professor Patricia Shapley. (2011). Noble Gas Chemistry. Återställdes från: butane.chem.uiuc.edu
Gary J. Schrobilgen. (28 februari 2019). Ädelgas. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com

ÄDELGASER: EGENSKAPER, KONFIGURATION, REAKTIONER, ANVÄNDNING - KEMI - 2026