Благородные (инертные) газы
Скачать 207.91 Kb.
|
1 2
Благородные (инертные) газы.
Благородными (инертными) газами называют элементы главной подгруппы VIII группы: гелий( Не), неон( Nе), аргон( Аr), криптон (Кr), ксенон( Хе) и радон( Rn) (радиоактивный элемент). Каждый благородный газ завершает соответствующий период в Периодической системе и имеет устойчивый, полностью завершенный внешний электронный уровень – ns2np6. –этим объясняется уникальность свойств элементов подгруппы. Считается, что благородные газы полностью инертны. Отсюда происходит их второе название – инертные. Все благородные газы входят в состав атмосферы, их содержание в атмосфере составляет по объёму (%): гелия – 4,6 * 10-4; аргона – 0,93; криптона – 1,1* 10-4; ксенона – 0,8 * 10-6 и радона – 6 * 10-8 . Все они при нормальных условиях – газы без запаха и цвета, плохо растворимые в воде. Их температуры кипения и плавления возрастают с увеличением размеров атомов. Молекулы одноатомны.
§1. Гелий Гелий обнаружен в 1868г. Методом спектрального анализа солнечного излучения (Локьер и Франкленд, Англия; Жансен, Франция). На Земле Гелий был найден в 1894г. В минерале клевеите (Рамзай, Англия). От греч. ἥλιος — «Солнце» (см. Гелиос). Любопытен тот факт, что в названии элемента было использовано характерное для металлов окончание «-ий» (по лат. «-um» — «Helium»), так как Локьер предполагал, что открытый им элемент является металлом. По аналогии с другими благородными газами логично было бы дать ему имя «гелион» («Helion»). В современной науке название «гелион» закрепилось за ядром лёгкого изотопа гелия — гелия-3. Особая устойчивость электронной структуры атома отличает гелий от всех остальных химических элементов периодической системы. Гелий по физическим свойствам наиболее близок к молекулярному водороду. Вследствие ничтожной поляризуемости атомов гелия, у него самые низкие температуры кипения и плавления. Гелий хуже других газов растворяется в воде и в других растворителях. В Обычных условиях гелий химически инертен, но при сильном возбуждении атомов он может образовывать молекулярные ионы. В обычных условиях эти ионы неустойчивы; захватываю недостающий электрон, они распадаются на два нейтральных атома. Возможно также образование ионизированных молекул. Гелий – наиболее трудно сжимаемый из всех газов. Гелий удаётся перевести в жидкое состояние только при температуре, приближающийся к абсолютному нулю, т.е. -273,15. Жидкий гелий при температура около 2К обладает уникальным свойством – сверхтекучестью, которая в 1938г. Была открыта П.Л. Капицей и теоретически обоснована Л.Д. Ландау, создавшим квантовую теорию свертекучести. Жидкий гелий существует в двух модификациях: гелий I, который ведет себя как обычная жидкость, и гелий II – сверхтеплопроводная и сверхлетучая жидкость. Гелий II проводит теплоту в 107 раз лучше, чем гелий I ( и в 1000 раз лучше, чем серебро). Он практически не имеет никакой вязкости, мгновенно проходит через узкие капилляры, самопроизвольно переливается через стенки сосудов в виде тонкой плёнки. Атомы He в сверхтекучем состоянии ведут себя почти так же, как электроны в сверхпроводниках. В земной коре гелий накапливается за счёт распада частиц радиоактивных элементов, содержится растворенным в минералах, в самородных металлах. Ядра гелия чрезвычайно устойчивы и широко используются для проведения различных ядерных реакций. В промышленности гелий в основном выделяют из природных газов методом глубокого охлаждения. При этом он, как самое низкокипящее вещество, остается в виде газа, тогда как все остальные газы конденсируются. Газообразный гелий применяется для создания инертной атмосферы при сварке металлов, при консервации пищевых продуктов и др. Жидкий гелий применяется в лаборатории в качестве хладоагента в физике низких температур. §2. Неон Неон открыли в июне 1898 года шотландский химик Уильям Рамзай и английский химик Морис Траверс. Они выделили этот инертный газ «методом исключения», после того, как кислород, азот, и все более тяжёлые компоненты воздуха были превращены в жидкость. Элементу дали незамысловатое название «неон», что в переводе с греческого означает «новый». В декабре 1910 года французский изобретатель Жорж Клод сделал газоразрядную лампу, заполненную неоном. Название происходит от греч. νέος — новый. Существует легенда, согласно которой название элементу дал тринадцатилетний сын Рамзая — Вилли, который спросил у отца, как тот собирается назвать новый газ, заметив при этом, что хотел бы дать ему имя novum (лат. — новый). Его отцу понравилась эта идея, однако он посчитал, что название neon, образованное от греческого синонима, будет звучать лучше. Неон, как и гелий, обладает очень высоким ионизационным потенциалом(21,57 эВ), поэтому соединений валентного типа не образует. Основное отличие его от гелия обуславливается относительно большей поляризуемостью атом, т.е. несколько большей склонностью образовывать межмолекулярную связь. Неон имеет очень низкие температуры кипения (-245,9 оС) и плавления (-248,6 оС), уступая лишь гелию и водороду. По сравнению с гелием у неона несколько большая растворимость и способность адсорбироваться. Как и гелий, неон при сильном возбуждении атомов образует молекулярные ионы типа Ne2+ . Неон получают совместно с гелием в качестве побочного продукта в процессе сжижения и разделения воздуха. Разделение гелия и неона осуществляется за счёт адсорбции или конденсации. Адсорбированный метод основан на способности неона в отличии от гелия адсорбироваться активированным углём, охлаждённым жидким азотом. Конденсационный способ основан на вымораживании неона при охлаждении смеси жидким водородом. Неон применяется в электровакуумной технике для наполнения стабилизаторов напряжения, фотоэлементов и других приборов. Различные типы неоновых ламп с характерным красным свечением употребляют на маяках и в других осветительных устройствах, в световой рекламе и т.п. Природный неон состоит из трёх стабильных изотопов: 21Ne и 22Ne. В мировой материи неон распределен неравномерно, однако в целом по распространенности во Вселенной он занимает пятое место среди всех элементов — около 0,13 % по массе. Наибольшая концентрация неона наблюдается на Солнце и других горячих звездах, в газовых туманностях, в атмосфере внешних планет Солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. В атмосфере многих звезд неон занимает третье место после водорода и гелия. Из всех элементов второго периода неон — самый малочисленный на Земле. В рамках восьмой группы неон по содержанию в земной коре занимает третье место — после аргона и гелия. Газовые туманности и некоторые звезды содержат неона во много раз больше, чем его находится на Земле. На Земле наибольшая концентрация неона наблюдается в атмосфере — 1,82·10−3%по объему, а его общие запасы оцениваются в 7,8·1014 м³. В 1 м³ воздуха содержится около 18,2 см³ неона (для сравнения: в том же объеме воздуха содержится только 5,2 см³ гелия). Среднее содержание неона в земной коре мало − 7·10−9% по массе. Всего на нашей планете около 6,6·1010 т неона. В изверженных породах находится около 109 т этого элемента. По мере разрушения пород газ улетучивается в атмосферу. В меньшей мере атмосферу снабжают неоном и природные воды. Причину неоновой бедности нашей планеты ученые усматривают в том, что некогда Земля потеряла свою первичную атмосферу, которая и унесла с собой основную массу инертных газов, которые не могли, как кислород и другие газы, химически связаться с другими элементами в минералы и тем самым закрепиться на планете. §3. Аргон В 1892 году британский ученый Джон Стретт, более известный нам как лорд Рэлей (см. Критерий Рэлея), занимался одной из тех однообразных и не слишком увлекательных работ, без которых тем не менее не может существовать экспериментальная наука. Он исследовал оптические и химические свойства атмосферы, поставив перед собой цель измерить массу литра азота с точностью, которой до него никому не удавалось достичь. Однако результаты этих измерений казались парадоксальными. Масса литра азота, полученного методом удаления из воздуха всех других известных тогда веществ (таких, как кислород), и масса литра азота, полученного посредством химической реакции (пропусканием аммиака над нагретой до красного каления медью) оказывались разными. Получалось, что азот из воздуха на 0,5% тяжелее азота, полученного химическим путем. Это расхождение не давало Рэлею покоя. Убедившись, что никаких ошибок в эксперименте допущено не было, Рэлей опубликовал в журнале Nature письмо, в котором спрашивал, не может ли кто-нибудь объяснить причину этих расхождений. Сэр Уильям Рамзай (Рэмзи) (Sir William Ramsay, 1852–1916), работавший в то время в Университетском колледже в Лондоне, ответил Рэлею на это письмо. Рамзай предположил, что в атмосфере может присутствовать не открытый еще газ, и для выделения этого газа предложил использовать новейшее оборудование. В проведенном эксперименте обогащенный кислородом воздух, смешанный с водой, подвергался воздействию электрического разряда, что вызывало соединение атмосферного азота с кислородом и растворение образующихся окислов азота в воде. К концу эксперимента, после того как весь азот и кислород из воздуха уже были исчерпаны, в сосуде все еще оставался маленький пузырек газа. Когда через этот газ пропустили электрическую искру и подвергли его спектроскопии, ученые увидели неизвестные ранее спектральные линии (см. Спектроскопия). Это означало, что был открыт новый элемент. Рэлей и Рамзай опубликовали свои результаты в 1894 году, назвав новый газ аргоном, от греческого «ленивый», «безразличный». А в 1904 году оба они за эту работу получили Нобелевскую премию. Однако она не была разделена между учеными, как это принято в наше время, а каждый получил премию в своей области — Рэлей по физике, а Рамзай — по химии. Имел место даже своего рода конфликт. В то время многие ученые полагали, что «владеют» отдельными областями исследований, и не было до конца ясно, давал ли Рэлей Рамзаю разрешение работать над этой проблемой. К счастью, оба ученых оказались достаточно мудры, чтобы осознать преимущества совместной работы, и, сообща опубликовав ее результаты, они исключили возможность неприятной борьбы за первенство. Аргон — одноатомный газ. Имея относительно больший размер атома, аргон более склонен к образованию межмолекулярных связей, чем гелий и неон. Поэтому аргон в виде просо вещества характеризуется несколько более высокими температурами кипения (при нормальном давлении) −185,9 °C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота) и плавления(-184,3°C). В 100 мл воды при 20 °C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде. Аргон образует межмолекулярные соединения включения – клатраты примерного состава Ar*6H20 представляет собой кристаллическое вещество, разлагающееся при атмосферном давлении и температуре -42,8 °C. Его можно получить непосредственно взаимодействием аргона с водой при 0°C и давлении порядка 1,5*107 Па. С соединениями H2S, SO2, CO2, HCl аргон даёт двойные гидраты, т.е. смешанные клатраты. Аргон получают при разделении жидкого воздуха, а также из отходов газов синтеза аммиака. Аргон применяют в металлургических и химических процессах, требующих инертной атмосферы, в светотехнике, электротехнике, ядерной энергетике и т.п. Содержание аргона в мировой материи оценивается приблизительно в 0,02 % по массе. Аргон (вместе с неоном) наблюдается на некоторых звездах и в планетарных туманностях. В целом его в космосе больше, чем кальция, фосфора, хлора, в то время как на Земле существуют обратные отношения. Аргон — третий по содержанию после азота и кислорода компонент воздуха, его среднестатистическое содержание в атмосфере Земли составляет 0,934 % по объему и 1,288 % по массе, его запасы в атмосфере оцениваются в 4·1014 т. Аргон — самый распространённый инертный газ в земной атмосфере, в 1 м³ воздуха содержится 9,34 л аргона (для сравнения: в том же объеме воздуха содержится 18,2 см³ неона, 5,2 см³ гелия, 1,1 см³ криптона, 0,09 см³ ксенона). Содержание аргона в литосфере — 4·10-6 % по массе. В каждом литре морской воды растворено 0,3 см³ аргона, в пресной воде его содержится 5,5·10-5 — 9,7·10-5 %. Его содержание в Мировом океане оценивается в 7,5·1011 т, а в изверженных породах земной оболочки — 16,5·1011 т . |
1 2
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Благородные (инертные) газы Периодической системе и имеет устойчивый, полностью завершенный внешний электронный уровень – ns2n –этим объясняется уникальность... | | Реферат На тему: ” Инертные газы: история открытия, свойства, применение ” К благородным газам относятся гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. По своим свойствам они не похожи ни на какие другие элементы... |
 | 1. Общие положения Утвердить "Правила безопасности для объектов, использующих сжиженные углеводородные газы" | | Конспект и задание к уроку по теме «Атмосфера» Состав воздуха: 78 азот, 21 кислород, 1 другие газы (аргон, углекислый газ), влага и взвеси (примеси) |
| Пример оформления реферата Расходомерные установки, поршневые расходомеры, тахометрические расходомеры, измерение, большие расходы, газы | | Урока Тема урока Сравнивать и различать твёрдые тела, жидкости и газы. Приводить примеры движения под воздействием энергии |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «Хороший человек тот, кто делает большие и благородные дела, даже если он при этом рискует всем» | | Реферат по металлургии на тему: Благородные Металлы Прочие же металлы, которые под действием воды и воздуха теряют металлический блеск, покрываясь налетом, а после прокаливания превращаются... |
| Генератор энергии Изобретение обеспечивает упрощение конструкции генератора, использование любых видов углеводородного топлива, газообразного (природный... | | Генератор энергии Изобретение обеспечивает упрощение конструкции генератора, использование любых видов углеводородного топлива и газообразного (природный... |
| Технический комитет по стандартизации благородных металлов, сплавов,... Московского государственного гуманитарного университета имени М. А. Шолохова при финансовой поддержке Министерства образования и... | | Природные источники углеводородов Основные источники углеводородов нефть,природный и попутный нефтяной газы, уголь. Запасы их не безграничны. По оценкам ученых,при... |
| План механические свойства жидкостей и газов Судя по всему, атомы и молекулы, из которых они состоят, слабее связаны друг с другом, чем атомы в твердых телах. В результате жидкости... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Активизировать стремление совершать благородные поступки, учить детей анализировать как свои, так и поступки своих друзей, радоваться... |
| 1284 образовательная программа москва 2013 Надо создать все условия для того, чтобы ребята могли реализовать себя. Чтобы школа стала для них родным домом, большой захватывающей... |
