PLEMENITI PLINOVI: KARAKTERISTIKE, KONFIGURACIJA, REAKCIJE, UPORABE - KEMIJA - 2026

Su plemeniti plinovi su skup elemenata pronađenih pomoću integracije skupine 18 u periodnom sustavu. Tijekom godina nazivali su ih rijetkim ili inertnim plinovima, oba netačna imena; neki od njih su vrlo obilni izvan i unutar planete Zemlje, a također su sposobni, pod ekstremnim uvjetima, reagirati.

Njegovih sedam elemenata čine možda najunikatniju skupinu u periodičnoj tablici, čija su svojstva i niska reaktivnost jednako impresivna kao i plemeniti metali. Među njima paradiraju najneerneniji element (neon), drugi najobilniji Kozmos (helij), a najteži i najnestabilniji (oganeson).

Sjaj pet plemenitih plinova u staklenim bočicama ili ampulama. Izvor: Novo djelo Alchemist-hp (razgovor) www.pse-mendelejew.de); izvorne pojedinačne slike: Jurii, Plemeniti plinovi su najhladnije tvari u prirodi; podnose vrlo niske temperature prije kondenzacije. Još je teže njegovo smrzavanje, jer su njegove intermolekularne sile temeljene na londonskom raspršenju i polarizabilnost njegovih atoma preslabe da bi ih samo držale kohezijskim u kristalu.

Zbog niske reaktivnosti, oni su relativno sigurni plinovi za skladištenje i ne predstavljaju mnogo rizika. Međutim, oni mogu istisnuti kisik iz pluća i uzrokovati gušenje ako se prekomjerno udišu. S druge strane, dva njegova člana su visoko radioaktivni elementi i, prema tome, smrtonosni po zdravlje.

Niska reaktivnost plemenitih plinova također se koristi za postizanje reakcija s inertnom atmosferom; tako da nijedan reagens ili proizvod ne riskira oksidaciju i utječe na učinak sinteze. To također pogoduje postupcima električnog lučnog zavarivanja.

S druge strane, u njihovom su tekućem stanju izvrsni kriogeni rashladni agensi koji jamče najniže temperature, neophodne za ispravan rad visokoenergetske opreme ili za postizanje stanja superprevodljivosti nekih materijala.

Karakteristike plemenitih plinova

S desne strane (označena narančastom bojom) je skupina plemenitih plinova. Odozgo: Helij (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), ksenon (Xe) i radon (Rn).

Možda su plemeniti plinovi elementi koji imaju najviše zajedničkih kvaliteta, fizičkih i kemijskih. Njegove glavne karakteristike su:

- Svi su bezbojni, bez mirisa i okusa; ali kad su zatvoreni u ampulama pri niskom tlaku i primaju strujni udar, ioniziraju se i odaju raznobojna svjetla (gornja slika).

- Svaki plemeniti plin ima svoje svjetlo i spektar.

- One su monomatske vrste, jedine u periodičnoj tablici koje mogu postojati u svojim fizičkim stanjima bez sudjelovanja kemijskih veza (budući da se metali spajaju metalnim vezama). Stoga su savršeni za proučavanje svojstava plinova, jer se vrlo dobro prilagođavaju sferičnom modelu idealnog plina.

- Oni su uglavnom elementi s najnižim talištem i vrelištima; toliko, da helij ne može ni kristalizirati na apsolutnoj nuli bez povećanja tlaka.

- Od svih elemenata oni su najmanje reaktivni, čak i manje od plemenitih metala.

- Njihove ionizacijske energije su najviše, kao i elektronegativnosti, pod pretpostavkom da formiraju čisto kovalentne veze.

- Njihovi su atomski radijusi također najmanji jer su krajnje desno svakog razdoblja.

7 plemenitih plinova

Sedam plemenitih plinova, od vrha do dna, spuštaju se kroz skupinu 18 periodičke tablice:

-Hej, Heo

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Svi su, osim nestabilnog i umjetnog oganena, proučeni zbog njihovih fizičkih i kemijskih svojstava. Smatra se da Oganeson, zbog velike atomske mase, uopće nije plin, već plemenita tekućina ili kruta tvar. Malo se zna o radonu zbog njegove radioaktivnosti u odnosu na helij ili argon.

Elektronska konfiguracija

Kažu da su plemeniti plinovi do kraja napunjeni. Toliko, da se njihove elektroničke konfiguracije koriste za pojednostavljenje konfiguracije drugih elemenata korištenjem njihovih simbola zatvorenih u zagrade (,,, itd.). Njegove elektroničke konfiguracije su:

-Helij: 1s ², (2 elektrona)

-Neon: 1s ² 2s ² 2p ⁶, (10 elektrona)

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

-Kripton: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶, (36 elektrona)

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

-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 elektrona)

Važno je ne zapamtiti ih, već detaljno zaključiti u ns ² np ⁶: oktet valencije. Isto tako, podrazumijeva se da njegovi atomi imaju mnogo elektrona, koji su zbog velike učinkovite nuklearne sile u manjem volumenu u odnosu na ostale elemente; to jest da su njihovi atomski radijusi manji.

Stoga njihovi elektronski gusti atomski radijusi pokazuju kemijsku karakteristiku koju dijele svi plemeniti plinovi: teško ih je polarizirati.

polarizabilnosti

Plemeniti plinovi mogu se zamisliti kao sfere elektronskih oblaka. Kako se čovjek spušta kroz grupu 18, povećavaju se njegovi polumjeri, a na isti način i udaljenost koja jezgru odvaja od valentnih elektrona (onih ns ² np ⁶).

Ovi elektroni osjećaju manje privlačnu silu od strane jezgre, mogu se slobodnije kretati; sfere se lakše deformiraju što su veće. Kao posljedica takvih kretanja pojavljuju se područja male i visoke gustoće elektrona: pola + i δ-pola.

Kad se atom plemenitog plina polarizira, on postaje trenutan dipol koji može izazvati drugog na susjedni atom; to znači da smo pred disperzivnim snagama Londona.

Zbog toga se intermolekularne sile povećavaju od helija do radona, što se odražava na njihov porast vrelišta; i ne samo to, nego i njihova reaktivnost se povećava.

Kako atomi postaju polariziraniji, veća je mogućnost da njihovi valencijski elektroni sudjeluju u kemijskim reakcijama, nakon čega nastaju plemeniti spojevi plina.

reakcije

Helij i neon

Među plemenitim plinovima najmanje reaktivnih su helij i neon. U stvari, neon je najineertičniji element od svih, iako njegova elektronegativnost (stvaranjem kovalentnih veza) prelazi onu fluora.

Nijedan od njegovih spojeva nije poznat u zemaljskim uvjetima; međutim, u Kozmosu je postojanje molekularnog iona HeH ⁺ vrlo vjerovatno. Isto tako, kad su elektronski pobuđeni, sposobni su komunicirati s plinovitim atomima i formirati kratkotrajne neutralne molekule zvane ekscizeri; kao što su HeNe, CsNe i Ne ₂.

S druge strane, iako se oni u formalnom smislu ne smatraju spojevima, He i Ne atomi mogu stvoriti Van der Walls molekule; to jest spojevi koji se jednostavno drže disperzivnim silama "zajedno". Na primjer: Ag ₃ He, Hećo, Hei ₂, CF ₄ No, no _3, Cl ₂ i NeBeCO ₃.

Slično tome, takve Van der Wallsove molekule mogu postojati zahvaljujući slabim ionsko-induciranim dipolnim interakcijama; na primjer: Na ⁺ He ₈, Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ i Cu ⁺ Ne ₁₂. Imajte na umu da je čak moguće da ove molekule postanu aglomerati atoma: nakupine.

I na kraju, He i Ne atomi mogu biti "zarobljeni" ili interkalizirani u endokardnim kompleksima fulerena ili klathrata, bez reagiranja; na primjer: ₆₀, (N ₂) ₆ Ne ₇, je (H ₂ O) ₆ i Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃.

Argon i kripton

Plemeniti plinovi argon i kripton, jer su polarizibilniji, imaju tendenciju da predstavljaju više "spojeva" od helija i neona. Međutim, dio njih je stabilniji i karakterističniji jer ima dulji vijek trajanja. Među nekima je HArF i molekulski ion ArH ⁺, prisutan u maglicama djelovanjem kozmičkih zraka.

Od kriptona počinje mogućnost dobivanja spojeva u ekstremnim, ali održivim uvjetima. Ovaj plin reagira s fluorom prema sljedećoj kemijskoj jednadžbi:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Imajte na umu da kripton postiže oksidacijski broj +2 (Kr ²⁺) zahvaljujući fluoru. KrF ₂ se u stvari može sintetizirati u tržišnim količinama kao sredstvo za oksidaciju i fluoriranje.

Argon i kripton mogu uspostaviti širok repertoar klathrata, endokardnih kompleksa, molekula Van der Walls i nekih spojeva koji čekaju otkriće nakon predviđenog postojanja.

Ksenon i radon

Xenon je kralj reaktivnosti među plemenitim plinovima. Tvori uistinu stabilne, probljive i karakterizirane spojeve. Zapravo, njegova reaktivnost nalikuje kisiku u odgovarajućim uvjetima.

Njegov prvi sintetizirani spoj bio je "XePtF ₆ ", 1962. godine Neil Bartlett. Ta se sol, prema literaturi, sastojala od složene mješavine drugih fluoriranih soli ksenona i platine.

Međutim, to je bilo više nego dovoljno da pokaže afinitet između ksenona i fluora. Među nekim od ovih spojeva imamo: XeF ₂, XeF ₄, XeF ₆ i ^{+ -}. Kad se XeF ₆ otopi u vodi, on stvara oksid:

XEF ₆ + 3 H ₂ O → XEO ₃ + 6 HF

To XEO ₃ može potjecati vrste poznate kao xenatos (HXeO ₄ ^-) ili xenic kiselina (H- ₂ XEO ₄). Ksenati nesrazmjerni perxenatesima (XeO ₆ ^4-); i ako je medij zakiseljen, u peroksenskoj kiselini (H ₄ XeO ₆), koja je dehidrirana u ksenonski tetroksid (XeO ₄):

H ₄ XeO ₆ → ₂ H20 + XeO ₄

Radon bi trebao biti najreaktivniji od plemenitih plinova; Ali toliko je radioaktivna da jedva ima vremena reagirati prije raspada. Samo spojevi koji su u potpunosti sintetizirani su njegova fluorida (RnF ₂) i oksid (RnO ₃).

Proizvodnja

Ukapljivanje zraka

Plemeniti plinovi postaju sve obilniji u Svemiru kada se spuštamo kroz grupu 18. Međutim, u atmosferi je helij oskudan, jer ga gravitacijsko polje Zemlje ne može zadržati za razliku od drugih plinova. Zbog toga nije otkriven u zraku, već na Suncu.

S druge strane, u zraku su značajne količine argona, koje dolaze iz radioaktivnog raspada radioizotopa ⁴⁰ K. Zrak je najvažniji prirodni izvor argona, neona, kriptona i ksenona na planeti.

Da bi se proizveli, zrak prvo mora biti ukapljen, tako da se on kondenzira u tekućinu. Zatim, ovaj tekući podvrgava frakcijskom destilacijom, čime se odvajanje svake od komponenata mješavinom (N ₂, O ₂, CO ₂, Ar, i sl.)

Ovisno o tome koliko moraju biti niska temperatura i obilje plina, cijene se povećavaju, ksenon je rangiran kao najskuplji, dok je helij najjeftiniji.

Destilacija prirodnog plina i radioaktivnih minerala

Helij se sa svoje strane dobiva iz druge frakcijske destilacije; ali ne iz zraka, već iz prirodnog plina, obogaćenog helijem zahvaljujući oslobađanju alfa čestica iz minerala radioaktivnog torija i urana.

Isto tako, radon je "rođen" iz radioaktivnog raspada radija u odgovarajućim mineralima; ali zbog njihovog manjeg obilja i kratkog poluživota Rn-atoma, njihovo je bogatstvo štetno u usporedbi s njihovim roditeljima (ostali plemeniti plinovi).

I na kraju, oganeson je visoko radioaktivni, ultramasični, umjetni plemeniti "plin", koji može postojati samo nakratko u kontroliranim uvjetima unutar laboratorija.

opasnosti

Glavni rizik plemenitih plinova je u tome što oni ograničavaju korištenje kisika od strane čovjeka, posebno kada se stvara atmosfera s visokom koncentracijom tih plinova. Zato ih ne preporučuje pretjerano udisanje.

U Sjedinjenim Državama otkrivena je visoka koncentracija radona u tlima bogatim uranom, što zbog njegovih radioaktivnih karakteristika može predstavljati rizik za zdravlje.

Prijave

Industrija

Helij i argon koriste se za stvaranje inertne atmosfere za zaštitu tijekom zavarivanja i rezanja. Osim toga, koriste se u proizvodnji silicijskih poluvodiča. Helij se koristi kao punjenje plina u termometrima.

Argon se u kombinaciji s dušikom koristi u proizvodnji žarulja sa žarnom niti. Krypton pomiješan s halogenima, poput broma i joda, koristi se u žaruljama za pražnjenje. Neon se koristi u svjetlosnim znakovima, pomiješan s fosforima i drugim plinovima za bojenje njegove crvene boje.

Xenon se koristi u lučnim svjetiljkama koje emitiraju svjetlost koja nalikuje dnevnoj svjetlosti, a koja se koriste u farovima automobila i projektorima. Plemeniti plinovi miješaju se s halogenima za dobivanje ArF, KrF ili XeCl, koji se koriste u proizvodnji eksimernih lasera.

Ova vrsta lasera proizvodi kratkovalnu ultraljubičastu svjetlost koja stvara slike visoke preciznosti i koristi se u proizvodnji integriranih krugova. Helij i neon koriste se kao kriogeni plinovi rashladnog sredstva.

Baloni i tenkovi za disanje

Helij se koristi kao zamjena za dušik u mješavini respiratornih plinova, zbog male topljivosti u tijelu. Time se izbjegava stvaranje mjehurića tijekom dekompresijske faze tijekom uspona, osim uklanjanja dušične narkoze.

Helij je zamijenio vodik kao plin koji omogućava podizanje zračnih brodova i balona s vrućim zrakom, jer je to lagan i nezapaljiv plin.

Lijek

Helij se koristi u proizvodnji superprevodnih magneta koji se koriste u opremi za nuklearnu magnetsku rezonancu - alat za više primjene u medicini.

Krypton se koristi u halogenim svjetiljkama koje se koriste u laserskoj kirurgiji oka i angioplastikama. Helij se koristi za lakše disanje kod astmatičnih bolesnika.

Xenon se koristi kao anestetik zbog velike topljivosti u lipidima, a smatra se da je anestetik budućnosti. Xenon se također koristi u medicinskim slikama pluća.

Radon, radioaktivni plemeniti plin, koristi se u terapiji zračenjem za neke vrste raka.

Drugi

Argon se koristi u sintezi spojeva koji supstituiraju dušik kao inertnu atmosferu. Helij se koristi kao nosač plina u plinskoj kromatografiji, kao i na Geiger-ovim brojačima za mjerenje zračenja.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
3. Helmenstine, Anne Marie, dr. Sc. (06. lipnja 2019.). Svojstva, upotrebe i izvori plemenitih plinova. Oporavilo od: misel.com
4. Wikipedia. (2019). Plemeniti plin. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
5. Philip Ball. (2012., 18. siječnja). Nemoguća kemija: Prisiljavanje plemenitih plinova na rad. Oporavilo od: newscientist.com
6. Profesorica Patricia Shapley. (2011). Plemenita kemija plina. Oporavak od: butane.chem.uiuc.edu
7. Gary J. Schrobilgen. (28. veljače 2019.). Plemeniti plin. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com