Список благородних газів

Елементи в останньому стовпчику чи групі періодичної таблиці мають особливі властивості. Ці елементи є благородні гази, іноді звані інертними газами. Атоми, що належать до групи благородних газів, повністю заповнили зовнішні електронні оболонки. Кожен елемент нереакційноздатний, має високу енергію іонізації, електронегативність близько нуля та низьку температуру кипіння. Рухаючись вниз групою в періодичної таблиці зверху вниз, елементи стають більш реактивними. У той час як гелій і неон практично інертні і є газами, елементи, розташовані нижче за таблицею Менделєєва, легше утворюють сполуки, які зріджуються. За винятком гелію, всі назви елементів благородних газів закінчуються на -він.

Елементи групи благородних газів

• Гелій (He, атомний номер 2) - надзвичайно легкий інертний газ при кімнатній температурі та тиску. Рідка форма елемента — єдина відома людині рідина, яка не може затвердіти, хоч як би низько падала температура. Гелій настільки легкий, що може залишити атмосферу та відлетіти в космос.
• Неон (Ne, атомний номер 10) складається із суміші трьох стабільних ізотопів. Елемент використовується для виготовлення вивісок та газових лазерів, а також як холодоагент. Неон, як і гелій, здебільшого інертний. Однак відомі іони неону та нестабільні клатрати. Як і всі шляхетні гази, неон при збудженні світиться характерним кольором. Характерне червонувато-оранжеве свічення символів походить від збудженого неону.
• Аргон (Ar, атомний номер 18) у природі є сумішшю трьох стабільних ізотопів.Аргон використовується в лазерах і для створення інертної атмосфери для зварювання та хімікатів, але він може утворювати клатрати та, як відомо, утворює іони. Аргон досить тяжкий, щоб уникнути гравітації Землі, тому він присутній в атмосфері у помітних концентраціях.
• Криптон (Kr, атомний номер 36) – щільний безбарвний інертний газ. Він використовується в лазерах та лампах.
• Ксенон (Xe, атомний номер 54) у природі складається із суміші стабільних ізотопів. Чистий елемент інертний і нетоксичний, але він утворює сполуки, які можуть бути фарбовані і є токсичними, оскільки виявляють сильну схильність до окислення. Ксенон зустрічається у повсякденному житті в ксенонових лампах, таких як стробоскопи та фари деяких транспортних засобів.
• Радон (Rn, атомний номер 86) - важкий шляхетний газ. Усі його ізотопи радіоактивні. Незважаючи на те, що у звичайних умовах радон безбарвний, він фосфоресціює у вигляді рідини, що світиться жовтим, а потім червоним.
• Оганесон (Og, атомний номер 118) імовірно поводитиметься як благородний газ, але буде реактивнішим, ніж інші елементи в групі. Було вироблено лише кілька атомів оганесона, але вважається, що він буде рідким або твердим при кімнатній температурі. Оганесон — елемент із найвищим атомним номером (переважно протони) у періодичній таблиці. Він надзвичайно радіоактивний.

Шляхетні гази

Шляхетні (інертні) гази - хімічні елементи 18 групи періодичної таблиці хімічних елементів.
До них відносяться гелій, неон, аргон, криптон, ксенон, радон.
Такі гази вирізняються хімічною неактивністю.
Найбільш «інертними» є неон та гелій.

Шляхетні гази не мають кольору, запаху та смаку.
Вони завжди є в атмосферному повітрі, але їх неможливо побачити чи відчути.
Погано розчиняються у воді.
Чи не горять і не підтримують горіння.
Погано проводять тепло.
Добре проводять струм і світяться.
Практично не реагують із металами, киснем, кислотами, лугами, органічними речовинами.
Хімічна активність зростає зі збільшенням атомної маси.

Інертні гази не отруйні.
Однак атмосфера зі збільшеною концентрацією інертних газів та відповідним зниженням концентрації кисню може надавати задушливу дію на людину, аж до втрати свідомості та смерті.

Шляхетні гази

Благородні гази (також інертні [1] або рідкісні гази [2] ) - Група хімічних елементів зі схожими властивостями: за нормальних умов вони являють собою одноатомні гази без кольору, запаху і смаку, з дуже низькою хімічною реактивністю [англ.]. До благородних газів відносяться гелій (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) та радіоактивний радон (Rn). Формально до цієї групи також зараховують нещодавно відкритий оганесон (Og), проте його хімічні властивості майже не досліджені і швидше за все будуть близькі до властивостей металоїдів, таких як астат (At) та телур (Te).

У перших 6 періодах періодичної таблиці хімічних елементів інертні гази відносяться до останньої, 18-й групі. Відповідно до старої європейської системи нумерації груп періодичної таблиці, група інертних газів позначається VIIIA (головна підгрупа VIII-ї групи, або підгрупа гелію), відповідно до старої американської системи - VIIIB; крім того, в деяких джерелах, особливо в старих, група інертних газів позначається цифрою 0, зважаючи на характерну для них нульову валентність.Можливо, що через релятивістські ефекти елемент 7-го періоду 4-ї групи флеровий має деякі властивості благородних газів [3] . Він може замінити у періодичній таблиці оганесон [4] . Шляхетні гази хімічно неактивні та здатні брати участь у хімічних реакціях лише за екстремальних умов. Характеристики шляхетних газів пояснені сучасними теоріями структури атома: їх електронні оболонки з валентних електронів є заповненими, тим самим дозволяючи брати участь у дуже малій кількості хімічних реакцій: відомі лише кілька сотень хімічних сполук цих елементів. Неон, аргон, криптон і ксенон виділяють із повітря спеціальними установками, використовуючи при цьому методи зрідження газів та фракціонованої конденсації. Джерелом гелію є родовища природного газу з високою концентрацією гелію, що відокремлюється за допомогою методів кріогенного поділу газів. Радон зазвичай одержують як продукт радіоактивного розпаду радію з розчинів сполук цього елемента. Неон, як і всі благородні гази, має заповнену електронну оболонку. Усі атоми шляхетних газів мають на зовнішній орбіті 8 електронів. Винятком є ​​гелій (тільки 2 електрони) Шляхетні гази не підтримують горіння і не займаються за нормальних умов.

З'єднання

Структура тетрафториду ксенону XeF₄, одного з перших колись виявлених сполук благородних газів

Інертні гази відрізняються хімічною неактивністю (звідси й назва).Тим не менш, в 1962 Ніл Барлетт показав, що всі вони за певних умов можуть утворювати сполуки (особливо охоче з фтором). Найбільш "інертні" неон і гелій: щоб змусити їх вступити в реакцію, потрібно застосувати багато зусиль, штучно іонізуючи кожен атом. Ксенон же, навпаки, надто активний (для інертних газів) і реагує навіть за нормальних умов, демонструючи чи не всі можливі ступені окислення (+1, +2, +4, +6, +8). Радон теж має високу хімічну активність (порівняно з легкими інертними газами), але він радіоактивний і швидко розпадається, тому докладне вивчення його хімічних властивостей ускладнене, на відміну від ксенону. Оганесон, незважаючи на його приналежність до 18-ї групи періодичної таблиці, може не бути інертним газом, оскільки передбачається, що за нормальних умов через релятивістські ефекти, що впливають на рух електронів поблизу його ядра з високим зарядом, він перебуватиме в твердому стані [5] . Інертні гази мають найбільші у своєму періоді енергії іонізації Інертні гази безбарвні, прозорі і не мають запаху та смаку. У невеликій кількості вони присутні у повітрі та деяких гірських породах, а також в атмосферах деяких планет-гігантів та планет земної групи. Гелій є другим (після водню) за поширеністю елементом у Всесвіті, проте для Землі він є рідкісним газом, який випарувався в космос під час утворення планети. Майже весь гелій, що видобувається, є радіогенним продуктом того, що відбувається протягом мільярдів років у надрах Землі альфа-розпаду урану, торію та їх дочірніх елементів; лише мала частина земного гелію збереглася від епохи утворення Сонячної системи.Аналогічно, здебільшого радіогенним є аргон, що виник у результаті поступового радіоактивного розпаду калію-40. За нормальних умов усі елементи 18-ї групи (крім, можливо, оганесону) є одноатомними газами. Їхня щільність зростає зі збільшенням номера періоду. Щільність гелію за нормальних умов приблизно в 7 разів менша за щільність повітря, тоді як радон майже у вісім разів важчий за повітря. При нормальному тиску температури плавлення та кипіння у будь-якого благородного газу відрізняються менш ніж на 10 °C; таким чином вони залишаються рідкими лише в малому температурному інтервалі. Температури зрідження та кристалізації зростають із зростанням номера періоду. Гелій під атмосферним тиском взагалі не стає твердим навіть за абсолютного нулі — єдина з усіх речовин. Інертні гази не мають хімічної токсичності. Однак атмосфера зі збільшеною концентрацією інертних газів та відповідним зниженням концентрації кисню може надавати задушливу дію на людину, аж до втрати свідомості та смерті [6] [7] . Відомі випадки загибелі людей під час витоку інертних газів. Зважаючи на високу радіоактивність усіх ізотопів радону, він є радіотоксичним. Наявність радону та радіоактивних продуктів його розпаду у повітрі, що вдихається, викликає стохастичні ефекти хронічного опромінення, зокрема рак. Інертні гази мають біологічну дію, яка проявляється в їх наркотичному впливі на організм і за силою цього впливу розташовуються за спаданням в наступному порядку (у порівнянні наведені також азот і водень): Xe - Kr - Ar - N₂ - H₂ - Ne - He.При цьому ксенон і криптон виявляють наркотичний ефект при нормальному барометричному тиску, аргон – при тиску понад 0,2 МПа (2 атм), азот – понад 0,6 МПа (6 атм), водень – понад 2,0 МПа (20 атм) . Наркотична дія неону та гелію в дослідах не реєструється, тому що під тиском раніше виникають симптоми «нервового синдрому високого тиску» (НСВС) [8] . Шляхетні гази у вакуумних скляних колбах, через які пропущений струм Легкі інертні гази мають дуже низькі точки кипіння та плавлення, що дозволяє їх використовувати як холодильний агент у кріогенній техніці. Рідкий гелій, що кипить при 4,2 К (−268,95 °C) , використовується для отримання надпровідності - зокрема, для охолодження надпровідних обмоток електромагнітів, які застосовуються, наприклад, для магнітно-резонансної томографії та інших додатків ядерного магнітного резонансу. Рідкий неон, хоча його температура кипіння (-246,03 ° C) і не досягає таких низьких значень як у рідкого гелію, також знаходить застосування в кріогеніці, тому що його охолодні властивості (питома теплота випаровування) більш ніж у 40 разів краще, ніж у рідкого гелію, і більш ніж утричі краще, ніж у рідкого водню. Гелій завдяки його зниженій розчинності в рідинах, особливо в ліпідах, використовується замість азоту як компонент дихальних сумішей для дихання під тиском (наприклад, при підводному плаванні). Розчинність газів у крові та біологічних тканинах зростає під тиском. У разі використання для дихання звичайного повітря або інших азотовмісних дихальних сумішей це може стати причиною ефекту, відомого як азотне отруєння.Завдяки меншій розчинності в ліпідах атоми гелію затримуються клітинною мембраною, і тому гелій використовується в дихальних сумішах, таких як тримікс і геліокс, зменшуючи наркотичний ефект газів, що виникає на глибині. Крім того, знижена розчинність гелію в рідинах тіла дозволяє уникнути кесонної хвороби при швидкому випливі з глибини. Зменшення залишку розчиненого газу в тілі означає, що під час випливання утворюється менша кількість газових бульбашок; це зменшує ризик газової емболії. Інший інертний газ, аргон, розглядається як найкращий вибір для використання як прошарок до сухого костюма [9] [ неавторитетне джерело ] для підводного плавання. Аргон, найдешевший серед інертних газів (його вміст в атмосфері становить близько 1 %), широко використовується при зварюванні в захисних газах, різанні та інших додатках для ізоляції від повітря металів, що реагують при нагріванні з киснем (і азотом), а також для обробки рідкої сталі. Аргон також застосовується у люмінесцентних лампах для запобігання окисленню розігрітого вольфрамового електрода. Також, зважаючи на низьку теплопровідність, аргон (а також криптон) використовують для заповнення склопакетів. Після краху дирижабля «Гінденбург» у 1937 році вогненебезпечний водень був замінений негорючим гелієм як заповнювальний газ у дирижаблях та повітряних кулях, незважаючи на зниження плавучості на 8,6 % порівняно з воднем. Незважаючи на заміну, катастрофа справила непропорційно великий вплив на всю область герметичних літальних апаратів легше за повітря і підірвала плани щодо розширення цієї галузі авіації більш ніж на півстоліття. Вони стали популярнішими лише останнім часом, з розвитком нановолоконних тканин та альтернативної енергетики.