PLEMENITI PLINI: ZNAČILNOSTI, KONFIGURACIJA, REAKCIJE, UPORABE - KEMIJA - 2026

V žlahtni plini so skupek elementov Najdenih z vključitvijo skupine 18 periodnega sistema elementov. Skozi leta so jih imenovali tudi redki ali inertni plini, oboje netočna imena; Nekateri od njih so zelo zunaj in znotraj planeta Zemlje, v ekstremnih pogojih pa so tudi sposobni reagirati.

Njegovih sedem elementov predstavlja morda najbolj edinstveno skupino v periodični tabeli, katere lastnosti in nizka reaktivnost so tako impresivne kot lastnosti plemenitih kovin. Med njimi paradirajo najbolj inerten element (neon), drugi najbolj bogat Kozmos (helij) in najtežji in najbolj nestabilen (oganeson).

Sijaj petih žlahtnih plinov v steklenih vialah ali ampulah. Vir: Novo delo Alchemist-hp (pogovor) www.pse-mendelejew.de); izvirne posamične slike: Jurii, http://images-of-elements.com.

Plemeniti plini so najhladnejše snovi v naravi; pred kondenzacijo prenesejo zelo nizke temperature. Še težja je njegova zamrznitev, saj so njene medmolekulske sile, ki temeljijo na londonskem sipanju, in polarizabilnost njegovih atomov, prešibke, da bi jih lahko samo ohranile v kristalu.

Zaradi nizke reaktivnosti so relativno varni plini za skladiščenje in ne predstavljajo prevelikega tveganja. Vendar lahko izpodrivajo kisik iz pljuč in povzročijo zadušitev, če jih vdihavamo pretirano. Po drugi strani sta dva njegova člana močno radioaktivni elementi in zato smrtno nevarni.

Nizka reaktivnost žlahtnih plinov se uporablja tudi za zagotavljanje reakcij z inertno atmosfero; tako da noben reagent ali izdelek ne tvega oksidacije in vpliva na delovanje sinteze. To daje prednost tudi postopkom električnega obločnega varjenja.

Po drugi strani so v tekočem stanju odlična kriogena hladilna sredstva, ki zagotavljajo najnižje temperature, ki so nujne za pravilno delovanje visokoenergične opreme ali za doseganje stanja superprevodnosti nekaterih materialov.

Značilnosti žlahtnih plinov

Na desni strani (poudarjena oranžna) je skupina žlahtnih plinov. Od zgoraj navzdol: helij (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), ksenon (Xe) in radon (Rn).

Morda so žlahtni plini elementi, ki imajo večino skupnih lastnosti, tako fizičnih kot kemičnih. Njegove glavne značilnosti so:

- vsi so brezbarvni, brez vonja in okusa; ko pa so pri nizkih tlakih zaprte v ampulah in dobijo električni udar, jo ionizirajo in oddajajo barvite luči (zgornja slika).

- Vsak žlahtni plin ima svojo svetlobo in spekter.

- So mononomne vrste, edine v periodični tabeli, ki lahko obstajajo v svojih fizičnih stanjih brez sodelovanja kemičnih vezi (ker se kovine povezujejo s kovinsko vezjo). Zato so kot nalašč za preučevanje lastnosti plinov, saj se zelo dobro prilagajajo sferičnemu modelu idealnega plina.

- Na splošno so elementi z najnižjimi tališči in vrelišči; toliko, da helij brez povečanja tlaka niti ne more kristalizirati pri absolutni ničli.

- Od vseh elementov so najmanj reaktivni, še manj kot plemenite kovine.

- Njihove ionizacijske energije so najvišje, pa tudi njihova elektronegativnost, ob predpostavki, da tvorijo čisto kovalentne vezi.

- Njihovi atomski polmeri so tudi najmanjši, ker so na skrajni desni strani vsakega obdobja.

7 žlahtnih plinov

Sedem žlahtnih plinov se od vrha do dna spušča skozi skupino 18 periodične tabele:

-Hejo, he

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Vsi, razen nestabilnega in umetnega oganena, so preučevali njihove fizikalne in kemijske lastnosti. Verjame se, da Oganeson zaradi velike atomske mase sploh ni plin, temveč žlahtna tekočina ali trdno snov. O radonu je malo znanega zaradi njegove radioaktivnosti glede na helij ali argon.

Elektronska konfiguracija

Za plemenite pline naj bi bila njihova valenčna lupina popolnoma napolnjena. Toliko, da se njihove elektronske konfiguracije uporabljajo za poenostavitev konfiguracije drugih elementov z uporabo njihovih simbolov v oklepaju (,,, itd.). Njegove elektronske konfiguracije so:

-Helij: 1s ² , (2 elektrona)

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

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

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

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

-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 elektronov)

Pomembno je, da si jih ne zapomnimo, ampak podrobno, da se končajo v ns ² np ⁶ : valentni oktet. Prav tako je razvidno, da imajo njeni atomi veliko elektronov, ki so zaradi velike učinkovite jedrske sile v manjšem volumnu v primerjavi z drugimi elementi; to pomeni, da so njihovi atomski polmeri manjši.

Zato imajo njihovi elektronsko gosti atomski polmeri kemijsko lastnost, ki si jo delijo vsi plemeniti plini: težko jih je polarizirati.

Polarizabilnost

Plemenite pline si lahko predstavljamo kot sfere elektronskih oblakov. Med spuščanjem skozi skupino 18 se njegovi polmeri povečujejo, na enak način pa se oddaljenost, ki loči jedro od valenčnih elektronov (od ns ² np ⁶ ).

Ti elektroni čutijo manj privlačne sile jedra, lahko se gibljejo svobodneje; krogle se lažje deformirajo, večje so. Posledično se pojavijo območja z nizko in visoko gostoto elektronov: δ + in δ- pola.

Ko je atom žlahtnega plina polariziran, postane trenutni dipol, ki lahko povzroči drugega na sosednji atom; to pomeni, da smo pred razpršilnimi silami Londona.

Zato se medmolekularne sile povečujejo od helija do radona, kar se odraža v njihovih naraščajočih vreliščih; in ne samo to, temveč se poveča tudi njihova reaktivnost.

Ko se atomi bolj polarizirajo, obstaja večja možnost, da njihovi valenčni elektroni sodelujejo v kemičnih reakcijah, po katerih nastajajo žlahtne spojine plina.

Reakcije

Helij in neon

Med žlahtnimi plini sta najmanj reaktivna helij in neon. Pravzaprav je neon najbolj inerten element od vseh, čeprav njegova elektronegativnost (iz tvorbe kovalentnih vezi) presega fluor.

Nobena od njegovih spojin ni znana pod zemeljskimi pogoji; vendar je v Kozmosu obstoj molekularnega iona HeH ⁺ precej verjeten . Prav tako so, ko so elektronsko vzburjeni, sposobni medsebojno komunicirati s plinastimi atomi in tvoriti kratkotrajne nevtralne molekule, imenovane ekscizerji; kot so HeNe, CsNe in Ne ₂ .

Po drugi strani pa atomi He in Ne, čeprav se formalno ne štejejo za spojine, lahko sprožijo molekule Van der Walls; to so spojine, ki jih "disperzivne sile" držijo "skupaj". Na primer: Ag ₃ on HECO, VZ ₂ , CF ₄ Ne, ne ₃ Cl ₂ in NeBeCO ₃ .

Podobno lahko takšne molekule Van der Walls obstajajo zahvaljujoč šibkim ionskim reakcijam dipolov; na primer: Na ⁺ He ₈ , Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ in Cu ⁺ Ne ₁₂ . Upoštevajte, da je mogoče, da te molekule postanejo aglomerati atomov: grozdi.

In končno, lahko He in Ne atome »ujeti« ali umestiti v endoedarske komplekse fulerenov ali klatrata, ne da bi reagirali; na primer: ₆₀ , (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , je (H ₂ O) ₆ in Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃ .

Argon in kripton

Plemeniti plini argon in kripton, ker so bolj polarizirani, ponavadi predstavljajo več "spojin" kot helij in neon. Vendar pa je del njih bolj stabilen in značilen, saj imajo daljšo življenjsko dobo. Med njimi je HArF in molekularni ion ArH ⁺ , ki je v meglicah prisoten z delovanjem kozmičnih žarkov.

Od kriptona se začne možnost pridobivanja spojin v ekstremnih, a trajnostnih pogojih. Ta plin reagira s fluorom v skladu z naslednjo kemijsko enačbo:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Upoštevajte, da kripton pridobi oksidacijsko število +2 (Kr ²⁺ ) zahvaljujoč fluoru. KrF _{2 se} lahko dejansko proda v tržnih količinah kot oksidacijsko in fluorirajoče sredstvo.

Argon in kripton lahko vzpostavita širok repertoar klatratov, endoedražnih kompleksov, molekul Van der Walls in nekaterih spojin, ki čakajo na odkritje po predvidenem obstoju.

Ksenon in radon

Ksenon je kralj reaktivnosti med žlahtnimi plini. Tvori resnično stabilne, tržne in značilne spojine. Dejansko njegova reaktivnost spominja na kisik v ustreznih pogojih.

Njegova prva sintetizirana spojina je bila "XePtF ₆ ", leta 1962 Neil Bartlett. V skladu s literaturo je bila ta sol dejansko sestavljena iz zapletene mešanice drugih fluoriranih soli ksenona in platine.

Vendar je bilo to več kot dovolj, da se dokaže afiniteta med ksenonom in fluorom. Med nekaterimi od teh spojin imamo: XeF ₂ , XeF ₄ , XeF ₆ in ^{+ -} . Ko se XeF ₆ raztopi v vodi, tvori oksid:

XEF ₆ + 3H ₂ O → Xeo ₃ + 6 HF

Ta XeO ₃ lahko izvira iz vrst, znanih kot ksenatos (HXeO ₄ ^- ) ali ksenska kislina (H ₂ XeO ₄ ). Ksenati nesorazmerni s perksenati (XeO ₆ ⁴ ); in če se medij nato zakisa, v peroksenski kislini (H ₄ XeO ₆ ), ki je dehidrirana v ksenonov tetroksid (XeO ₄ ):

H ₄ XeO ₆ → 2 H ₂ O + XeO ₄

Radon bi moral biti najbolj reaktiven od žlahtnih plinov; Je pa tako radioaktiven, da komaj ima čas, da se odzove, preden se razpusti. Edini spojini, ki sta jo v celoti sintetizirali, sta njen fluorid (RnF ₂ ) in oksid (RnO ₃ ).

Proizvodnja

Utekočinjanje zraka

Plemeniti plini postanejo v vesolju obilnejši, ko se spuščamo skozi skupino 18. Vendar je v ozračju helij malo, saj ga gravitacijsko polje Zemlje ne more zadržati za razliko od drugih plinov. Zato ga niso zaznali v zraku, ampak na Soncu.

Po drugi strani je v zraku precej argona, ki izhaja iz radioaktivnega razpada radioizotopa ⁴⁰ K. Zrak je najpomembnejši naravni vir argona, neona, kriptona in ksenona na planetu.

Za njihovo proizvodnjo je treba zrak najprej utekočiniti, da se ta kondenzira v tekočino. Nato se ta tekočina podvrže frakcijski destilaciji in tako loči vse sestavine svoje mešanice (N ₂ , O ₂ , CO ₂ , Ar itd.).

Glede na to, kako nizka mora biti temperatura in številčnost plina, se njene cene zvišajo, kar ksenon uvršča med najdražje, helij pa kot najcenejši.

Destilacija zemeljskega plina in radioaktivnih mineralov

Helij se pridobiva z drugo frakcijsko destilacijo; vendar ne iz zraka, temveč iz zemeljskega plina, obogatenega s helijem, zahvaljujoč se sproščanju delcev alfa iz radioaktivnih mineralov torija in urana.

Prav tako se radon »rodi« iz radioaktivnega razpada radija v njegovih mineralih; vendar je zaradi njihove manjše številčnosti in kratkega razpolovnega časa Rn-atomov njihova številčnost nasmejana v primerjavi s sorodniki (drugi žlahtni plini).

In končno, oganeson je visoko radioaktivni, ultramasični, človeško izdelan žlahtni "plin", ki lahko v kontroliranih pogojih v laboratoriju obstaja le na kratko.

Nevarnosti

Glavno tveganje žlahtnih plinov je, da omejujejo človekovo uporabo kisika, zlasti kadar nastane ozračje z veliko koncentracijo le-teh. Zato jih ne priporočamo pretiranega vdihavanja.

V ZDA so zaznali visoko koncentracijo radona v tleh, bogatih z uranom, kar bi lahko zaradi njegovih radioaktivnih lastnosti predstavljalo tveganje za zdravje.

Prijave

Industrija

Helij in argon se uporabljata za ustvarjanje inertne atmosfere za zaščito med varjenjem in rezanjem. Poleg tega se uporabljajo pri izdelavi silicijevih polprevodnikov. Helij se uporablja kot polnilni plin v termometrih.

Argon se v kombinaciji z dušikom uporablja pri izdelavi žarnic. Krypton, pomešan s halogeni, kot sta brom in jod, se uporablja v sijalkah. Neon se uporablja v svetlobnih znakih, pomešan s fosforji in drugimi plini za barvanje rdeče barve.

Xenon se uporablja v obločnih svetilkah, ki oddajajo svetlobo, ki je podobna dnevni svetlobi, ki se uporabljajo v avtomobilskih žarometih in projektorjih. Plemeniti plini se mešajo s halogeni za proizvodnjo ArF, KrF ali XeCl, ki se uporabljajo pri proizvodnji eksimernih laserjev.

Ta vrsta laserja proizvaja kratko valovno ultravijolično svetlobo, ki ustvarja slike visoke natančnosti in se uporablja pri izdelavi integriranih vezij. Helij in neon se uporabljata kot kriogeni plini hladilnega sredstva.

Baloni in dihalne cisterne

Helij se zaradi majhne topnosti v telesu uporablja kot nadomestek dušika v dihalni mešanici dihal. Tako se izognemo nastajanju mehurčkov med fazo dekompresije med vzponom, poleg tega pa odpravimo dušikovo narkozo.

Helij je nadomestil vodik kot plin, ki omogoča dvig zračnih ladij in balonov z vročim zrakom, ker je lahek in negorljiv plin.

Zdravilo

Helij se uporablja pri izdelavi superprevodnih magnetov, ki se uporabljajo v opremi za jedrsko magnetno resonanco - orodju za večnamensko uporabo v medicini.

Krypton se uporablja v halogenskih žarnicah, ki se uporabljajo pri laserski operaciji oči in angioplastiki. Helij se uporablja za lažje dihanje pri astmatičnih bolnikih.

Ksenon se uporablja kot anestetik zaradi visoke topnosti lipidov in naj bi bil anestetik prihodnosti. Ksenon se uporablja tudi pri slikanju pljuč.

Radon, radioaktivni žlahtni plin, se uporablja pri radioterapiji za nekatere vrste raka.

Drugi

Argon se uporablja pri sintezi spojin, ki nadomeščajo dušik kot inertno atmosfero. Helij se uporablja kot nosilni plin pri plinski kromatografiji, pa tudi v Geigerjevih števcih za merjenje sevanja.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje.
3. Helmenstine, Anne Marie, dr. (6. junij 2019). Lastnosti, uporabe in viri plemenitih plinov. Pridobljeno: misel.com
4. Wikipedija. (2019). Plemenit plin. Pridobljeno: en.wikipedia.org
5. Philip Ball. (2012, 18. januarja). Nemogoča kemija: prisiljavanje žlahtnih plinov v delovanje. Pridobljeno: newscientist.com
6. Profesorica Patricia Shapley. (2011). Plemenita kemija plina. Pridobljeno: butane.chem.uiuc.edu
7. Gary J. Schrobilgen. (28. februarja 2019). Plemenit plin. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com