TAURIOSIOS DUJOS: CHARAKTERISTIKOS, KONFIGŪRACIJA, REAKCIJOS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Kad inertinės dujos yra rastų elementų rinkinys pagal integruojant 18 grupę periodinės lentelės. Bėgant metams jie taip pat buvo vadinami retomis arba inertinėmis dujomis, abu netikslūs pavadinimai; kai kurių iš jų yra labai gausu Žemės plane ir už jos ribų, be to, ekstremaliomis sąlygomis jie taip pat sugeba reaguoti.

Septyni jo elementai sudaro bene unikaliausią periodinės lentelės grupę, kurios savybės ir mažas reaktyvumas yra tokie pat įspūdingi kaip ir tauriųjų metalų. Tarp jų paradas pats inertiškiausias elementas (neonas), antras pagal gausumą iš Kosmoso (helio) ir sunkiausias bei nestabiliausias (oganesonas).

Stikliniuose buteliukuose ar ampulėse švyti penkios tauriosios dujos. Šaltinis: Naujas darbas „Alchemist-hp“ (aptarimas) www.pse-mendelejew.de); originalūs pavieniai vaizdai: Jurii, http://images-of-elements.com.

Tauriosios dujos yra pačios šalčiausios medžiagos; prieš kondensaciją atlaikyti labai žemą temperatūrą. Dar sunkiau yra jo užšalimas, nes jo tarpmolekulinės jėgos, pagrįstos Londono išsibarstymu, ir jo atomų poliarizuotumas yra per silpnos, kad tik laikytųsi vientisos kristaluose.

Dėl mažo reaktyvumo jie yra gana saugūs saugoti dujas ir nekelia per daug pavojaus. Tačiau per daug įkvėpus, jie gali išstumti deguonį iš plaučių ir sukelti uždusimą. Kita vertus, du jos nariai yra labai radioaktyvūs elementai, todėl yra pavojingi sveikatai.

Mažas tauriųjų dujų reaktyvumas taip pat naudojamas reaguoti į inertinę atmosferą; kad joks reagentas ar produktas nekeltų pavojaus oksiduotis ir paveikti sintezės atlikimą. Tai taip pat skatina elektrinio lankinio suvirinimo procesus.

Kita vertus, savo skystose būsenose jie yra puikūs kriogeniniai šaltnešiai, užtikrinantys žemiausią temperatūrą, būtini teisingam labai energetinės įrangos darbui ar kai kurioms medžiagoms pasiekti superlaidžias būsenas.

Tauriųjų dujų charakteristikos

Dešinėje (paryškinta oranžine spalva) yra tauriųjų dujų grupė. Iš viršaus į apačią: helis (He), neonas (Ne), argonas (Ar), kriptonas (Kr), ksenonas (Xe) ir radonas (Rn).

Ko gero, tauriosios dujos yra elementai, kurie turi daugiausiai bendrų fizinių ir cheminių savybių. Pagrindinės jo savybės:

- Visi jie yra bespalviai, bekvapiai ir beskoniai; tačiau kai jie yra uždaromi ampulėse esant žemam slėgiui ir gaunantys elektros šoką, jie jonizuojasi ir išskiria spalvotas lemputes (vaizdas viršuje).

- Kiekvienos tauriosios dujos turi savo šviesą ir spektrą.

- Tai yra vienatūrės rūšys, vienintelės periodinėje lentelėje, kurios gali egzistuoti atitinkamose jų fizinėse būsenose nedalyvaujant cheminiams ryšiams (nes metalai jungiasi metalų jungimosi būdu). Todėl jie puikiai tinka dujų savybėms tirti, nes jie labai gerai prisitaiko prie idealių dujų sferinio modelio.

- Paprastai tai yra mažiausi lydymosi ir virimo taškai; tiek, kad helis net negali kristalizuotis esant absoliučiam nuliui, nedidinant slėgio.

- Iš visų elementų jie yra mažiausiai reaktyvūs, net mažiau nei taurieji metalai.

- Aukščiausia jų jonizacijos energija, taip pat jų elektronegatyvumas, darant prielaidą, kad jie sudaro grynai kovalentinius ryšius.

- Jų atominiai spinduliai taip pat yra mažiausi, nes jie yra kiekvieno periodo dešinėje.

7 tauriosios dujos

Septynios tauriosios dujos iš viršaus į apačią nusileidžia per periodinės lentelės 18 grupę:

-Helio, jis

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Kryptonas, Kr

-Ksenonas, Xe

-Radonas, Rn

-Oganesonas, Ogai

Visų jų, išskyrus nestabilų ir dirbtinį oganesoną, fizinės ir cheminės savybės buvo ištirtos. Manoma, kad dėl didelės atominės masės Oganesonas yra net ne dujos, o kilnus skystis ar kieta medžiaga. Dėl radono radioaktyvumo helio ar argono atžvilgiu mažai žinoma apie radoną.

Elektroninė konfigūracija

Sakoma, kad tauriųjų dujų valentinis apvalkalas yra visiškai užpildytas. Tiek, kad jų elektroninės konfigūracijos yra naudojamos supaprastinti kitų elementų reikšmes, naudojant skliausteliuose užfiksuotus simbolius (,, ir kt.). Jos elektroninės konfigūracijos yra:

-Helium: 1s ² , (2 elektronai)

-Neonas: 1s ² 2s ² 2p ⁶ , (10 elektronų)

-Argonas: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ , (18 elektronų)

-Kriptonas: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ , (36 elektronai)

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

-Radonas: 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 elektronai)

Svarbu ne juos atsiminti, o detalizuoti, kad jie baigiasi ns ² np ⁶ : valentinis oktetas. Taip pat suprantama, kad jo atomai turi daug elektronų, kurie dėl didelės efektyviosios branduolinės jėgos yra mažesnio tūrio, palyginti su kitų elementų tūriu; tai yra, jų atominiai spinduliai yra mažesni.

Todėl jų elektroniškai tankūs atominiai spinduliai pasižymi cheminėmis savybėmis, kurias turi visos kilmingosios dujos: jas sunku poliarizuoti.

Poliarizuotumas

Tauriosios dujos gali būti įsivaizduojamos kaip elektronų debesų sferos. Kai nusileidžia per 18 grupę, jos spindulys padidėja ir tuo pačiu būdu padidėja atstumas, skiriantis branduolį nuo valentinių elektronų (kurių ns ² np ⁶ ).

Šie elektronai jaučia mažiau patrauklią branduolio jėgą, jie gali laisviau judėti; kuo sferos deformuojasi, tuo didesnės. Dėl tokių judesių atsiranda mažo ir aukšto elektronų tankio regionai: δ + ir δ-poliai.

Kai tauriųjų dujų atomas yra poliarizuotas, jis tampa momentiniu dipoliu, galinčiu sukelti kitą į kaimyninį atomą; tai yra, mes esame prieš išsklaidomąsias Londono pajėgas.

Štai kodėl tarpmolekulinės jėgos padidėja nuo helio iki radono, atsispindi didėjant jų virimo temperatūrai; padidėja ne tik tai, bet ir jų reaktyvumas.

Atomai tampa labiau poliarizuoti, todėl yra didesnė tikimybė, kad jų valentiniai elektronai dalyvauja cheminėse reakcijose, po kurių susidaro tauriųjų dujų junginiai.

Reakcijos

Helis ir neonas

Tarp tauriųjų dujų mažiausiai reaguojantis yra helis ir neonas. Tiesą sakant, neonas yra pats inertiškiausias elementas iš visų, net jei jo elektronegatyvumas (formuojantis kovalentinius ryšius) viršija fluoro.

Nei vienas jo junginys nėra žinomas sausumos sąlygomis; tačiau kosmose yra gana tikėtina molekulinio jono HeH ⁺ egzistavimas . Panašiai, kai jie yra sužadinti elektroniniu būdu, jie gali sąveikauti su dujiniais atomais ir sudaryti trumpalaikes neutralias molekules, vadinamas eksimeriais; tokių kaip „HeNe“, „CsNe“ ir „Ne _2“ .

Kita vertus, nors jie nelaikomi junginiais formaliąja prasme, Jis ir Ne atomai gali sukelti Van der Walls molekules; tai yra junginiai, kuriuos „kartu“ laiko tiesiog dispersinės jėgos. Pvz .: Ag ₃ He, HeCO, HeI ₂ , CF ₄ Ne, Ne ₃ Cl ₂ ir NeBeCO ₃ .

Panašiai tokios Van der Walls molekulės gali egzistuoti dėl silpnos jonų sukeltos dipolių sąveikos; pvz .: Na ⁺ He ₈ , Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ ir Cu ⁺ Ne ₁₂ . Atkreipkite dėmesį, kad šios molekulės netgi gali tapti atomų aglomeratais: spiečiais.

Ir galiausiai, Jo ir Ne atomai gali būti „įstrigę“ arba sujungti endoedriniuose fullerenų ar klatratų kompleksuose, nereaguodami; pvz .: ₆₀ , (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , He (H ₂ O) ₆ ir Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃ .

Argonas ir kriptonas

Tauriųjų dujų argonas ir kriptonas, nes jie yra labiau poliarizuojami, linkę pateikti daugiau „junginių“ nei helio ir neono. Tačiau dalis jų yra stabilesni ir charakteringesni, nes jų gyvenimo trukmė ilgesnė. Tarp kai kurių iš jų yra HArF ir molekulinis jonas ArH ⁺ , esantys ūkuose veikiant kosminiams spinduliams.

Nuo kriptono prasideda galimybė gauti junginių ekstremaliomis, bet tvariomis sąlygomis. Šios dujos reaguoja su fluoru pagal šią cheminę lygtį:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Atkreipkite dėmesį, kad kriptonas dėl fluoro įgyja oksidacijos skaičių +2 (Kr ²⁺ ). KrF ₂ iš tikrųjų gali būti sintetinamas parduodamais kiekiais kaip oksidatorius ir fluorinantis agentas.

Argonas ir kriptonas gali sudaryti platų klatratų, endoedrinių kompleksų, Van der Walls molekulių ir kai kurių junginių, laukiančių atradimo po numatomo egzistavimo, repertuarą.

Ksenonas ir radonas

Ksenonas yra reaktyvumo tarp tauriųjų dujų karalius. Tai sudaro tikrai stabilius, parduodamus ir charakterizuojamus junginius. Tiesą sakant, jo reaktyvumas tinkamomis sąlygomis panašus į deguonies.

Pirmasis jo sintezuotas junginys buvo „XePtF ₆ “, kurį 1962 m. Sukūrė Neilas Bartlettas. Remiantis literatūra, šią druską iš tikrųjų sudarė sudėtingas kitų fluorintų ksenono ir platinos druskų mišinys.

Tačiau to buvo daugiau nei pakankamai, kad būtų galima įrodyti ksenono ir fluoro giminingumą. Tarp kai kurių šių junginių rasta: XEF ₂ , XEF ₄ , XEF ₆ ir ^{+ -} . Kai XeF ₆ ištirpsta vandenyje, susidaro oksidas:

XeF ₆ + 3 H ₂ O → XeO ₃ + 6 HF

Šis XeO ₃ gali kilti iš rūšių, žinomų kaip ksenatos (HXeO ₄ ^- ) arba kseno rūgštis (H ₂ XeO ₄ ). Ksenatai, neproporcingi perksenatams (XeO ₆ ⁴ ); ir, jei terpė tada parūgštinta, į peroxenic rūgšties (H ₄ XEO ₆ ), kuris yra dehidratuotas į ksenono tetraoksidas (XEO ₄ ):

H ₄ XeO ₆ → 2 H ₂ O + XeO ₄

Radonas turėtų būti labiausiai reaktyvus iš tauriųjų dujų; Bet jis yra toks radioaktyvus, kad vargu ar turi laiko reaguoti prieš iširdamas. Vieninteliai visiškai susintetinti junginiai yra jo fluoridas (RnF ₂ ) ir oksidas (RnO ₃ ).

Gamyba

Suskystinimas oru

Tauriųjų dujų gausėja Visatoje, kai mes nusileidžiame per 18 grupę. Tačiau atmosferoje helio yra nedaug, nes Žemės gravitacinis laukas negali jo išlaikyti priešingai nei kitos dujos. Štai kodėl jis nebuvo aptiktas ore, bet saulėje.

Kita vertus, ore yra nemažai argono, kylančio dėl radioaktyvaus radioaktyvaus izotopo ⁴⁰ K. skilimo. Oras yra svarbiausias natūralus argono, neono, kriptono ir ksenono šaltinis planetoje.

Norint juos pagaminti, oras pirmiausia turi būti suskystintas, kad jis kondensuotųsi į skystį. Tuomet šis skystis distiliuojamas frakciniu būdu, tokiu būdu atskiriant kiekvieną jo mišinio komponentą (N ₂ , O ₂ , CO ₂ , Ar ir kt.).

Atsižvelgiant į tai, kokia žema turi būti temperatūra ir dujų gausa, jų kainos didėja, ksenoną priskiriant brangiausiam, o helį - pigiausiam.

Gamtinių dujų ir radioaktyviųjų mineralų distiliavimas

Savo ruožtu helis gaunamas po kito frakcinio distiliavimo; bet ne iš oro, o iš gamtinių dujų, praturtintų heliu dėl alfa dalelių išsiskyrimo iš radioaktyviųjų torio ir urano mineralų.

Taip pat radonas „gimsta“ radioaktyviajame radžio skilime atitinkamuose mineraluose; tačiau dėl jų mažesnio Rn atomų pusinės eliminacijos periodo jų gausa, palyginti su giminingų giminingų medžiagų (kitų tauriųjų dujų), yra gausi.

Galiausiai oganesonas yra labai radioaktyvus, ultramasiškas, žmogaus sukurtas kilnus „dujos“, kurios tik trumpam gali egzistuoti kontroliuojamomis sąlygomis laboratorijoje.

Pavojai

Pagrindinė tauriųjų dujų rizika yra tai, kad jos riboja žmogaus deguonies naudojimą, ypač kai susidaro atmosfera, kurioje yra didelė jų koncentracija. Štai kodėl nerekomenduojama jų pernelyg įkvėpti.

Jungtinėse Valstijose, kuriose gausu urano, aptikta didelė radono koncentracija, kuri dėl savo radioaktyviųjų savybių gali kelti pavojų sveikatai.

Programos

Industrija

Helis ir argonas naudojami kuriant inertinę atmosferą apsaugai suvirinant ir pjaustant. Be to, jie naudojami silicio puslaidininkių gamyboje. Helis naudojamas kaip užpildymo dujos termometruose.

Argonas, kartu su azotu, naudojamas kaitrinių lempų gamyboje. Kriptonas, sumaišytas su halogenais, tokiais kaip bromas ir jodas, naudojamas išlydžio lempose. Neonas naudojamas šviesiuose ženkluose, sumaišytuose su fosforomis ir kitomis dujomis, kad paryškintų raudoną spalvą.

Ksenonas naudojamas lanko lempose, skleidžiančiose dienos šviesą primenančią šviesą, kurios naudojamos automobilių priekiniuose žibintuose ir projektoriuose. Tauriosios dujos sumaišomos su halogenais, kad būtų gautas ArF, KrF arba XeCl, kurie naudojami gaminant eksimerinius lazerius.

Šio tipo lazeris skleidžia trumpųjų bangų ultravioletinę šviesą, kuri sukuria didelio tikslumo vaizdus ir yra naudojama integrinių grandynų gamyboje. Helio ir neonas naudojami kaip kriogeninės šaltnešio dujos.

Balionai ir kvėpavimo rezervuarai

Dėl mažo tirpumo organizme helis yra naudojamas kaip azoto pakaitalas kvėpavimo organų dujų mišinyje. Tai leidžia išvengti burbuliukų susidarymo dekompresijos metu pakilimo metu, be to, pašalinama azoto narkozė.

Helis pakeitė vandenilį kaip dujas, leidžiančias pakelti dirižablius ir karšto oro balionus, nes tai yra lengvos ir nedegios dujos.

Vaistas

Helis naudojamas gaminant superlaidžius magnetus, naudojamus branduolinio magnetinio rezonanso įrangoje - daugiafunkcį įrankį medicinoje.

Kriptonas naudojamas halogeninėse lempose, naudojamose akių chirurgijoje ir angioplastikoje. Helis naudojamas palengvinti astma sergančių pacientų kvėpavimą.

Ksenonas naudojamas kaip anestetikas dėl didelio tirpumo lipiduose, manoma, kad tai bus ateities anestetikas. Ksenonas taip pat naudojamas plaučių medicininiam vaizdavimui.

Radonas, radioaktyviosios kilmingosios dujos, yra naudojamas radiacijos terapijoje sergant kai kuriomis vėžio rūšimis.

Kiti

Argonas naudojamas junginių, pakeičiančių azotą, sintezėje kaip inertiška atmosfera. Helis naudojamas kaip nešiklio dujos dujų chromatografijoje, taip pat kaip Geigero skaitikliai radiacijai matuoti.

Nuorodos

1. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
2. Whittenas, Davisas, Peckas ir Stanley. (2008). Chemija. (8-asis leidimas). CENGAGE mokymasis.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019 m. Birželio 06 d.). Tauriųjų dujų savybės, panaudojimas ir šaltiniai. Atgauta iš: thinkco.com
4. Vikipedija. (2019 m.). Tauriosios dujos. Atkurta iš: en.wikipedia.org
5. Filipas Ballas. (2012 m. Sausio 18 d.). Neįmanoma chemija: priversti taurias dujas dirbti. Atgauta iš: newscientist.com
6. Profesorė Patricia Shapley. (2011). Tauriųjų dujų chemija. Atkurta iš: butane.chem.uiuc.edu
7. Gary J. Schrobilgenas. (2019 m. Vasario 28 d.). Tauriosios dujos. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com