Въведение

Благородните или инертни газове включват: хелий Не, неонови Не, аргон Ар, криптон Кр, ксенон Той Х, радон Rn... Те принадлежат към VIII група, основната подгрупа на периодичната система от химични елементи на D.I. Менделеев. Безцветни едноатомни газове без мирис. Външната електронна обвивка на молекулите е запълнена (s 2 p 6), поради което при нормални условия благородните газове са едноатомни и химически инертни. Те са част от земната атмосфера: най -често срещаният е аргон (0,934% по обем), най -рядко срещан е ксенон (0,86 * 10 -5%). В малки количества се намира в някои минерали, естествени газове, разтворени във вода. Освен това те са открити и в атмосферата на планети -гиганти и на Слънцето (хелий).

Химията на благородните газове не е разнообразна поради тяхната инертност, но от друга страна, тя е много интересна за изследване поради тяхната специална структура и свойства. Изследването на тези елементи и техните съединения е много актуално, тъй като е на етап развитие. Поради тези причини аз посветих работата си на тях.

получаване на собственост на благороден газ

Историята на откриването на благородни газове

Откриването на благородни газове и изучаването на техните свойства са много интересна история, въпреки че предизвика известен шок сред учените -химици. Този период в историята на химията дори беше наречен, наполовина на шега, „кошмарът на благородния газ“.

Първият благороден газ, аргон, е открит през 1894 г. По това време възникна разгорещен научен спор между двама британски учени - лорд Рейли и Уилям Рамзи. На Рейли хрумна, че азотът, получен от въздуха след отстраняването на кислорода, има плътност малко по -висока от азота, получен по химичен път. Рамзи е на мнение, че такава аномалия в плътността може да се обясни с наличието на неизвестен тежък газ във въздуха. Колегата му, от друга страна, не искаше да се съгласи с това. Рейли вярва, че това е по-скоро някаква тежка озоноподобна модификация на азота.

Само експериментът може да изясни. Рамзи отстрани кислорода от въздуха по обичайния начин- използвайки го за изгаряне и свързан азот, както обикновено правеше в лекционните си експерименти, прекарвайки го върху нажежен магнезий. Използвайки останалия газ за по -нататъшни спектрални изследвания, изуменият учен видя безпрецедентен спектър с червени и зелени линии.

През цялото лято на 1894 г. лорд Рейли и Рамзи поддържаха оживена кореспонденция и на 18 август обявиха откриването на нов компонент на атмосферата - аргон. Рамзи продължи експериментите си и установи, че аргонът е дори по -инертен от азота и очевидно изобщо не реагира с друг химикал. Именно за това свойство е получил името си: „аргон“ - от гръцки „инертен“.

Рамзи определя атомната маса на аргона: 40. Следователно той трябва да бъде поставен между калий и калций. Нямаше обаче свободно място! За разрешаване на това противоречие са изложени различни хипотези. По -специално, D.I. Менделеев предполага, че аргонът е алотропна модификация на азот N 3, чиято молекула е силно стабилна.

За първи път хелият е идентифициран като химичен елемент през 1868 г. от П. Янсен по време на изследването слънчево затъмнениев Индия. Спектралният анализ на слънчевата хромосфера разкри ярко жълта линия, първоначално определена за спектъра на натрий, но през 1971 г. J. Lockyer и P. Jansen доказаха, че тази линия не принадлежи към нито един от елементите, известни на Земята. Локиер и Е. Франкланд нарекли новия елемент хелий от гръцки. "Genlios", което означава слънце. По това време те не знаеха, че хелият е инертен газ и се приемаше, че е метал. И само четвърт век по -късно на Земята е открит хелий.

През 1890 г. Рамзи обърна внимание на факта, че по време на разлагането на минерала клевейт с киселини се отделят значителни количества газ, който той счита за азот.

Сега Рамзи искаше да провери - може би аргон може да бъде намерен в този азот, свързан с минерала! Разпръсна две унции рядка породасярна киселина. През март 1895 г. той изучава спектъра на събрания газ и е необичайно изумен, когато открива искряща жълта линия, която е различна от известната жълта спектрална линия на натрий.

Това беше нов газ, газообразен елемент, неизвестен дотогава. Уилям Крукс, който в Англия се смяташе за най -висшия авторитет в областта на спектралния анализ, каза на своя колега, че прословутата жълта линия е същата, която беше забелязана от Локйер и Янсен през 1868 г. в спектъра на Слънцето: следователно хелият е също на Земята. Година по -късно Г. Кейзер открива примес на хелий в атмосферата, а през 1906 г. хелий е открит в състава на природен газ от нефтените кладенци в Канзас. През същата година Е. Ръдърфорд и Т. Ройдс установяват, че алфа частиците, излъчвани от радиоактивни елементи, са хелиеви ядра.

Рамзи намери начин да постави и двата новооткрити газа в периодичната таблица, въпреки че формално нямаше място за тях. Към известните осем групи елементи, той добави нулева група, специално за нулевовалентни, нереагиращи благородни газове, както сега се наричат ​​новите газообразни елементи.

Когато Рамзи постави благородни газове в нулева група според тяхната атомна маса - хелий 4, аргон 40, той откри, че има място за още един елемент между тях. Рамзи съобщи за това през есента на 1897 г. в Торонто на заседание на Британското общество. След много неуспешни експерименти, Рамзи идва с идеята да ги търси във въздуха. Междувременно германският Linde и англичанинът Хемпсън публикуваха почти едновременно нов начинвтечняване на въздуха. Този метод е използван от Рамзи и наистина с негова помощ той е успял да открие липсващи газове в определени фракции от втечнен въздух: криптон („скрит“), ксенон („извънземен“) и неон („нов“).

След тези открития стана ясно, че в природата има група нови химични елементи и за нея трябва да се намери място в системата от химични елементи. Тъй като тези нови елементи бяха изключително инертни и не проявяваха химически свойства, по предложение на белгийския химик Ерера, както и Рамзи, и в съгласие с D.I. Менделеев през 1900 г. въвежда нулевата група химични елементи в Периодичната система, която включва посочените елементи, както и радон („лъч“) - продукт на радиоактивно разпадане на радий (открит през 1901 г.). Нулевата група, разбира се, се намираше пред първата група; номерът на групата в периодичната таблица е свързан с максималната валентност на химичните елементи, проявена от тях в кислородните съединения, или с максималното състояние на окисление. Огромни усилия на химиците различни страни, насочени към разкриване на реактивността на нови елементи, бяха напразни. Те не взаимодействаха с никой, дори и с повечето активни вещества, и следователно беше заключено, че валентността и окислителното състояние на благородните газове са нулеви. В тази връзка те бяха наречени "инертни газове". Впоследствие това име е заменено с термина "благородни газове".

Откриването на благородни газове имаше голямо значение за научната общност. По -специално, той помогна при провеждането на спектрални изследвания. Оранжевата линия на спектъра на стабилния изотоп криптон-86 е приета като международен стандарт за дължината на вълната на светлината. Откриването на тези елементи обаче е от най -голямо значение за развитието на концепцията за валентността и теорията за междумолекулните сили. Учените Косел и Луис са работили в тази посока, които са изложили хипотеза, че електронната обвивка от 8 електрона е най -стабилната и че различните атоми са склонни да я придобиват чрез свързване или разделяне на електрони.

До 1962 г. се смяташе, че инертните газове не влизат в никакви реакции. През 1962 г. канадският учен Н. Бартлет успява да получи съединение от ксенон и платинов хексафлуорид XePtF 6. Бартлет е първият, който получава съединение, в което е включена осем-електронната обвивка на ксенона. Така митът за абсолютната инертност на обвивката от благороден газ е разрушен. След това името "инертни газове" вече не отговаря на реалността, поради което по аналогия с нискоактивните благородни метали тази група химични елементи се нарича благородни газове. Тъй като получи химични съединения, при които максималната валентност на благородните газове е 8, вместо нулева група, те започнаха да се считат за основна подгрупа от група VIII на Периодичната система.

През 1962 г. на страниците на химическите списания се появяват формули на необичайни химични съединения: XePtF 6, XeF 2, XeF 4, XeF 6. Появата на тези вещества беше неочаквана, защото преди никой по света не беше успял да приготви едно -единствено химично съединение от инертни газове. Това е името на набора от химични елементи, разположени в десния "фланг" на периодичната система: хелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон.

Разпространението на инертни газове в природата.

Способността на инертните газове да влизат в химични взаимодействия е втората изненада в тяхната история. Първият се състоеше в самия факт на откриването им, което се случи за много кратко време - от 1894 до 1898 г. Съставът на земната атмосфера вече се смяташе за добре проучен и дори нямаше предположение, че тя може да съдържа непознати газове от елементарен характер.

Английският физик Дж. Рейли обърна внимание на мистериозно обстоятелство: плътностите на атмосферния азот и азотът, получен от химични съединения, бяха различни. Нека бъде малко, но винаги с еднаква сума. За да обясни тази аномалия, Рейли се обърна за помощ към своя сънародник, химик и физик У. Рамзи. След като обсъдиха ситуацията и повториха експериментите, учените стигнаха до заключението, че атмосферният азот съдържа примес на непознат газ. Той успя да изолира и определи спектъра на този газ. Новият газ беше наречен „аргон“, което в превод от гръцки означава „неактивен“, тъй като наистина се оказа, че аргонът не може да влезе в химична реакция... Известно време дори се смяташе не за химически елемент, а за алотропна модификация (виж Алотропия) на азота (точно както са известни кислород O 2 и озон O 3).

През 1895 г. от урановия минерал клевеит е изолиран друг „неактивен елемент“ - хелий (още по -рано е открит чрез спектрални линии на Слънцето и във вулканични газове (вж. Спектрален анализ), по -късно е открит в земната атмосфера), а 3 години от въздуха бяха изолирани 3 инертни елемента - криптон, неон и ксенон (имената идват от Гръцки думи, което означава съответно „скрит“, „нов“, „извънземен“). Решаващата роля в тези открития принадлежи на У. Рамзи. Техниката за втечняване на въздуха и разделянето му на фракции, които се различават по температурите на втечняване, спомогна за изолирането на изброените газове. Накрая, през 1899 г. в Канада, Е. Ръдърфорд и Р. Оуен, изучавайки явлението радиоактивност, доказаха съществуването на последния инертен газ - радон (името е от елемента радий, чийто продукт на радиоактивно разпадане е радон) .

Известно време учените спореха как да поставят инертни газове в периодичната система: никоя от 8 -те й групи нямаше подходящо място. В крайна сметка през 1900 г. те стигат до извода, че би било целесъобразно да се създаде независима нулева група в периодичната таблица. Оттогава такава група, включваща елементи със серийни номера 2, 10, 18, 36, 54, 86, започна да се появява в периодичната таблица, инертните газове завършиха своите периоди (от първия до шестия).

Възможно е да се обясни химическата неактивност на инертните газове едва след разработването на планетарния модел на атома. Атомите на всички инертни газове, с изключение на хелия, съдържат 8 електрона върху външната електронна обвивка. Такъв електронен "октет" се счита за много стабилен и тази концепция е в основата на обяснението на йонни и ковалентни химични връзки (виж Химическа връзка). Едва в началото на 60 -те години. XX век се оказа, че неспособността на инертните газове да влизат в химични реакции е заблуда на учените. За унищожаването на „бронята на недостъпността“ на тези елементи помогна неметал - флуор.

Днес вече са известни около 200 химични съединения на ксенон, криптон и радон - флуориди, хлориди, оксиди, киселини, соли и нитриди. Това изобилие доведе до премахване на нулевата група в съвременната периодична система: всички инертни газове започнаха да се поставят в основната подгрупа на група VIII. Вярно е, че не всички химици са съгласни с това решение: в края на краищата за аргона получаването на стабилни химични съединения е проблематично, а за хелия и неона едва ли е възможно изобщо.

Но самото понятие "инертен", разбира се, е загубило предишното си значение. Често хелият и неговите аналози се наричат ​​още благородни газове (тъй като те, както и преди това златото от благородния метал, не са „искали“ да влизат в химични реакции). Веднъж У. Рамзи предложи друго име: рядко. Той пише, че „във въздуха има по -малко ксенон от златото морска вода”, И не беше далеч от истината. Благородните газове наистина са сред най -малко разпространените елементи на Земята. Най-богатият земна атмосферааргон (това е много повече от всички други инертни газове, взети заедно). Ето защо първо е открит аргонът.

Инертните газове се използват широко в науката и технологиите. Изучаването на свойствата на течния хелий доведе до удивителни открития във физиката (свръхфлуидност, свръхпроводимост); газообразният хелий е необходим за много научно изследване... Лампи, рекламни тръби, лампи за различни цели са пълни с инертни газове. Инертните газове се използват при производството на силно окисляващи вещества. Химичните съединения на инертните газове също са интересни не само за теоретиците; те са най -силните окислители и следователно направиха възможно извършването на някои преди това необичайни химични реакции, например получаването на петивалентни златни съединения.

Инертните газове (благородни газове) са елементи, които образуват група 18 PS (в краткосрочния вариант - основната подгрупа на група 8): хелий He (атомен номер 2), неонов Ne (Z = 10), аргон Ar (Z = 18) криптон Kr (Z = 36), ксенон Xe (Z = 54) и радон Rn (Z = 86). Инертните газове постоянно присъстват във въздуха (1 м 3 въздух съдържа около 9,4 литра, главно Ar). Учените анализират състава на въздуха от втората половина на 18 век. Открийте обаче инертни газове дълго времесе провали. Поради химическата си пасивност те по никакъв начин не се проявяват в обикновени реакции и избягат от полезрението на изследователите. Едва след откриването на спектрален анализ първо бяха открити хелий и аргон, а след това и други инертни газове. В началото на 20 -ти век човечеството беше изненадано да научи, че въздухът, толкова познат и, изглежда, изучен, съдържа 6 неизвестни досега елемента.

Инертните газове се разтварят във вода, съдържаща се в някои скали... Хелий понякога се намира в подземни газове. Такива газове са единственият му промишлен източник. Неон, аргон, криптон и ксенон се извличат от въздуха в процеса на разделянето му на азот и кислород.

Източниците на Rn са препарати от уран, радий и други радиоактивни елементи. Въпреки че всички инертни газове, с изключение на радона, са стабилни, произходът им до голяма степен се дължи на радиоактивността. По този начин ядрата на хелий, иначе наречени ɑ-частици, постоянно се образуват в резултат на радиоактивното разпадане на уран или торий. Аргон-40, който преобладава в естествената смес от изотопи на аргон, възниква от радиоактивното разпадане на изотопа калий-40. И накрая, повечето от земните запаси от Xe вероятно се дължат на спонтанното делене на уранови ядра.

Всички инертни газове са без цвят и мирис. Външните електронни обвивки на техните атоми съдържат максимално възможния брой електрони за съответните външни обвивки: 2 за хелий и 8 за останалите. Такива обвивки са силно устойчиви. Това е свързано, първо, с химическата пасивност на инертните газове по отношение на други елементи. И второ, неспособността на техните атоми да влизат в комуникация помежду си, в резултат на което техните молекули са едноатомни. Инертните газове, особено леките, трудно се ликвидират. Нека се опитаме да го разберем. Защо е така. Молекулите на други газове са или постоянни диполи, като HCl, или лесно се превръщат в диполи (Cl 2). За постоянните диполи "центровете на тежестта" на положителни и отрицателни заряди постоянно не съвпадат един с друг. Образуването на дипол в молекули от типа Cl 2 е свързано с изместването на "центровете на тежестта" на зарядите един спрямо друг под въздействието на външни сили, по -специално под действието на електрическите полета на съседните молекули . По този начин, както в молекулите на HCl, така и в молекулите на Cl 2 между противоположните полюси на диполи, има сили на електростатично привличане. При определени ниски температури тези сили са достатъчни, за да държат молекулите близо една до друга. При атомите на инертните газове подреждането на електроните около ядрата е строго сферично. Следователно съседните атоми не могат да предизвикат изместване на "центровете на тежестта" на електрическите заряди в техните атоми и да доведат до образуването на "индуциран" дипол, както при молекулите на хлора. По този начин в атомите на инертните газове няма постоянни или индуцирани диполи. И ако е така, тогава силите на привличане между тях при нормални условия практически липсват. Въпреки това, поради постоянните вибрации на атомите, "центровете" на зарядите могат за момент да се изместят в различни посоки на атома. Силите на електростатично привличане, възникващи по време на образуването на този моментален дипол, са много малки, но при много ниски температури те са достатъчни за кондензиране на тези газове.

Дълго време опитите за получаване на конвенционални химични съединения на инертни газове завършиха с неуспех. Канадският учен Н. Бартлет успява да сложи край на концепцията за абсолютната химическа неактивност на инертните газове, която през 1962 г. докладва за синтеза на ксеноново съединение с платинов хексафлуорид PtF 6. Полученото ксеноново съединение има състав Xe. През следващите години той е синтезиран голям бройи други съединения на радон, ксенон и криптон.

Нека разгледаме по -отблизо химичните свойства на инертните газове.

Ксенон

Поради ниското си съдържание, ксенонът е много по -скъп от по -леките благородни газове. За да се получи 1 м 3 ксенон, е необходимо да се обработят 10 милиона м 3 въздух. По този начин ксенонът е най -редкият газ в земната атмосфера.

При взаимодействието на ксенон с лед под налягане се получава неговият хексахидрат Xe ∙ 6H 2 O. Под налягане по време на кристализацията на фенол се изолира друго клатратно съединение с фенол Xe ∙ 6C 6 H 5 OH. Получават се ксенонов триоксид XeO 3 под формата на безцветни кристали и тетраоксид XeO 4 под формата на газ и се характеризират като изключително експлозиви... При 0 ° C възниква диспропорционалност:

2XeO 3 = XeO 4 + Xe + O 2

При взаимодействие с вода от ксенонов тетроксид, където ксенонът е в състояние на окисление +8, се образува силна перксенонова киселина H 4 XeO 6, която не може да бъде изолирана в отделно състояние, но са получени соли - алкалнометални перксенати. Установено е, че само калиеви, рубидиеви и цезиеви соли са разтворими във вода.

Газообразният ксенон реагира с платинов хексафлуорид PtF 6, за да образува ксенонов хексафлуороплатинат Xe. При нагряване във вакуум се ускорява без разлагане и във вода се хидролизира с отделянето на ксенон:

2Xe + 6H2O = 2Xe + O 2 + 2PtO2 + 12HF

По -късно се оказа, че ксенонът образува 2 съединения с платинов хексафлуорид: Xe и Xe 2. Когато ксенонът се нагрява с флуор, се образува XeF 4, който флуорира флуор и платина:

XeF 4 + 2Hg = Xe + 2HgF2
XeF 4 + 2Pt = Xe + 2PtF 4

В резултат на хидролиза на XeF 4 се образува нестабилен XeO 3, който се разлага във въздуха с експлозия.

Също така са получени XeF 2 и XeF b, последният от които се разпада с експлозия. Той е изключително активен, реагира лесно с флуориди на алкални метали:

XeF 6 + RbF = Rb

Получената рубидиева сол се разлага при 50 ° C до XeF 6 и RbXeF 8
С озон в алкална среда XeO 3 образува натриевата сол Na 4 XeO 6 (натриев перксенонат). Перксенонатният анион е най -мощният известен окислител. Xe (ClO-4) 2 също е силен окислител. Това е най -мощният окислител от всички известни перхлорати.

Радон

Радонът образува клатрати, които, въпреки че имат постоянен състав, не съдържат химически връзки с участието на радон. Известни хидрати Rn ∙ 6H 2 O, адукти с алкохоли, например Rn ∙ 2C 2 H 5 OH и др. С флуорен радон при високи температуриобразува съединения от състава RnF n, където n = 4, 6, 2.

Криптон

Криптон образува клатратни съединения с вода, сярна киселина, халоген, водород, фенол, тулол и други органични вещества. Когато криптонът взаимодейства с флуор, е възможно да се получат неговите ди- и тетрафлуориди, които са стабилни само при ниски температури. Дифлуоридът проявява окислителни свойства:

KrF 2 + 2HCl = Kr + Cl 2 + 2HF

2KrF2 + 2H2O = 2Kr + O2 + 4HF

Не беше възможно да се получат съединения от по -леки инертни газове. Теоретичните изчисления показват, че аргоновите съединения могат да се синтезират, но те не могат да бъдат получени от хелий и неон.

- (инертен газ), група от безцветни газове и миризми, които съставляват група 0 в периодичната таблица. Те включват (във възходящ ред на атомния номер) ХЕЛИЙ, НЕОН, АРГОН, КРИПТОН, КСЕНОН и РАДОН. Ниска реактивност ....... Научно -технически енциклопедичен речник

Благородни газове- Благородни газове, хим. елементи: хелий, неон, аргон, криптон, ксенон и еманация. Те са получили името си поради неспособността си да реагират с други елементи. През 1894 г. англичаните. учените Рейли и Рам Зай са установили, че N, получен от въздуха ... ... Страхотна медицинска енциклопедия

- (инертни газове), химични елементиГрупа VIII на периодичната система: хелий He, неонов Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn. Химически инертен; всички елементи, с изключение на Не, образуват съединения за включване, например Ar? 5.75H2O, Xe оксиди, ... ... Съвременна енциклопедия

Благородни газове- (инертни газове), химични елементи от група VIII на периодичната система: хелий He, неонов Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn. Химически инертен; всички елементи, с изключение на He, образуват съединения за включване, например Ar´5.75H2O, Xe оксиди, ... ... Илюстриран енциклопедичен речник

- (инертни газове) химични елементи: хелий He, неонов Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn; принадлежат към VIII група на периодичната система. Безцветни едноатомни газове без мирис. Те присъстват в малки количества във въздуха, съдържащи се в ... ... Голям енциклопедичен речник

Благородни газове- (инертни газове) елементи от група VIII на периодичната система на Д. И. Менделеев: хелий He, неонов Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn. Те присъстват в малки количества в атмосферата, съдържат се в някои минерали, природни газове, в ... ... Руска енциклопедияпо защита на труда

Благородни газове- (виж) прости вещества, образувани от атомите на елементите на основната подгрупа от група VIII (виж): хелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. В природата те се образуват по време на различни ядрени процеси. В повечето случаи те се получават чрез дробно ... ... Голяма политехническа енциклопедия

- (инертни газове), химични елементи: хелий He, неонов Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe, радон Rn; принадлежат към VIII група на периодичната система. Безцветни едноатомни газове без мирис. Те присъстват в малки количества във въздуха, съдържащи се в ... ... енциклопедичен речник

- (инертни газове, редки газове), хим. елементи VIII гр. периодичен системи: хелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe), радон (Rn). В природата те се образуват в резултат на дек. ядрени процеси. Въздухът съдържа 5,24 * 10 4% обемни He, ... ... Химическа енциклопедия

- (инертни газове), хим. елементи: хелий He, неонов Ne, аргон Ar, криптон Kg, ксенон Xe, радон Rn; периодично принадлежат към VIII група. системи. Безцветни едноатомни газове без мирис. В малки количества те присъстват във въздуха, съдържат се в някои ... ... Естествени науки. енциклопедичен речник

Книги

• , Д. Н. Путинцев, Н. М. Путинцев. Книгата разглежда структурните, термодинамичните и диелектричните свойства на благородните газове, тяхната връзка помежду си и с междумолекулни взаимодействия. Част от текста на ръководството служи ...
• Структурата и свойствата на простите вещества. Благородни газове. Урок. Гриф от Министерството на отбраната на Руската федерация, Путинцев Д.Н .. Книгата разглежда структурните, термодинамичните и диелектричните свойства на благородните газове, връзката им помежду си и с междумолекулни взаимодействия. Част от текста на ръководството служи ...