Тема 30. Інертні гази

План:

1. Властивості інертних газів.

30.1. Властивості інертних газів

У підгрупу інертних газів входять елементи: гелій, неон, аргон, криптон, ксенон, радон.

Властивості елементів VIII - A підгрупи.

Елемент	Гелій He	Неон Ne	Аргон Ar	Криптон Kr	Ксенон Xe	Радон Rn
Порядковий номер елементу	2	10	18	36	54	86
Відносна атомна маса	4,003	20,180	39,948	83,80	131,29	222,018
Температура плавлення,С0	-272,15	-248,6	-189,4	-157,2	-111,8	-71,0
Температура кипіння,С0	-268,9	-246,8	-185,9	-153,4	-108,1	-62,0
Щільність, г/см3 (за нормальних умов)	0,18	0,9	1,78	3,74	5,89	9,96
Міри окислення	0	0	0	0, +2, +4	0, +2, +4, +6, +7	0

Гелій – легкий негорючий газ, щільність газоподібного гелію за нормальних умов 0,178 кг/м³(менше тільки у газу водню(H)). Температура кипіння гелію(при нормальному тиску) близько 4,2 К (чи 268,93°C, це – найнижча температура кипіння). При нормальному тиску рідкий гелій не вдається перетворити на тверду речовину навіть при температурах, близьких до абсолютного нуля (0К).

При давлении около 3,76 МПа температура плавления гелия 2,0К. Наименьшее давление, при котором наблюдается переход жидкого гелия в твердое состояние – 2,5МПа (25 ат), температура плавления гелия при этом около 1,1 К (–272,1°C).

У 100 мл води при 20°C розчиняється 0,86 мл гелію, в органічних розчинниках його розчинність ще менша. Легкі молекули гелію добре проходять (дифундують) через різні матеріали (пластмаси, скло, деякі метали).

У атмосферному повітрі вміст гелію дуже малий і складає близько 5,27-10-4% за об'ємом. У земній корі його 0,8-10-6%, в морській воді - 4-10-10%. Джерелом гелію служать нафта і гелионосные природні гази, в яких вміст гелію досягає 2-3%, а в окремих випадках і 8-10% за об'ємом. Зате в космосі гелій - другий за поширеністю елемент(після водню(H)) : на його частку доводиться 23% космічної маси.

Неон – одноатомний газ без кольору і запаху.

Свойства:температура кипіння неону(при нормальному тиску) – 245,9°C, температура плавлення – 248,6°C. Критична температура – 228,8°C, критичний тиск 2,65 МПа. Щільність за нормальних умов 1,444 кг/м3.

У 100 мл води при 20°C розчиняється близько 10 мл неону. Неон утворює з водою з'єднання включення (клатрат) складу Ne-6Н2О. Хімічні сполуки неон не утворює. Відомі так звані ексимерні молекули Ne₂ і NeF, що містять неон. На переходах цих молекул з метастабільного стану в незв'язане генерується лазерне випромінювання.

Зміст неону в атмосферному повітрі складає 1,82*10^-3% за об'ємом (загальні запаси 7,8*10¹⁴ м³). У 1 м³ повітря міститься близько 18,2 см³ неону. У земній корі міститься 7*10^-9% неону, в морській воді – 2*10^-8%. Отримання: в промисловості неон отримують як побічний продукт при великомасштабному розділенні рідкого повітря на кисень(O) і азот(N).

Неон застосовують для наповнення газорозрядних трубок, сигнальних ламп радіотехнічної апаратури, індикаторних ламп, в техніці низьких температур. Суміш неону і гелію (He) використовують як робоче середовище в газових лазерах. Трубки, заповнені сумішшю неону і азоту (N) (так звані неонові трубки, що містять близько 10 об'ємних % неону), при пропусканні через них електричного розряду випускають червоне світіння.

Аргон – одноатомний газ з температурою кипіння (при нормальному тиску) – 185,9°C(трохи нижче, ніж у кисню, але трохи вище, ніж у азоту), температура плавлення – 189,3°C. Критична температура – 122,43°C, критичний тиск 4,86 МПа. Щільність за нормальних умов 1,7839 кг/м³. У 100 мл води при 20°C розчиняється 3,3 мл аргону, в деяких органічних розчинниках аргон розчиняється значно краще, ніж у воді.

У промисловості аргон отримують як побічний продукт при великомасштабному розділенні повітря на кисень і азот. Знаходження в природі: аргон поширений в природі тільки у вільному виді. У земній корі його зміст складає 1,2*10^-4 %, в морській воді – 0,45*10^-4 %. В атмосферному повітрі міститься 0,93% аргону за об'ємом (9,34 л в 1м³). Це значно більше, чим зміст в повітрі усіх інших інертних газів разом узятих. Повітря служить невичерпним джерелом для отримання аргону.

Аргон широко використовують для створення інертної і захисної атмосфери, передусім при термічній обробці металів (аргонова плавка, аргонове зварювання і інші), що легко окислюються. У атмосфері аргону отримують кристали напівпровідників і багато інших надчистих матеріалів. Аргоном часто заповнюють електричні лампочки (для уповільнення випару вольфраму(W) із спіралі). При пропусканні електричного розряду через скляну трубку, заповнену аргоном, спостерігається синьо-блакитне світіння, що широко використовується, наприклад, в рекламі, що світиться. У геохронології за визначенням співвідношення ізотопів 40Ar/40К встановлюють вік мінералів.

Криптон застосовують головним чином в криптонових лампах, в газорозрядних трубках і в лазерах. Дифторид KrF2 – сильний окисник, фторуючий агент.

Ксенон. Ксенонова лампа застосовується в прожекторах, кінопроекторах. Фториди XeF2, XeF4 – потужні окисники і фторуючі агенти.

Радон радіоактивний. Найбільш стійкий ізотоп 222Rn (період напіврозпаду 3,8 доби). Утворюється при розпаді радію (звідси назва). Щільність 9,81 г/л, t_кип 62 °С. Застосування: застосовується в наукових дослідженнях, металургії і медицині.

ЛІТЕРАТУРА

1. Яворський В.Т. Основи теоретичної хімії: підручник / В.Т. Яворський. – Львів: Львівська політехніка, 2008. – 348с.

2. Вдовенко О.П. Загальна хімія: навчальний посібник / О.П. Вдовенко. –Вінниця: Нова книга, 2005. – 288с.

3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: учебник для вузов, -6-е изд. / Н.С. Ахметов. – М.: Высшая школа, 2005. – 743с.

4. Малиновський В.В. Неорганічна хімія: навч. посіб. / В.В. Малиновський, А.Г. Нагорний. – К.: Київ. нац. торг.-екон. ун-т, 2006.

5. Пасальський Б.К. Хімія та методи дослідження сировини та матеріалів: навч. посіб. / Б.К. Пасальський. – К.: Київ. нац. торг.-екон. ун-т, 2005.

6. Скоробогатий Я.П. Хімія і методи дослідження сировини і матеріалів. Фізична та колоїдна хімія та фізико-хімічні методи дослідження: навч. посіб. / Я.П. Скоробогатий, В.Ф. Федорко. – Львів: Компакт-ЛВ, 2005.

7. Глинка Н.Л. Общая химия: учебник / Н.Л. Глинка. – Л.: Химия, 1985. – 704 с.

8. Коровин Н.В. Общая химия: учебник / Н.В. Коровин. – М.: Высшая школа, 1998. – 559 с.