Vznešený plyn - Noble gas
vzácné plyny | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||
↓ Doba | |||||||||||
1 | ![]() 2 | ||||||||||
2 | ![]() 10 | ||||||||||
3 | ![]() 18 | ||||||||||
4 | ![]() 36 | ||||||||||
5 | ![]() 54 | ||||||||||
6 | Radon (Rn) 86 | ||||||||||
7 | Oganesson (Og) 118 | ||||||||||
Legenda
| |||||||||||
The vzácné plyny (historicky také inertní plyny; někdy označované jako aerogeny[1]) tvoří třídu chemické prvky s podobnými vlastnostmi; pod standardní podmínky, všechny jsou bez zápachu, bezbarvé, monatomický plyny s velmi nízkými chemická reaktivita. Šest přirozeně se vyskytujících vzácných plynů je hélium (On), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) a radioaktivní radon (Rn). Oganesson (Og) se různě předpovídá, že bude také ušlechtilým plynem, nebo že zlomí trend kvůli relativistické efekty; jeho chemie dosud nebyla zkoumána.
Za prvních šest období periodická tabulka, vzácné plyny jsou přesně členy skupina 18. Ušlechtilé plyny jsou obvykle vysoce nereaktivní, kromě případů, kdy jsou v extrémních podmínkách. The setrvačnost vzácných plynů je činí velmi vhodnými v aplikacích, kde reakce nejsou žádoucí. Například argon se používá ve žárovkách, aby se zabránilo oxidaci horkého wolframového vlákna; také se helium používá k dýchání plynu hlubinnými potápěči k prevenci kyslíku, dusíku a oxid uhličitý (hyperkapnie) toxicita.
Vlastnosti vzácných plynů lze dobře vysvětlit moderními teoriemi atomová struktura: jejich vnější schránka z valenční elektrony je považován za „plný“, což jim dává malou tendenci účastnit se chemických reakcí, a bylo možné připravit jen několik stovek sloučeniny vzácných plynů. The tání a body varu pro daný vzácný plyn jsou blízko sebe, liší se o méně než 10 ° C (18 ° F); to znamená, že jsou to kapaliny pouze v malém teplotním rozsahu.
Neon, argon, krypton a xenon se získávají z vzduch v separace vzduchu jednotka používající metody zkapalňování plynů a frakční destilace. Hélium pochází z pole zemního plynu které mají vysoké koncentrace helia v zemní plyn, použitím kryogenní separace plynů techniky a radon je obvykle izolován od radioaktivní rozpad rozpuštěného rádium, thorium nebo uran sloučeniny. Ušlechtilé plyny mají několik důležitých aplikací v průmyslových odvětvích, jako je osvětlení, svařování a průzkum vesmíru. A dýchací plyn helium-kyslík je často používán hlubinnými potápěči v hloubkách mořské vody nad 55 m (180 ft). Po rizicích způsobených hořlavostí vodík se ukázalo v Hindenburgská katastrofa, to bylo nahrazeno heliem v vzducholodí a balónky.
Dějiny
Vznešený plyn je přeložen z Němec podstatné jméno Edelgas, poprvé použit v roce 1898 Hugo Erdmann[2] k označení jejich extrémně nízké úrovně reaktivity. Název je obdobou pojmu „ušlechtilé kovy ", které také mají nízkou reaktivitu. Vzácné plyny byly také označovány jako inertní plyny, ale tento štítek již není podporován sloučeniny vzácných plynů jsou nyní známy.[3] Vzácné plyny je další termín, který byl použit,[4] ale to je také nepřesné, protože argon tvoří poměrně značnou část (0,94% objemových, 1,3% hmotnostních) Atmosféra Země v důsledku rozpadu radioaktivních látek draslík-40.[5]

Pierre Janssen a Joseph Norman Lockyer objevil nový prvek 18. srpna 1868 při pohledu na chromosféra z slunce a pojmenoval to hélium podle řeckého slova pro Slunce, ἥλιος (hḗlios).[6] V té době nebyla možná žádná chemická analýza, ale později se zjistilo, že helium je ušlechtilý plyn. Před nimi, v roce 1784, anglický chemik a fyzik Henry Cavendish objevil, že vzduch obsahuje malý podíl látky méně reaktivní než dusík.[7] O století později, v roce 1895, Lord Rayleigh objevil, že vzorky dusíku ze vzduchu byly odlišné hustota než dusík vyplývající z chemické reakce. Spolu se skotským vědcem William Ramsay na University College v Londýně Lord Rayleigh se domníval, že dusík extrahovaný ze vzduchu byl smíchán s jiným plynem, což vedlo k experimentu, který úspěšně izoloval nový prvek, argon, z řeckého slova ἀργός (argós, „nečinný“ nebo „líný“).[7] S tímto objevem si uvědomili celou třídu plyny v periodické tabulce chyběl. Během svého hledání argonu se Ramsayovi podařilo poprvé izolovat hélium při zahřívání kleveit, minerál. V roce 1902, poté, co přijal důkazy pro prvky hélium a argon, Dmitrij Mendělejev zahrnoval tyto vzácné plyny jako skupinu 0 do svého uspořádání prvků, které se později stalo periodickou tabulkou.[8]
Ramsay pokračoval v hledání těchto plynů pomocí metody frakční destilace oddělit kapalný vzduch do několika komponent. V roce 1898 objevil prvky krypton, neon, a xenon a pojmenoval je podle řeckých slov κρυπτός (kryptós, „skryté“), νέος (neos, "nový") a ξένος (ksénos„cizinec“). Radon byl poprvé identifikován v roce 1898 Friedrich Ernst Dorn,[9] a byl pojmenován emise radia, ale nebyl považován za vzácný plyn až do roku 1904, kdy bylo zjištěno, že jeho vlastnosti jsou podobné jako u ostatních vzácných plynů.[10] Rayleigh a Ramsay obdrželi 1904 Nobelovy ceny ve fyzice, respektive v chemii, za objev vzácných plynů;[11][12] slovy J. E. Cederbloma, tehdejšího prezidenta Královská švédská akademie věd „objev zcela nové skupiny prvků, o nichž nebyl s jistotou znám žádný jediný zástupce, je v dějinách chemie něčím zcela ojedinělým, protože je skutečně pokrokem ve vědě zvláštního významu“.[12]
Objev vzácných plynů napomohl rozvoji obecného porozumění atomová struktura. V roce 1895 francouzský chemik Henri Moissan se pokusil vytvořit reakci mezi fluor, nejvíc elektronegativní prvek a argon, jeden z ušlechtilých plynů, ale selhal. Vědci nebyli schopni připravit sloučeniny argonu až do konce 20. století, ale tyto pokusy pomohly vyvinout nové teorie atomové struktury. Poučení z těchto experimentů, dánský fyzik Niels Bohr navrhl v roce 1913, že elektrony v atomech jsou uspořádány do mušle obklopující jádro a že pro všechny ušlechtilé plyny kromě hélia obsahuje nejvzdálenější obal vždy osm elektronů.[10] V roce 1916 Gilbert N. Lewis formuloval oktetové pravidlo, který uzavřel oktet elektronů ve vnějším plášti, byl nejstabilnějším uspořádáním pro jakýkoli atom; toto uspořádání způsobilo, že byli nereagující na jiné prvky, protože k dokončení vnějšího pláště nevyžadovali žádné další elektrony.[13]
V roce 1962 Neil Bartlett objevil první chemickou sloučeninu vzácného plynu, xenon hexafluoroplatinát.[14] Sloučeniny jiných vzácných plynů byly objeveny brzy poté: v roce 1962 pro radon, radon difluorid (RnF
2),[15] který byl identifikován technikami radiotraceru a v roce 1963 pro krypton, krypton difluorid (KrF
2).[16] První stabilní sloučenina argonu byla uvedena v roce 2000, kdy argon fluorohydrid (HArF) byl vytvořen při teplotě 40 K (-233,2 ° C; -387,7 ° F).[17]
V prosinci 1998 vědci z Společný institut pro jaderný výzkum pracuji v Dubna, Rusko bombardován plutonium s vápník produkovat jediný atom prvku 114,[18] flerovium.[19] Předběžné chemické pokusy ukázaly, že tento prvek může být první supertěžký prvek vykazovat abnormální vlastnosti podobné ušlechtilému plynu, i když je členem skupina 14 na periodické tabulce.[20] V říjnu 2006 vědci ze Společného ústavu pro jaderný výzkum a Lawrence Livermore National Laboratory úspěšně vytvořen synteticky oganesson, sedmý prvek ve skupině 18,[21] bombardováním kalifornium s vápníkem.[22]
Fyzikální a atomové vlastnosti
Vlastnictví[10][23] | Hélium | Neon | Argon | Krypton | Xenon | Radon | Oganesson |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Hustota (G/dm3 ) | 0.1786 | 0.9002 | 1.7818 | 3.708 | 5.851 | 9.97 | – |
Bod varu (K) | 4.4 | 27.3 | 87.4 | 121.5 | 166.6 | 211.5 | – |
Bod tání (K) | –[24] | 24.7 | 83.6 | 115.8 | 161.7 | 202.2 | – |
Entalpie odpařování (kJ / mol) | 0.08 | 1.74 | 6.52 | 9.05 | 12.65 | 18.1 | – |
Rozpustnost ve vodě při 20 ° C (cm3/kg) | 8.61 | 10.5 | 33.6 | 59.4 | 108.1 | 230 | – |
Protonové číslo | 2 | 10 | 18 | 36 | 54 | 86 | 118 |
Atomový poloměr (vypočítané) (odpoledne ) | 31 | 38 | 71 | 88 | 108 | 120 | – |
Ionizační energie (kJ / mol) | 2372 | 2080 | 1520 | 1351 | 1170 | 1037 | 839[25] (předpokládané) |
Allenova elektronegativita[26] | 4.16 | 4.79 | 3.24 | 2.97 | 2.58 | 2.60 | – |
Vzácné plyny jsou slabé interatomová síla, a následně mají velmi nízkou hodnotu tání a body varu. Všichni jsou monatomický plyny pod standardní podmínky, včetně prvků s většími atomové hmotnosti než mnoho normálně plných prvků.[10] Hélium má ve srovnání s jinými prvky několik jedinečných vlastností: jeho bod varu při 1 atm je nižší než u jakékoli jiné známé látky; je to jediný známý prvek, který se projevuje nadbytečnost; je to jediný prvek, který nelze ochladit za standardních podmínek tuhnutím - a tlak ze dne 25. standardní atmosféry (2,500 kPa; 370 psi ) musí být aplikován při teplotě 0,95 K (-272,200 ° C; -457,960 ° F), aby se přeměnil na pevnou látku.[27] Vzácné plyny až do xenonu mají několik stabilních izotopy. Radon nemá žádné stabilní izotopy; jeho nejdelší izotop, 222Rn, má poločas rozpadu 3,8 dne a rozpadá se na helium a polonium, který se nakonec rozpadá na Vést.[10] Teplota tání a bodu varu se zvyšují ve skupině.

Atomy vzácného plynu, stejně jako atomy ve většině skupin, se neustále zvyšují atomový poloměr od jednoho doba k dalšímu kvůli rostoucímu počtu elektronů. Velikost atomu souvisí s několika vlastnostmi. Například ionizační potenciál klesá s rostoucím poloměrem, protože valenční elektrony ve větších vzácných plynech jsou dále od jádro a proto nejsou atomem drženy tak těsně pohromadě. Ušlechtilé plyny mají největší ionizační potenciál mezi prvky každé periody, což odráží stabilitu jejich elektronové konfigurace a souvisí s jejich relativním nedostatkem chemické reaktivity.[23] Některé z těžších ušlechtilých plynů však mají ionizační potenciály dostatečně malé, aby byly srovnatelné s potenciály jiných prvků a molekuly. Bylo to pochopení, že xenon má ionizační potenciál podobný potenciálu xenonu kyslík molekula, která vedla Bartletta k pokusu o oxidaci xenonu hexafluorid platiny, an oxidační činidlo je známo, že je dostatečně silný, aby reagoval s kyslíkem.[14] Ušlechtilé plyny nemohou přijmout elektron, aby vytvořily stabilní anionty; to znamená, že mají zápor elektronová afinita.[28]
The makroskopické fyzikální vlastnosti vzácných plynů dominují slabé van der Waalsovy síly mezi atomy. Přitažlivá síla se zvyšuje s velikostí atomu v důsledku zvětšení polarizovatelnost a snížení ionizačního potenciálu. Výsledkem jsou systematické skupinové trendy: s klesající skupinou 18 se zvyšuje atomový poloměr a s ním i meziatomové síly, což vede ke zvýšení bodu tání, bodu varu, entalpie odpařování, a rozpustnost. Zvýšení hustoty je způsobeno zvýšením atomová hmotnost.[23]
Vzácné plyny jsou téměř ideální plyny za standardních podmínek, ale jejich odchylky od zákon o ideálním plynu poskytla důležité vodítka pro studium intermolekulární interakce. The Lennard-Jonesův potenciál, který se často používá k modelování mezimolekulárních interakcí, odvodil v roce 1924 John Lennard-Jones z experimentálních údajů o argonu před vývojem kvantová mechanika poskytl nástroje pro porozumění mezimolekulárním silám z první principy.[29] Teoretická analýza těchto interakcí se stala přijatelnou, protože vzácné plyny jsou monatomické a atomy sférické, což znamená, že interakce mezi atomy je nezávislá na směru, nebo izotropní.
Chemické vlastnosti

Vzácné plyny jsou za standardních podmínek bezbarvé, bez zápachu, bez chuti a nehořlavé.[30] Byli jednou označeni skupina 0 v periodické tabulce, protože se věřilo, že mají mocenství nula, což znamená jejich atomy nelze kombinovat s těmi z jiných prvků sloučeniny. Později však bylo zjištěno, že některé skutečně tvoří sloučeniny, což způsobí, že tato značka přestane být používána.[10]
Konfigurace elektronů
Stejně jako ostatní skupiny, i členové této rodiny vykazují vzory elektronová konfigurace, zejména nejvzdálenější skořápky vedoucí k trendům v chemickém chování:
Z | Živel | Počet elektronů /skořápka |
---|---|---|
2 | hélium | 2 |
10 | neon | 2, 8 |
18 | argon | 2, 8, 8 |
36 | krypton | 2, 8, 18, 8 |
54 | xenon | 2, 8, 18, 18, 8 |
86 | radon | 2, 8, 18, 32, 18, 8 |
Vzácné plyny mají plnou valenci elektronové skořápky. valenční elektrony jsou nejvzdálenější elektrony atomu a jsou obvykle jedinými elektrony, které se účastní chemická vazba. Atomy s plně valenčními elektronovými skořápkami jsou extrémně stabilní, a proto nemají tendenci vytvářet chemické vazby a mají malou tendenci získávat nebo ztrácet elektrony.[31] Těžší vzácné plyny, jako je radon, jsou však drženy méně pevně pohromadě elektromagnetická síla než lehčí vzácné plyny, jako je helium, což usnadňuje odstraňování vnějších elektronů z těžkých vzácných plynů.
V důsledku plné skořápky mohou být vzácné plyny použity ve spojení s elektronová konfigurace zápis k vytvoření notace ušlechtilého plynu. K tomu je nejdříve zapsán nejbližší vzácný plyn, který předchází dotyčnému prvku, a poté od tohoto bodu pokračuje konfigurace elektronů. Například elektronová notacefosfor je 1 s2 2 s2 2 s6 3 s2 3p3, zatímco notace vzácného plynu je [Ne] 3s2 3p3. Tato kompaktnější notace usnadňuje identifikaci prvků a je kratší než zápis celé notace atomové orbitaly.[32]
Vzácné plyny překračují hranici mezi nimi bloky —Helium je s-prvek, zatímco ostatní členové jsou p-prvky - což je u skupin IUPAC neobvyklé. Většina, ne-li všechny[33] další skupiny IUPAC obsahují prvky z jeden zablokovat každého.
Sloučeniny

4, jedna z prvních sloučenin vzácného plynu, která byla objevena
Vzácné plyny vykazují extrémně nízkou chemickou hladinu reaktivita; tedy jen pár stovek sloučeniny vzácných plynů byly vytvořeny. Neutrální sloučeniny ve kterých je hélium a neon zapojeno chemické vazby nebyly vytvořeny (i když existují některé ionty obsahující helium a existují určité teoretické důkazy pro několik neutrálních iontů obsahujících helium), zatímco xenon, krypton a argon prokázaly pouze malou reaktivitu.[34] Reaktivita sleduje pořadí Ne V roce 1933 Linus Pauling předpovídal, že těžší vzácné plyny mohou tvořit sloučeniny s fluorem a kyslíkem. Předpovídal existenci fluoridu kryptonu (KrF Sloučeniny xenonu jsou nejpočetnější ze sloučenin vzácného plynu, které byly vytvořeny.[38] Většina z nich má atom xenonu v oxidační stav +2, +4, +6 nebo +8 vázané na vysoce elektronegativní atomy, jako je fluor nebo kyslík, jako v xenon difluorid (XeF Některé z těchto sloučenin našly použití v chemická syntéza tak jako oxidační činidla; XeF Teoreticky je radon reaktivnější než xenon, a proto by měl vytvářet chemické vazby snadněji než xenon. Kvůli vysoké radioaktivitě a krátkému poločasu rozpadu izotopy radonu, jen pár fluoridy a oxidy radonu byly vytvořeny v praxi.[41] Krypton je méně reaktivní než xenon, ale u kryptonu v USA bylo hlášeno několik sloučenin oxidační stav +2.[34] Krypton difluorid je nejpozoruhodnější a snadno charakterizovatelný. Za extrémních podmínek krypton reaguje s fluorem za vzniku KrF2 podle následující rovnice: Byly také charakterizovány sloučeniny, ve kterých krypton tvoří jedinou vazbu na dusík a kyslík,[42] ale jsou stabilní pouze pod -60 ° C (-76 ° F) a -90 ° C (-130 ° F).[34] Atomy kryptonu jsou chemicky vázány na jiné nekovy (vodík, chlor, uhlík) a také na některé pozdě přechodné kovy Byly také pozorovány (měď, stříbro, zlato), ale pouze při nízkých teplotách v matricích vzácného plynu nebo v nadzvukových tryskách vzácného plynu.[34] Podobné podmínky byly použity k získání prvních několika sloučenin argonu v roce 2000, jako například argon fluorohydrid (HArF), a některé vázané na pozdně přechodné kovy měď, stříbro a zlato.[34] Od roku 2007 nejsou známy žádné stabilní neutrální molekuly zahrnující kovalentně vázané helium nebo neon.[34] Vzácné plyny - včetně helia - se mohou tvořit stabilní molekulární ionty v plynné fázi. Nejjednodušší je helium hydrid molekulární ion, HeH+, objevený v roce 1925.[43] Protože se skládá ze dvou nejhojnějších prvků ve vesmíru, vodíku a helia, předpokládá se, že se přirozeně vyskytuje v mezihvězdné médium, ačkoli to ještě nebylo zjištěno.[44] Kromě těchto iontů existuje mnoho známých neutrálních látek excimers vzácných plynů. Jedná se o sloučeniny, jako je ArF a KrF, které jsou stabilní, pouze pokud jsou v vzrušený elektronický stav; někteří z nich najdou uplatnění v excimerové lasery. Kromě sloučenin, kde je atom vzácného plynu zapojen do a kovalentní vazba, také se tvoří vzácné plyny nekovalentní sloučeniny. The klatráty, poprvé popsáno v roce 1949,[45] se skládají z atomu vzácného plynu zachyceného v dutinách o krystalové mřížky určitých organických a anorganických látek. Základní podmínkou jejich vzniku je, že atomy hosta (vzácného plynu) musí mít vhodnou velikost, aby se vešly do dutin krystalové mřížky hostitele. Například argon, krypton a xenon tvoří klatráty s hydrochinon, ale hélium a neon ne, protože jsou příliš malé nebo nedostatečně polarizovatelný zachovat.[46] Neon, argon, krypton a xenon také tvoří klatrátové hydráty, kde je vzácný plyn zachycen v ledu.[47] Mohou se tvořit vzácné plyny endohedrální fulleren sloučeniny, ve kterých je atom vzácného plynu zachycen uvnitř a fulleren molekula. V roce 1993 bylo zjištěno, že když C Sloučeniny vzácných plynů, jako jsou xenon difluorid (XeF Chemie těžších vzácných plynů, kryptonu a xenonu, je dobře zavedená. Chemie lehčích látek, argonu a helia, je stále v rané fázi, zatímco neonovou sloučeninu je třeba ještě identifikovat. Množství vzácných plynů ve vesmíru klesá atomová čísla zvýšit. Helium je nejběžnějším prvkem v vesmír po vodíku, s hmotnostním zlomkem asi 24%. Většina helia ve vesmíru vznikla během Nukleosyntéza velkého třesku, ale množství helia se neustále zvyšuje v důsledku fúze vodíku v hvězdná nukleosyntéza (a ve velmi malé míře rozpad alfa těžkých prvků).[54][55] Hojnost na Zemi sleduje různé trendy; například helium je pouze třetím nejhojnějším vzácným plynem v atmosféře. Důvodem je, že neexistuje prvotní helium v atmosféře; kvůli malé hmotnosti atomu nemůže být helium zadrženo Zemí gravitační pole.[56] Helium na Zemi pochází z rozpad alfa těžkých prvků jako např uran a thorium nalezený v Zemi kůra a má tendenci se hromadit ložiska zemního plynu.[56] Nadbytek argonu se naopak zvyšuje v důsledku rozpad beta z draslík-40, také nalezený v zemské kůře, aby se vytvořil argon-40, který je nejhojnějším izotopem argonu na Zemi, přestože je v Řecku relativně vzácný Sluneční Soustava. Tento proces je základem pro seznamka draslík-argon metoda.[57] Xenon má nečekaně nízkou hojnost v atmosféře, v tom, čemu se říká chybí problém s xenony; jedna teorie je, že chybějící xenon může být zachycen v minerálech uvnitř zemské kůry.[58] Po objevu xenon dioxid, výzkum ukázal, že Xe může nahradit Si v křemen.[59] Radon se tvoří v litosféra podle rozpad alfa radia. Může pronikat do budov prasklinami v jejich základech a hromadit se v oblastech, které nejsou dobře větrány. Díky své vysoké radioaktivitě představuje radon významné zdravotní riziko; odhaduje se na 21 000 rakovina plic úmrtí ročně pouze ve Spojených státech.[60] Oganesson se biologicky nenachází na Zemi, ale místo toho jej vytvořili vědci ručně. Pro použití ve velkém měřítku se helium extrahuje pomocí frakční destilace ze zemního plynu, který může obsahovat až 7% helia.[65] Neon, argon, krypton a xenon se získávají ze vzduchu metodami zkapalňování plynů, převést prvky do kapalného stavu a frakční destilace, k rozdělení směsí na jednotlivé součásti. Helium se obvykle vyrábí jeho oddělením od zemní plyn a radon je izolován od radioaktivního rozpadu sloučenin radia.[10] Ceny vzácných plynů jsou ovlivňovány jejich přirozeným množstvím, přičemž argon je nejlevnější a xenon nejdražší. Jako příklad je v sousední tabulce uvedena cena za laboratorní množství každého plynu ve Spojených státech za rok 2004. Ušlechtilé plyny mají velmi nízkou teplotu varu a teploty tání, což je činí užitečnými kryogenní chladiva.[66] Zejména, tekuté hélium, který má teplotu varu 4,2 K (-268,95 ° C; -452,11 ° F), se používá pro supravodivé magnety, jako jsou ty, které jsou potřeba v zobrazování nukleární magnetickou rezonancí a nukleární magnetická rezonance.[67] Tekutý neon, i když nedosahuje teplot tak nízkých jako kapalné hélium, nachází také využití v kryogenice, protože má více než 40krát větší chladicí kapacitu než kapalné hélium a třikrát více než kapalný vodík.[63] Helium se používá jako součást dýchací plyny nahradit dusík kvůli jeho nízkému obsahu rozpustnost v tekutinách, zejména v lipidy. Plyny jsou absorbovány krev a tělesné tkáně když pod tlakem jako v potápění, který způsobí anestetikum účinek známý jako dusíkatá narkóza.[68] Vzhledem ke své snížené rozpustnosti je přijímáno malé množství hélia buněčné membrány, a když je hélium použito k nahrazení části dýchacích směsí, například v trimix nebo heliox, je dosaženo snížení narkotického účinku plynu v hloubce.[69] Snížená rozpustnost hélia nabízí další výhody pro stav známý jako dekompresní nemoc nebo ohyby.[10][70] Snížené množství rozpuštěného plynu v těle znamená, že během poklesu tlaku při výstupu se tvoří méně plynových bublin. Další vzácný plyn, argon, je považován za nejlepší volbu pro použití jako suchý oblek inflační plyn pro potápění.[71] Hélium se také používá jako náplň plynu v tyčích jaderného paliva pro jaderné reaktory.[72] Protože Hindenburg katastrofa v roce 1937,[73] helium nahradilo vodík jako a zvedací plyn v vzducholodí a balónky díky své lehkosti a nehořlavosti navzdory 8,6%[74] pokles vztlaku.[10] V mnoha aplikacích se vzácné plyny používají k zajištění inertní atmosféry. Argon se používá při syntéze sloučeniny citlivé na vzduch které jsou citlivé na dusík. Pevný argon se také používá ke studiu velmi nestabilních sloučenin, jako je např reaktivní meziprodukty tím, že je uvězníte v inertní látce matice při velmi nízkých teplotách.[75] Jako nosné médium se používá hélium plynová chromatografie, jako plnivo pro teploměry, a v zařízeních pro měření záření, jako je Geigerův počítač a bublinová komora.[64] Helium a argon se běžně používají k ochraně svařovací oblouky a okolí obecný kov z atmosféry během svařování a řezání, jakož i v dalších metalurgických procesech a při výrobě křemíku pro polovodičový průmysl.[63] Ušlechtilé plyny se běžně používají v osvětlení kvůli jejich nedostatečné chemické reaktivitě. Argon ve směsi s dusíkem se používá jako výplňový plyn pro žárovky.[63] Krypton se používá ve vysoce výkonných žárovkách, které mají vyšší teploty barev a vyšší účinnost, protože snižuje rychlost odpařování vlákna více než argon; halogenové žárovky zejména používejte krypton smíchaný s malým množstvím sloučenin jód nebo bróm.[63] Při použití uvnitř ušlechtilé plyny září v charakteristických barvách výbojky, jako "neonová světla Tato světla se nazývají po neonech, ale často obsahují jiné plyny a fosfory, které dodávají oranžově červené barvě neonů různé odstíny. Xenon se běžně používá v xenonové obloukové výbojky, které vzhledem k jejich téměř spojité spektrum které připomíná denní světlo, nacházejí uplatnění ve filmových projektorech a jako automobilové světlomety.[63] Vzácné plyny se používají v excimerové lasery, které jsou založeny na krátkodobých elektronicky excitovaných molekulách známých jako excimers. Excimery používané pro lasery mohou být dimery vzácného plynu, jako je Ar2, Kr2 nebo Xe2nebo častěji se vzácný plyn kombinuje s halogenem v excimerech, jako je ArF, KrF, XeF nebo XeCl. Tyto lasery produkují ultrafialový světlo, které díky své zkratce vlnová délka (193 nm pro ArF a 248 nm pro KrF), umožňuje vysoce přesné zobrazování. Excimerové lasery mají mnoho průmyslových, lékařských a vědeckých aplikací. Používají se pro mikrolitografie a mikrofabrikace, které jsou nezbytné pro integrovaný obvod výroba a pro laserová operace, včetně laseru angioplastika a operace očí.[76] Některé vzácné plyny mají přímé použití v medicíně. Helium se někdy používá ke zlepšení snadnosti dýchání astma trpící.[63] Xenon se používá jako anestetikum kvůli jeho vysoké rozpustnosti v lipidech, díky čemuž je účinnější než obvykle oxid dusičitý, a protože je snadno vylučován z těla, což vede k rychlejšímu zotavení.[77] Xenon nachází uplatnění v lékařském zobrazování plic pomocí hyperpolarizované MRI.[78] Radon, který je vysoce radioaktivní a je k dispozici pouze v nepatrném množství, se používá v radioterapie.[10] Ušlechtilé plyny, zejména xenon, se používají převážně v iontové motory kvůli jejich inertnosti. Protože iontové motory nejsou poháněny chemickými reakcemi, je zapotřebí chemicky inertních paliv, aby se zabránilo nežádoucí reakci mezi palivem a čímkoli jiným na motoru. Oganesson je příliš nestabilní na to, aby s ním mohl pracovat, a kromě výzkumu nemá žádné známé aplikace. Barva emise výboje plynu závisí na několika faktorech, včetně následujících:[79]
6) a xenon hexafluorid (XeF
6), spekuloval o tom XeF
8 může existovat jako nestabilní sloučenina a navrhl to kyselina xenová mohl tvořit perxenate soli.[35][36] Ukázalo se, že tyto předpovědi jsou obecně přesné, kromě toho XeF
8 je nyní považován za obojí termodynamicky a kineticky nestabilní.[37]
2), xenon tetrafluorid (XeF
4), xenon hexafluorid (XeF
6), xenon tetroxid (XeO
4) a perxenát sodný (Na
4XeO
6). Xenon reaguje s fluorem za vzniku mnoha xenonfluoridů podle následujících rovnic:
2je zejména komerčně dostupný a lze jej použít jako a fluorování činidlo.[39] Od roku 2007 bylo identifikováno asi pět set sloučenin xenonu vázaných na jiné prvky, včetně organoxenonových sloučenin (obsahujících xenon vázaných na uhlík) a xenon vázaných na dusík, chlor, zlato, rtuť a xenon samotný.[34][40] Byly také pozorovány sloučeniny xenonu vázané na bór, vodík, brom, jod, berylium, síru, titan, měď a stříbro, ale pouze při nízkých teplotách v ušlechtilém plynu matice, nebo v nadzvukových tryskách ušlechtilého plynu.[34]
60, sférická molekula skládající se z 60uhlík atomy, je vystaven vzácným plynům pod vysokým tlakem, komplexy jako On @ C.
60 mohou být vytvořeny ( @ notace naznačuje, že je obsažen uvnitř C
60 ale není kovalentně vázán).[48] Od roku 2008 byly vytvořeny endohedrální komplexy s heliem, neonem, argonem, kryptonem a xenonem.[49] Tyto sloučeniny našly použití při studiu struktury a reaktivity fullerenů pomocí nukleární magnetická rezonance atomu vzácného plynu.[50]
2 podle modelu vazby 3-střed-4-elektrony
2) jsou považovány za hypervalentní protože porušují oktetové pravidlo. Vazby v těchto sloučeninách lze vysvětlit pomocí a třícentrální čtyř elektronová vazba Modelka.[51][52] Tento model, poprvé navržený v roce 1951, uvažuje o vazbě tří kolineárních atomů. Například propojení XeF
2 je popsán souborem tří molekulární orbitaly (MO) odvozeno z p-orbitaly na každém atomu. Vazby jsou výsledkem kombinace vyplněného p-orbitálu z Xe s jedním napůl naplněným p-orbitálem z každého F atom, což má za následek vyplněný vazebný orbitál, vyplněný nevázaný orbitál a prázdný antibonding orbitální. The nejvyšší obsazený molekulární orbitál je lokalizován na dvou koncových atomech. To představuje lokalizaci náboje, která je usnadněna vysokou elektronegativitou fluoru.[53]Výskyt a výroba
Hojnost Hélium Neon Argon Krypton Xenon Radon Sluneční soustava (pro každý atom křemíku)[61] 2343 2.148 0.1025 5.515 × 10−5 5.391 × 10−6 – Zemská atmosféra (objemový zlomek v ppm )[62] 5.20 18.20 9340.00 1.10 0.09 (0.06–18) × 10−19[63] Magmatická hornina (hmotnostní zlomek v ppm)[23] 3 × 10−3 7 × 10−5 4 × 10−2 – – 1.7 × 10−10 Plyn Cena 2004 (americký dolar / m3)[64] Helium (průmyslová třída) 4.20–4.90 Helium (laboratorní stupeň) 22.30–44.90 Argon 2.70–8.50 Neon 60–120 Krypton 400–500 Xenon 4000–5000 Aplikace
Barva vybití
Hélium Neon Argon Krypton Xenon Viz také
Poznámky
Srov
a 245
Cm
+ 48
Ca.
fúzní reakce ". Fyzický přehled C.. 74 (4): 44602. Bibcode:2006PhRvC..74d4602O. doi:10.1103 / PhysRevC.74.044602.Reference
Prostředky knihovny o
Vznešený plyn