Vzácné plyny

Vzácné plyny (také inertní [2] nebo vzácné plyny [3] ) jsou skupinou chemických prvků s podobnými vlastnostmi: za normálních podmínek jsou to bezbarvé, bez zápachu a chuti jednoatomové plyny s velmi nízkou chemickou reaktivitou . Mezi vzácné plyny patří helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) a radioaktivní radon (Rn). Formálně je do této skupiny zahrnut i nedávno objevený oganesson (Og), ale jeho chemické vlastnosti nejsou téměř studovány a pravděpodobně se budou blížit vlastnostem metaloidů, jako je astat (At) a telur (Te).

V prvních 6 obdobích periodické tabulky chemických prvků patří inertní plyny do poslední, 18. skupiny . Podle starého evropského systému číslování skupin periodické tabulky je skupina inertních plynů označena jako VIIIA (hlavní podskupina VIII. skupiny nebo podskupiny helia), podle starého amerického systému - VIIIB ; navíc v některých zdrojích, zejména ve starých, je skupina inertních plynů označena číslem 0, pro jejich charakteristickou nulovou mocnost. Je možné, že vlivem relativistických vlivů má prvek 7. periody 4. skupiny, flerovium , některé vlastnosti vzácných plynů [4] . Může nahradit oganesson v periodické tabulce [5] . Vzácné plyny jsou chemicky neaktivní a mohou se účastnit chemických reakcí pouze za extrémních podmínek.

Charakteristiky vzácných plynů jsou vysvětlovány moderními teoriemi atomové struktury : jejich elektronové obaly valenčních elektronů jsou vyplněny, což umožňuje účast jen velmi malého počtu chemických reakcí: je známo pouze několik stovek chemických sloučenin těchto prvků .

Neon, argon, krypton a xenon jsou ze vzduchu odděleny speciálními zařízeními , využívajícími metody zkapalňování plynu a frakcionované kondenzace . Helium se získává z ložisek zemního plynu s vysokými koncentracemi helia, které se odděluje pomocí technik kryogenní separace plynu . Radon se obvykle získává jako produkt radioaktivního rozpadu radia z roztoků sloučenin tohoto prvku.

Chemické vlastnosti

Vzácné plyny nepodporují hoření a za normálních podmínek se nevznítí.

Připojení

Inertní plyny jsou chemicky neaktivní (odtud název). Nicméně, v roce 1962, Neil Barlett ukázal, že oni mohou tvořit sloučeniny za určitých podmínek (obzvláště snadno s fluorem ). Nejvíce "inertní" neon a helium: aby reagovaly, musíte vynaložit velké úsilí a uměle ionizovat každý atom. Xenon je naopak příliš aktivní (pro inertní plyny) a reaguje i za normálních podmínek a vykazuje téměř všechny možné oxidační stavy (+1, +2, +4, +6, +8). Radon má také vysokou chemickou aktivitu (ve srovnání s lehkými inertními plyny), ale je radioaktivní a rychle se rozkládá, takže podrobné studium jeho chemických vlastností je na rozdíl od xenonu komplikované.

Oganesson , přestože patří do 18. skupiny periodické tabulky, nemusí být inertním plynem, protože se předpokládá, že za normálních podmínek bude v důsledku relativistických efektů ovlivňujících pohyb elektronů v blízkosti jeho vysoce nabitého jádra v pevném stavu. stát [6] .

Fyzikální vlastnosti

Inertní plyny jsou bezbarvé, průhledné a bez zápachu a chuti. Jsou přítomny v malých množstvích ve vzduchu a některých horninách , stejně jako v atmosférách některých obřích planet a terestrických planet. Helium je druhým (po vodíku) nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru, ale pro Zemi je to vzácný plyn, který při vzniku planety unikl do vesmíru. Téměř všechno vyrobené helium je radiogenním produktem alfa rozpadu uranu, thoria a jejich dceřiných prvků, ke kterému dochází po miliardy let v útrobách Země ; z éry vzniku sluneční soustavy se dochovala jen malá část zemského helia. Podobně, argon je většinou radiogenní, vyplývající z postupného radioaktivního rozpadu draslíku-40 .

Za normálních podmínek jsou všechny prvky 18. skupiny (možná kromě oganessona) monatomické plyny. Jejich hustota se zvyšuje s rostoucím počtem period. Hustota helia je za normálních podmínek asi 7krát menší než hustota vzduchu, zatímco radon je téměř osmkrát těžší než vzduch.

Za normálního tlaku se body tání a varu jakéhokoli vzácného plynu liší o méně než 10 °C; zůstávají tedy kapalné pouze v malém teplotním rozsahu. Teploty zkapalňování a krystalizace rostou s počtem period. Helium pod atmosférickým tlakem vůbec neztuhne ani při absolutní nule - jediné ze všech látek.

Biologické působení

Inertní plyny nejsou chemicky toxické . Atmosféra se zvýšenou koncentrací inertních plynů a odpovídajícím poklesem koncentrace kyslíku však může mít na člověka dusivý účinek až ztrátu vědomí a smrt [7] [8] . Jsou známy případy úmrtí lidí v důsledku úniku inertních plynů.

Vzhledem k vysoké radioaktivitě všech izotopů radonu je radiotoxický. Přítomnost radonu a jeho produktů radioaktivního rozpadu ve vdechovaném vzduchu způsobuje stochastické účinky chronické expozice, zejména rakoviny .

Inertní plyny mají biologický účinek, který se projevuje narkotickým účinkem na organismus a podle síly tohoto účinku jsou seřazeny sestupně v následujícím pořadí ( srovnává se i dusík a vodík ): Xe - Kr - Ar -N2  -H2 - Ne  -He. Přitom xenon a krypton vykazují narkotický účinek při normálním barometrickém tlaku, argon - při tlaku nad 0,2 MPa (2 atm ) , dusík - nad 0,6 MPa (6 atm) , vodík - nad 2,0 MPa (20 atm) . Narkotický účinek neonu a helia není v experimentech zaznamenán, protože pod tlakem se symptomy „high pressure nervového syndromu“ (HNSVD) objevují dříve [9] .

Aplikace

Lehké inertní plyny mají velmi nízké body varu a tání, což umožňuje jejich použití jako chladiva v kryogenním inženýrství . Kapalné helium , které vře při 4,2 K (-268,95 °C) , se používá k výrobě supravodivosti – zejména k chlazení supravodivých cívek elektromagnetů používaných například při zobrazování magnetickou rezonancí a dalších aplikacích nukleární magnetické rezonance . Kapalný neon, přestože jeho bod varu (-246,03 °C) nedosahuje tak nízkých hodnot jako kapalné helium, nachází uplatnění i v kryogenice, protože jeho chladicí vlastnosti ( měrné výparné teplo ) jsou více než 40x lepší než kapalné helium a více než třikrát lepší než kapalný vodík.

Helium se vzhledem ke své snížené rozpustnosti v kapalinách, zejména lipidech, používá místo dusíku jako složka dýchacích směsí pro přetlakové dýchání (např. potápění ). Pod tlakem se zvyšuje rozpustnost plynů v krvi a biologických tkáních . Pokud se k dýchání používá vzduch nebo jiné dýchací směsi obsahující dusík, může to způsobit účinek známý jako otrava dusíkem .

Vzhledem k jeho nižší rozpustnosti v lipidech jsou atomy helia zachycovány buněčnou membránou , a proto se helium používá v dýchacích směsích, jako je trimix a heliox , čímž se snižuje narkotický účinek plynů, které se vyskytují v hloubce. Snížená rozpustnost helia v tělesných tekutinách navíc umožňuje vyhnout se dekompresní nemoci při rychlém výstupu z hloubky. Snížení množství rozpuštěného plynu v těle znamená, že se během výstupu tvoří méně bublinek plynu; tím se snižuje riziko plynové embolie . Další inertní plyn, argon, je považován za nejlepší volbu pro použití jako mezivrstva suchého obleku [10] pro potápění.

Argon, nejlevnější mezi inertními plyny (jeho obsah v atmosféře je asi 1 %), se široce používá při svařování v ochranných plynech, řezání a dalších aplikacích pro izolaci kovů ze vzduchu, které při zahřátí reagují s kyslíkem (a dusíkem). stejně jako pro zpracování tekuté oceli. Argon se také používá ve zářivkách , aby se zabránilo oxidaci zahřáté wolframové elektrody. Také kvůli nízké tepelné vodivosti se argon (stejně jako krypton) používá k výplni oken s dvojitým zasklením.

Po havárii vzducholodi Hindenburg v roce 1937 byl hořlavý vodík nahrazen nehořlavým héliem jako plnicím plynem ve vzducholodí a balónech, a to i přes 8,6% snížení vztlaku ve srovnání s vodíkem. Navzdory výměně měla katastrofa neúměrný dopad na celou oblast přetlakových letadel lehčích než vzduch a podkopala plány na rozšíření této oblasti letectví na více než půl století. Větší oblibě se staly teprve nedávno, s rozvojem nanovlákenných tkanin a alternativní energie.

Barvy a spektra vzácných plynů

Viz také

• heliometrie

Poznámky

1. ↑ Meija J. , Coplen T. B. , Berglund M., Brand W. A., Bièvre P. D., Gröning M., Holden N. E., Irrgeher J., Loss R. D., Walczyk T. et al. Atomic weights of the elements 2005 (IUPAC Technical Report)  (English) // Pure and Applied Chemistry - IUPAC , 2016. - Vol. 88, Iss. 3. - ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 – doi:10.1515/PAC-2015-0305
2. ↑ Inertní plyny // Kazachstán. Národní encyklopedie . - Almaty: Kazašské encyklopedie , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (Ruština) (CC BY SA 3.0)
3. ↑ [www.xumuk.ru/encyklopedia/588.html Vzácné plyny] – článek z Chemické encyklopedie
4. ↑ Flerova laboratoř jaderných reakcí . JINR. Získáno 8. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 6. října 2011. (neurčitý)
5. ↑ Nash, Clinton S. Atomic and Molecular Properties of Elements 112, 114, and 118  // J. Phys  . Chem. A : deník. - 2005. - Sv. 109 , č. 15 . - S. 3493-3500 . - doi : 10.1021/jp050736o . — PMID 16833687 .
6. ↑ Wieser ME Atomové hmotnosti prvků 2005 (IUPAC Technical Report  )  // Pure Appl. Chem.  : deník. - 2006. - Sv. 78 , č. 11 . - S. 2051-2066 . - doi : 10.1351/pac200678112051 .
7. ↑ Nebezpečí při práci s dusíkem a argonem . Získáno 31. března 2011. Archivováno z originálu 16. října 2014. (neurčitý)
8. ↑ Návod k obsluze argonových lahví používaných ve spektrální laboratoři (nepřístupný odkaz) . Datum přístupu: 31. března 2011. Archivováno z originálu 25. července 2010. (neurčitý) 
9. ↑ Pavlov B. N. Problém ochrany člověka v extrémních podmínkách hyperbarického biotopu . www.argonavt.com (15. května 2007). Datum přístupu: 22. května 2010. Archivováno z originálu 22. srpna 2011. (Ruština)
10. ↑ cs : Suchý_oblek 

Literatura

• Bennett, Peter; Elliott, David. Fyziologie a medicína  potápění . - SPCK Publishing, 1998. - ISBN 0-7020-2410-4 .
• Služby přípravy testu Bobrow. Chemie CliffsAP  . — CliffsNotes, 2007. - ISBN 0-470-13500-X .
• Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements  (anglicky) . — 2. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997. - ISBN 0-7506-3365-4 .
• Harding, Charlie J.; Janes, Rob. Prvky bloku  P. - Royal Society of Chemistry , 2002. - ISBN 0-85404-690-9 .
• Holloway, Johne. Chemie  vzácných plynů . — Londýn : Methuen Publishing, 1968. - ISBN 0-412-21100-9 .
• Mendělejev, Dmitrij Základy chemie . - 7. (Ruština)
• Ojima, Minoru; Podošek, Frank. Geochemie vzácných plynů  . - Cambridge University Press , 2002. - ISBN 0-521-80366-7 .
• Weinhold, F.; Landis, C. Valence and bonding  (anglicky) . - Cambridge University Press , 2005. - ISBN 0-521-83128-8 .
• Skerry, Eriku. Periodická tabulka, její příběh a její význam  . - Oxford University Press , 2007. - ISBN 0-19-530573-6 .

Odkazy

• Chemie inertních plynů .

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština Skvělý norský Velký Rus Velký Rus Britannica (online) Universalis
V bibliografických katalozích BNF : 11982013b GND : 4151020-3 J9U : 987007560587305171 LCCN : sh85053403 NDL : 01030643 NKC : ph503004