Soygazlar - Noble gas

soy gazlar
Hidrojen Helyum Lityum Berilyum Bor Karbon Azot Oksijen flor Neon Sodyum Magnezyum Alüminyum Silikon Fosfor Kükürt Klor Argon Potasyum Kalsiyum skandiyum Titanyum Vanadyum Krom Manganez Demir Kobalt Nikel Bakır Çinko galyum Germanyum Arsenik Selenyum Brom Kripton Rubidyum Stronsiyum İtriyum Zirkonyum niyobyum Molibden Teknesyum Rutenyum Rodyum paladyum Gümüş Kadmiyum İndiyum Teneke Antimon Tellür İyot ksenon sezyum Baryum lantan seryum Praseodimyum neodimyum prometyum Samaryum evropiyum Gadolinyum Terbiyum Disporsiyum Holmiyum erbiyum Tülyum İterbiyum lütesyum Hafniyum Tantal Tungsten Renyum Osmiyum İridyum Platin Altın Merkür (element) Talyum Öncülük etmek Bizmut Polonyum astatin radon Fransiyum Radyum Aktinyum toryum protaktinyum Uranyum Neptünyum plütonyum Amerika küriyum Berkelyum kaliforniyum Einsteinyum fermiyum Mendelevyum Nobelyum lavrenyum Rutherfordyum dubniyum Seaborgiyum Bohriyum hassiyum meitneryum Darmstadtium röntgen Kopernik nihonyum flerovyum Moskova karaciğer Tennessine Oganesson halojenler ←   → alkali metaller
IUPAC grup numarası 18 Öğeye göre ad helyum grubu veya neon grubu önemsiz isim soy gazlar CAS grup numarası (ABD, model ABA) VIIIA eski IUPAC numarası (Avrupa, AB modeli) 0
↓  Dönem
1	Helyum (O) 2
2	Neon (Ne) 10
3	Argon (Ar) 18
4	Kripton (Kr) 36
5	Ksenon (Xe) 54
6	Radon (Rn) 86
7	Oganesson (Og) 118
Efsane ilkel eleman radyoaktif bozunma ile element Atom numarası rengi: kırmızı=gaz
v T e

Soy gazlar (tarihsel olarak da atıl gazlar , bazen şu şekilde ifade aerogens ) içindeki bir sınıfını oluşturan kimyasal elementler benzer özelliklere sahip; standart koşullar altında hepsi kokusuz, renksiz, çok düşük kimyasal reaktiviteye sahip tek atomlu gazlardır . Doğal olarak oluşan altı soy gaz helyum (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), ksenon (Xe) ve radyoaktif radondur (Rn).

Oganesson (Og), sentetik olarak üretilmiş, yüksek oranda radyoaktif bir elementtir, göreli etkilerden dolayı başka bir soy gaz olduğu veya trendi kırıp reaktif olduğu çeşitli şekillerde tahmin edilir . Kısmen bilinen tek izotopunun 0,7 ms'lik son derece kısa yarı ömrü nedeniyle kimyası henüz araştırılmamıştır.

Periyodik tablonun ilk altı periyodu için soy gazlar tam olarak 0 grubunun üyeleridir . Asil gazlar, belirli aşırı koşullar altında olmadıkça tipik olarak oldukça reaktif değildir. Hareketsizlik Soygazların reaksiyonları istediği edilmez uygulamalarda onları çok uygundur. Örneğin, sıcak tungsten filamanın oksitlenmesini önlemek için akkor lambalarda argon kullanılır; ayrıca, oksijen, nitrojen ve karbondioksit (hiperkapni) toksisitesini önlemek için derin deniz dalgıçları tarafından solunum gazında helyum kullanılır .

Soygazların niteliği de modern teorileri ile açıklanabilir atom yapısı Onların: dış kabuk arasında değerlik elektronları dolayısıyla kimyasal tepkime eğilimleri düşüktür veren "tam" olarak kabul edilir ve sadece hazırlamak mümkün olmuştur birkaç yüz soy gaz bileşiği . Erime ve kaynama noktaları , belirli bir soy gaz için en az 10 ° C (18 ° F) farklı, birbirine yakın olan; yani sadece küçük bir sıcaklık aralığında sıvıdırlar.

Neon, argon, kripton, ksenon ve elde edilen hava , bir in hava ayırma yöntemlerini kullanarak birimi gazların sıvılaştırılması ve fraksiyonel damıtma . Helyum kaynaklı doğal gaz alanlarının helyum yüksek konsantrasyonlarda doğal gaz kullanılarak, kriyojenik gaz ayırma teknikleri, ve radon genellikle izole edilir radyoaktif bozunma çözünmüş radyum , toryum , ya da uranyum bileşikleri. Soy gazların aydınlatma, kaynak ve uzay araştırmaları gibi endüstrilerde birkaç önemli uygulaması vardır. Bir helyum-oksijen solunum gazı , genellikle derin deniz dalgıçları tarafından deniz suyunun 55 m (180 ft) üzerindeki derinliklerinde kullanılır. Yanıcılığından dolayı meydana gelen riskler sonra hidrojen belli oldu Hindenburg felaketi , içeri helyum ile değiştirildi blimps ve balonlar .

Tarih

Asal gaz çevrilir Alman isim Edelgas ilk tarafından 1898 yılında kullanılan, Hugo Erdmann reaksiyon ilgisi son derece düşük seviyesini belirten. İsim , aynı zamanda düşük reaktiviteye sahip olan " soy metaller " terimine benzetme yapar . Soy gazlar ayrıca şu şekilde de ifade edilmiştir gazlar atıl , ancak birçok bu etiket kaldırıldı asal gaz bileşikler artık bilinmektedir. Nadir gazlar kullanılan başka bir terimdir, ancak bu aynı zamanda yanlıştır, çünkü argon , radyoaktif potasyum-40'ın bozunması nedeniyle Dünya atmosferinin oldukça önemli bir bölümünü (hacimce %0,94, kütlece %1,3) oluşturur .

Helyum, karakteristik spektral çizgileri nedeniyle ilk olarak Güneş'te tespit edildi .

Pierre Janssen ve Joseph Norman Lockyer bakarken 18 Ağustos 1868 tarihinde yeni bir öğe bulduklarını kromosferin ait Güneş ve bunu adında helyum Güneş, Yunanca kelimeden sonra ἥλιος ( Helios ). O zamanlar hiçbir kimyasal analiz mümkün değildi, ancak helyumun daha sonra soy gaz olduğu bulundu. Onlardan önce, 1784'te İngiliz kimyager ve fizikçi Henry Cavendish , havanın az miktarda nitrojenden daha az reaktif bir madde içerdiğini keşfetmişti . Bir yüzyıl sonra, 1895'te Lord Rayleigh , havadan alınan nitrojen örneklerinin, kimyasal reaksiyonlardan kaynaklanan nitrojenden farklı bir yoğunluğa sahip olduğunu keşfetti . İskoç bilim adamı ile birlikte William Ramsay at University College, Londra , Lord Rayleigh, Yunanca kelime gelen, başarılı yeni bir öğe izole bir deney, argon giden havadan çıkarılan azotun başka bir gaz ile karışık olduğunu teorize ἀργός ( Argos , "boşta " veya "tembel"). Bu keşifle birlikte , periyodik tabloda bir gaz sınıfının tamamının eksik olduğunu fark ettiler . Argon arayışı sırasında Ramsay , bir mineral olan cleveite'yi ısıtırken ilk kez helyumu izole etmeyi de başardı . 1902'de, helyum ve argon elementlerinin kanıtlarını kabul eden Dmitri Mendeleev , daha sonra periyodik tablo haline gelecek olan elementlerin düzenlenmesinde bu soy gazları grup 0 olarak dahil etti.

Ramsay, sıvı havayı birkaç bileşene ayırmak için fraksiyonel damıtma yöntemini kullanarak bu gazları aramaya devam etti . 1898 yılında elemanlar keşfetti Kripton , neon ve ksenon ve Yunanca kelime sonra bunları adlı κρυπτός ( kryptos , "gizli",) νέος ( Neos ve "yeni") ξένος ( ksénos , "yabancı") sırasıyla . Radon ilk olarak 1898'de Friedrich Ernst Dorn tarafından tanımlandı ve radyum yayılımı olarak adlandırıldı , ancak özelliklerinin diğer soy gazlarınkine benzer olduğu 1904 yılına kadar soy gaz olarak kabul edilmedi. Rayleigh ve Ramsay , soy gazları keşfettikleri için sırasıyla 1904 Nobel Fizik ve Kimya Ödülü'nü aldılar ; O zamanki İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi başkanı JE Cederblom'un sözleriyle , "hiçbir temsilcisinin kesin olarak bilinmediği tamamen yeni bir elementler grubunun keşfi, kimya tarihinde tamamen benzersiz bir şeydir, özünde özel öneme sahip bilimde bir ilerleme olmak".

Soy gazların keşfi, atomik yapının genel bir anlayışının geliştirilmesine yardımcı oldu . 1895'te Fransız kimyager Henri Moissan , en elektronegatif element olan flor ile soy gazlardan biri olan argon arasında bir reaksiyon oluşturmaya çalıştı , ancak başarısız oldu. Bilim adamları, 20. yüzyılın sonuna kadar argon bileşikleri hazırlayamadılar, ancak bu girişimler yeni atom yapısı teorilerinin geliştirilmesine yardımcı oldu. Bu deneylerden öğrenen Danimarkalı fizikçi Niels Bohr , 1913'te atomlardaki elektronların çekirdeği çevreleyen kabuklarda düzenlendiğini ve helyum dışındaki tüm soy gazlar için en dıştaki kabuğun her zaman sekiz elektron içerdiğini öne sürdü. 1916'da Gilbert N. Lewis , dış kabuktaki bir elektron sekizlisinin herhangi bir atom için en kararlı düzenleme olduğu sonucuna varan oktet kuralını formüle etti ; bu düzenleme, dış kabuklarını tamamlamak için daha fazla elektrona ihtiyaç duymadıkları için diğer elementlerle tepkimemelerine neden oldu.

1962'de Neil Bartlett , bir soy gazın ilk kimyasal bileşiği olan ksenon heksafloroplatinatı keşfetti . Kısa bir süre sonra diğer soy gazların bileşikleri keşfedildi: 1962'de radon için radon diflorür ( RnF
₂), radyotracer teknikleriyle ve 1963'te kripton için tanımlanan kripton, kripton diflorür ( KrF
₂). Argonun ilk kararlı bileşiği 2000 yılında 40 K (−233.2 °C; −387.7 °F) sıcaklıkta argon florohidrit (HArF) oluşturulduğunda rapor edildi .

Ekim 2006'da, Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndan bilim adamları, kaliforniyumu kalsiyum ile bombalayarak, 18. gruptaki yedinci element olan sentetik olarak oganesson'u başarıyla yarattılar .

Fiziksel ve atomik özellikler

Soy gazlar zayıf atomlar arası güce sahiptir ve sonuç olarak çok düşük erime ve kaynama noktalarına sahiptir . Çoğu normal katı elementten daha büyük atomik kütleye sahip elementler de dahil olmak üzere, standart koşullar altında hepsi tek atomlu gazlardır . Helyum, diğer elementlerle karşılaştırıldığında birkaç benzersiz niteliğe sahiptir: 1 atm'deki kaynama noktası, bilinen herhangi bir maddeninkinden daha düşüktür; aşırı akışkanlık gösterdiği bilinen tek elementtir ; ve atmosfer basıncında soğutularak katılaştırılamayan tek elementtir ( sıfır noktası enerjisi donmaya izin vermeyecek kadar yüksek olduğu için kuantum mekaniği tarafından açıklanan bir etkidir ) – 25 standart atmosferlik bir basınç (2500  kPa ; 370  psi ) olmalıdır. katıya dönüştürmek için 0,95 K (−272.200 °C; -457.960 °F) sıcaklıkta uygulanmalıdır, oda sıcaklığında yaklaşık 115 kbar basınç gerekir. Ksenona kadar olan soy gazların birden çok kararlı izotopu vardır . Radon'un kararlı izotopları yoktur ; en uzun ömürlü izotopu, ²²² Rn , 3,8 günlük bir yarı ömre sahiptir ve helyum ve polonyumu oluşturmak üzere bozunur ve sonunda kurşuna bozunur . Grupta aşağı doğru gidildikçe erime ve kaynama noktaları yükselir.

Bu, atom numarasına karşı iyonlaşma potansiyelinin bir grafiğidir . Etiketli soy gazlar, her periyot için en büyük iyonlaşma potansiyeline sahiptir.

Soy gaz atomları, çoğu gruptaki atomlar gibi , artan elektron sayısı nedeniyle bir periyottan diğerine atom yarıçapında istikrarlı bir şekilde artar . Atomun boyutu çeşitli özelliklerle ilgilidir. Örneğin, iyonlaşma potansiyeli artan bir yarıçapla azalır, çünkü daha büyük soy gazlardaki değerlik elektronları çekirdekten daha uzaktadır ve bu nedenle atom tarafından sıkı bir şekilde bir arada tutulmazlar. Asil gazlar, elektron konfigürasyonlarının kararlılığını yansıtan ve kimyasal reaktifliklerinin göreceli eksikliği ile ilgili olan, her periyodun elementleri arasında en büyük iyonizasyon potansiyeline sahiptir. Bununla birlikte, daha ağır soy gazların bazıları, diğer elementlerin ve moleküllerinkiyle karşılaştırılabilecek kadar küçük iyonlaşma potansiyellerine sahiptir . Bartlett'in oksijenle reaksiyona girecek kadar güçlü olduğu bilinen bir oksitleyici ajan olan platin heksaflorür kullanarak ksenonu oksitlemeye çalışmasına yol açan şey, ksenonun oksijen molekülününkine benzer bir iyonizasyon potansiyeline sahip olduğu anlayışıydı . Soy gazlar, kararlı anyonlar oluşturmak için bir elektronu kabul edemezler ; yani, negatif bir elektron afinitesine sahiptirler .

Makroskopik fiziksel özellikleri Soygazların zayıf hakim Waals kuvvetleri der van arasında atom içermektedir. Çekici kuvvet artışının bir sonucu olarak atomu büyüklüğü ile artar polarize ve iyonizasyon potansiyeli azalma. Bu sistematik grup eğilimleriyle sonuçlanır: 18. gruptan aşağı inildikçe atom yarıçapı ve onunla birlikte atomlar arası kuvvetler artar, bu da artan bir erime noktası, kaynama noktası, buharlaşma entalpisi ve çözünürlük ile sonuçlanır . Yoğunluktaki artış, atom kütlesindeki artıştan kaynaklanmaktadır .

Soy gazlar, standart koşullar altında neredeyse ideal gazlardır , ancak ideal gaz yasasından sapmaları , moleküller arası etkileşimlerin incelenmesi için önemli ipuçları sağlamıştır . Lennard-Jones potansiyeli genellikle moleküller arası etkileşimleri modellemek için kullanılan, tarafından 1924 yılında tahmini yapılır John Lennard-Jones gelişiminden önce argon üzerinde deneysel verilerden kuantum mekaniği gelen moleküller arası kuvvetler anlamak için araçlar temin ilk ilkeler . Soy gazlar tek atomlu ve atomlar küresel olduğundan, bu etkileşimlerin teorik analizi izlenebilir hale geldi; bu, atomlar arasındaki etkileşimin yönden bağımsız veya izotropik olduğu anlamına gelir .

Kimyasal özellikler

Neon, tüm soy gazlar gibi, tam bir değerlik kabuğuna sahiptir . Soy gazların en dış kabuğunda iki tane olan helyum hariç sekiz elektron bulunur.

Asil gazlar, standart koşullar altında renksiz, kokusuz, tatsız ve yanıcı değildir. Bir zamanlar periyodik tabloda 0 grubu olarak etiketlendiler çünkü sıfır değerliklerine sahip olduklarına inanılıyordu , yani atomları bileşikler oluşturmak için diğer elementlerinkilerle birleşemezdi . Ancak daha sonra bazılarının gerçekten de bileşikler oluşturduğu ve bu etiketin kullanılmamasına neden olduğu keşfedildi.

Elektron konfigürasyonu

Diğer gruplar gibi, bu ailenin üyeleri de elektron konfigürasyonunda , özellikle kimyasal davranışta eğilimlere yol açan en dıştaki kabuklarda desenler gösterir :

Soy gazların tam değerlik elektron kabukları vardır . Değerlik elektronları , bir atomun en dıştaki elektronlarıdır ve normalde kimyasal bağa katılan tek elektronlardır . Tam değerlik elektron kabuklarına sahip atomlar son derece kararlıdır ve bu nedenle kimyasal bağ oluşturma eğilimi göstermezler ve elektron kazanma veya kaybetme eğilimi çok azdır. Bununla birlikte, radon gibi daha ağır soy gazlar, elektromanyetik kuvvet tarafından , helyum gibi daha hafif soy gazlardan daha az sıkı bir şekilde bir arada tutulur ve bu da, ağır soy gazlardan dış elektronların çıkarılmasını kolaylaştırır.

Dolu bir kabuğun bir sonucu olarak, soy gazlar , soy gaz gösterimini oluşturmak için elektron konfigürasyon gösterimi ile birlikte kullanılabilir . Bunu yapmak için önce söz konusu elementten önce gelen en yakın soy gaz yazılır ve daha sonra elektron konfigürasyonuna o noktadan itibaren devam edilir. Örneğin, fosforun elektron notasyonu 1s ²  2s ²  2p ⁶  3s ²  3p ³ iken soy gaz notasyonu [Ne] 3s ²  3p ^3'tür . Bu daha kompakt gösterim, elemanları tanımlamayı kolaylaştırır ve atomik orbitallerin tam gösterimini yazmaktan daha kısadır .

Asil gazlar bloklar arasındaki sınırı aşar - helyum bir s elementidir, diğer üyeler ise p elementleridir - bu IUPAC grupları arasında olağandışıdır. Çoğu, diğer tüm IUPAC grupları olmasa da, her biri bir bloktan öğeler içerir .

Bileşikler

XeF'nin Yapısı
₄, keşfedilen ilk soy gaz bileşiklerinden biri

Soy gazlar son derece düşük kimyasal reaktivite gösterirler ; sonuç olarak, sadece birkaç yüz soy gaz bileşiği oluşmuştur. Helyum ve neonun kimyasal bağlara dahil olduğu nötr bileşikler oluşturulmamıştır (bazı helyum içeren iyonlar mevcut olmasına ve birkaç nötr helyum içerenler için bazı teorik kanıtlar olmasına rağmen), ksenon, kripton ve argon sadece gösterilmiştir. küçük reaktivite. Reaktivite Ne < He < Ar < Kr < Xe < Rn ≪ Og sırasını takip eder.

1933'te Linus Pauling , daha ağır soy gazların flor ve oksijen ile bileşikler oluşturabileceğini öngördü. Kripton heksaflorürün varlığını tahmin etti ( KrF
₆) ve ksenon heksaflorür ( XeF
₆), XeF olduğunu tahmin etti
₈kararsız bir bileşik olarak mevcut olabilir ve ksenik asidin perksenat tuzları oluşturabileceğini öne sürdü . Bu tahminlerin genel olarak doğru olduğu gösterildi, ancak XeF
₈artık hem olduğu düşünülmektedir termodinamik ve kinetik kararsız.

Ksenon bileşikleri, oluşan soy gaz bileşiklerinin en çok olanıdır. Çoğu, ksenon diflorürde olduğu gibi, flor veya oksijen gibi yüksek elektronegatif atomlara bağlı +2, +4, +6 veya +8 oksidasyon durumundaki ksenon atomuna sahiptir ( XeF
₂), ksenon tetraflorür ( XeF
₄), ksenon heksaflorür ( XeF
₆), ksenon tetroksit ( XeO
₄) ve sodyum perksenat ( Na
₄XeO
₆). Ksenon, aşağıdaki denklemlere göre çok sayıda ksenon florür oluşturmak için flor ile reaksiyona girer:

Xe + F ₂ → XeF ₂

Xe + 2F ₂ → XeF ₄

Xe + 3F ₂ → XeF ₆

Bu bileşiklerin bazıları kimyasal sentezde oksitleyici ajanlar olarak kullanım alanı bulmuştur ; XeF
₂özellikle ticari olarak temin edilebilir ve bir florlama maddesi olarak kullanılabilir . 2007 itibariyle, organoksenon bileşikleri (karbona bağlı ksenon içerir) ve azot, klor, altın, cıva ve ksenonun kendisine bağlı ksenon dahil olmak üzere diğer elementlere bağlı yaklaşık beş yüz ksenon bileşiği tanımlanmıştır. Bor, hidrojen, brom, iyot, berilyum, kükürt, titanyum, bakır ve gümüşe bağlı ksenon bileşikleri de gözlenmiştir, ancak bunlar yalnızca düşük sıcaklıklarda soy gaz matrislerinde veya süpersonik soy gaz jetlerinde gözlenmiştir .

Radon, ksenondan daha reaktiftir ve kimyasal bağları ksenondan daha kolay oluşturur. Bununla birlikte, radon izotoplarının yüksek radyoaktivitesi ve kısa yarı ömrü nedeniyle, pratikte sadece birkaç florür ve radon oksit oluşmuştur. Radon, ksenondan daha fazla metalik davranışa yönelir; diflorür RnF ₂ yüksek oranda iyoniktir ve halojen florür çözeltilerinde katyonik Rn ²⁺ oluşur. Bu nedenle kinetik engel, radonun +2 durumunun ötesinde oksitlenmesini zorlaştırır. Sadece izleyici deneyleri bunu başarmış görünüyor, muhtemelen RnF ₄ , RnF ₆ ve RnO _{3 oluşturuyor} .

Kripton, ksenondan daha az reaktiftir, ancak +2 oksidasyon durumunda kripton ile birkaç bileşik rapor edilmiştir . Kripton diflorür en dikkate değer ve kolayca karakterize edilendir . Aşırı koşullar altında, kripton , aşağıdaki denkleme göre KrF ₂ oluşturmak için flor ile reaksiyona girer :

Kr + F ₂ → KrF ₂

Kriptonun nitrojen ve oksijene tek bir bağ oluşturduğu bileşikler de karakterize edilmiştir, ancak yalnızca sırasıyla -60 °C (−76 °F) ve -90 °C (−130 °F) altında kararlıdır.

Diğer ametallere (hidrojen, klor, karbon) ve ayrıca bazı geç geçiş metallerine (bakır, gümüş, altın) kimyasal olarak bağlı kripton atomları da gözlenmiştir, ancak bu sadece ya soy gaz matrislerinde düşük sıcaklıklarda ya da süpersonik soy gaz jetlerinde . 2000 yılında argon florohidrit (HArF) gibi ilk birkaç argon bileşiğini elde etmek için benzer koşullar kullanıldı ve bazıları geç geçiş metalleri bakır, gümüş ve altına bağlandı. 2007 itibariyle, kovalent olarak bağlı helyum veya neon içeren kararlı nötr moleküller bilinmemektedir.

Periyodik eğilimlerden elde edilen ekstrapolasyon, oganessonun soy gazların en reaktif olması gerektiğini öngörür; daha karmaşık teorik tedaviler, "soy gaz" tanımlayıcısının uygulanabilirliğinin sorgulandığı noktaya kadar, bu tür ekstrapolasyonların önerdiğinden daha fazla reaktivite gösterir. Oganesson'un 14. gruptaki silikon veya kalay gibi olması bekleniyor : oda sıcaklığında ve basıncında gaz değil katı yarı iletken olan, ortak +4 ve daha az yaygın +2 durumuna sahip reaktif bir element. Bu tahminleri doğrulamak için ampirik / deneysel testler gerekecektir.

Helyum dahil soy gazlar , gaz fazında kararlı moleküler iyonlar oluşturabilir . En basiti, 1925'te keşfedilen helyum hidrit moleküler iyonu HeH ^+' dır. Evrende en bol bulunan iki element olan hidrojen ve helyumdan oluştuğu için, yıldızlararası ortamda doğal olarak meydana geldiğine inanılmaktadır , ancak henüz tam olarak gerçekleşmemiştir. henüz tespit edildi. Bu iyonlara ek olarak , soy gazların bilinen birçok nötr eksimeri vardır . Bunlar ArF ve KrF gibi yalnızca uyarılmış elektronik durumdayken kararlı olan bileşiklerdir ; bazıları excimer lazerlerde uygulama bulur .

Bir soy gaz atomunun kovalent bir bağa dahil olduğu bileşiklere ek olarak , soy gazlar da kovalent olmayan bileşikler oluşturur. Klatratlan İlk kez 1949'da tarif edilmiş olan boşlukları içinde sıkışıp soygazlar oluşur kristal kafeslerindeki bazı organik ve inorganik maddelerin. Oluşumları için temel koşul, konuk (soy gaz) atomlarının, konak kristal kafesin boşluklarına sığacak uygun boyutta olması gerektiğidir. Örneğin, argon, kripton ve ksenon, hidrokinon ile klatratlar oluşturur , ancak helyum ve neon, tutulamayacak kadar küçük oldukları veya yeterince polarize edilemedikleri için oluşturmazlar . Neon, argon, kripton ve ksenon da asil gazın buzda tutulduğu klatrat hidratları oluşturur.

Bir soy gaz atomu içeren bir endohedral fulleren bileşiği

Soy gazlar , soy gaz atomunun bir fulleren molekülü içinde tutulduğu endohedral fulleren bileşikleri oluşturabilir . 1993 yılında, C'nin ne zaman olduğu keşfedildi.
₆₀60 karbon  atomundan oluşan küresel bir molekül  , yüksek basınçta asil gazlara, He@C gibi komplekslere maruz bırakılır.
₆₀oluşturulabilir ( @ notasyonu O'nun C içinde bulunduğunu gösterir
₆₀ama ona kovalent olarak bağlı değil). 2008 itibariyle helyum, neon, argon, kripton ve ksenon içeren endohedral kompleksler oluşturulmuştur. Bu bileşikler , soy gaz atomunun nükleer manyetik rezonansı aracılığıyla fullerenlerin yapısı ve reaktivitesinin araştırılmasında kullanım bulmuştur .

XeF'de yapıştırma
₂ 3-merkez-4 elektronlu bağ modeline göre

Ksenon diflorür ( XeF) gibi soy gaz bileşikleri
₂) oktet kuralını ihlal ettikleri için hipervalent olarak kabul edilirler . Bu tür bileşiklerdeki bağlanma, üç merkezli dört elektronlu bir bağ modeli kullanılarak açıklanabilir . İlk olarak 1951'de önerilen bu model, üç eşdoğrusal atomun bağlanmasını dikkate alır. Örneğin, XeF'de yapıştırma
₂her atomdaki p-orbitallerinden türetilen bir dizi üç moleküler orbital (MO) ile tanımlanır . Bağlanma, Xe'den doldurulmuş bir p-orbital ile her bir F atomundan bir yarı dolu p-orbitalin kombinasyonundan kaynaklanır, bu da doldurulmuş bir bağlayıcı orbital, doldurulmuş bir bağlayıcı olmayan orbital ve bir boş bir antibonding orbital ile sonuçlanır . En yüksek işgal edilen moleküler orbital , iki terminal atom üzerinde lokalizedir. Bu, florin yüksek elektronegatifliği tarafından kolaylaştırılan bir yük lokalizasyonunu temsil eder.

Daha ağır asal gazların, kripton ve ksenonun kimyası iyi bilinmektedir. Daha hafif olan argon ve helyumun kimyası hala erken bir aşamadayken, bir neon bileşiği henüz tanımlanmadı.

Oluşum ve üretim

Atom numaraları arttıkça evrendeki soy gazların bollukları azalır . Helyum, hidrojenden sonra evrendeki en yaygın elementtir ve kütle oranı yaklaşık %24'tür. Evrendeki helyumun çoğu Büyük Patlama nükleosentezi sırasında oluştu , ancak hidrojenin yıldız nükleosentezinde füzyonu (ve çok hafif bir dereceye kadar ağır elementlerin alfa bozunması ) nedeniyle helyum miktarı sürekli artıyor . Yeryüzündeki bolluklar farklı eğilimleri takip eder; örneğin, helyum atmosferde en bol bulunan üçüncü asil gazdır. Bunun nedeni, atmosferde ilkel helyum olmamasıdır ; atomun küçük kütlesi nedeniyle, helyum Dünya'nın yerçekimi alanı tarafından tutulamaz . Yeryüzündeki helyum, yerkabuğunda bulunan uranyum ve toryum gibi ağır elementlerin alfa bozunmasından gelir ve doğal gaz yataklarında birikme eğilimindedir . Argon bolluğu, diğer taraftan, bir sonucu olarak artar Beta çürümesi ve potasyum-40 , aynı zamanda meydana getirmek üzere, yer kabuğundaki bulunan argon 40 yeryüzündeki argon en bol izotopu nispeten olmasına rağmen olan Güneş Sisteminde nadirdir . Bu süreç, potasyum-argon tarihleme yönteminin temelidir . Xenon'un atmosferde beklenmedik şekilde düşük bir bolluğu var, buna kayıp ksenon sorunu deniyor ; Bir teori, eksik ksenonun yerkabuğunun içindeki minerallerde sıkışıp kalmış olabileceğidir. Ksenon dioksitin keşfinden sonra , araştırmalar Xe'nin kuvarstaki Si'nin yerini alabileceğini gösterdi . Radon oluşturulur Litosferin göre alfa bozunması radyum. Temellerindeki çatlaklardan binaların içine sızabilir ve iyi havalandırılmayan alanlarda birikebilir. Yüksek radyoaktivitesi nedeniyle radon önemli bir sağlık tehlikesi arz eder; sadece Amerika Birleşik Devletleri'nde yılda tahmini 21.000 akciğer kanseri ölümüyle ilişkilendirilmektedir. Oganesson doğada oluşmaz ve bilim adamları tarafından manuel olarak oluşturulur.

Büyük ölçekli kullanım için, helyum, %7'ye kadar helyum içerebilen doğal gazdan fraksiyonel damıtma yoluyla ekstrakte edilir .

Neon, argon, kripton ve ksenon, gazların sıvılaştırılması, elementlerin sıvı hale dönüştürülmesi ve fraksiyonel damıtma , karışımların bileşenlerine ayrılması yöntemleri kullanılarak havadan elde edilir . Helyum tipik olarak doğal gazdan ayrılarak üretilir ve radon, radyum bileşiklerinin radyoaktif bozunmasından izole edilir. Argon en ucuz ve ksenon en pahalı olmak üzere soy gazların fiyatları doğal bolluklarından etkilenir. Örnek olarak, yandaki tablo, her bir gazın laboratuvar miktarları için Amerika Birleşik Devletleri'ndeki 2004 fiyatlarını listeler.

Uygulamalar

Modern MRI tarayıcılarında süper iletken mıknatısları soğutmak için sıvı helyum kullanılır.

Soy gazların çok düşük kaynama ve erime noktaları vardır, bu da onları kriyojenik soğutucu akışkanlar olarak faydalı kılar . Özellikle, 4,2 K'da (−268,95 °C; −452.11 °F) kaynayan sıvı helyum , nükleer manyetik rezonans görüntüleme ve nükleer manyetik rezonans için ihtiyaç duyulanlar gibi süper iletken mıknatıslar için kullanılır . Sıvı neon, sıvı helyum kadar düşük sıcaklıklara ulaşmasa da, sıvı helyumdan 40 kat, sıvı hidrojenden üç kat daha fazla soğutma kapasitesine sahip olduğu için kriyojenikte de kullanım bulur.

Helyum, sıvılarda, özellikle lipidlerde düşük çözünürlüğü nedeniyle, nitrojenin yerini almak için solunum gazlarının bir bileşeni olarak kullanılır . Gazlar, tüplü dalışta olduğu gibi basınç altındayken kan ve vücut dokuları tarafından emilir ve bu da nitrojen narkozu olarak bilinen anestezik bir etkiye neden olur . Azaltılmış çözünürlüğü nedeniyle, hücre zarlarına çok az helyum alınır ve trimix veya heliox gibi solunum karışımlarının bir kısmını değiştirmek için helyum kullanıldığında , gazın derinlikteki narkotik etkisinde bir azalma elde edilir. Helyumun azaltılmış çözünürlüğü, dekompresyon hastalığı veya kıvrımlar olarak bilinen durum için başka avantajlar sunar . Vücuttaki çözünmüş gaz miktarının azalması, çıkış basıncının düşmesi sırasında daha az gaz kabarcığı oluşması anlamına gelir. Bir başka soy gaz olan argon, tüplü dalış için kuru giysi şişirme gazı olarak kullanım için en iyi seçenek olarak kabul edilir . Helyum ayrıca nükleer reaktörler için nükleer yakıt çubuklarında dolgu gazı olarak kullanılır.

Goodyear Zeplin

Yana Hindenburg felaket 1937, helyum olarak hidrojenin yerini aldı kaldırma gazı içinde blimps ve balonlar kaldırma% 8.6 azalmaya rağmen nedeniyle hafifliği ve tutuşmazlığı.

Birçok uygulamada, asal gazlar, inert bir atmosfer sağlamak için kullanılır. Argon, nitrojene duyarlı havaya duyarlı bileşiklerin sentezinde kullanılır . Katı argon aynı zamanda reaktif ara maddeler gibi çok kararsız bileşiklerin çok düşük sıcaklıklarda inert bir matris içinde tutularak incelenmesi için de kullanılır . Helyum, gaz kromatografisinde taşıyıcı ortam olarak, termometreler için dolgu gazı olarak ve Geiger sayacı ve kabarcık odası gibi radyasyonu ölçen cihazlarda kullanılır . Helyum ve argon, kaynak arklarını ve çevredeki ana metali kaynak ve kesme sırasında ve ayrıca diğer metalurjik işlemlerde ve yarı iletken endüstrisi için silikon üretiminde atmosferden korumak için yaygın olarak kullanılır .

IMAX projektörlerde kullanılan 15.000 watt xenon kısa ark lambası

Soy gazlar, kimyasal tepkime göstermedikleri için aydınlatmada yaygın olarak kullanılmaktadır . Azot ile karıştırılmış argon, akkor ampuller için dolgu gazı olarak kullanılır . Kripton, filamanın buharlaşma oranını argondan daha fazla azalttığı için, daha yüksek renk sıcaklıklarına ve daha yüksek verimliliğe sahip yüksek performanslı ampullerde kullanılır ; halojen lambalar , özellikle, az miktarda iyot veya brom bileşikleri ile karıştırılmış kripton kullanır . Asil gazlar , " neon ışıkları " gibi gaz deşarjlı lambaların içinde kullanıldığında belirgin renklerde parlar . Bu ışıklara neon adı verilir ancak genellikle neonun turuncu-kırmızı rengine çeşitli tonlar ekleyen başka gazlar ve fosforlar içerir. Ksenon, gün ışığına benzeyen neredeyse sürekli spektrumları nedeniyle film projektörlerinde ve otomobil farlarında uygulama bulan ksenon ark lambalarında yaygın olarak kullanılır .

Soy gazlar kullanılan excimer lazerleri olarak bilinen kısa ömürlü, elektronik olarak uyarılmış moleküller dayanmaktadır, eksimer . Lazerler için kullanılan eksimerler, Ar gibi soy gaz dimerleri olabilir ₂ , Kr ₂ veya Xe ₂ , ya da daha yaygın soygazlar ArF, KrF, XeF veya XeCl gibi eksimerlerde bir halojen ile bir araya getirilmektedir. Bu lazerler , kısa dalga boyu ( ArF için 193 nm ve KrF için 248 nm) nedeniyle yüksek hassasiyette görüntülemeye izin veren ultraviyole ışık üretir . Excimer lazerlerin birçok endüstriyel, tıbbi ve bilimsel uygulaması vardır. Bunlar için kullanılan mikrolitografi ve mikrofabrikasyon için gerekli olan, entegre devre üretim ve için lazer ameliyatı lazer de dahil olmak üzere, anjiyoplasti ve göz ameliyatı .

Bazı soy gazların tıpta doğrudan uygulaması vardır. Helyum bazen astım hastalarının nefes alma kolaylığını iyileştirmek için kullanılır . Ksenon, lipitlerdeki yüksek çözünürlüğü nedeniyle, normal nitröz oksitten daha güçlü olması ve vücuttan kolayca atılması ve daha hızlı iyileşme ile sonuçlanması nedeniyle anestezik olarak kullanılır . Xenon, hiperpolarize MRI yoluyla akciğerlerin tıbbi görüntülenmesinde uygulama bulur. Radyoterapide yüksek oranda radyoaktif olan ve sadece çok küçük miktarlarda bulunan radon kullanılmaktadır .

Asil gazlar, özellikle ksenon, inertlikleri nedeniyle ağırlıklı olarak iyon motorlarında kullanılır . İyon motorları kimyasal reaksiyonlarla çalıştırılmadığından, yakıt ile motordaki herhangi bir şey arasındaki istenmeyen reaksiyonu önlemek için kimyasal olarak inert yakıtlar istenir.

Oganesson ile çalışmak için fazla kararsız ve araştırma dışında bilinen bir uygulaması yok.

deşarj rengi

Soy gazlarda elektrik boşalmasının renkleri ve spektrumları (alt sıra); sadece ikinci sıra saf gazları temsil eder.

Helyum	Neon	Argon	Kripton	ksenon

Gaz deşarj emisyonunun rengi, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır:

• deşarj parametreleri ( akım yoğunluğunun ve elektrik alanının yerel değeri , sıcaklık, vb. - üst satırdaki deşarj boyunca renk değişimini not edin);
• gaz saflığı (belirli gazların küçük bir kısmı bile rengi etkileyebilir);
• deşarj tüpü zarfının malzemesi - kalın ev camından yapılmış alt sıra tüplerdeki UV ve mavi bileşenlerin bastırılmasına dikkat edin.

Ayrıca bakınız

• Genişletilmiş fiziksel özellikler tabloları için soy gaz (veri sayfası) .
• Soy metal , korozyona veya oksidasyona dayanıklı metaller için.
• Normal şartlar altında reaktif olmayan herhangi bir gaz için inert gaz .
• Endüstriyel gaz
• nötronyum
• sekizli kuralı

Notlar

Referanslar

• Bennett, Peter B.; Elliott, David H. (1998). Dalış Fizyolojisi ve Tıbbı . SPCK Yayıncılık . ISBN'si 0-7020-2410-4.
• Bobrow Testi Hazırlama Hizmetleri (5 Aralık 2007). CliffsAP Kimya . CliffsNotes . ISBN'si 978-0-470-13500-6.
• Greenwood, NN; Earnshaw, A. (1997). Elementlerin Kimyası (2. baskı). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN'si 0-7506-3365-4.
• Harding, Charlie J.; Janes, Rob (2002). P Bloğunun Elemanları . Kraliyet Kimya Derneği . ISBN'si 0-85404-690-9.
• Holloway, John H. (1968). Soygaz Kimyası . Londra : Methuen Yayıncılık . ISBN'si 0-412-21100-9.
• Mendeleyev, D. (1902–1903). Osnovy Khimii (Kimyanın İlkeleri) (Rusça) (7. baskı).
• Ozima, Minoru; Podosek, Frank A. (2002). Soy Gaz Jeokimyası . Cambridge Üniversitesi Yayınları . ISBN'si 0-521-80366-7.
• Weinhold, F.; Landis, C. (2005). Değerlik ve bağ . Cambridge Üniversitesi Yayınları . ISBN'si 0-521-83128-8.