Инертные газы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение лицей №64

Инертные газы

Выполнила: Гремитских Екатерина

Руководитель: Арефина О.В.

Санкт-Петербург 2013

Оглавление

Введение

1. История открытия инертных газов

2. Гелий

3. Неон

4. Аргон

5. Криптон

6. Ксенон

7. Радон

Заключение

Библиография

Введение

Исследование инертных газов особенно актуально на сегодняшний день, так как их использование сейчас является почти неотъемлемым во многих сферах науки, техники и не только. Инертными газами заполняют светильники, трубки реклам, лампы различного назначения. Их используют для изготовления газопламенных дисплеев компьютеров. Инертные газы используются также в производстве сильно окисляющихся веществ. Химические соединения инертных газов также интересны не только для теоретиков: они сильнейшие окислители и поэтому позволили осуществить некоторые казавшиеся ранее необычными химические реакции, например получение соединений пятивалентного золота.

1. История открытия инертных газов

В 1962 году на страницах химических журналов появились формулы необычных химических соединений: ХеРtF6,ХеF2,ХеF4,ХеF6.Появление этих веществ было неожиданным потому, что прежде никому в мире не удалось приготовить ни одного химического соединения инертных газов. Так именуется совокупность химических элементов, располагающихся на правом "фланге" периодической системы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон.

Открытие их произошло в течение очень короткого времени- с 1894 года по 1898 год. Состав земной атмосферы уже тогда считался хорошо изученным, и не было даже предположений о том, что она может содержать неизвестные газы элементарной природы.

Английский физик Джон Рэлей обратил внимание на достаточно загадочное обстоятельство: плотности атмосферного азота и азота, полученного из химических соединений, различались. Чтобы объяснить эту аномалию, Рэлей обратился за помощью к своему соотечественнику- химику и физику Уильяму Рамзаю. Обсудив ситуацию и повторив эксперименты, учёные пришли к выводу, что в атмосферном азоте содержится примесь неизвестного газа. Его удалось выделить и определить спектр этого газа. Новый газ получил название "аргон", что в переводе с греческого означает "недеятельный", потому что аргон действительно оказался не способным вступать в химические реакции.

Некоторое время его даже считали не химическим элементом, а видоизменением азота. В 1895 году из уранового минерала клевеита был выделен другой "бездеятельный элемент" - гелий (ещё раньше его нашли по спектральным линиям на Солнце и в вулканических газах, позднее его обнаружили в земной атмосфере),а спустя 3 года из воздуха были выделены 3 инертных элемента-криптон, неон и ксенон.

Решающая роль в этих открытиях принадлежит Уильяму Рамзаю. Выделить перечисленные газы помогла техника сжижения воздуха и разделения его на фракции, различающиеся по температурам сжижения. Наконец, в 1899 году в Канаде Эрнест Резерфорд и Роберт Оуэнс, изучая явление радиоактивности, доказали существование последнего инертного газа- радона. Некоторое время учёные спорили о том, как разместить инертные газы в периодической системе: ни в одной из её 8 групп подходящего места не было. В конце концов, в 1900 году пришли к выводу, что целесообразно создать в периодической системе самостоятельную нулевую группу. С тех пор такая группа, включающая элементы с порядковыми номерами 2, 10, 18, 36, 54, 86 стала фигурировать в таблице Менделеева, инертные газы завершали её периоды (с первого по шестой). Объяснить химическую бездеятельность инертных газов удалось только после разработки планетарной модели атома. Атомы всех инертных газов, кроме гелия, содержат на внешней электронной оболочки 8 электронов. Такой электронный "октет" считался весьма устойчивым, и это представление легло в основу объяснения ионной и ковалентной химической связи. Только в начале 60-х годов ХХ века оказалось, что неспособность инертных газов вступать в химические реакции-заблуждение учёных. Разрушить "броню неприступности" этих элементов помог не метал- фтор.

Сегодня известно уже около 200 химических соединений ксенона, криптона и радона-фторидов, хлоридов, оксидов, кислот, солей и нитридов. Такое изобилие привело к тому, что в современной периодической системе нулевая группа упразднена: все инертные газы стали помещать в главную подгруппу VIII группы. Нередко гелий и его аналоги называют также благородными газами (поскольку они, как ранее благородный металл золото, не "хотели" вступать в химические реакции). Инертные газы принадлежат к наименее распространённым на Земле элементам. Наиболее "богата" земная атмосфера аргоном (его гораздо больше, чем всех остальных инертных газов). Поэтому-то аргон и был открыт первым.

2. Гелий

Название произошло от ?лйпт -"Солнце" (Гелиос). Любопытен тот факт, что в названии элемента было использовано характерное для металлов окончание "- ий" (по лат. "-um" - "Helium"). По аналогии с другими благородными газами логично было бы дать ему имя "гелион" ("Helion"). В современной науке название "гелион" закрепилось за ядром лёгкого изотопа гелия - гелия-3.

Гелий - практически инертный химический элемент.

Простое вещество гелий нетоксично, не имеет цвета, запаха и вкуса. При нормальных условиях представляет собой одноатомный газ. Химический элемент гелий в промышленности получают из гелийсодержащих природных газов (в настоящее время эксплуатируются главным образом месторождения, содержащие более 0,1 % гелия). От других газов гелий отделяют методом глубокого охлаждения, используя то, что он сжижается труднее всех остальных газов. Уникальные свойства гелия широко используются в промышленности и народном хозяйстве:

- для изменения тембра голосовых связок (эффект повышенной тональности голоса) за счет различия плотности обычной воздушной смеси и гелия.

- в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов.

- в пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E939, в качестве пропеллента и упаковочного газа.

- используется в качестве хладагента для получения сверхнизких температур (в частности, для перевода металлов в сверхпроводящее состояние).

- для наполнения воздухоплавающих судов (дирижабли).

- в дыхательных смесях для глубоководного погружения (Баллон для дайвинга).

- для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов.

- для заполнения газоразрядных трубок.

- в качестве теплоносителя в некоторых типах ядерных реакторов.

3. Неон

Название происходит от греч. нЭпт - новый.

В мировой материи неон распределен неравномерно, однако в целом по распространенности во Вселенной он занимает пятое место среди всех элементов - около 0,13 % по массе. Наибольшая концентрация неона наблюдается на Солнце и других горячих звездах, в газовых туманностях, в атмосфере внешних планет Солнечной системы - Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. В атмосфере многих звезд неон занимает третье место после водорода и гелия.

Неон не имеет цвета, не имеет запаха, не имеет вкуса, одноатомный газ.

Все благородные газы имеют завершенную электронную оболочку, поэтому они химически инертны. Химическая инертность неона исключительна, в этом с ним может конкурировать только гелий. Пока не получено ни одного его валентного соединения. Неон получают совместно с гелием в качестве побочного продукта в процессе сжижения и разделения воздуха. Адсорбционный метод основан на способности неона в отличие от гелия абсорбироваться активированным углем, охлаждаемым жидким азотом. Конденсационный способ основан на вымораживании неона при охлаждении смеси жидким водородом.

Жидкий неон используют в качестве охладителя в криогенных установках. Ранее неон применялся в промышленности в качестве инертной среды, но был вытеснен более дешёвым аргоном. Неоном наполняют газоразрядные лампы, сигнальные лампы в радиотехнической аппаратуре, фотоэлементы, выпрямители.

Смесь неона и гелия используют как рабочую среду в газовых лазерах (гелий-неоновый лазер). Трубки, заполненные смесью неона и азота, при пропускании через них электрического разряда дают красно-оранжевое свечение, в связи с чем они широко используются в рекламе. Неоновые лампы используют для сигнальных целей на маяках и аэродромах, так как их красный цвет очень мало рассеивается туманом и мглой.

4. Аргон

По предложению доктора Медана (председателя заседания, на котором был сделан доклад об открытии) Рэлей и Рамзай дали новому газу имя "аргон" (от сделан доклад об открытии) Рэлей и Рамзай дали новому газу имя "аргон" (от греч. бсгьт - ленивый, медленный, неактивный). Это название подчеркивало важнейшее свойство элемента - его химическую неактивность.

Содержание аргона в мировой материи оценивается приблизительно в 0,02 % по массе. Аргон - самый распространённый инертный газ в земной атмосфере, в 1 мі воздуха содержится 9,34 л аргона (для сравнения: в том же объеме воздуха содержится 18,2 смі неона, 5,2 смі гелия, 1,1 смі криптона, 0,09 смі ксенона). Он одноатомный, без вкуса, цвета, запаха.

В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот. При температуре ?185,9°C аргон конденсируется, при ?189,4°С - кристаллизуется.

Аргон используется:

-в аргоновых лазерах.

-в качестве плазмаобразователя в плазматронах при сварке и резке.

-в качестве огнетушащего вещества в газовых установках пожаротушения.

5. Криптон

Название произошло от греч. ксхрфьт - скрытый.

Криптон находится в атмосферном воздухе. Образуется при ядерном делении, в том числе и в результате естественных процессов, происходящих в рудах радиоактивных металлов.

Относительно недавно было получено первое соединение со связями Kr-O (Kr(OTeF5)2). Криптон химически инертен. В жёстких условиях реагирует со фтором, образуя дифторид криптона.

Качественно криптон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии (характеристические линии 557,03 нм и 431,96 нм). Количественно его определяют масс-спектрометрически, хроматографически, а также методами абсорбционного анализа. Криптон выделяют ректификацией из жидкого воздуха.

Применение криптона:

-производство сверхмощных эксимерных лазеров(Kr-F).

-фториды криптона предложены в качестве окислителей ракетного топлива и в качестве компоненты для накачки боевых лазеров.

-используется в качестве заполнения пространства между стеклами в стеклопакете для придания стеклопакету повышенных теплофизических и звукоизоляционных свойств.

6. Ксенон

Название произошло от греч. оЭнпт - чужой.

Ксенон находится в земной атмосфере в крайне незначительных количествах, также встречается в газах, испускаемых некоторыми минеральными источниками.

Его температура плавления ?112 °C, температура кипения ?108 °C, свечение в разряде фиолетовым цветом.

Ксенон-первый инертный газ, для которого были получены настоящие химические соединения. Например, дифторид ксенона, тетрафторид ксенона, гексафторид ксенона, триоксид ксенона.

В промышленности ксенон получают как побочный продукт разделения воздуха на кислород и азот.

Применение ксенона:

-ксенон используют для наполнения ламп накаливания, мощных газоразрядных и импульсных источников света.

-радиоактивные изотопы (127Xe, 133Xe, 137Xe, и др.) применяют в качестве источников излучения в радиографии и для диагностики в медицине, для обнаружения течи в вакуумных установках.

Кксенон является высокоэффективным рабочим телом для электрореактивных двигателей космических аппаратов - с конца XX века ксенон стал применяться как средство для общего наркоза.

Фториды и оксиды ксенона - мощнейшие окислители ракетного топлива.

7. Радон

Название происходит от названия элемента радия, продуктом радиоактивного распада которого является радон.

Концентрация радона в воздухе зависит в первую очередь от геологической обстановки (так, граниты, в которых много урана, являются активными источниками радона, в то же время над поверхностью морей радона мало), а также от погоды (во время дождя микротрещины, по которым радон поступает из почвы, заполняются водой; снежный покров также препятствует доступу радона в воздух).

Радон с фтором при высоких температурах образует соединения состава RnFn, где n = 4, 6, 2. Так, дифторид радона RnF2 является белым нелетучим кристаллическим веществом.

Для получения радона через водный раствор любой соли радия продувают воздух, который уносит с собой образующийся при радиоактивном распаде радия радон. Далее воздух тщательно фильтруют, отделяя микро капли раствора, содержащего соль радия, которые могут быть захвачены током воздуха. Собственно радон получают, удаляя из смеси газов химически активные вещества (кислород, водород, водяные пары и т. д.), остаток конденсируют жидким азотом, затем из конденсата отгоняют азот и другие инертные газы (аргон, неон и т.д).

Собственная радиоактивность радона вызывает его флюоресценцию. Газообразный и жидкий радон флюоресцирует голубым светом, у твёрдого радона при охлаждении до азотных температур цвет флюоресценции становится сперва жёлтым, затем красно-оранжевым.

Радон используют в медицине для приготовления радоновых ванн, в сельском хозяйстве для активации кормов домашних животных, в металлургии в качестве индикатора при определении скорости газовых потоков в доменных печах, газопроводах. В геологии измерение содержания радона в воздухе и воде применяется для поиска месторождений урана и тория, в гидрологии - для исследования взаимодействия грунтовых и речных вод. Динамика концентрации радона в подземных водах может применяться для прогноза землетрясений. инертный газ химический

Заключение

Сейчас люди многим обязаны когда-то произошедшему открытию инертных газов. С открытием инертных газов и, можно сказать, с их приходом в наш мир, со временем жизнь людей преобразилась. Ведь все эти газы сейчас служат нам и без них многие бы неотъемлемые вещи нашего быта, которыми мы пользуемся каждый день, не существовали или были бы не такими функциональными, как сейчас(это, например, лампы, дисплеи компьютеров, светящаяся реклама).

Но большую услугу инертные газы делают также и научной сфере деятельности человека. Мы выяснили, какую роль в нашей жизни играют инертные газы, и подробно рассмотрели свойства, особенности каждого из них.

Библиография

1. www.XuMuk.ru

2. www.himsnab-spb.ru

Размещено на Allbest.ru