SOY GAZLAR: ÖZELLIKLER, KONFIGÜRASYON, REAKSIYONLAR, KULLANIMLAR - KIMYA - 2025

Soy gazlar bulunan elemanlara kümesidir tarafından periyodik tabloda Grup 18 entegre. Yıllar geçtikçe, her ikisi de yanlış isimlerle nadir veya inert gazlar olarak da adlandırıldılar; bazıları Dünya gezegeninin dışında ve içinde çok bol miktarda bulunur ve ayrıca aşırı koşullar altında tepki verme yeteneğine de sahiptirler.

Yedi elementi, özellikleri ve düşük reaktiviteleri asil metaller kadar etkileyici olan periyodik tablodaki belki de en eşsiz grubu oluşturur. Bunların arasında en hareketsiz elementi (neon), Cosmos'un en bol ikinci elementini (helyum) ve en ağır ve en kararsız olanını (oganeson) sergiliyorlar.

Asil gazlardan beşinin cam şişelerde veya ampullerde parlaması. Kaynak: Yeni çalışma Alchemist-hp (konuşma) www.pse-mendelejew.de); orijinal tek resimler: Jurii, http://images-of-elements.com.

Soy gazlar doğadaki en soğuk maddelerdir; yoğunlaşmadan önce çok düşük sıcaklıklara dayanır. Daha da zor olanı donmasıdır, çünkü Londra saçılımına dayanan moleküller arası kuvvetleri ve atomlarının polarize edilebilirliği, onları bir kristalde bir arada tutmak için çok zayıftır.

Düşük reaktiviteleri nedeniyle, depolanmaları nispeten güvenli gazlardır ve çok fazla risk oluşturmazlar. Bununla birlikte, akciğerlerdeki oksijeni yerinden oynatabilir ve aşırı solunduğunda boğulmaya neden olabilirler. Öte yandan, üyelerinden ikisi oldukça radyoaktif elementlerdir ve bu nedenle sağlık için ölümcüldür.

Asal gazların düşük reaktivitesi, inert atmosferli reaksiyonlar sağlamak için de kullanılır; böylece hiçbir reaktif veya ürün oksitlenme ve sentez performansını etkileme riskini taşımaz. Bu aynı zamanda elektrik ark kaynağı işlemlerini de destekler.

Öte yandan, sıvı hallerinde, yüksek enerjili ekipmanların doğru çalışması veya bazı malzemelerin süper iletken durumlara ulaşması için gerekli olan en düşük sıcaklıkları garanti eden mükemmel kriyojenik soğutuculardır.

Soy gazların özellikleri

Sağda (turuncu ile vurgulanmıştır) soy gazlar grubudur. Yukarıdan aşağıya: Helyum (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), ksenon (Xe) ve radon (Rn).

Belki de soy gazlar hem fiziksel hem de kimyasal olarak en çok ortak özelliği paylaşan elementlerdir. Başlıca özellikleri:

- Hepsi renksiz, kokusuz ve tatsızdır; ancak düşük basınçlarda ampullere kapatıldıklarında ve elektrik şoku aldıklarında iyonize olurlar ve renkli ışıklar yayarlar (üstteki resim).

- Her soy gazın kendi ışığı ve tayfı vardır.

- Periyodik tablodaki kimyasal bağların katılımı olmadan kendi fiziksel durumlarında bulunabilen tek atomlu türlerdir (çünkü metaller metalik bağ ile birleştirilir). Bu nedenle, ideal bir gazın küresel modeline çok iyi uyum sağladıkları için gazların özelliklerini incelemek için mükemmeldirler.

- Genellikle en düşük erime ve kaynama noktasına sahip elementlerdir; o kadar ki, basınçta bir artış olmadan helyum mutlak sıfırda bile kristalleşemez.

- Tüm elementler arasında asil metallerden daha az reaktiftirler.

- Tamamen kovalent bağlar oluşturdukları varsayılarak, iyonlaşma enerjileri ve elektronegatiflikleri en yüksektir.

- Atom yarıçapları da en küçüktür çünkü her dönemin en sağındadırlar.

7 asal gaz

Yedi asal gaz, yukarıdan aşağıya, periyodik tablonun 18. grubuna doğru alçalmaktadır:

-Helio, O

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Kripton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Kararsız ve yapay oganeson hariç hepsi fiziksel ve kimyasal özellikleri açısından incelenmiştir. Oganeson'un, büyük atom kütlesi nedeniyle bir gaz bile olmadığına, daha ziyade asil bir sıvı veya katı olduğuna inanılıyor. Helyum veya argona göre radyoaktivitesinden dolayı radon hakkında çok az şey bilinmektedir.

Elektronik konfigürasyon

Soy gazların değerlik kabuğunun tamamen dolu olduğu söylenir. Öyle ki, elektronik konfigürasyonları, parantez (,,, vb.) İçindeki sembollerini kullanarak diğer elemanlarınkini basitleştirmek için kullanılır. Elektronik konfigürasyonları:

-Helium: 1s ² , (2 elektron)

-Neon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ , (10 elektron)

-Argon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ , (18 elektron)

-Kripton: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ , (36 elektron)

-Xenon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁶ , (54 elektron)

-Radon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 4f ¹⁴ 5s ² 5p ⁶ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ⁶ , (86 elektron)

Önemli olan onları hatırlamak değil, ns ² np ⁶ : değerlik okteti ile bittiklerini detaylandırmaktır . Benzer şekilde, atomlarının çok sayıda elektrona sahip olduğu takdir edilmektedir, bu elektron büyük etkili nükleer kuvvet nedeniyle diğer elementlere kıyasla daha küçük bir hacimdedir; yani atom yarıçapları daha küçüktür.

Bu nedenle, elektronik olarak yoğun atom yarıçapları, tüm soy gazların paylaştığı kimyasal bir özellik sergiler: Polarize etmek zordur.

Polarlanabilirliğin

Soy gazlar, elektron bulutlarının küreleri olarak düşünülebilir. Valans elektronlarının (ns olanlardan çekirdeği ayıran mesafe grubu 18, kendi yarıçapı artış ile ve aynı şekilde azalan da ² np ⁶ ).

Bu elektronlar çekirdek tarafından daha az çekici bir kuvvet hissederler, daha serbestçe hareket edebilirler; küreler büyüdükçe daha kolay deforme olur. Bu tür hareketlerin bir sonucu olarak, düşük ve yüksek elektron yoğunluklu bölgeler ortaya çıkar: δ + ve δ- kutupları.

Soy gazın atomu polarize edildiğinde, komşu atoma bir başkasını indükleyebilen anlık bir dipol haline gelir; yani Londra'nın dağıtıcı güçlerinin önündeyiz.

Moleküller arası kuvvetlerin helyumdan radona yükselmesinin nedeni budur ve artan kaynama noktalarına yansır; ve sadece bu değil, aynı zamanda reaktiviteleri de artar.

Atomlar daha polarize hale geldikçe, valans elektronlarının kimyasal reaksiyonlara katılması ve ardından soy gaz bileşiklerinin üretilmesi olasılığı daha yüksektir.

Tepkiler

Helyum ve neon

Soy gazlar arasında en az reaktif olan helyum ve neondur. Aslında, elektronegatifliği (kovalent bağlar oluşturarak) florinkini aşsa da neon en inert elementtir.

Bileşiklerinin hiçbiri karasal koşullar altında bilinmemektedir; ancak, Cosmos'ta HeH ⁺ moleküler iyonunun varlığı oldukça muhtemeldir . Aynı şekilde, elektronik olarak uyarıldıklarında, gaz halindeki atomlarla etkileşime girebilirler ve eksimer adı verilen kısa ömürlü nötr moleküller oluşturabilirler; HeNe, CsNe ve Ne _{2 gibi} .

Öte yandan, biçimsel anlamda bileşik olarak kabul edilmemelerine rağmen, He ve Ne atomları Van der Walls moleküllerini meydana getirebilir; yani, basitçe dağıtıcı kuvvetlerle "bir arada" tutulan bileşikler. Örneğin: Ag ₃ He, HeCO, HeI ₂ , CF ₄ Ne, Ne ₃ Cl ₂ ve NeBeCO ₃ .

Benzer şekilde, bu tür Van der Walls molekülleri, zayıf iyonla indüklenen dipol etkileşimleri sayesinde var olabilir; örneğin: Na ⁺ He ₈ , Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ ve Cu ⁺ Ne ₁₂ . Bu moleküllerin atom kümeleri haline gelmesinin bile mümkün olduğuna dikkat edin: kümeler.

Ve son olarak, He ve Ne atomları, reaksiyona girmeden fullerenlerin veya klatratların endohedral komplekslerinde "tuzağa düşebilir" veya araya girebilir; örneğin: ₆₀ , (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , He (H ₂ O) ₆ ve Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃ .

Argon ve kripton

Soy gazlar argon ve kripton, daha polarize edilebildikleri için helyum ve neondan daha fazla "bileşik" sunma eğilimindedir. Bununla birlikte, bir kısmı daha uzun ömürlü olduğu için daha kararlı ve karakterize edilebilir. Bunlardan bazıları , kozmik ışınların etkisiyle bulutsularda bulunan HArF ve moleküler iyon ArH ^{+ '} dır .

Kripton'dan aşırı, ancak sürdürülebilir koşullarda bileşikler elde etme olasılığı başlar. Bu gaz flor ile aşağıdaki kimyasal denkleme göre reaksiyona girer:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Kriptonun flor sayesinde oksidasyon sayısı olarak +2 (Kr ²⁺ ) elde ettiğini unutmayın . KrF ₂ aslında bir oksitleyici ve florlama maddesi olarak pazarlanabilir miktarlarda sentezlenebilir.

Argon ve kripton geniş bir klatrat repertuvarı, endohedral kompleksler, Van der Walls molekülleri ve tahmin edilen varoluşlarından sonra keşfedilmeyi bekleyen bazı bileşikler oluşturabilir.

Ksenon ve radon

Ksenon, soy gazlar arasındaki reaktivitenin kralıdır. Gerçekten kararlı, pazarlanabilir ve karakterize edilebilir bileşikleri oluşturur. Aslında, reaktivitesi uygun koşullar altında oksijene benzer.

İlk sentezlenmiş bileşiği 1962'de Neil Bartlett tarafından "XePtF ₆ " idi. Bu tuz aslında literatüre göre, diğer florlanmış ksenon ve platin tuzlarının karmaşık bir karışımından oluşuyordu.

Ancak bu, ksenon ve florin arasındaki yakınlığı göstermek için fazlasıyla yeterliydi. Bu bileşiklerin bazıları arasında XeF ₂ , XeF ₄ , XeF ₆ ve ^{+ - var} . XeF ₆ suda çözündüğünde bir oksit oluşturur:

XeF ₆ + 3 H ₂ O → XeO ₃ + 6 HF

Bu XeO ₃ , ksenato (HXeO ₄ ^- ) veya ksenik asit (H ₂ XeO ₄ ) olarak bilinen türlerden kaynaklanabilir . Ksenatlar, perksenatlara orantısız (XeO ₆ ^4- ); ve eğer ortam daha sonra, ksenon tetrokside (XeO ₄ ) dehidre edilen peroksenik asit (H ₄ XeO ₆ ) içinde asitleştirilirse :

H ₄ XeO ₆ → 2 H ₂ O + XeO ₄

Radon asal gazlar içinde en reaktif olmalıdır; Ancak o kadar radyoaktif ki, parçalanmadan önce tepki verecek zamanı neredeyse yok. Tam sentezlenmiştir tek bileşikler de florid (RnF olan ₂ ) ve oksit (RN- ₃ ).

Üretim

Hava sıvılaştırma

Grup 18'e doğru inerken asal gazlar Evrende daha bol hale gelir. Bununla birlikte, atmosferde helyum kıttır, çünkü Dünya'nın yerçekimi alanı onu diğer gazların aksine tutamaz. Bu yüzden havada değil Güneş'te tespit edildi.

Öte yandan, havada radyoizotop ⁴⁰ K'nin radyoaktif bozunmasından gelen önemli miktarda argon vardır. Hava, gezegendeki en önemli doğal argon, neon, kripton ve ksenon kaynağıdır.

Bunları üretmek için önce havanın sıvılaştırılması gerekir, böylece bir sıvıya yoğunlaşır. Daha sonra, bu, sıvı uğrar böylece karışımın bileşenlerinin her birini ayıran bir fraksiyonel distilasyon, (N ₂ , O ₂ , CO ₂ , Ar, vs.).

Gazın sıcaklığının ve bolluğunun ne kadar düşük olması gerektiğine bağlı olarak, fiyatları artıyor ve ksenonu en pahalı, helyum ise en ucuz olarak sıralanıyor.

Doğal gaz ve radyoaktif minerallerin damıtılması

Helyum, başka bir fraksiyonel damıtma işleminden elde edilir; ancak havadan değil, doğal gazdan, radyoaktif toryum ve uranyum minerallerinden alfa parçacıklarının salınması sayesinde helyumla zenginleştirilmiştir.

Benzer şekilde, radon, kendi minerallerindeki radyumun radyoaktif bozunmasından "doğar"; ancak düşük bollukları ve Rn atomlarının kısa yarı ömürleri nedeniyle, bollukları, benzerlerine (diğer soy gazlar) kıyasla alaycıdır.

Ve son olarak, oganeson oldukça radyoaktif, ultramasik, insan yapımı soylu bir "gazdır" ve bir laboratuvarda kontrollü koşullar altında kısa bir süre var olabilir.

Tehlikeleri

Soy gazların ana riski, özellikle yüksek konsantrasyonlu bir atmosfer üretildiğinde, insan tarafından oksijen kullanımını sınırlandırmalarıdır. Bu nedenle aşırı solunması tavsiye edilmez.

Amerika Birleşik Devletleri'nde uranyum yönünden zengin topraklarda, radyoaktif özelliklerinden dolayı sağlık açısından risk oluşturabilecek yüksek bir radon konsantrasyonu tespit edilmiştir.

Uygulamalar

sanayi

Helyum ve argon, kaynak ve kesme sırasında koruma için inert bir atmosfer oluşturmak için kullanılır. Ayrıca silikon yarı iletkenlerin imalatında kullanılırlar. Helyum, termometrelerde dolgu gazı olarak kullanılır.

Argon, akkor lambaların üretiminde nitrojen ile kombinasyon halinde kullanılır. Deşarj lambalarında brom ve iyot gibi halojenlerle karıştırılmış kripton kullanılır. Neon, kırmızı rengini renklendirmek için fosforlar ve diğer gazlarla karıştırılmış ışıklı tabelalarda kullanılır.

Xenon, araba farlarında ve projektörlerde kullanılan, gün ışığını andıran ışık yayan ark lambalarında kullanılır. Soy gazlar, eksimer lazerlerin üretiminde kullanılan ArF, KrF veya XeCl üretmek için halojenlerle karıştırılır.

Bu lazer türü, yüksek hassasiyetli görüntüler üreten ve entegre devrelerin imalatında kullanılan kısa dalgalı ultraviyole ışık üretir. Kriyojenik soğutucu gazlar olarak helyum ve neon kullanılır.

Balonlar ve solunum tankları

Helyum, vücuttaki çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle solunum gazı karışımında nitrojen yerine kullanılır. Bu, nitrojen narkozunu ortadan kaldırmanın yanı sıra yükselme sırasında dekompresyon aşamasında kabarcık oluşumunu önler.

Helyum, hafif ve yanıcı olmayan bir gaz olduğu için, hava gemilerinin ve sıcak hava balonlarının yükselmesine izin veren gaz olarak hidrojenin yerini almıştır.

İlaç

Helyum, tıpta çok amaçlı bir araç olan nükleer manyetik rezonans ekipmanında kullanılan süper iletken mıknatısların üretiminde kullanılmaktadır.

Kripton, lazer göz cerrahisinde ve anjiyoplastide kullanılan halojen lambalarda kullanılmaktadır. Helyum astımlı hastalarda nefes almayı kolaylaştırmak için kullanılır.

Ksenon, yüksek lipid çözünürlüğü nedeniyle anestezik olarak kullanılır ve geleceğin anesteziği olacağı düşünülmektedir. Ksenon ayrıca akciğer tıbbi görüntülemede kullanılır.

Radyoaktif bir soy gaz olan radon, bazı kanser türlerinde radyasyon tedavisinde kullanılır.

Diğerleri

Argon, inert bir atmosfer olarak nitrojeni ikame eden bileşiklerin sentezinde kullanılır. Helyum, gaz kromatografisinde taşıyıcı gaz olarak ve ayrıca Geiger sayaçlarında radyasyonu ölçmek için kullanılır.

Referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. (2008). Kimya. (8. baskı). CENGAGE Öğrenme.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (6 Haziran 2019). Soy Gazların Özellikleri, Kullanımları ve Kaynakları. Kurtarıldı: thinkco.com
4. Vikipedi. (2019). Soygazlar. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
5. Philip Ball. (2012, 18 Ocak). İmkansız kimya: Soy gazları çalışmaya zorlamak. Kurtarıldı: newscientist.com
6. Profesör Patricia Shapley. (2011). Noble Gas Chemistry. Kurtarıldı: butane.chem.uiuc.edu
7. Gary J. Schrobilgen. (28 Şubat 2019). Soygazlar. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı