Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Химия / Другие методич. материалы / Рефератная работа "Инертные газы"
  • Химия

Название документа Инертные газы.docx

Поделитесь материалом с коллегами:



Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №1.



Реферат.


Инертные газы


























Выполнил ученик 10А класса

Иванов Ярослав Александрович

Научный руководитель

Шашенкова Юлия Анатольевна





г. Липецк

2010г.



Оглавление.

  1. Введение


  1. Инертные газы, история открытия, свойства, получение, применение.

  1. История открытия инертных газов, строение атомов и молекул

  2. Физические и химические свойства, физиологическое воздействие на организм человека

  3. история получения инертных газов

  4. соединения инертных газов

  5. применение инертных газов и их соединений


  1. Заключение


  1. Список литературы



  1. Приложения













Введение

Эта тема заинтересовала меня, потому что я всегда хотел узнать, что такое инертные газы, почему они называются «благородные», почему они отличаются от других элементов крайне низкой химической активностью. В своей работе я рассматриваю их физические и химические свойства, воздействие на организм человека. В своей работе я рассматриваю именно эти вопросы.











































История открытия инертных газов. Строение атомов и молекул.


Главную подгруппу восьмой группы периодической системы составляют благородные газы - гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Элементы характеризуются очень низкой химической активность, что и дало основание назвать их благородными, или инертными газами. Они лишь с трудом образуют соединения с другими элементами или веществами; химические соединения гелия, неона и аргона не получены. Атомы благородных газов не соединены в молекулы, иначе говоря, их молекулы одноатомны.

26 октября 1868 г. на заседании Парижской академии наук были прочитаны одно за другим два письма. Одно было прислано из Индии, от французского астронома Жансена, другое - из Англии, от английского астронома Локьера, Оба сообщали, что в спектре солнечных протуберанцев они (независимо друг от друга) обнаружили новую желтую линию, которая не может принадлежать ни одному химическому элементу из существующих на земном шаре. Было решено, что новая линия в спектре принадлежит какому-то особому небесному элементу. Он был назван древнегреческим именем Солнца - гелий. Спустя 25 лет после открытия гелия на Солнце знаменитый английский физик Джон Рэлей обнаружил очень странный факт: плотность чистого азота, добытого из воздуха, больше плотности того же азота, полученного из любого азотного соединения. Разница была ничтожна - тысячные доли грамма на литр, но она была. Рэлей написал об этом письмо в лондонский журнал «Природа». Он спрашивал, не сумеет ли кто - нибудь из читателей журнала объяснить, почему «воздушный» азот тяжелее. Но ответов не последовало. Тогда Рэлей обратился к своему другу - известному английскому химику Рамзаю, и они решили, что каждый из них не покинет свою лабораторию, пока загадка не будет разгадана. Они работали разными методами и, наконец, нашли, что в обычном воздухе существует какая-то примесь, и немалая: в каждом литре воздуха содержится около 10см3 еще неизвестного газа. Они дали ему имя аргон. Странный это был газ. Подобных веществ химики еще не знали. Никакими средствами им не удавалось заставить его вступать в химические реакции. Это и было выражено в его названии: по - гречески «аргон» значит «ленивый». Аргон оказался новым химическим элементом. Тщательно изучив периодическую таблицу химических элементов Дмитрия Менделеева, Рамзай и Рэлей пришли к выводу, что аргон и гелий являются двумя представителями семейства пока еще не открытых элементов. Казалось очевидным, что эти неоткрытые элементы должны встречаться в природе в меньших количествах, чем аргон или гелий, и, следовательно, их будет значительно труднее обнаружить.

Затем Рамзай узнал, что известный химик Гильдебрант наблюдал некоторые минералы (они содержали уран или торий), которые при нагревании выделяют какой-то негорючий газ. Рамзай решил проверить, не аргон ли это. Но газ, выделившийся из минерала клевеита, оказался не аргоном. У него был совершенно другой спектр, отличный от уже изученного спектра аргона. Рамзай дал ему имя криптон («тайный») и послал запаянную пробирку с «криптоном» одному из опытных спектроскопистов английскому химику и физику Круксу для точного исследования спектра. В ответ он получил телеграмму: «Криптон - это гелий. Приходите и поглядите. Крукс». Так газ, впервые за четверть века до этого найденный на Солнце, был наконец обнаружен на Земле. Гелий оказался самым легким газом после водорода. Но периодический закон не предусматривал существования таких химических элементов, как гелий и аргон. Для них в периодической системе не было пустых клеток. Куда же поместить новые элементы? Скептики снова воспрянули духом, снова зазвучали голоса сомневающихся в периодической системе и периодическом законе. Но это продолжалось недолго. В 1897 г. Рамзай прочел доклад, который он озаглавил так: «Еще не открытый газ». Рамзай сказал: «По образцу нашего учителя Менделеева я описал, поскольку возможно было, ожидаемые и предполагаемые соотношения газообразного элемента, который должен был бы заполнить пробел между гелием и аргоном».

Места для гелия и аргона в таблице нашел' Рамзай. Они были помещены в новый, нулевой, столбец между седьмым, где были фтор и хлор, и первым, где разместились металлы, подобные литию и калию. Отсюда следовало, что должен существовать газ, столь же инертный, как аргон, но легче его - с атомным весом 20.

Исследуя различные минералы и метеориты, Рамзай не нашел никаких следов инертных газов. Однако в 1898 г., работая с Морисом Траверсом, он применил совершенно иной аналитический подход. Для того чтобы установить вещества, входящие в состав неизвестных жидкостей, как правило, медленно повышали температуру этих жидкостей, отмечая точную температуру кипения каждого вещества. Используя метод, который позволил охладить и сжижить большое количество аргона, Рамзай выделил еще два инертных газа и назвал их криптоном и неоном (от греческих слов, означающих соответственно «скрытый» и «новый»).

В результате дальнейшей работы он открыл еще один инертный газ, который назвал ксеноном (от греческого «незнакомый»). Таким образом, число инертных газов увеличилось до пяти. В течение последующих двух лет Рамзай подтвердил, что эти пять газов действительно обладают теми свойствами, которых и ожидали от этого нового класса элементов. Так в периодическую таблицу была добавлена новая группа элементов.

Инертность радона и его радиоактивность объясняет тот факт, что он был открыт не химиками, а физиками при изучении явления радиоактивности таких элементов, как торий, актиний и радий. Каждый из исследователей, работавших с этими элементами, давал обнаруженному им газу своё название. Э.Дорн, занимавшийся радием, открыл наиболее долгоживущий

изотоп газа 222Rn. Поэтому его считаю автором открытия, а газ именуют радоном (т.е. производным от радия).


Строение атомов и молекул.


Благородные газы заканчивают собой каждый период системы элементов. Кроме гелия, все они имеют в наружном электронном слое атома восемь электронов, образующих очень устойчивую систему.

Также устойчива и электронная оболочка гелия, состоящая из двух электронов. Поэтому атомы благородных газов характеризуются высокими значениями энергии ионизации и, как правило, отрицательными значениями энергии сродства к электрону.




Hehello_html_m77f2659.png1s2


Ne hello_html_6af1d216.png 1s22s22p6


Ar hello_html_c019066.png 1s22s22p63s23p6


Kr hello_html_1f57423.png1s22s22p63s23p63d104s24p6


Xe hello_html_m20aa7492.png1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6


Rn hello_html_m21c312a8.png1s22s22p63s23p63d104s24p6 4d104f145s25p6 5d106s26p6


Молекулы газов одноатомны.















Физические и химические свойства, физиологическое воздействие на организм человека

Инертные газы не имеют цвета и запаха, обладают более высокой электропроводностью (по сравнению с другими) и, при прохождении через них тока, ярко светятся.

Неон – огненно- красным светом, так как его самые яркие линии находятся в красной области спектра.

Гелий - ярко-жёлтым светом, это объясняется тем, что в его сравнительно простом спектре, двойная жёлтая линия преобладает над всеми другими.

Инертные газы имеют более низкие точки сжижения и замерзания, по сравнению с другими газами с тем же молекулярным весом. Это происходит из-за насыщенного характера атомных молекул инертных газов.


Химические свойства.

Инертные газы обладают очень малой химической активностью, что объясняется жёсткой восьмиэлектронной конфигурацией внешнего электронного слоя. Как известно, с увеличением числа электронных слоёв, поляризуемость атомов растёт. Следовательно, она должна увеличиваться при переходе от гелия к радону.

Долгое время ученые вообще не находили условий, при которых благородные газы могли бы вступать в химическое взаимодействие или образовывать истинные химические соединения. Их валентность равнялась нулю. И новую группу химических элементов решили считать нулевой.

Но 1924 году высказалась идея, что некоторые соединения тяжелых инертных газов (в частности, фториды и хлориды ксенона) термодинамически вполне стабильны и могут существовать при обычных условиях. В теории, при изучении электронной структуры оболочек криптона и ксенона с позиций квантовой механики, получалось, что эти газы в состоянии образовывать устойчивые соединения с фтором.

Но шло время, а на практике все эксперименты в этой области оканчивались неудачей. Фторид ксенона не получался. Постепенно пришли к выводу, что это невозможно, и опыты прекратились.

Только в 1961 году Бартлетт, сотрудник одного из университетов Канады, изучая свойства гексафторида платины, соединения более активного, чем сам фтор, установил, что потенциал ионизации у ксенона ниже, чем у кислорода (12, 13 и 12, 20 эВ соответственно), а кислород образовывал с гексафторидом платины соединение состава O2PtF6...

При комнатной температуре Бартлетт провел опыт и из газообразного гексафторида платины и газообразного ксенона получил твердое оранжево - желтое вещество, получившее название гексафторплатинат ксенона XePtF6..

При нагревании в вакууме гексафторплатинат XePtF6 возгоняется без разложения. Гидролизуется в воде, выделяя ксенон:

2XePtF6 + 6Н2О = 2Хе + О2 + 2PtО2 + 12HF

Исследуя новое вещество, Бартлетт пришел к выводу, что поведение гексафторплатината ничем не отличается от поведения обычных химических соединений.

Работы Бартлетта позволили установить, что ксенон в зависимости от условий реакции, способен образовывать два разных соединения с гексафторидом платины: XePtF6 и Xe(PtF6)2. Но при гидролизе этих соединений получаются одни и те же конечные продукты.

В 1962 году Бартлетт выступает с докладом о получении соединений ксенона, и уже через три недели после его опытов эксперимент повторила группа американских исследователей в Аргоннской национальной лаборатории во главе с Черником. Ученым впервые удалось синтезировать аналогичные соединения ксенона с гексафторидами рутения, родия и плутония.

Так были получены первые пять соединений ксенона: XePtF6, Xe(PtF6)2, XeRuF6, XeRhF6, XePuF6. Миф об абсолютной инертности газов не подтвердился. Существовавшую гипотезу о возможности прямого взаимодействия ксенона с фтором решили проверить. Для этой цели смесь газов (1 часть ксенона и 5 частей фтора) поместили в никелевый сосуд, как наиболее устойчивый к действию фтора, и нагрели под сравнительно небольшим давлением. Через час сосуд резко охладили, а газ откачали. Оставшимся газом оказалось не что иное, как фтор. Весь ксенон прореагировал! После во вскрытом сосуде обнаружили бесцветные кристаллы тетрафторида ксенона XeF4.

Это устойчивое соединение, его молекула имеет форму квадрата с ионами фтора по углам и ксеноном в центре.

Тетрафторид ксенона XeF4 фторирует ртуть, платину (но только растворенным во фтористом водороде):ХеF4 + 2Hg = Хe + 2HgF2

Замечательно то, что, меняя условия реакции, можно получить не только XeF4, но и другие фториды, например XeF2, XeF6.

В. М. Хуторецкий и В. А. Шпанский - советские ученые-химики, показали, что для синтеза дифторида ксенона совсем не обязательны жесткие условия.

Ими был предложен способ, когда смесь ксенона и фтора (в молекулярном отношении 1:1) подается в сосуд из никеля или нержавеющей стали, и при повышении давления до 35 атм начинается самопроизвольная реакция.

XeF2 — единственный фторид ксенона, получаемый под действием электрического разряда на смесь ксенона и четырехфтористого углерода, без использования элементарного фтора.

Чистый ХеF2 получается, при облучении ксенона и фтора ультрафиолетом.

Дифторид ХеF2 обладает резким специфическим запахом.

Растворимость дифторида в воде невелика. Его раствор — сильнейший окислитель. Постепенно он саморазлагается на ксенон, кислород и фтороводород. В щелочной среде разложение идет особенно быстро.

Метод синтеза дифторида ксенона, основанный на воздействии на смесь газов ультрафиолетового излучения (длина волн порядка 2500—3500 Аº) представляет большой теоретический интерес.

Излучение вызывает расщепление молекул фтора на свободные атомы. И именно в этом заключается причина образования дифторида, т.к. атомарный фтор необычайно активен.

Для получения гексафторида ксенона XeF6 требуются более жесткие условия: 700° С и 200 атм. При таких условиях в смеси ксенона и фтора, в отношение от 1:4 до 1:20, практически весь ксенон превращается в XeF6.

Гексафторид ксенона чрезвычайно активен и разлагается со взрывом.

Легко реагирует с фторидами щелочных металлов (кроме LiF):XeF6 + RbF = RbXeF7

Уже при 50° С эта соль разлагается:2RbXeF7 = XeF6 + Rb2XeF8

Высший фторид XeF8 устойчив лишь при температуре ниже минус 196° C.

Если прежде благородные газы были выделены в отдельную нулевую группу, что вполне отвечало представлению об их валентности, то синтез первых соединений ксенона поставил перед химиками вопрос о месте инертных газов в периодической системе. Инертные газы решили перенести в VIII группу, когда стал известен его высший фторид, в котором валентность ксенона равна восьми, что вполне согласуется со строением его электронной оболочки.

Все известные ныне соединения ксенона получены из его фторидов. Заставить ксенон вступить в реакцию без участия фтора (или некоторых его соединений) пока не удалось.

Хорошо изучено взаимодействие фторидов ксенона с водой.

При гидролизе ХеF4 в кислой среде, образуется триоксид ксенона ХеО3 — бесцветные, расплывающиеся на воздухе кристаллы.

Молекула ХеО3 имеет структуру приплюснутой треугольной пирамиды с атомом ксенона в вершине.

Это крайне неустойчивое соединение, при разложении мощность взрыва приближается к мощности взрыва тротила. Поэтому достаточно несколько сотен миллиграммов ХеО3, чтобы эксикатор разнесло в куски.

В перспективе предполагается использование триоксид ксенона в качестве взрывчатки. Такая взрывчатка была бы очень удобна, потому что все продукты взрывной реакции — газы. Пока же использовать для этой цели триоксид ксенона слишком дорого из-за небольших запасов в атмосфере и технических сложностей.

Для получения 1 м3 ксенона нужно переработать 11 млн. м3 воздуха.

Соответствующая триоксиду неустойчивая кислота шестивалентного ксенона H6XeO6 образуется в результате гидролиза XeF6 при температуре 0° С:

XeF6 + 6H2О = 6HF + H6XeO6

Если к продуктам этой реакции быстро добавить Ва (ОН)2, выпадает белый аморфный осадок Ва3ХеО6. При 125° С он разлагается на оксид бария, ксенон и кислород.

Получены аналогичные соли—ксенонаты натрия и калия.

Под действием озона из раствора ХеО3 в одномолярном едком натре образуется соль высшей кислоты ксенона Na4ХеО6. Перксенонат натрия может быть выделен в виде бесцветного кристаллогидрата Na4XeO6 · 6Н2О. Также к образованию перксенонатов приводит гидролиз XeF6 в гидроокисях натрия и калия.

Достаточно обработать твердую соль Na4XeO6 раствором нитрата свинца, серебра или уранила и получаются соответствующие перксенонаты:

Ag4XeO6 — черного, bXeO6 и (UO2) 2XeO6 - желтого цвета.

Аналогичные соли дают калий, кальций, литий, цезий,.Взаимодействием Na4XeO6 с безводной охлажденной серной кислотой, получают окисел, соответствующий высшей кислоте ксенона – четырехокись ХеO4.

Как и в октафториде, валентность ксенона равна восьми.

Твердая четырехокись при температуре выше 0° С разлагается на ксенон и кислород, а газообразная (при комнатной температуре) — на трехокись ксенона, ксенон и кислород.

Молекула ХеO4 имеет форму тетраэдра с атомом ксенона в центре. В зависимости от условий гидролиз гексафторида ксенона может идти двумя путями:

получается тетраоксифторид XeOF4,

получается диоксифторид XeO2F2.

Прямой синтез из элементов приводит к образованию оксифторида ХеОF2.

Недавно изучена реакция дифторида ксенона с безводной НС1O4.

Получено новое соединение ксенона ХеСlO4 — мощный окислитель, в результате этой реакции, самый сильный из всех перхлоратов. Синтезированы соединения ксенона, не содержащие кислорода.

Это двойные соли, продукты взаимодействия фторидов ксенона с фторидами сурьмы, мышьяка, бора, тантала: XeF2 · SbF5, ХеF6 · AsF3, ХеF6 · ВF3 и ХеF2 · 2ТаF5.

И наконец, получены вещества типа XeSbF6, устойчивые при комнатной температуре, и XeSiF6 — нестойкий комплекс. На сегодняшний день удалось установить, что радон также взаимодействует с фтором, образуя нелетучие фториды.

Выделены и изучены дифторид KrF2 и тетрафторид для криптона KrF4 по свойствам, напоминающим соединения ксенона. 4. История открытия инертных газов.К благородным газам относятся гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. По своим свойствам они не похожи ни на какие другие элементы и в периодической системе располагаются между типичными металлами и неметаллами.

История открытия инертных газов представляет большой интерес: во-первых, как триумф введённых Ломоносовым количественных методов химии(открытие аргона), а во-вторых, как триумф теоретического предвидения (открытие остальных инертных газов), опирающегося на величайшее обобщение химии – периодический закон Менделеева.

Открытие физиком Рэлеем и химиком Рамзаем первого благородного газа – аргона – произошло в то время, когда построение периодической системы казалось завершённым и в ней оставалось лишь несколько пустых клеток.

Ещё 1785 году английский химик и физик Г. Кавендиш обнаружил в воздухе какой-то новый газ, необыкновенно устойчивый химически. На долю этого газа приходилась примерно одна сто двадцатая часть объема воздуха. Но что это за газ, Кавендишу выяснить не удалось.

Об этом опыте вспомнили 107 лет спустя, когда Джон Уильям Стратт (лорд Рэлей) натолкнулся на ту же примесь, заметив, что азот воздуха тяжелее, чем азот, выделенный из соединений. Не найдя достоверного объяснения аномалии, Рэлей через журнал “Nature” обратился к коллегам-естествоиспытателям с предложением вместе подумать и поработать над разгадкой ее причин...

Спустя два года Рэлей и У. Рамзай установили, что в азоте воздуха действительно есть примесь неизвестного газа, более тяжелого, чем азот, и крайне инертного химически.

Воздух, при помощи раскалённой меди был лишён своего кислорода и затем нагрет с кусочками магния в трубочке. После того как значительное количество азота было поглощено магнием, была определена плотность остатка.

Плотность оказалась в 15 раз больше плотности водорода, тогда как плотность азота только в 14 раз больше её. Эта плотность возрастала ещё по мере дальнейшего поглощения азота, пока не достигла 18.

Так было доказано, что воздух содержит газ, плотность которого больше плотности азота… Получили 100 см3 этого вещества с плотностью равной 19,9. Оно оказалось одноатомным газом.

Когда они выступили с публичным сообщением о своем открытии, это произвело ошеломляющее впечатление. Многим казалось невероятным, чтобы несколько поколений ученых, выполнивших тысячи анализов воздуха, проглядели его составную часть, да еще такую заметную - почти процент! Кстати, именно в этот день и час, 13 августа 1894 года, аргон и получил свое имя, которое в переводе с греческого значит “недеятельный”.

Гелий впервые был идентифицирован как химический элемент в 1868 П.Жансеном при изучении солнечного затмения в Индии. При спектральном анализе солнечной хромосферы была обнаружена ярко-желтая линия, первоначально отнесенная к спектру натрия, однако в 1871 Дж.Локьер и П.Жансен доказали, что эта линия не относится ни к одному из известных на земле элементов. Локьер и Э.Франкленд назвали новый элемент гелием от греч. “гелиос”, что означает солнце.

В то время не знали, что гелий – инертный газ, и предполагали, что это металл. И только спустя почти четверть века гелий был обнаружен на земле. В 1895, через несколько месяцев после открытия аргона, У.Рамзай и почти одновременно шведские химики П.Клеве и Н.Ленгле установили, что гелий выделяется при нагревании минерала клевеита.

Год спустя Г.Кейзер обнаружил примесь гелия в атмосфере, а в 1906 гелий был обнаружен в составе природного газа нефтяных скважин Канзаса. В том же году Э.Резерфорд и Т.Ройдс установили, что a-частицы, испускаемые радиоактивными элементами, представляют собой ядра гелия.

После этого открытия Рамзай пришёл к выводу, что существует целая группа химических элементов, которая располагается в периодической системе между щелочными металлами и галогенами. Пользуясь периодическим законом и методом Менделеева, было определено количество неизвестных благородных газов и их свойства, в частности их атомные массы. Это позволило осуществить и целенаправленные поиски благородных газов.

Рамзай и его сотрудники в поисках инертных газов занялись минералами, природными водами, даже метеоритами. Однако, все было безрезультатно, анализы неизменно оказывались отрицательными.

Между тем — новый газ в них был, но используемые методы,не были достаточно чувствительными и эти “микроследы” не улавливались.

Начав исследовать воздух, всего за четыре последующих года было открыто четыре новых элемента, а такие газы, как неон, криптон и ксенон были даже выделены из воздуха.

Для этого, воздух, очищенный предварительно от углекислоты и влаги, сжижали, а затем начинали медленно испарять. При этой процедуре более легкие газы улетучиваются и оставшиеся после испарения тяжелые инертные газы рассортировывают.

Полученные фракции подвергались различным исследованиям.

Рассмотрим спектральный анализ, как один из методов определения:

Это несложная процедура позволяет безошибочно идентифицировать инертные газа по линиям спектра.

Для этого газ помещается в разрядную трубку, к которой подключен ток.

Когда в разрядную трубку поместили первую, самую легкую и низкокипящую фракцию воздуха, то в спектре наряду с известными линиями азота, гелия и аргона были обнаружены новые линии, из них особенно яркими были красные и оранжевые. Они придавали свету в трубке огненную окраску. Интересна история названия этого газа:

Когда Рамзай наблюдал, в очередном опыте, спектр только что полученного газа, в лабораторию вошел его двенадцатилетний сын, успевший стать “поклонником” отцовых работ. Увидев необычное свечение, он воскликнул: “new one!” , что по-древнегречески значит “новый”.

Так возникло название газа “неон”.

Найти инертные газы, завершающие четвёртый, пятый и шестой периоды таблицы Менделеева удалось не сразу, хотя после того как были открыты гелий, неон и аргон, завершающие три первых периода таблицы Менделеева, в их существовании сомнений не было.

Но к тому времени научились получать значительные количества жидкого воздуха, во много благодаря стараниям английского ученого Траверса.

Стал доступен даже жидкий водород.

И Рамзай совместно с Траверсом смогли заняться исследованием наиболее труднолетучей фракции воздуха, получающейся после отгонки гелия, водорода, неона, кислорода, азота и аргона.

Остаток одержал сырой (неочищенный) криптон. И после откачки его в сосуде неизменно оставался пузырек газа. Этот газ давал своеобразный спектр с линиями в областях от оранжевой до фиолетовой и имел голубоватое свечение в электрическом разряде. Как известно, по спектральным линиям можно безошибочно идентифицировать элемент. И У Рамзая и Траверса были все основания считать, что открыт новый инертный газ.

Он получил название - ксенон, что в переводе с греческого значит “чужой”. Ведь действительно, в криптоновой фракции воздуха он выглядел чужаком.

В поисках нового элемента и для изучения его свойств Рамзай и Траверс переработали около ста тонн жидкого воздуха. Содержание ксенона в атмосфере крайне мало, но именно воздух — практически единственный и неисчерпаемый источник ксенона (почти весь ксенон возвращается в атмосферу).

Индивидуальность ксенона как нового химического элемента установили, оперируя всего 0,2 см3 этого газа.

Рамзаю так же принадлежит заслуга открытия высшего представителя инертных газов. Используя тонкие технические приёмы, он доказал, что радиоактивное истечение из радия – эманация радия – представляет собой газ, подчиняющийся всем законам обычных газов, химически инертный и обладающий характерным спектром. Рамзай измерил скорость диффузии, что позволило установить молекулярный вес газа, составляющий примерно 220:

Исходя из предположения, что ядро атома эманации радия – это остаток ядра радия после выбрасывания из него ядра атома гелия (a –частицы), то выходит, что заряд его должен быть равен 88-2=86. Таким образом, новый элемент должен действительно быть инертным газом. А его атомный вес 226-4=222. Официально было решено включить в периодическую систему новую группу химических элементов 16 марта 1900 года, после встречи Рамзая с Менделеевым.


Физиологическое воздействие на организм человека.

Было бы естественно полагать, что благородные газы не должны влиять на живые организмы, потому как инертны химически. Однако это не совсем так. В смеси с кислородом вдыхание высших инертных газов приводит человека в состояние, сходное с алкогольным опьянением. Такое наркотическое действие инертных газов обуславливается растворением их в нервных тканях. И чем выше атомный вес инертного газа, тем выше его растворимость, и тем большее наркотическое действие он способен оказывать.











История получения.

Гелий.

Гелий образуется при радиоактивном распаде урана, тория и некоторых других радиоактивных элементов, подверженных распаду в недрах Земли. Высвободившийся гелий поднимается к поверхности Земли. По дороге он растворяется в подземных водах, заполняет пустоты горных пород, скапливается вместе с нефтяным газом. Содержание гелия в этом газе невелико, Для промышленной разработки интерес представляют только газы, включающие не менее 0,05% гелия. Выделение гелия из газов основано на том, что он не поглощается активированным углем. Через уголь, охлажденный жидким воздухом, пропускают природный газ, при этом гелий и водород проходят, а остальные газы, такие как метан и азот, абсорбируются углем. Гелий от водорода отделяют при помощи кислорода, в результате чего получаются вода и чистый (99,999%) гелий. Гелий - один из самых легких газов. Он в 7,3 раза легче воздуха. Поэтому гелий вместе с водородом постоянно из атмосферы Земли улетучивается в мировое пространство. Одновременно атмосфера обогащается гелием в результате радиоактивных процессов, происходящих в недрах Земли.

Изучение свойств гелия вписало яркие страницы в историю мировой и отечественной физики ХХ в. Поэтому на нем необходимо остановиться подробнее. Оказалось, что гелий - единственное вещество, остающееся жидким при охлаждении вплоть до абсолютного нуля. Но это противоречит «классическим» представлениям, и следовательно, для объяснения данного явления потребовались новые «неклассические» идеи. Эти идеи легли в основу новой физической дисциплины квантовой механики. Но она, как известно, господствует в мире атомов и молекул, тогда как здесь речь идет о веществе в жидком состоянии, т. е. о макроскопическом теле. Во всех других случаях квантовые свойства проявляются у веществ в твердом состоянии при очень низких температурах. И только у гелия квантовые свойства обнаруживаются до затвердевания. А поскольку в квантовой механике допускается движение атомов при абсолютном нуле, то жидкий гелий и не обречен на затвердевание. Иными словами, жидкий гелий - жидкость принципиально нового типа, названная квантовой жидкостью. Увы, гелий пока единственный представитель жидкостей такого рода. Это самая легкая и самая холодная жидкость. Гелий переходит в жидкое состояние при температуре 5,20 К. Понижение температуры до 2,172 К вызывает в жидком гелии скачкообразное изменение теплоемкости. Это явление было открыто в 1926 г. х. Камерлинг-Оннесом (Нидерланды).

Столь выраженное различие в физических свойствах дало повод ввести обозначения: гелий 1 - для жидкого гелия при температурах выше точки превращения и гелий 11 - для жидкого гелия при температурах ниже точки превращения (рис. 12). Гелий 11 оказался жидкостью, обладающей уникальными физическими свойствами, которые выявили В. Кееаом и мисс А. Кеезом в 1936 г. Выяснилось, что гелий 11 - наилучший из всех существующих проводников. В конце 1937 г. п.Л.Капица открыл явление, которое он назвал сверхтекучестью гелия 11. Более того, он показал, что именно сверхтекучесть определяет такое свойство, как сверхтеплопроводность, обнаруженное в
1936 г. В 1940-1941 гг. Л. д. Ландау на основе исследований Капицы создал теорию сверхтекучести. Впоследствии оба ученых за эти работы были удостоены Нобелевских премий по физике: Л. д. Ландау в 1962 г., п. Л. Капица в 1978 г. В итоге исследований 1936, 1937, 1940, 1941 и последующих годов была создана так называемая двухжидкостная модель гелия. Ее суть: гелий Д - смесь двух жидкостей, которые могут двигаться независимо друг от друга. Движение одной жидкости не обладает вязкостью, другая же перемешается с переносом тепла. Гелий
II называют жидкостью бозевского типа, в отличие от открытой позднее жидкости фермиевского типа. Изучение последней стало возможным благодаря успехам ядерной физики, позволившим искусственно получить редкий изотоп 3Не в количестве, достаточном для проведения исследований. 3Не переходит в жидкое состояние при сверхнизкой температуре. Это другой тип квантовой жидкости со свойствами, отличающимися от свойств гелия II. Теорию жидкого 3Не разработал Л. Д. Ландау в 1956- 1958 гг. В 1996 г. американские ученые Д. ЛИ, Д. Ошерофф и Р. Ричардсон за открытие явления сверхтекучести 3Не при сверхнизких температурах и давлении -3.4 МПа получили Нобелевскую премию по физике.



Неон.

Получают неон из жидкого воздуха, выделяя легколетучую фракцию. В ней он находится вместе с гелием, от которого его отделают либо вымораживая неон жидким воздухом, либо адсорбируя активированным улем, охлаждаемым жидким воздухом. Обычно же в технике и используют смесь, содержащую 75% неона 25% гелия.


Аргон.



Аргон получают из сжиженного воздуха. Первоначально он загрязнен примесями кислорода и азота, составляющих главную массу воздуха. От кислорода аргон очищают химическим методом, от азота - повторным сжижением и испарением. После очистки удается получить газ высокой чистоты, содержащий 99,99% аргона.


Криптон.


Аргоновая фракция, полученная перегонкой воздуха, содержит другие инертные газы. В результате многократной перегонки этой фракции выделяется криптон. Другой способ, так называемый метод Клода, заключается в вымывании криптона жидким воздухом из газообразного воздуха, охлажденного почти до температуры сжижения.


Ксенон.


Источник получения ксенона - воздух. В настоящее время дистилляцией жидкого воздуха получают азот и кислород. Это крупные химические производства. Попутно с азотом и кислородом получают и инертные газы. Воздух поистине неистощимый источник ксенона, содержащегося в атмосфере (около 1 млрд т), достаточно, чтобы удовлетворить

потребности человечества в этом газе при любом уровне потребления, поскольку после использования он в неизменном виде возвращается в атмосферу. Процесс извлечения ксенона из воздуха сравнительно прост. Воздух очищают от воды и углекислоты и подвергают глубокому охлаждению. В результате образуется жидкость, которую постепенно испаряют. При этом происходит разделение на фракции в зависимости от температуры кипения. Вначале испаряется азот, затем кислород и, наконец, благородные газы. Их отделяют, снова охлаждают и подвергают дистилляции. Каждый благородный газ экстрагируется из так азываемого сырого концентрата. Ксенон концентрируется в сыром криптоне, где его содержание достигает 7%. Он представляет собой наименее летучий компонент жидкого воздуха. Дальнейшая очистка сочетает физические и химические методы. Разделение, основанное на разнице в температурах кипения, вполне возможно, так как она представляет ощутимую величину 44 ОС. Чтобы получить 1 м3 ксенона, нужно переработать 14 тыс. т воздуха. Газ расфасовывают в баллоны объемом не более 12 л. Они окрашены в оранжевый цвет и имеют черную надпись «ксенон».



















Соединения инертных газов.

Собственно говоря, о том, что химические соединения криптона, ксенона и радона с сильными окислителями вполне могут существовать, Лайнус Полинг упоминал ещё в 1933 году. Однако прошло около тридцати лет, прежде чем в 1962 году Нил Бартлетт синтезировал в Канаде первое из таких соединений — XePtF 6, при этом в реакции участвовали благородный газ и мощный окислитель, гексафторид платины. Соображения, на которые учёный опирался в своём поиске, были весьма простыми и интуитивно понятными каждому химику: если гексафторид платины столь силён, что отбирает электрон даже у молекулярного кислорода, то почему он не может это сделать с ксеноном? Ведь внешний электрон у атома этого газа привязан к ядру ничуть не сильнее, чем у кислорода, — об этом свидетельствуют почти одинаковые значения потенциала ионизации. После того как успешный синтез подтвердил гипотезу, было получено целое семейство соединений ксенона с сильными окислителями — фторидов, оксифторидов, оксидов, солей ксеноновой кислоты и многочисленные комплексы. Химики синтезировали также хлорид ксенона и фторсодержащие соединения со связями Xe–Bи Xe–N.

В последующие двадцать лет интригующие события развернулись на стыке химии ксенона и органической химии. В семидесятые годы появилось сообщение о синтезе нестабильной молекулы FXeCF 3, а затем и Xe(CF 3 ) 2. В конце восьмидесятых получили уже стабильные ионные соли, в которых катион содержал связь Xe–C (в качестве аниона, как правило, выступал борфторид). Среди соединений такого типа особый интерес (почему — станет понятно позже) представляет соль алкинилксенония — [t–BuC¤CXe] + [BF 4] –, которую синтезировали В.В. Жданкин, П. Стэнг и Н.С. Зефиров в 1992 году. Вообще-то, подобные соединения можно считать как органическими, так и неорганическими, но в любом случае их получение стало большим шагом вперёд и для теоретической, и для синтетической химии.

Гораздо труднее сдавался криптон. Однако и его удалось сначала соединить со фтором, а затем встроить и в более сложные молекулы.

Не нужно думать, что все эти соединения — некая забавная экзотика. По крайней мере, один класс из них, фториды ксенона и, прежде всего, его дифторид, довольно часто применяют, если в лабораторных опытах нужно что-то профторировать. Работают они и для вскрытия минерального сырья, и, естественно, как промежуточные соединения при синтезе новых производных ксенона.

В целом „бартлеттовское“ направление в химии инертных газов имеет две главные особенности. Во-первых, оно принадлежит к ионной химии. Так, формулу первого соединения ксенона правильнее записывать как Xe + [PtF 6] –. Во всех случаях инертный газ служит восстановителем. Это понятно из самых общих соображений: при всём желании атом с заполненной электронной оболочкой не способен принять ещё один электрон, а вот отдать — может. Главное, чтобы партнёр был агрессивен и настойчив, то есть обладал ярко выраженными окислительными свойствами. Неудивительно, что легче других расстаётся со своим „октетным благородством“ ксенон: у него электроны внешней оболочки расположены дальше от ядра и удерживаются слабее.

Во-вторых, современная химия инертных газов тесно привязана к химии фтора. В состав подавляющего большинства соединений входят атомы фтора, и даже в тех редких случаях, когда фтора нет, путь к их получению всё равно лежит через фториды.

А может ли быть иначе? Существуют ли соединения инертных газов не только без фтора, но и без каких-либо других окислителей? Например, в виде нейтральных стабильных молекул, где атом инертного газа связан с водородом и ни с чем больше? До недавнего времени такой вопрос, повидимому, даже не приходил в голову ни теоретикам, ни экспериментаторам. Между тем именно о таких молекулах речь пойдёт дальше.

Лирическое отступление о роли благородства

Прежде чем говорить о гидридах инертных газов, давайте вернёмся к самому началу, а именно — к инертности благородных газов. Несмотря на всё сказанное выше, элементы главной подгруппы восьмой группы вполне оправдывают своё групповое название. И человек использует их естественную инертность, а не вынужденную реакционную способность.

Например, физико-химики любят применять такой метод: заморозить смесь инертного газа с молекулами какого-либо вещества. Остыв до температуры между 4 и 20К, эти молекулы оказываются в изоляции в так называемой матрице твёрдого инертного газа. Далее можно действовать светом или ионизирующим излучением и смотреть, что за промежуточные частицы получаются. В других условиях такие частицы не видны: они слишком быстро вступают в реакции. А с инертным газом, как считалось в течение многих лет, прореагировать очень непросто. Такими исследованиями на протяжении многих лет занимались в наших лабораториях — в Научно-исследовательском физико-химическом институте им. Л.Я. Карпова, а затем и в Институте синтетических полимерных материалов РАН, причём использование матриц с различными физическими свойствами (аргона, криптона,ксенона) рассказало много нового и интересного о влиянии окружения на радиационно-химические превращения изолированных молекул. Но это — тема для отдельной статьи. Для нашей же истории важно, что такая матричная изоляция неожиданно для всех привела в совершенно новую область химии инертных газов. И случилось это в результате одной встречи на международной конференции по матричной изоляции в США, которая произошла в 1995 году. Именно тогда научный мир впервые узнал о существовании новых необычных соединений ксенона и криптона.

Гидриды выходят на сцену

Финские химики из Университета Хельсинки Мика Петтерсон, Ян Лунделл и Маркку Расанен наполняли твёрдые матрицы инертных газов галогеноводородами (HCl, HBr, HI) и смотрели, как эти вещества распадаются под действием света. Как оказалось, если ксеноновую матрицу после лазерного фотолиза, который проводили при температуре ниже 20К, нагреть до 50К, то в ней появляются новые и очень интенсивные полосы поглощения в ИК-спектре в области между 2000 и 1000 см –1. В классической колебательной спектроскопии, в „среднем“ и „дальнем“ ИК-диапазонах, традиционно используют шкалу волновых чисел — эквивалентов частот колебаний, выраженных в обратных сантиметрах. Именно в таком виде характеристики колебательных спектров приведены почти во всех учебниках, справочниках и статьях. В криптоновой матрице этот же эффект проявлялся после нагрева до 30К, а в аргоновой никаких новых полос заметно не было.

Исследователи из Хельсинки сделали смелое предположение: поглощение обусловлено валентными колебаниями связей H–Xe и H–Kr. То есть при нагреве облучённых образцов возникают новые молекулы, содержащие атомы инертных газов. Эксперименты с изотопным замещениеми квантово-химические расчёты полностью подтвердили эту догадку. Таким образом, семейство соединений инертных газов пополнилось сразу несколькими новыми членами весьма необычного вида — HXeCl, HXeBr, HXeI, HKrCl и HXeH. Последняя из перечисленных формул произвела особенно сильное впечатление на химиков, воспитанных на классических традициях: только ксенон и водород, никаких сильных окислителей!

Здесь важно отметить: для того чтобы новое соединение появилось на химической карте мира, необходимо его однозначно идентифицировать. Расанен и его коллеги решились поверить своим глазам, рискнули высказать смелое предположение и смогли доказать его. Между тем подобные эксперименты с инертными матрицами проводили и другие учёные. Вполне вероятно, что они наблюдали полосы поглощения гидридов ксенона и криптона, но не смогли их опознать. Во всяком случае, дигидрид ксенона несомненно получался в наших экспериментах, только мы об этом не подозревали. Зато, рассматривая вместе с финскими коллегами наш стенд на той самой конференции, где были впервые представлены сенсационные данные хельсинкской группы, мы сразу же это соединение смогли обнаружить. В отличие от финских коллег, мы в ксеноне замораживали углеводороды, а потом облучали их быстрыми электронами. Гидрид же возникал при нагреве до 40К.

Образование нового, столь необычного соединения инертного газа именно при нагреве означает: всё дело во вторичных реакциях. Но какие частицы в них участвуют? На этот вопрос первые эксперименты ответа не давали.

Метастабильная связь в газовом льду

Следуя „ионной традиции“ в химии ксенона, финские исследователи предположили, что и здесь предшественниками служат ионные частицы — протоны и соответствующие анионы. Проверить это предположение, опираясь только на данные ИК-спектроскопии, было невозможно, ведь полосы в спектрах при нагреве появлялись внезапно, как будто из ничего. Однако в нашем распоряжении был ещё метод электронного парамагнитного резонанса(ЭПР). С его помощью удаётся определить, что за атомы и радикалы возникают при облучении и как быстро они исчезают. В частности, атомы водорода в ксеноновой матрице дают прекрасные сигналы ЭПР, которые ни с чем нельзя спутать вследствие характерного взаимодействия неспаренного электрона с магнитными ядрами изотопов ксенона (129Xe и 131Xe).


Вернувшись с памятной конференции 1995 года, мы сразу же провели эксперименты, где и выяснили, что при нагреве ксеноновой матрицы атомы водорода исчезают. Причём их гибель, зафиксированная по данным ЭПР, хорошо коррелирует с возникновением дигидрида ксенона, о котором свидетельствуютИК-спектры: оба процесса протекают в очень узком диапазоне температур (38–40К). Если же в матрицу добавить вещества, которые подавляют образование атомов водорода при облучении, то и выход дигидрида ксенона при последующем нагреве резко снижается. То есть дело вовсе не в ионах-предшественниках,о которых думали финны: молекула HXeH возникает в результате реакций подвижных атомов водорода. Когда два атома сближаются в матрице настолько, что между ними остаётся лишь один атом ксенона, вместо привычной рекомбинации с образованием Н 2 возникает молекула нового соединения. Финские учёные, в свою очередь, обнаружили, что и HXeI образуется схожим образом.

В результате этих экспериментов получилась схема образования гидридов инертных газов в ксеноновых и криптоновых матрицах. Она выглядит так. Когда твёрдую матрицу достаточно нагреют (до 30–32Кдля криптона или 38–40К для ксенона), замороженные ранее атомы водорода начинают диффундировать, то есть прыгают от одной ловушки к другой. И делают это до тех пор, пока ловушка не окажется слишком глубокой. Один из глубоких локальных минимумов энергии соответствует молекуле HXY, где Y — второй водород или какой-то галоген, а X — ксенон или криптон. Этот гидрид, несомненно, метастабилен, ведь глобальный минимум, который отвечает молекуле  HY, лежит намного ниже. Однако барьер между двумя состояниями не так уж мал: при столь низкой температуре преодолеть его не удаётся и промежуточное соединение оказывается устойчивым. Во всяком случае, при той температуре, когда инертный газ ещё существует в твёрдом виде.


«Ударная пятилетка» гидридов

Такая схема оказалась неплохим руководством к действию для направленного синтеза новых молекул. Вскоре выяснилось, что в роли Y может выступать любой атом или радикал с относительно высоким сродством к электрону. В течение пяти лет группа Расанена получила целую серию новых гидридов ксенона: HXeCN, HXeNC, HXeSH, HXeOH. Последнее из этих соединений интересно тем, что с формальной точки зрения представляет собой продукт внедрения атома ксенона в молекулу воды. Список криптонсодержащих молекул пополнился двумя соединениями — HKrCN и HKrF. Но, пожалуй, главной сенсацией стало первое нейтральное химическое соединение аргона — HArF: оно возникает при фотолизе фтористого водорода в аргоновой матрице. Отметим, что в получении HArF и других соединений активное участие принимал бывший сотрудник Санкт-Петербургскогоуниверситета Леонид Хрящев, который работает в группе Расанена с 1996 года. В целом стало окончательно ясно, что в ближайшем будущем школьным учебникам химии не удастся избежать сильной корректировки.

После падения „аргонового бастиона“ для химиков, кажется, не осталось ничего незыблемого. Во всяком случае, теоретики уже всерьёз обсуждают возможность существования молекулы HHeF. Правда, надежда на то, что удастся экспериментально зафиксировать рождение такого соединения, весьма мала: скорее всего, оно будет жить очень недолго — атом водорода просочится под энергетическим барьером и соединится непосредственно со фтором без благородного посредника.

Путь к ксеноноорганике

Синтез гидридов инертных газов был одним из эффектных заключительных достижений химии XX века. И всё же к началу нового столетия эта глава химической истории закончилась. В самом деле, почти все предсказанные простые молекулы HXY были получены. Редкие теоретически устойчивые, но до сих пор не найденные исключения — это — HXeF и HXeSiF 3 или экзотическое соединение гелия. Между тем каждый химик знает, что органических соединений известно во много раз больше, чем неорганических. И возможности для комбинирования здесь почти безграничны.

Можно ли получить органические гидриды инертных газов? Никаких принципиальных препятствий для этого нет: нужно лишь представить, что в роли Y выступает органический радикал, обладающий достаточной электроотрицательностью. Каковы шансы обнаружить их практически? В современной химии расчёт часто предшествует эксперименту, и химия инертных газов здесь не исключение.

Квантово-химические расчёты органических молекул с атомом ксенона, внедрённым по связи О–Н, появились вскоре после открытия первых гидридов.

Более того, уже известный нам Ян Лунделл из Хельсинки вместе с Ариком Коэном и Робертом Гербером (Израиль–США) предсказали: могут существовать углеводороды с атомом ксенона, внедрённым по связи С–Н. При этом речь шла об очень простых и весьма популярных среди химиков углеводородах — ацетилене, бензоле, феноле. О своей идее авторы рассказали на 4-й Международной конференции по химии низких температур в Финляндии в августе 2002 года. Реакции экспериментаторов были разнообразными: от охотничьего азарта до нескрываемого пессимизма. Наибольший интерес вызвали расчёты соединения ксенона с ацетиленом, которое должно быть особенно стабильным. Не испытать возможность синтеза такого многообещающего вещества было бы просто грешно.

Ксеноновый ацетилен

Каждый, кто изучал органическую химию хотя бы в объёме средней школы, помнит типичные задания: написать схему получения сложных органических молекул из неорганических соединений. Все эти цепочки начинались одинаково: карбид кальция плюс вода — получается ацетилен. Именно поэтому ксенон, присоединённый к ацетилену, способен открыть дверь в новую своеобразную область элементоорганической химии.



Вернувшись с конференции, мы решили сразу же проверить предсказание теоретиков, и всё прошло как по нотам. Сначала с помощью ЭПР-спектров удалось выяснить, что при облучении электронами молекула ацетилена (HCCH) в ксеноновой матрице действительно диссоциирует на атом Н· и этинильный радикал ·С¤СН. При разогреве до 40–45К атомы Н исчезают почти полностью, одновременно уменьшается количество этинильных радикалов и появляется немного винильных ·HС=CH 2.

Здесь как раз и разворачивается интрига: при столь низкой температуре двигаться в ксеноне могут только атомы водорода. А тяжёлые этинильные радикалы на это не способны. Значит, гибель последних — результат реакции с участием атомов водорода. На первый взгляд причина могла бы быть тривиальной: атомы и радикалы рекомбинируют, воссоздавая исходную молекулу ацетилена. Но не тут-то было: ИК-спектры показывают, что количество ацетилена при таком разогреве не только не растёт, но даже немного снижается — он расходуется на образование винильных радикалов. Следовательно, реакция атомов водорода с радикалами·С¤СН в ксеноне даёт что-то другое, и тут уже опыт, интуиция и азарт сливаются воедино: это должна быть молекула HXeC¤CH!

Осталось совсем немного — непосредственно доказать её образование. Здесь на первый план выходит ИК-спектроскопия. Нижняя часть рисунка со спектрами показывает, что облучение приводит к заметному расходованию молекул ацетилена, а при последующем разогреве действительно появляются новые интенсивные полосы. Пара полос с максимумами при 1180и 1166 см –1 уже знакома нам по прежним исследованиям — это дигидрид ксенона. А ещё более интенсивная полоса с максимумом при 1486 см –1 возникает как раз примерно там, где, согласно предсказаниям теоретиков, должны проявляться колебания Xe–H в молекуле HХeC¤CH.(Отклонение от расчёта связано с эффектами ангармонизма и влияния матричного окружения, которыми теоретики пренебрегали.) Окончательное доказательство дали опыты с дейтерированным ацетиленом: наблюдаемый сдвиг полосы поглощения говорил о том, что водород связан с более тяжёлым атомом, чем углерод, — в исследуемой системе на роль такого атома годится только ксенон.



Применение.


Гелий.


Из всех свойств гелия в первую очередь была использована его легкость. В первую мировую войну, а именно в 1915 г., немцы применили гелий для наполнения дирижаблей, бомбивших Лондон. В настоящее время используют химическую инертность гелия. Ежегодно получают сотни тысяч литров гелия в год. Около 30% от этого количества используют в космической технике для вытеснения жидкого кислорода и водорода в ракетах. Примерно столько же расходуется на атомных станциях при хранении ядерного топлива и в качестве теплоносителя. Около 20% гелия требуется для создания инертной атмосферы при дуговой сварке. Еще столько же используется в метеорологических зондах. Остальной гелий применяется в электронике и для приготовления искусственных смесей для дыхания. Эти смеси при меняют водолазы, чтобы избежать кессонной болезни, которая возникает при подъеме с глубины. Причины кессонной болезни - повышение растворимости азота воздуха в крови при увеличении давления. При подъеме с глубины газ начинает выделяться и закупоривает сосуды. Если в газовой смеси вместо азота взять гелий, то этого не произойдет, так как он в крови не растворяется.

Как видно из сказанного, гелию уже принадлежит важная роль в жизни людей. По-видимому, с развитием науки и техники роль эта будет возрастать.


Неон.


Неон находит применение в различных областях. Его широко используют в световой рекламе. Газосветные трубки, заполненные. неоном, дают красное свечение. Человеческий г лаз наиболее чувствителен к той области спектра, в которой происходит свечение возбужденного электрическим разрядом неона. По этой же причине неоном заполняют газосветовые лампы для сигнальных устройств. Неон используют в криогенной технике - технике низких температур. Криостаты позволяют проводить такие реакции, которые при. обычной температуре взрывоопасны, например синтез пероксида водорода из озона и атомарного водорода. Неон используют при хранении ракетного топлива, применяют в радиоэлектронике (лазеры, мазеры) и вычислительной технике. За столетие, в течение которого человечество изучало неон, ему было найдено применение в различных областях науки и техники. Можно ожидать, что использование неона, как и других инертных газов, будет расширяться. Соединения неона не получены.


Аргон.


Самое большое количество аргона используют в металлургии. Им продувают расплавленную сталь для удаления из нее газов. Атмосферу аргона используют при переработке ядерного топлива, при выращивании монокристаллов для полупроводников. Смесь аргона с водородом применяют. когда при электросварке нужно получить чистые, не покрытые оксидами металлов швы или когда нужно разрезать толстые листы тугоплавкого металла. Аргон применяют в электровакуумной технике в качестве добавки при заполнении люминесцентных ламп и ламп накаливания. В последнем случае снижается скорость испарения вольфрамовой нити и улучшается распределение паров аргона по всему объему лампы, что удлиняет срок ее службы. Синее свечение аргона, возникающее при электрическом разряде, используют при изготовлении вывесок и рекламы. По-видимому, с развитием техники и научных исследований области применения аргона будут расширяться.


Криптон.


Применение криптона весьма ограниченно. Если при менять дифторид криптона как фторирующий агент, то это очень дорого и пока экономически невыгодно. Криптон сегодня используют в вакуумной технике. Его смесь с ксеноном служит для наполнения осветительных ламп и трубок. Радиоактивный изотоп 85Kr используют как источник B-излучения в медицине, для обнаружения течей в вакуумных установках, как изотопный индикатор при исследовании коррозии, для

контроля износа деталей.


Ксенон.


Ксенон находит применение в медицине при исследованиях головного мозга: он служит контрастным веществом при получении энцефалограмм, поскольку способен задерживать рентгеновское излучение. Он может применяться как анестезирующее средство, и здесь у ксенона имеется ряд достоинств - он нетоксичен и негорюч. Но пока для этой цели слишком дорог. Ксенон находит применение при изических исследованиях. Монокристалл ксенона служит рабочим телом лазера для накапливания энергии быстрых электронов и последующего излучения в ультрафиолетовом диапазоне. В этой области больших успехов достигла школа физиков под руководством академика Н. Г. Басова.

Ксенон широко используют в светотехнике прежде всего для заполнения газоразрядных источников света. Для увеличения светоотдачи трубки внутри покрывают люминофором. Возбуждаемая в нем люминесценция изменяет голубой цвет, характерный для ксенона, до желтого и оранжевого. Ксеноном также заполняют импульсные лампы. Эти лампы дают яркие вспышки непрерывного спектра длительностью до тысячной доли секунды, они применяются для съемок объектов, движущихся с большой скоростью. Ксенон применяют в газосветных лампах высокого и сверхвысокого давления. Свет ламп близок к белому, поэтому их используют в случаях, когда передача цвета имеет важную роль: в театрах для освещения сцены, при киносъемках, при получении красителей в текстильной промышленности. Кроме того, их при меняют для освещения больших площадей, железнодорожных узлов, спортивных сооружений, горных выработок. Ксеноном заполняют и обычные лампы накаливания, что повышает срок их службы и сокращает потребление энергии.


Заключение.


В заключении хотелось бы сказать, что в настоящее время в производстве инертным газам уделено мало внимания. В будущем хотелось, что бы этот пробел был исправлен.


Список литературы.


А.М. Смолеговскогий «Химия энциклопедия химических элементов»,

Н.А. Глинка «Общая химия»,

И.В. Петрянов «Вещество и энергия».




Название документа Инертные газы.pptx

Поделитесь материалом с коллегами:

Инертные газы Выполнил ученик 10А класса Иванов Ярослав Научный руководитель...
26 октября 1868 г. на заседании Парижской академии наук были прочитаны одно...
 Уильям Рамзай
Используя метод, который позволил охладить и сжижить аргон, Рамзай выделил е...
 Строение атомов
Инертные газы не имеют цвета и запаха, обладают высокой электропроводностью...
Изучение свойств гелия вписало яркие страницы в историю физики ХХ в. Гелий -...
В 1924 году высказалась идея, что некоторые соединения тяжелых инертных газо...
В смеси с кислородом вдыхание высших инертных газов приводит человека в сост...
Гелий образуется при распаде радиоактивных элементов. Для промышленной разра...
Получают неон из жидкого воздуха, выделяя легколетучую фракцию. В ней он нах...
Аргон получают из сжиженного воздуха. Первоначально он загрязнен примесями к...
Источник получения ксенона - воздух. Процесс извлечения ксенона из воздуха с...
В настоящее время инертные газы имеют широкое применение. Всё это говорит о...
1 из 19

Описание презентации по отдельным слайдам:

№ слайда 1 Инертные газы Выполнил ученик 10А класса Иванов Ярослав Научный руководитель
Описание слайда:

Инертные газы Выполнил ученик 10А класса Иванов Ярослав Научный руководитель Шашенкова Юлия Анатольевна Липецк 2010

№ слайда 2
Описание слайда:

№ слайда 3 26 октября 1868 г. на заседании Парижской академии наук были прочитаны одно
Описание слайда:

26 октября 1868 г. на заседании Парижской академии наук были прочитаны одно за другим два письма. Одно было прислано из Индии, от французского астронома Жансена, другое – из Англии, от английского астронома Локьера. Оба сообщали, что обнаружили новую желтую линию, которая не может принадлежать ни одному химическому элементу из существующих на земном шаре. Жансен Локьер

№ слайда 4  Уильям Рамзай
Описание слайда:

Уильям Рамзай

№ слайда 5 Используя метод, который позволил охладить и сжижить аргон, Рамзай выделил е
Описание слайда:

Используя метод, который позволил охладить и сжижить аргон, Рамзай выделил еще два инертных газа и назвал их криптоном и неоном. В результате дальнейшей работы он открыл еще один инертный газ, который назвал ксеноном. Таким образом, число инертных газов увеличилось до пяти. Так в периодическую таблицу была добавлена новая группа элементов.

№ слайда 6  Строение атомов
Описание слайда:

Строение атомов

№ слайда 7 Инертные газы не имеют цвета и запаха, обладают высокой электропроводностью
Описание слайда:

Инертные газы не имеют цвета и запаха, обладают высокой электропроводностью среди других газов, при прохождении через них тока ярко светятся: неон - огненно- красным, гелий- ярко- жёлтым.

№ слайда 8 Изучение свойств гелия вписало яркие страницы в историю физики ХХ в. Гелий -
Описание слайда:

Изучение свойств гелия вписало яркие страницы в историю физики ХХ в. Гелий - единственное вещество, остающееся жидким при охлаждении вплоть до абсолютного нуля. Для объяснения данного явления потребовались «неклассические» идеи. Жидкий гелий - жидкость принципиально нового типа, названная квантовой жидкостью. Это самая легкая и самая холодная жидкость. Столь выраженное различие в физических свойствах дало повод ввести обозначения: гелий 1 и гелий 11.

№ слайда 9 В 1924 году высказалась идея, что некоторые соединения тяжелых инертных газо
Описание слайда:

В 1924 году высказалась идея, что некоторые соединения тяжелых инертных газов вполне стабильны. На практике все эксперименты оканчивались неудачей. Только в 1961 году Бартлетт, сотрудник одного из университетов Канады, изучая свойства гексафторида платины, провел опыт и получил вещество и назвал его гексафторплатинат ксенона.

№ слайда 10 В смеси с кислородом вдыхание высших инертных газов приводит человека в сост
Описание слайда:

В смеси с кислородом вдыхание высших инертных газов приводит человека в состояние, сходное с алкогольным опьянением. Такое наркотическое действие инертных газов обуславливается растворением их в нервных тканях. И чем выше атомный вес, тем выше его растворимость, и тем большее наркотическое действие он способен оказывать.

№ слайда 11 Гелий образуется при распаде радиоактивных элементов. Для промышленной разра
Описание слайда:

Гелий образуется при распаде радиоактивных элементов. Для промышленной разработки интерес представляют только газы, включающие не менее 0,05% гелия. Выделение гелия из газов основано на том, что он не поглощается активированным углем.

№ слайда 12 Получают неон из жидкого воздуха, выделяя легколетучую фракцию. В ней он нах
Описание слайда:

Получают неон из жидкого воздуха, выделяя легколетучую фракцию. В ней он находится вместе с гелием, от которого его отделяют вымораживая неон жидким воздухом, либо адсорбируя активированным углем, охлаждаемым жидким воздухом.

№ слайда 13 Аргон получают из сжиженного воздуха. Первоначально он загрязнен примесями к
Описание слайда:

Аргон получают из сжиженного воздуха. Первоначально он загрязнен примесями кислорода и азота, составляющих главную массу воздуха . От кислорода аргон очищают химическим методом, от азота - повторным сжижением и испарением.

№ слайда 14 Источник получения ксенона - воздух. Процесс извлечения ксенона из воздуха с
Описание слайда:

Источник получения ксенона - воздух. Процесс извлечения ксенона из воздуха сравнительно прост. Воздух очищают от воды и углекислоты и подвергают глубокому охлаждению. В результате образуется жидкость, которую постепенно испаряют.

№ слайда 15
Описание слайда:

№ слайда 16
Описание слайда:

№ слайда 17
Описание слайда:

№ слайда 18
Описание слайда:

№ слайда 19 В настоящее время инертные газы имеют широкое применение. Всё это говорит о
Описание слайда:

В настоящее время инертные газы имеют широкое применение. Всё это говорит о том, что и в будущем область применения инертных газов будет только расти.

Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Автор
Дата добавления 05.02.2016
Раздел Химия
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров423
Номер материала ДВ-418388
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх