Инертные газы

Содержание: 

I. Вступление……………………………………………………………………….2

1.1. Инертные газы – элементы VIIIА  группы………………..………………....3

II. История открытия газов……………………………………………..................7

2.1 Аргон……………………………………………..……………………..…….…7

2.2 Гелий…..…………..………………………………………………………...…..8

2.3 Криптон…..………………………………………………..………………..…..9

2.4 Неон…………..……………………………………………..………………..…9

2.5 Ксенон……………..…………………………………………….………..…….9

2.6 Радон…………………………………………………………..……………….10

III. Свойства инертных газов и их соединений……………………………........10

3.1 Физические  свойства инертных газов…………………..……………..…….10

3.2 Химические свойства инертных газов…………………..………………......11

IV. Нахождение инертных газов в природе …………………………………….19

V. Производство и применение инертных газов ……………………………….22

VI. Физиологическое действие инертных газов и их влияние на живые организмы……………………………………….……….………………………..29

VII Заключение……………………………………………………………………31

VIII.Список использованной литературы…..…………………………………...33

IX. Приложение …………………………………………………………………..34 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

I. Вступление. 

     Газ (газообразное состояние) (от греч. χάος — хаос) — агрегатное состояние  вещества, характеризующееся очень  слабыми связями между составляющими  его частицами, (молекулами, атомами  или ионами), а также их большой  подвижностью. Частицы газа почти  свободно и хаотически движутся в  промежутках между столкновениями, во время которых происходит резкое изменение характера их движения.

     Газообразное  состояние вещества в условиях, когда  возможно существование устойчивой жидкой или твёрдой фазы этого  же вещества, обычно называется паром.

Подобно жидкостям, газы обладают текучестью и сопротивляются деформации. В отличие от жидкостей, газы не имеют фиксированного объёма и не образуют свободной поверхности, а стремятся заполнить весь доступный объём (например, сосуда).

Газообразное  состояние — самое распространённое состояние вещества Вселенной (межзвёздное  вещество, туманности, звёзды, атмосферы  планет и т. д.). По химическим свойствам  газы и их смеси весьма разнообразны — от малоактивных инертных газов  до взрывчатых газовых смесей. К  газам иногда относят не только системы  из атомов и молекул, но и системы  из других частиц — фотонов, электронов, броуновских частиц, а также плазму.

     Везде и повсюду нас окружает атмосферный  воздух. Из чего он состоит? Ответ не составляет труда: из 78,08 % азота, 20,9% кислорода, 0,03 % углекислого газа, 0,00005 %  водорода, около 0,94 % приходится на долю так называемых инертных газов. Последние были открыты всего лишь в конце прошлого столетия. Инертные газы своего рода молодые элементы по сравнению с ранее открытыми водородом и кислородом, однако имеют широкий спектр использования человеком. Природа благородных газов до конца не изучена. Они для человечества остаются загадкой которая в ближайшее время будет разгадана. Что же такое инертный газ? В чём его отличие от всех остальных газов существующих в природе? Зачем природе то, что называется инертным?

Целью моей работы было:

• изучить особенности строения инертных газов и их

          местоположения в периодической системе

               химических  элементов Д.И.Менделеева; 

• познакомиться с историей открытия багородных газов, местонахождением в природе и их применением в жизни человека;

 

• закрепить и расширить имеющиеся знания о химических и физических  свойствах данных элементов.

 
 
 

1. Инертные газы  – элементы 8А  группы. 
 

После лютеция  в периодической системе элементов  неоткрытым остался только один лантаноид. Но в те годы знать о том, что  он должен существовать, еще никто  не мог. Абсолютно точные предсказания возможности существования того или иного химического элемента могли быть сделаны только через  шесть лет после открытия лютеция - тогда, когда вместо атомного веса фактором, определяющим конструкцию  периодической системы, стал порядковый номер химического элемента, численно равный заряду ядра. Пока этого не произошло, периодическая таблица не препятствовала многочисленным попыткам открыть несуществующие элементы. Одну такую ошибку совершил и Жорж Урбен. В 1911 году он объявил, что  им открыт новый элемент, которому он дал название «кельтий».

Наряду с правильными  предсказаниями периодическая таблица  элементов - в том виде, в каком  она существовала до 1913 года, особенно в периферийных своих частях - не исключала возможности и неправильных предсказаний. И это несмотря на значительные успехи в понимании  местоположения инертных газов и  редкоземельных металлов.

Благородные газы, редкие газы, химические элементы, образующие главную подгруппу 8-й группы периодической системы Менделеева: Гелий Не (атомный номер 2), Неон Ne (10), Аргон Ar (18), Криптон Kr (36), Ксенон Xe (54) и Радон Rn (86). Из всех Инертных газов   только Rn не имеет стабильных изотопов и представляет собой радиоактивный химический элемент.

         Название Инертных газов отражает химическую инертность элементов этой подгруппы, что объясняется наличием у их атомов устойчивой внешней электронной оболочки, на которой у гелия Не находится 2 электрона, а у остальных Инертных газов по 8 электронов. Удаление электронов с такой оболочки требует больших затрат энергии в соответствии с высокими потенциалами ионизации атомов Инертных газов (см. Таблицу 1).

Инертные газы имеют степени окисления +1, +2, +4, +6 и +8. При этом существенно, что для объяснения строения этих соединений не потребовалось принципиально новых представлений о природе химической связи, и связь в соединениях Инертных газов хорошо описывается, например, методом молекулярных орбиталей. Из-за быстрого радиоактивного распада Радона

Rn его соединения  получены в ничтожно малых  количествах и состав их установлен  ориентировочно. Соединения Xe значительно  стабильнее соединений Криптона Kr, а получить устойчивые соединения Аргона Ar и более лёгких Инертных газов пока не удалось. 
 
 
 
 
 
 

II. История открытия инертных газов. 
 
 

     Поступки  скверных  людей  приносят  лишь

     временное  зло,  поступки же  хороших  людей 

                                                        дают лишь временное благо. Но открытия

                                                      великих  людей  никогда  не  покидают  нас;

                                                                                                   они бессмертны. 

     История цивилизации. П. Т. Боклъ. 
 

     Открытие  инертных газов представляло собой трудную задачу: так как содержание этих элементов в природе очень мало, а так же, из-за их химической пассивности.(таблица № 2)

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

     К концу 18 века были обнаружены многие из известных газов. К ним относились: кислород – газ, поддерживающий горение; углекислый газ – его можно  было легко обнаружить по весьма примечательному  свойству: он мутил известковую воду; и, наконец, азот, горение не поддерживающий и на известковую воду не действующий. Таков был в представлении химиков того времени состав атмосферы, и никто, кроме известного английского ученого лорда Кавендиша, не сомневался в этом. И у него был повод для сомнения.

  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. Он проделал довольно простой опыт. Прежде всего он удалил из воздуха углекислый газ. На оставшуюся смесь азота и кислорода он подействовал электрической искрой. Азот, реагируя с кислородом, давал бурные пары оксидов азота, которые, растворяясь в воде, превращались в азотную кислоту. Эта операция повторялась многократно.

     Однако  немного менее одной сотой  части объема воздуха, взятого для  опыта, оставалась неизменной. К сожалению, этот эпизод был забыт не многие годы.

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.

2.1 Аргон. 

     История открытия аргона могла бы послужить  основой для хорошего детектива. Сообщению об открытии нового газа поверили далеко не все химики. Усомнился  в нем и сам Менделеев. Открытие аргона, казалось, могло привести к  тому, что все «здание» периодической  системы рухнет. Аргон не имел в  таблице аналогов, ему вообще не находилось места в периодической  системе: куда, скажите, можно поместить  элемент, лишенный химических свойств? 

Восемнадцатый элемент.

     Аргон относится к числу благородных  газов, а история изобилует поистине драматичными моментами.

     Спустя  два года Рэлей и У. Рамзай установили, что в азоте воздуха действительно  есть примесь неизвестного газа, более  тяжелого, чем азот. Газ вел себя парадоксально: он не вступал в реакции  с хлором, металлами, кислотами, щелочами, т.е. был абсолютно химически инертен. И еще одна неожиданность: Рамзай доказал, что молекула этого газа состоит из одного атома, — а до той поры одноатомные газы были неизвестны.

     Когда Рэлей и Рамзай 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 (от греч. «аргос»  — «ленивый», «безразличный»).

     Сообщению об открытии нового газа поверили далеко не все химики, усомнился в нем  и сам Менделеев. Открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все «здание» периодической  системы рухнет. Атомная масса  газа (39,9) указывала ему место  между калием (39,1) и кальцием (40,1). Но в этой части таблицы все  клетки были давно заняты. Аргон  не имел в таблице аналогов, ему  вообще не находилось места в периодической  системе.

     Поэтому официальное признание аргон  получил лишь четверть века спустя — после открытия гелия. Теперь уже  двум элементам не было места в  периодической системе. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай пришли к выводу, что инертным газам  нужно отвести отдельную, так  называемую нулевую группу между  галогенами и щелочными металлами.

     Химическая  инертность аргона (как и других газов нулевой группы) и одноатомность  его молекул объясняются прежде всего предельной насыщенностью  электронных оболочек.

     Из  подгруппы тяжелых инертных газов, аргон самый легкий. Он тяжелее воздуха в 1,38 раза. Жидкостью становится при -185,9°С, затвердевает при –189,4°С (в условиях нормального давления). Молекула аргона одноатомна.

     В отличие от гелия и неона, он довольно хорошо адсорбируется на поверхностях твердых тел и растворяется в  воде (3,29 см 3 в 100 г воды при 20°С). Еще  лучше растворяется аргон во многих органических жидкостях. Зато он практически  нерастворим в металлах и не диффундирует сквозь них.