Инертные газы

 

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.

 

Область применения инертных газов.

Гелий - источник низких температур.

 

Жидкий гелий используется при изучении многих явлений, например, сверхпроводимость в твердом  состоянии. Тепловое движение атомов и  свободных электронов в твердых  телах практически отсутствует  при температуре жидкого гелия.

 

Кроме того, жидкий гелий  выгоден для охлаждения магнитных  сверхпроводников, ускорителей частиц и других устройств. Довольно необычным  применением гелия в качестве хладагента, является процесс непрерывного смешения 3He и 4He, для создания и поддержания  температур ниже 0,005 K

 

Газообразный гелий используют как легкий газ для наполнения воздушных шаров.

 

Поскольку он не горюч, его  используют для заполнения оболочки дирижабля, добавляя к водороду.

 

Гелий используют как инертную среду для дуговой сварки, особенно магния и его сплавов, при получении Si, Ge, Ti и Zr, для охлаждения ядерных  реакторов.

 

Другие применения гелия  – для газовой смазки подшипников, в счетчиках нейтронов (гелий-3), газовых  термометрах, рентгеновской спектроскопии, для хранения пищи, в переключателях высокого напряжения. В смеси с  другими благородными газами гелий  используется в наружной неоновой рекламе (в газоразрядных трубках).

 

Большие количества гелия  применяют в дыхательных смесях для работ под давлением, так  как гелий хуже растворим в  крови, чем азот. Например при морских  погружениях, при создании подводных  тоннелей и сооружений.

 

При использовании гелия, выделение растворенного газа из крови, декомпрессия, у водолаза протекает  менее болезненно, менее вероятна кессонная болезнь, Полностью исключено  такое явление, как азотный наркоз, – постоянный и опасный спутник  работы водолаза.

 

Смеси He–O2 применяют, благодаря  их низкой вязкости, для снятия приступов  астмы и для лечения различных  заболеваниях дыхательных путей.

 

Аргон широко применяется  на производстве.

 

Очень удобна дуговая электросварка  в среде аргона, т.к. в аргонной струе можно сваривать тонкостенные изделия и металлы, которые прежде считались трудносвариваемыми. Считается, что электрическая дуга в аргонной атмосфере внесла переворот в  технику резки металлов. Процесс  намного ускорился, появилась возможность  резать толстые листы самых тугоплавких  металлов.

 

Продувкой аргона через жидкую сталь из нее удаляют газовые  включения. Это улучшает свойства металла. Продуваемый вдоль столба дуги аргон (в смеси с водородом) предохраняет кромки разреза и вольфрамовый электрод от образования окисных, нитридных  и иных пленок. Одновременно он сжимает  и концентрирует дугу на малой  поверхности, отчего температура в  зоне резки достигает 4000—6000° С.

 

Кроме того газовая струя  выдувает продукты резки.

 

А при сварке в аргонной струе нет надобности во флюсах и  электродных покрытиях, а стало  быть, и в зачистке шва от шлака  и остатков флюса.

 

Применения ксенона, зачастую основано на его способности вступать в реакцию со фтором.

 

В медицине ксенон получил  распространение при рентгеноскопических  обследованиях головного мозга. Применяющаяся при просвечивании  кишечника (ксенон сильно поглощает  рентгеновское излучение и помогает найти места поражения). При этом он совершенно безвреден.

 

А активный изотоп ксенона, ксенон - 133, используют при исследовании функциональной деятельности легких и сердца.

 

В светотехнике широко используются ксеноновые лампы высокого давления. Принцип действия основан на том, что в таких лампах светит дуговой  разряд в ксеноне, находящемся под  давлением в несколько десятков атмосфер.

 

Свет в таких лампах ярок и имеет непрерывный спектр — от ультрафиолетового до ближней  области инфракрасного, и появляется он сразу после включения.

 

6. Действие 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 с меси 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.

 

Список литературы.

 

Гузей Л.С. Лекции по общей  химии

Ахметов Н.С. “Общая и неорганическая химия”

Петров М.М., Михилев Л.А., Кукушкин Ю.Н. “Неорганическая химия”

Некрасов Б.В. “Учебник общей  химии”

Глинка Н.Л. “Общая химия”