희가스가 발견 요소의 집합 으로 주기율표 제 18 적분. 수년에 걸쳐 그것들은 또한 부정확 한 이름 인 희소 또는 불활성 기체라고 불려 왔습니다. 그들 중 일부는 행성 지구 외부와 내부에 매우 풍부하며 극한 조건에서도 반응 할 수 있습니다.
그것의 7 개 원소는 아마도 주기율표에서 가장 독특한 그룹을 구성하며, 그 속성과 낮은 반응성은 귀금속의 속성만큼이나 인상적입니다. 그중에서 가장 불활성 인 요소 (네온), 두 번째로 풍부한 코스모스 (헬륨), 가장 무겁고 가장 불안정한 요소 (오가네 손)가 퍼레이드합니다.
유리 바이알 또는 앰플에있는 5 개의 고귀한 가스의 빛. 출처 : New work Alchemist-hp (talk) www.pse-mendelejew.de); 원본 단일 이미지 : Jurii, http://images-of-elements.com.
희가스는 본질적으로 가장 차가운 물질입니다. 응축하기 전에 매우 낮은 온도를 견뎌야합니다. 런던 산란에 기반한 분자간 힘과 원자의 분 극성이 너무 약해서 결정에서 응집력을 유지하기에는 훨씬 더 어렵습니다.
낮은 반응성으로 인해 저장하기에 비교적 안전한 가스이며 너무 많은 위험을 초래하지 않습니다. 그러나 과도하게 흡입하면 폐에서 산소를 대체하고 질식을 유발할 수 있습니다. 다른 한편으로, 그 구성원 중 두 개는 방사능이 높은 요소이므로 건강에 치명적입니다.
비활성 기체의 낮은 반응성은 또한 불활성 대기와의 반응을 제공하는 데 사용됩니다. 시약이나 제품이 산화 될 위험이없고 합성 성능에 영향을주지 않도록합니다. 이것은 또한 전기 아크 용접 공정에 유리합니다.
반면에 액체 상태에서는 매우 에너지가 높은 장비의 올바른 작동 또는 일부 재료가 초전도 상태에 도달하는 데 필수적인 최저 온도를 보장하는 우수한 극저온 냉매입니다.
희가스의 특성
오른쪽 (주황색으로 강조 표시됨)은 희가스 그룹입니다. 위에서 아래로 : 헬륨 (He), 네온 (Ne), 아르곤 (Ar), 크립톤 (Kr), 크세논 (Xe) 및 라돈 (Rn).
아마도 희가스는 물리적, 화학적 모두에서 가장 공통적 인 특성을 공유하는 원소 일 것입니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.
-그들 모두는 무색, 무취 및 무미입니다. 그러나 저압에서 앰플에 싸여 방전을 받으면 이온화되어 다채로운 빛을 발합니다 (상단 이미지).
-각 고귀한 가스에는 고유 한 빛과 스펙트럼이 있습니다.
-그것들은 화학 결합의 참여없이 각각의 물리적 상태로 존재할 수있는 주기율표의 유일한 종입니다 (금속은 금속 결합에 의해 결합되기 때문에). 따라서 이상 기체의 구형 모델에 매우 잘 적응하기 때문에 기체의 특성을 연구하는 데 적합합니다.
-일반적으로 녹는 점과 끓는점이 가장 낮은 원소입니다. 그래서 헬륨은 압력의 증가없이 절대 0도에서 결정화 될 수 없습니다.
-모든 원소 중에서 귀금속보다 반응성이 가장 낮습니다.
-그들의 이온화 에너지는 순수 공유 결합을 형성한다고 가정 할 때 가장 높고 전기 음성도입니다.
-그들의 원자 반경은 또한 각 기간의 가장 오른쪽에 있기 때문에 가장 작습니다.
7 가지 고귀한 가스
일곱 가지 희가스는 주기율표의 그룹 18을 통해 위에서 아래로 내려갑니다.
-헬리오, 그는
-네온, 네
-아르곤, Ar
-크립톤, Kr
-제논, Xe
-라돈, Rn
-Oganeson, Og
불안정하고 인공적인 오가네 손을 제외하고는 모두 물리적, 화학적 특성에 대해 연구되었습니다. Oganeson은 원자 질량이 크기 때문에 기체가 아니라 고귀한 액체 또는 고체로 여겨집니다. 라돈에 대해서는 헬륨이나 아르곤에 비해 방사능이 있기 때문에 알려진 바가 거의 없습니다.
전자 구성
희가스는 원자가 껍질이 완전히 채워져 있다고합니다. 따라서 전자 구성은 대괄호 (, 등)로 묶인 기호를 사용하여 다른 요소의 구성을 단순화하는 데 사용됩니다. 전자 구성은 다음과 같습니다.
-헬륨 : 1s 2 , (2 개의 전자)
-네온 : 1s 2 2s 2 2p 6 , (10 개의 전자)
-아르곤 : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 , (18 개의 전자)
-크립톤 : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 , (36 개의 전자)
-제논 : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 , (54 개의 전자)
-라돈 : 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 개의 전자)
중요한 것은 그것들을 기억하는 것이 아니라 ns 2 np 6 : 원자가 옥텟으로 끝나는 것을 자세히 설명하는 것 입니다. 마찬가지로, 그것의 원자는 많은 전자를 가지고 있으며, 이는 큰 효과적인 핵력으로 인해 다른 원소들에 비해 더 작은 부피에있다. 즉, 원자 반경이 더 작습니다.
따라서 전자적으로 밀도가 높은 원자 반경은 모든 희가스가 공유하는 화학적 특성을 나타내며 극성 화하기 어렵습니다.
분 극성
희가스는 전자 구름의 구체로 상상할 수 있습니다. 그룹 18을 통해 하강하는 동안 반경이 증가하고 동일한 방식으로 원자가 전자 (ns 2 np 6 ) 에서 핵을 분리하는 거리가 증가 합니다.
이 전자들은 핵에 의해 덜 인력을 느끼고 더 자유롭게 움직일 수 있습니다. 구체가 클수록 더 쉽게 변형됩니다. 이러한 움직임의 결과로 전자 밀도가 낮고 높은 영역이 나타납니다 : δ + 및 δ- 극.
희가스의 원자가 분극화되면 인접한 원자에 다른 원자를 유도 할 수있는 순간 쌍극자가됩니다. 즉, 우리는 런던의 분산 세력 앞에 있습니다.
이것이 바로 분자간 힘이 헬륨에서 라돈으로 증가하는 이유입니다. 뿐만 아니라 그들의 재 활성화도 증가합니다.
원자가 더 분극화됨에 따라 원자가 전자가 화학 반응에 참여할 가능성이 커지고 그 후 희가스 화합물이 생성됩니다.
반응
헬륨과 네온
고귀한 가스 중에서 반응성이 가장 적은 것은 헬륨과 네온입니다. 사실, 네온은 (공유 결합 형성으로 인한) 전기 음성도가 불소의 전기 음성도를 초과하더라도 가장 불활성 인 원소입니다.
그 화합물 중 어느 것도 지상 조건에서 알려지지 않았습니다. 그러나 우주에서 분자 이온 HeH + 의 존재는 상당히 가능성이 있습니다. 마찬가지로, 그들이 전자적으로 여기 될 때 그들은 기체 원자와 상호 작용할 수 있고 엑시머라고 불리는 단기 중성 분자를 형성 할 수 있습니다. HeNe, CsNe 및 Ne 2 와 같은 .
반면에, 공식적인 의미에서 화합물로 간주되지는 않지만 He 및 Ne 원자는 Van der Walls 분자를 생성 할 수 있습니다. 즉, 단순히 분산력에 의해 "함께"유지되는 화합물입니다. 예 : Ag 3 He, HeCO, HeI 2 , CF 4 Ne, Ne 3 Cl 2 및 NeBeCO 3 .
유사하게, 그러한 Van der Walls 분자는 약한 이온 유도 쌍극자 상호 작용 덕분에 존재할 수 있습니다. 예 : Na + He 8 , Rb + He, Cu + Ne 3 및 Cu + Ne 12 . 이러한 분자가 원자의 덩어리 인 클러스터가되는 것도 가능합니다.
그리고 마지막으로, He와 Ne 원자는 반응없이 풀러렌이나 포 접체의 내면 체 복합체에 "갇히거나"삽입 될 수 있습니다. 예 : 60 , (N 2 ) 6 Ne 7 , He (H 2 O) 6 및 Ne • NH 4 Fe (HCOO) 3 .
아르곤과 크립톤
고귀한 기체 인 아르곤과 크립톤은 분 극성이 더 높기 때문에 헬륨과 네온보다 더 많은 "화합물"을 나타내는 경향이 있습니다. 그러나 일부는 수명이 길기 때문에 더 안정적이고 특성화 할 수 있습니다. 그중 일부는 HArF와 분자 이온 ArH + 이며, 우주선의 작용에 의해 성운에 존재합니다.
크립톤에서 극단적이지만 지속 가능한 조건에서 화합물을 얻을 가능성이 시작됩니다. 이 가스는 다음 화학 방정식에 따라 불소와 반응합니다.
Kr + F 2 → KrF 2
크립톤은 불소 덕분 에 +2 (Kr 2+ ) 의 산화수를 얻습니다 . 실제로 KrF 2 는 산화제 및 불소 화제로서 시장성있는 양으로 합성 될 수 있습니다.
아르곤과 크립톤은 clathrates, endohedral complexes, Van der Walls 분자 및 예측 된 존재 후 발견을 기다리는 일부 화합물의 광범위한 레퍼토리를 설정할 수 있습니다.
크세논과 라돈
크세논은 고귀한 가스 사이의 반응성의 왕입니다. 진정으로 안정적이고 시장성이 있으며 특성화 가능한 화합물을 형성합니다. 사실 그 반응성은 적절한 조건에서 산소의 반응성과 유사합니다.
그의 첫 합성 화합물은 1962 년 Neil Bartlett에 의해 "XePtF 6 " 이었습니다 . 문헌에 따르면이 염은 실제로 크세논과 백금의 다른 불소화 염의 복잡한 혼합물로 구성되어 있습니다.
그러나 이것은 크세논과 불소 사이의 친 화성을 입증하기에 충분했습니다. 이러한 화합물 중 일부는 XeF 2 , XeF 4 , XeF 6 및 + - 입니다. XeF 6 이 물에 용해 되면 산화물이 생성됩니다.
XeF 6 + 3 H 2 O → XeO 3 + 6 HF
이 XeO 3 xenatos 알려진 종 (HXeO 기인 수 4 - 또는 크세논 산 (H) 2 XeO 4 ). 크세 네이트는 퍼크 세 네이트 (XeO 6 4- ); 매질이 페록 센산 (H 4 XeO 6 ) 에서 산성화되면, 탈수 된 제논 사 산화물 (XeO 4 ) :
H 4 XeO 6 → 2 H 2 O + XeO 4
라돈은 불활성 기체 중에서 가장 반응성이 높아야합니다. 그러나 방사능이 너무 커서 분해되기 전에 반응 할 시간이 거의 없습니다. 완전히 합성 된 유일한 화합물은 불소 (RnF 2 )와 산화물 (RnO 3 )입니다.
생산
공기 액화
고귀한 가스는 우리가 그룹 18을 통해 하강함에 따라 우주에서 더 풍부 해집니다. 그러나 대기에서는 헬륨이 부족합니다. 지구의 중력장은 다른 가스와 달리 헬륨을 유지할 수 없기 때문입니다. 그래서 그것은 공중에서가 아니라 태양에서 감지되었습니다.
대조적으로, 방사성 동위 원소 40K 의 방사성 붕괴로 인해 공기 중에 상당한 양의 아르곤이 있습니다 . 공기는 지구상에서 아르곤, 네온, 크립톤 및 크세논의 가장 중요한 천연 공급원입니다.
이를 생산하려면 먼저 공기를 액화하여 액체로 응축해야합니다. 그런 다음이 액체는 분별 증류를 거쳐 혼합물의 각 성분 (N 2 , O 2 , CO 2 , Ar 등)을 분리합니다.
온도가 얼마나 낮고 가스가 풍부해야 하는가에 따라 가격이 상승하여 크세논이 가장 비싸고 헬륨이 가장 저렴합니다.
천연 가스 및 방사성 미네랄 증류
헬륨은 부분적으로 다른 분별 증류에서 얻어집니다. 그러나 공기가 아니라 천연 가스에서 나온다. 방사성 토륨과 우라늄 광물에서 나오는 알파 입자 덕분에 헬륨이 풍부하다.
마찬가지로 라돈은 각각의 광물에서 라듐의 방사성 붕괴로 인해 "태어난"것입니다. 그러나 그들의 존재 비가 낮고 Rn 원자의 반감기가 짧기 때문에 그들의 존재비는 동족체 (다른 고귀한 기체)에 비해 조롱합니다.
그리고 마지막으로 오가네 손은 방사능이 매우 높고 질량이 큰 인공 고귀한 "가스"로 실험실 내에서 통제 된 조건 하에서 만 잠시 존재할 수 있습니다.
위험
희가스의 주된 위험은 특히 산소 농도가 높은 대기가 생성 될 때 사람의 산소 사용을 제한한다는 것입니다. 그렇기 때문에 과도하게 흡입하지 않는 것이 좋습니다.
미국에서는 우라늄이 풍부한 토양에서 고농도의 라돈이 검출되었는데, 이는 방사능 특성으로 인해 건강에 위험 할 수 있습니다.
응용
산업
헬륨과 아르곤은 용접 및 절단 중 보호를 위해 불활성 분위기를 만드는 데 사용됩니다. 또한 실리콘 반도체 제조에도 사용됩니다. 헬륨은 온도계의 충전 가스로 사용됩니다.
아르곤은 질소와 함께 백열등 제조에 사용됩니다. 브롬 및 요오드와 같은 할로겐과 혼합 된 크립톤은 방전 램프에 사용됩니다. 네온은 조명 표지판에 사용되며 형광체 및 기타 가스와 혼합되어 빨간색을 착색합니다.
Xenon은 자동차 헤드 라이트 및 프로젝터에 사용되는 일광과 유사한 빛을 방출하는 아크 램프에 사용됩니다. 희가스는 할로겐과 혼합되어 엑시머 레이저 생산에 사용되는 ArF, KrF 또는 XeCl을 생산합니다.
이 유형의 레이저는 고정밀 이미지를 생성하는 단파 자외선을 생성하며 집적 회로 제조에 사용됩니다. 헬륨과 네온은 극저온 냉매 가스로 사용됩니다.
풍선 및 호흡 탱크
헬륨은 체내 용해도가 낮기 때문에 호흡기 가스 혼합물의 질소 대체물로 사용됩니다. 이것은 질소 마취를 제거하는 것 외에도 상승 중 감압 단계에서 거품이 형성되는 것을 방지합니다.
헬륨은 가볍고 불연성 가스이기 때문에 비행선과 열기구의 상승을 허용하는 가스로 수소를 대체했습니다.
약
헬륨은 의료용 다목적 도구 인 핵 자기 공명 장비에 사용되는 초전도 자석의 제조에 사용됩니다.
Krypton은 레이저 눈 수술 및 혈관 성형술에 사용되는 할로겐 램프에 사용됩니다. 헬륨은 천식 환자의 호흡을 촉진하는 데 사용됩니다.
크세논은 지질 용해도가 높아 마취제로 사용되며 미래의 마취제로 생각됩니다. 제논은 또한 폐 의료 영상에도 사용됩니다.
방사성 불활성 가스 인 라돈은 일부 유형의 암에 대한 방사선 요법에 사용됩니다.
기타
아르곤은 불활성 대기로 질소를 대체하는 화합물의 합성에 사용됩니다. 헬륨은 가스 크로마토 그래피에서 운반 가스로 사용되며 방사선 측정을위한 가이거 계수기에서도 사용됩니다.
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