גזים אינרטיים: מאפיינים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

הגזים האצילים , הידוע גם בשם גזים נדירים או אציליים, הם לא צריכים אלה תגובתיות ניכרת. פירוש המילה 'אינרטי' שהאטומים של גזים אלה אינם מסוגלים ליצור מספר לא מבוטל של תרכובות וחלקם, כמו הליום, אינם מגיבים כלל.

לפיכך, בחלל תפוס אטומי גז אינרטיים, אלה יגיבו עם אטומים מאוד ספציפיים, ללא קשר לתנאי הלחץ או הטמפרטורה אליהם הם נתונים. בטבלה המחזורית הם מרכיבים את הקבוצה VIIIA או 18, המכונה קבוצת הגזים האצילים.

מקור: מאת Hi-Res תמונות של אלמנטים כימיים (http://images-of-elements.com/xenon.php), באמצעות ויקימדיה Commons

התמונה העליונה תואמת נורה מלאה קסנון הנרגשת על ידי זרם חשמלי. כל אחד מהגזים האצילים מסוגל להאיר בצבעים משלו דרך שכיחות החשמל.

ניתן למצוא גזים אינרטיים באטמוספירה, אם כי בפרופורציות שונות. לארגון, למשל, יש ריכוז של 0.93% מהאוויר, ואילו הניאון הוא 0.0015%. גזים אינרטיים אחרים נובעים מהשמש ומגיעים לאדמה, או נוצרים ביסודותיה הסלעיים, ונמצאים כמוצרים רדיואקטיביים.

מאפייני גז אינרטי

גזים אינרטיים משתנים בהתאם לתאים האטומיים שלהם. עם זאת, לכולם סדרת מאפיינים המוגדרים על ידי המבנים האלקטרוניים של האטומים שלהם.

שכבות ולנסיה מלאות

כשהם עוברים בכל תקופה בטבלה המחזורית משמאל לימין, האלקטרונים תופסים את האורביטלים הזמינים למעטפת אלקטרונית n. לאחר מילוי האורביטלים, אחריו ה- d (מהתקופה הרביעית) ואז האורביטלים p.

חסימת ה- p מאופיינת בכך שהיא בעלת תצורה אלקטרונית nsnp, ומולידה מספר מקסימלי של שמונה אלקטרונים, המכונה octet valence, ns ² np ⁶ . האלמנטים המציגים שכבה מלאה זו ממוקמים מימין הקיצוני של הטבלה המחזורית: היסודות בקבוצה 18, זה של הגזים האצילים.

לפיכך, לכל הגזים האינרטיים יש פגזי ערכיות שלמים עם תצורה ns ² np ⁶ . כך מתקבל שינוי של מספר n בכל אחד מהגזים האינרטיים.

החריג היחיד למאפיין זה הוא הליום, ש- n = 1 שלו ולכן חסר אורביטלים p עבור רמת אנרגיה זו. לפיכך, תצורת האלקטרונים של הליום היא 1s ² ואין לה אוקטט אחד, אלא שני אלקטרונים.

הם מתקשרים ביניהם על ידי כוחות לונדון

ניתן לדמיין את אטומי הגז האצילי כספירות מבודדות עם מעט נטייה להגיב. על ידי מילוי קונכיות הערכיות שלהם, הם אינם צריכים לקבל אלקטרונים ליצירת קשרים, ויש להם גם הפצה אלקטרונית הומוגנית. לכן הם אינם יוצרים קשרים או ביניהם (בניגוד לחמצן, O ₂ , O = O).

בהיותם אטומים, הם אינם יכולים לתקשר זה עם זה באמצעות כוחות דיפול-דיפול. כך שהכוח היחיד שיכול להחזיק לרגע שני אטומי גז אינרטים יחד הם כוחות לונדון או כוחות הפיזור.

הסיבה לכך היא שאפילו היותם תחומים עם הפצה אלקטרונית הומוגנית, האלקטרונים שלהם יכולים להיווצר דיפול מיידיים מיידיים; מספיק כדי לקוטב אטום גז אינרטי שכנה. כך, שני אטומי B מושכים זה את זה ובמשך זמן קצר מאוד הם יוצרים צמד BB (לא קשר BB).

נקודות התכה ורתיחה נמוכות מאוד

כתוצאה מהכוחות הלונדוניים החלשים המחזיקים את האטומים שלהם ביחד, הם בקושי יכולים לקיים אינטראקציה כדי להופיע כגזים חסרי צבע. כדי להתעבות לשלב נוזלי הם זקוקים לטמפרטורות נמוכות מאוד, ובכך מכריחים את האטומים שלהם "להאט" והאינטראקציות BBB ··· נמשכות זמן רב יותר.

ניתן להשיג זאת גם באמצעות הגדלת הלחץ. בכך הוא מאלץ את האטומים שלו להתנגש זה בזה במהירויות גבוהות יותר, מכריח אותם להתעבות לנוזלים בעלי תכונות מעניינות מאוד.

אם הלחץ גבוה מאוד (גבוה פי עשרה מהאווירה), והטמפרטורה נמוכה מאוד, הגזים האצילים יכולים אפילו לעבור לשלב המוצק. כך, גזים אינרטים יכולים להתקיים בשלושת השלבים העיקריים של החומר (גז מוצק-נוזלי). עם זאת, התנאים הדרושים לכך דורשים טכנולוגיה ושיטות עמלניות.

אנרגיות יינון

לגזים אצילים יש אנרגיות יינון גבוהות מאוד; הגבוה מבין כל האלמנטים בטבלה המחזורית. למה? מסיבה של התכונה הראשונה שלה: שכבת ערכיות מלאה.

על ידי כך שיש octet n valence ² np ⁶ , הסרת אלקטרון ממסלול אורביטל, והפיכתו ליון B ⁺ עם תצורת אלקטרונים ns ² np ⁵ , דורש אנרגיה רבה. עד כדי כך כי הייתי אנרגית יינון הראשונה ¹ עבור גזים אלה יש ערך העולה על 1000 kJ / mol.

קישורים חזקים

לא כל הגזים האינרטיים שייכים לקבוצה 18 בטבלה המחזורית. חלקם פשוט יוצרים קשרים חזקים ויציבים מספיק שלא ניתן יהיה לשבור אותם בקלות. שתי מולקולות ממסגרות סוג זה של גז אינרטי: זה של חנקן, N ₂ , וזה של פחמן דו חמצני, CO ₂ .

חנקן מאופיין בכך שיש קשר משולש חזק מאוד, N≡N, שאינו ניתן לשבירה ללא תנאים של אנרגיה קיצונית; לדוגמה, אלה המופעלים על ידי ברק. בעוד של CO ₂ יש שני קשרים כפולים, O = C = O, והוא התוצר של כל תגובות הבעירה עם עודף חמצן.

דוגמאות לגזים אינרטיים

הֶלִיוּם

המיועד לאותיות הוא, זהו היסוד השופע ביותר ביקום אחרי מימן. הוא מהווה כחמישית ממסת הכוכבים והשמש.

על פני כדור הארץ ניתן למצוא אותו במאגרי גז טבעי, הנמצאים בארצות הברית ובמזרח אירופה.

ניאון, ארגון, קריפטון, קסנון, רדון

שאר הגזים האצילים בקבוצה 18 הם Ne, Ar, Kr, Xe ו- Rn.

מבין כולם, ארגון הוא השכיח ביותר בקרום כדור הארץ (0.93% מהאוויר שאנו נושמים הוא ארגון), בעוד שראדון הוא ללא ספק הקשה ביותר, תוצר של התפרקות רדיואקטיבית של אורניום ותוריום. לכן הוא נמצא בשטחים שונים עם אותם אלמנטים רדיואקטיביים, גם אם הם נמצאים מתחת לפני האדמה.

מכיוון שאלמנטים אלה אינרטיים, הם מועילים מאוד להעביר חמצן ומים מהסביבה; על מנת להבטיח שהם לא יתערבו בתגובות מסוימות בהן הם משנים את התוצרים הסופיים. ארגון מוצא שימוש רב למטרה זו.

הם משמשים גם כמקורות אור (נורות ניאון, פנסי רכב, מנורות, לייזרים וכו ').

הפניות

1. סינתיה שונברג. (2018). גז אינרטי: הגדרה, סוגים ודוגמאות. התאושש מ: study.com
2. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. באלמנטים של קבוצה 18. (גרסה רביעית). מק גריי היל.
3. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE, עמ '879-881.
4. ויקיפדיה. (2018). גז אינרטי. התאושש מ: en.wikipedia.org
5. בריאן ל. סמית. (1962). גזים אינרטיים: אטומים אידיאליים למחקר. . נלקח מ: calteches.library.caltech.edu
6. פרופסור פטרישיה שפלי. (2011). גזים אצילים. אוניברסיטת אילינוי. התאושש מ: butane.chem.uiuc.edu
7. קבוצת בודנר. (sf). הכימיה של הגזים הנדירים. התאושש מ: chemed.chem.purdue.edu