Теория:
Благородные (инертные) газы — это элементы \(VIIIA\)-группы: гелий \(He\), неон \(Ne\), аргон \(Ar\), криптон \(Kr\), ксенон \(Xe\), радон \(Rn\) и оганесон \(Og\).
Строение и свойства атомов
Атомы благородных газов в отличие от атомов всех остальных элементов имеют завершённый внешний электронный слой. На нём располагается максимально возможное число электронов: у гелия — \(2\) электрона, а у остальных элементов — по \(8\).
Электронные конфигурации элементов:
;
;
;
;
;
;
.
В атоме гелия всего два электрона, которые расположены на единственной \(s\)-орбитали.
В атоме неона на внешнем уровне находится два \(s\)-электрона и шесть \(p\)-электронов; нет свободных орбиталей.
В атомах остальных элементов \(VIIIA\)-группы свободные орбитали имеются. Например, у аргона есть незаполненные \(d\)-орбитали на третьем электронном слое.
Завершённый внешний электронный слой обуславливает устойчивость атомов, поэтому благородные газы существуют в виде одноатомных молекул.
Нахождение в природе
Благородные газы в природе встречаются только в свободном виде, так как стабильных соединений они не образуют.
На Земле благородных газов мало. В небольших количествах они содержатся в воздухе (меньше \(1,28\) \(\%\) по массе). Больше всего в воздухе аргона. Небольшие количества благородных газов есть также в природном газе, минеральных водах и некоторых горных породах.
Во Вселенной благородные газы более распространены. Больше всего в космосе гелия, который по распространённости уступает только водороду.
Cтроение и физические свойства простых веществ
Простые вещества, образованные химическими элементами \(VIIIA\)-группы, состоят из одноатомных молекул, очень слабо взаимодействующих между собой. Поэтому у этих веществ очень низкие температуры плавления и кипения, а разница между их значениями составляет всего несколько градусов.
Инертный газ | \(He\) | \(Ne\) | \(Ar\) | \(Kr\) | \(Xe\) | \(Rn\) |
Температура плавления, \(°C\) | \(-271\) | \(-249\) | \(-189\) | \(-157\) | \(-112\) | \(-71\) |
Температура кипения, \(°C\) | \(-269\) | \(-246\) | \(-186\) | \(-153\) | \(-108\) | \(-62\) |
Все простые вещества представляют собой бесцветные газы без запаха и вкуса.
Гелий и неон легче воздуха (\(Mr < 29\)); остальные газы тяжелее воздуха (\(Mr > 29\)).
Все благородные газы практически не растворяются в воде и других жидкостях.
Особенностью благородных газов является способность светиться при пропускании электрического разряда. Цвет свечения зависит от условий. Например, при определённых условиях гелий может светиться синим, серым или ярко-жёлтым светом, неон — оранжево-красным, аргон — сине-голубым, криптон — синевато-белым, ксенон — белым или фиолетовым.
Рис. \(1\). Свечение благородных газов
Обрати внимание!
Оганесон получен только в количестве нескольких атомов и пока не изучен. Согласно расчётам учёных, оганесон по физическим свойствам может отличаться от других элементов группы. Предполагают, что при нормальных условиях он представляет собой твёрдое вещество с невысокой температурой плавления.
Химические свойства простых веществ
Благородные газы отличаются химической инертностью, но в особых условиях некоторые из них могут реагировать с кислородом и фтором. Наиболее активен в химических реакциях ксенон, но получены соединения также для криптона и радона (например: , , ). Степени окисления благородных газов в таких веществах только положительные: \(+2\), \(+4\), \(+6\), \(+8\).
Обрати внимание!
Оганесон имеет больший радиус атома по сравнению с другими благородными газами, поэтому следует ожидать, что он легче отдаёт электроны и в химических реакциях может быть более активен.
Получение и применение
Благородные газы выделяются разделением сжиженного воздуха или при глубоком охлаждении природного газа (углеводороды сжижаются, а благородные газы остаются в газообразном состоянии).
Гелий входит в состав дыхательных смесей для водолазов, так как не растворяется в крови и в отличие от азота при всплытии не вызывает кессонную болезнь. Жидкий гелий находит применение для создания сверхнизких температур, а газообразный — для заполнения воздушных шаров. Используется этот газ также для создания инертной атмосферы во многих технологических процессах.
Неон широко используется в световой рекламе. Неоновые лампочки излучают оранжево-красный свет.
Аргон применяется для создания инертной атмосферы при проведении химических реакций. Например, его использование при сварке металлов позволяет избежать окисления металлических поверхностей кислородом воздуха. Используется аргон также в световой рекламе (он светится голубым светом).
Криптоном заполняются стеклопакеты (у него низкая теплопроводность). Используется в лазерах и для заполнения лампочек.
Ксенон применяется в лампах для рекламы и прожекторов.
Радон находит применение в медицине для лечения многих заболеваний. Он используется для проведения физиотерапевтических процедур (радоновые ванны).
Источники:
Рис. 1. Свечение благородных газов. © ЯКласс.