opracował: JAROSŁAW SUKIENNIK

Komentarze

Transkrypt

opracował: JAROSŁAW SUKIENNIK
HELOWCE
opracował: JAROSŁAW SUKIENNIK
Ogólna charakterystyka
• znajdują się w 18 grupie układu okresowego (dawniej VIII
grupa główna – 8 A)
• są to pierwiastki bloku p (wyjątek hel [He] blok s)
• zawierają po 8 elektronów na ostatniej powłoce za wyjątkiem
helu, który ma 2 elektrony na swojej jedynej powłoce
• konfiguracja ostatniej powłoki wygląda ogólnie
- ns2 np6 gdzie „n” oznacza numer okresu
- wyjątek stanowi hel którego konfiguracja
wygląda następująco 1s2
• są to gazy bezbarwne, nie posiadają także smaku i zapachu
• mają niskie temperatury topnienia i parowania
• wykazują najmniejszą reaktywność ze wszystkich pierwiastków
ze względu na trwałą konfigurację elektronową (8 elektronów
na ostatniej powłoce; hel 2 elektrony)
He
He2
He
He
He2+
He+
He
HeH+
H+
Schemat orbitali w hipotetycznej cząsteczce He2 oraz w jonach He2+ i HeH+
• hipotetyczna cząsteczka He2 zawierałaby niekorzystny układ
elektronów na orbitalu wiążącym i antywiążącym:
[(σ1s)2(σ*1s)2] i przedstawiałaby układ bogatszy w energię niż
dwa osobne at. helu
• konfiguracja cząsteczki He2+ [(σ1s)2(σ*1s)1] jest trwalsza niż
układ złożony z atomu He i jonu He+
• układ HeH+ jest dość trwałym układem i nie zawiera
elektronów na orbitalu antywiążącym; konfiguracja: (σ1s)2
• Jony He2+ i HeH+ powstają podczas wyładowań
elektrycznych które dostarczają energii koniecznej
do zjonizowania atomu He lub w drugim przypadku
do jonizacji atomu H. Obecność ich potwierdzają
badania spektroskopowe.
• Wykryto także obecność jonów innych gazów
szlachetnych jak: Kr2+ oraz NeXe+.
• Jednoatomowe cząsteczki helowców mogą na
siebie oddziaływać tylko słabymi oddziaływaniami
dyspersyjnymi.
Karta historyczna
Do 1962 roku nie znano żadnego trwałego związku w
którym występował jakikolwiek gaz szlachetny. Neil Bartlet
zauważył, że energia jonizacji ksenonu (1170 kJ/mol) jest
niemal taka sama jak energia jonizacji tlenu (1165 kJ/mol).
A skoro silny utleniacz tj. heksafluorek platyny PtF6 potrafi
utworzyć z tlenem heksafluoroplatynian(VI) dioksydenylu
(O2)+(PtF6)- to będzie on mógł też utworzyć związek z
ksenonem. Bartlet uzyskał w ten sposób w temperaturze
pokojowej heksafluoroplatynian(VI) ksenonu: Xe+(PtF6)-czerwony proszek. Dało to początek prób syntezy związków
chemicznych zawierających w cząsteczkach helowiec.
Zawartość helowców w powietrzu
Pierwiastek
Hel (He)
Neon (Ne)
Argon (Ar)
Krypton (Kr)
Ksenon (Xe)
Radon (Rn)
Zawartość, % obj.
5,2 · 10-4
1,8 · 10-3
0,934
1,14 · 10-3
8,7 · 10-6
10-16
We wszystkich stanach skupienia występują jako
cząsteczki jednoatomowe.
Dlaczego argonu jest tak dużo?
Argon powstaje nieustannie w wyniku reakcji
promieniotwórczych.
40
19
K ⇒ β + Ar
0
−1
40
18
Ze względu na dużą zawartość tego izotopu
potasu w litosferze stężenie argonu w atmosferze jest
stosunkowo stałe. Stąd opłacalność jego pozyskiwania
metodą destylacji frakcyjnej powietrza.
Jedno z
najpopularniejszych
zastosowań helu
Podstawowe właściwości helowców
Hel
Neon
Argon Krypton Ksenon Radon
symbol
He
Ne
Ar
konfiguracja
1s2
2s22p6 3s23p6 4s24p6
Masa at.
4,002 20,18
39,95
⋅
t. topnienia [K]
1,05* 24,5
t. wrzenia [K]
4,2
e. jonizacji
[eV . atom-1]
24,58 21,56
27,1
* pod ciśnieniem 2.5 MPa (25 atm.)
Kr
Xe
Rn
5s25p6
6s26p5
83,80
131,29
(222)
83,8
116
161,4
202,1
87,3
119,8
165,1
211,1
15,76
14,0
12,13
10,75
Właściwości i zastosowania helu
• występuje w znacznych ilościach w gazie ziemnym. Zawartość helu
może tam dojść nawet do 7%. Uzyskuje się go właśnie przez
destylację gazu ziemnego.
• hel powstaje ciągle w wyniku przemian α w szeregach promieniotwórczych np. 235 U ⇒ He 2 + + 234 Th Powstające tu jądro
92
90
helu pobiera elektrony z otoczenia.
• jest niepalny i ma dużą nośność, więc stosuje się go do napełniania
balonów i sterowców.
• mieszanina 80% O2 i 20% He stosowana jest jako gaz dla nurków.
Nie rozpuszcza się on jak azot we krwi i podczas gwałtownego
wynurzenia nie tworzy banieczek zamykając naczynia krwionośne.
Zapobiega więc chorobie kesonowej.
• służy jako gaz ochronny podczas spawania beztlenowego
• ze względu na niską temperaturę wrzenia wykorzystuje się go jako
chłodziwo w elektrowniach atomowych i w układach
nadprzewodzących.
Obecnie, sterowce
wypełnia się helem.
Jest on gazem dużo
bezpieczniejszym niż
wodór i znacznie
wolniej dyfunduje
przez poszycie.
Dawniej stosowano wodór i kończyło się to jak wyżej.
NEON
• otrzymywany w procesie destylacji frakcyjnej
powietrza.
• stosuje się go w lampach jarzeniowych: czerwono –
pomarańczowe światło
• do lamp w reklamach świetlnych oraz jako gaz
wypełniający lampy kineskopowe
• jest chłodziwem 40 razy bardziej wydajnym niż hel
• znane są jego nietrwałe połączenia z wodą,
toluenem i fenolem
• udało się też wykryć nietrwałe jony neonu tj. Ne+,
(NeAr)+, (NeH)+ oraz (HeNe)+
ARGON
• jego zawartość procentowa w powietrzu wynosi około 0.93%,
stąd opłacalność otrzymywania go metodą destylacji frakcyjnej
• powstaje podczas rozpadu jąder jednego z izotopów potasu
40
19
•
40
K ⇒ −10β +18
Ar
stosuje się go do wytwarzania obojętnej atmosfery ochronnej
podczas spawania stopów glinu
• napełnia się nim żarówki i lampy jarzeniowe co daje niebieskawy
kolor światła
• napełnia się nim też liczniki do wykrywania promieniowania
jonizującego.
• potrafi tworzyć nietrwałe hydraty Ar ⋅ 6 H 2O
Przykład licznika wykorzystującego argon
KRYPTON
• uzyskuje się go przez destylację frakcyjną powietrza
• w mieszance z argonem wykorzystuje się go w lampach
fluorescencyjnych i stroboskopowych
• stosuje się go w radioanalizie chemicznej i medycynie
• używa się go również do produkcji lamp fotgraficznych
• jest stosunkowa drogim gazem 1dm3 kosztuje około 100 zł
• można wyróżnić sześć stałych izotopów tego pierwiastki
• znane są jony tego pierwiastka tj. ArKr+, KrXe+, KrH+
• tworzy także nietrwałe hydraty Kr ⋅ 6 H 2O
• powstaje również w reaktorach atomowych.
U + n→3692Kr +141
56 Ba + 2n
235
92
Krypton stosuje się w lampach stroboskopowych
wykorzystywanych w dyskotekach, a także lampach
oświetlających pasy na lotniskach
Związki kryptonu
• potrafi tworzyć związki z fluorem w niskiej temperaturze i obecności
wyładowań elektrycznych
Kr
F2 ,t = −192o C
wyłyładowa elektr .
> KrF2
• kwas kryptonowy i jego sól
- H2KrO4
- BaKrO4
lub KrF4
KSENON
• nie tworzy hydratów z wodą a jedynie się w niej rozpuszcza.
• tworzy najwięcej trwałych związków chemicznych ze wszystkich
helowców z innymi pierwiastkami
• izotopy 133Xe i 135Xe powstają cały czas w reaktorach jądrowych, np.
235
92
95
U → 138
Xe
+
54
38 Sr + 2 n
• znane są związki ksenonu z fluorem, wodorem, deuterem i tlenem.
Część z tych związków posiada barwę.
• tlenki ksenonu są używane jako silne utleniacze
• izotop 133Xe stosuje się w radioskopii
• stosuje się go do napełniania żarówek dużej mocy oraz do produkcji
lamp błyskowych.
• nadkseniany metali są najsilniejszymi ze znanych utleniaczy
• XeO3 ma właściwości wybuchowe
Obrazowe przedstawienie reakcji rozczepienia uranu
w której powstaje stront i ksenon
Reakcje ksenonu
XeF4 ---- produkt główny, kolor biały
Xe + X F2
XeF2 ---- produkt uboczny, kolor biały
XeF6 ---- produkt uboczny, bezbarwny
Reakcja zachodzi w temperaturze 20ºC i pod ciśnieniem 6 atmosfer w obecności
katalizatorów niklowych.
XeO4 + 2H2O
H4XeO4 kwas ksenonowy (VIII), bezbarwny
H4XeO4 + 4NaOH
Na4XeO4 + 4H2O nadksenonian sodu –
jeden z najsilniejszych znanych utleniaczy
∆t 2Xe + 3O trójtlenek ksenonu – substancja wybuchowa
2XeO
3
2
Schemat lampy
ksenonowej.
RADON
• najmniej trwały ze wszystkich gazów szlachetnych T 1/2 = około 4 dni
• promieniotwórczy
• najcięższy znany gaz
• podczas jego chłodzenia poniżej temperatury zamarzania wykazuje
brylantową fosforescencję, która w miarę obniżania temperatury
przechodzi w żółtą a następnie w pomarańczowo-czerwoną
• często towarzyszy rudom uranowym
• tworzy nielotne związki z fluorem, ale ze względu na krótki okres
życia nie otrzymuje się ich w ilościach wagowych
226
222
4
2+
• powstaje w reakcji tj.: 88 Ra → 86 Rn + 2 He
• występuje w niektórych naturalnych źródłach wodnych
• stosuje się go w medycynie do leczenia chorób stawów, obwodowego
układu nerwowego i zachorowań związanych z przemiany materii
BIBLIOGRAFIA
-
„Podstawy chemii nieorganicznej”- Adam Bielański
„Tablice chemiczne”- Witold Mizerski
„Chemia nieorganiczna”- F.A. Cotton, G. Wilkinson, P.L. Gaus
część materiału została opracowana na podstawie fragmentów
artykułów zaczerpniętych z portalu Wydawnictwa Szkolnego i
Pedagogicznego.
Jarosław Sukiennik © 2005

Podobne dokumenty