Элементы 8 -А группы История открытия Особенности строения

Элементы 8 -А группы История открытия Особенности строения атомов Физические свойства Особенности химических свойств Применение

История открытия n n n Начало 80 -х г 19 в Н. А. Морозов – ПС должна заканчиваться химически недеятельными элементами, газами Гелий: 1886, Ж. Жансен, Дж. Н. Локьер –на Солнце, 1895 – на Земле Аргон: 1785, Г. Кавендиш, 1893, Д. Релей, У. Рамзай Неон, криптон, ксенон : 1898, У Рамзай Радон: 1900, Э. Резерфорд, 1904 – У. Рамзай «эманация» - Резерфорд «нитон» - Рамзай «радон» - 1923 г, Международная комиссия по радиоактивности

Свечение инертных газов

Общая характеристика Знак N Z n. ЭУ ЭФ r. A, Å Ei Степени окисления He 2 +2 1 1 s 2 1. 22 24. 59 0 Ne 10 +10 2 2 s 2 p 6 1. 6 21. 56 0 Ar 18 +18 3 3 s 2 p 6 1. 92 15. 75 0 Kr 36 +36 4 4 s 2 p 6 1. 98 14. 00 0, +2 Xe 54 +54 5 5 s 2 p 6 2. 18 12. 13 0, +2, +4, +6, +8 Rn 86 +86 6 6 s 2 p 6 2. 20 10. 75 0, +2, +4, +6 (+8)

Особенности строения атомов n n n Расположены в конце периодов Внешний уровень завершенный, устойчивый Нет свободных орбиталей у гелия и неона – полная химическая инертность (? ) Имеются d-орбитали у аргона (3 d), криптона (4 d), ксенона (5 d), радона (6 d) В атомах криптона и ксенона заполнены соответственно 3 d и 4 d- подуровни В атоме радона заполнен и 4 f- подуровень

Физические свойства Гелий Неон Аргон Криптон Ксенон Радон

Гелий n n n n n Газ, без цвета, вкуса, запаха На Земле – 0, 0005% Элемент Вселенной – Солнце, звезды Число изотопов – 4, в природе – 2 Плотность – 0, 178 кг/м 3 Температура плавления - -269, 70 С Температура кипения - -268, 90 С В жидком состоянии не обладает вязкостью, не передает усилие другим телам При температурах ниже – 271, 20 С теплопроводность возрастает в млрд. раз (свойства необъяснимы) Обладает сверхтекучестью (П. Л. Капица, 1938 г. )

Сверхтекучесть Не жидкий Пустая емкость

П. Л. Капица о сверхтекучести гелия: n … такое количество тепла, которое фактически переносилось, лежит за пределами физических возможностей, что тело ни по каким физическим законам не может переносить больше тепла, чем его тепловая энергия, помноженная на скорость звука. С помощью обычного механизма теплопроводности тепло не могло переноситься в таком масштабе, как это наблюдалось. Надо было искать другое объяснение. И вместо того, чтобы объяснить перенос тепла теплопроводностью, то есть передачей энергии от одного атома к другому, можно было объяснить его более тривиально — конвекцией, переносом тепла в самой материи. Не происходит ли дело так, что нагретый гелий движется вверх, а холодный опускается вниз, благодаря разности скоростей возникают конвекционные токи, и таким образом происходит перенос тепла. Но для этого надо было предположить, что гелий при своем движении течет без всякого сопротивления. У нас уже был случай, когда электричество двигалось без всякого сопротивления по проводнику. И я решил, что гелий так же движется без всякого сопротивления, что он является не сверхтеплопроводным веществом, а сверхтекучим. … … Если вязкость воды равняется 10− 2 П, то это в миллиард раз более текучая жидкость, чем вода …

Неон n n n n n Газ, без цвета и запаха На Земле – 0, 0018 % Возможно, присутствует во Вселенной – Солнце, звезды Число изотопов – 9, в природе – 3 Плотность – 0, 900 кг/м 3 Температура плавления - -248, 60 С Температура кипения - -2460 С Степени окисления неизвестны, соединений не образует Цвет – красный, оранжевый

Аргон n n n n Газ, без цвета и запаха На Земле – 0, 933 % Число изотопов – 12, в природе – 3 Плотность – 1, 7824 кг/м 3 Температура плавления - -189, 20 С Температура кипения - -185, 80 С Степени окисления неизвестны, соединений не образует Минеральные воды – 1 м 3 – 15 г аргона

Криптон n n n n Газ, без цвета и запаха На Земле – 1 • 10 -4 % Число изотопов – 24, в природе – 6 Плотность – 3, 708 кг/м 3 Температура плавления - -1570 С Температура кипения - -1530 С Степени окисления - +2, +4 Цвет - зеленый

Ксенон n n n n Газ, без цвета и запаха На Земле – 8 • 10 -6 % Число изотопов – 32, в природе – 9 Плотность – 5, 851 кг/м 3 Температура плавления - -111, 90 С Температура кипения - -1080 С Степени окисления - +1, +2, +4, +6, +8 Цвет - голубоватый

Радон n n n n n Газ, без цвета и запаха На Земле – 6 • 10 -18 % Число изотопов – 27, стабильный – 1 (222), период полураспада – 3, 824 дня Плотность – 9, 73 кг/м 3 Температура плавления - -710 С Температура кипения - -61, 80 С Степени окисления - предположительно +4, +6, +8 В 110 раз тяжелее водорода, в 55 – гелия, в 7 с лишним – воздуха Светится в темноте, т. к. радиоактивный

На Земле n n В атмосфере – 1% В составе минеральных вод – Цхалтубо, 3, 5 % - СО 2, He, Ne, Ar, Kr, Rn В трещинах и пустотах горных пород Радон – в местах залегания урановых и свинцовых руд

Особенности химических свойств n n Химия инертных газов – химия ксенона Первое соединение – Хе. 6 Н 2 О 1933 г. , Л. Полинг: тяжелые инертные газы могут образовывать химические соединения с кислородом и фтором, они должны быть устойчивы; аналогия: H 8 Sn. O 6, H 2 Sb. O 6, H 6 Te. O 6, H 5 IO 6, H 4 Xe. O 6 Нейл Бартлетт - ~через 30 лет – синтезы соединений ксенона

Особенности химических свойств n n n Нейл Бартлетт – 1961 г: Еi кислорода – 12, 20 э. В, ксенона – 12, 13 э. В, должны взаимозамещаться О 2 Pt. F 6, существует, устойчиво, изучено 1962 г. - Хе. Pt. F 6 и Хе(Pt. F 6)2 - желтое, кристаллическое вещество, устойчиво при комнатной температуре 1963 г- Xe. Rh. F 6

Особенности химических свойств n n n 1962 г – получены фториды ксенона Xe. F 2, Xe. F 4 Xe. F 6 (кошмар фторидов ксенона) Устойчивы при комнатной температуре, не разлагаются при небольшом нагревании, получаются прямым взаимодействием ксенона и фтора Окислители. Могут применяться как фторирующие агенты. Гидролизуются с образованием ксенона, HF и О 2 Активность возрастает с ростом степени

Особенности химических свойств n n Криптон – оказался более инертным Известно одно соединение – Kr. F 2 «химический ленивец» Таким образом, активность возрастает с увеличением порядкового номера Rn – самый активный? Ei = 10, 75 э. В, мешает радиоактивность, одно соединение – Rn. F 2 - неустойчиво

Особенности химических свойств Итак, ксенон… n Известны хлориды, оксиды в степени окисления +8, +6 n Получены кислоты, соли, n n оксофториды, комплексные соединения, всего – около 150 соединений, треть получена в России Твердые, бесцветные или слабоокрашенные кристаллические вещества; Хе. О 4 – газ, Хе. О 3 – жидкость, сила взрыва=тротилу Степени окисления - +2, +4, +6, +8

Особенности химических свойств n n Легкие инертные газы? 40 K – Не. Н, при других условиях – невозможно Ar – соединения с хлором, азотом, Ar. О, Ar. Cl вероятно, аналогичны соединениям щелочных металлов Nе – нет сведений о каких-либо соединениях и химических проявлениях

Как назвать? n n Л. Полинг – аргоноиды Б. В. Некрасов – аэрофилы У. Рамзай – редкие газы (ксенона в атмосфере меньше, чем золота в морской воде) Сейчас – инертные, благородные, индифферентные газы

Значение n n Теоретическое - разработка теории ионной и ковалентной химической связи, возможность синтеза «нестандартных» соединений Практическое – фторирующие и окисляющие агенты в органическом синтезе

Применение Создание инертной атмосферы при химических процессах n Гелий – создание сверхнизких температур, аэростаты n Освещение: гелий – от красного до розового, желтого, зеленого в зависимости от давления аргон – голубые оттенки неон – красный криптон – ярко-белый с розовым оттенком ксенон – белый с желтоватым оттенком n

n Излучение криптона – эталон метра: надежнее платинового эталона, не изменяет параметры всегда можно получить в лаборатории метр – 1650763, 73 длины волны оранжевой линии изотопа криптона 86 n заполнение электрических ламп, осветительные приборы большой мощности для больших пространств, прожекторы

n n n Соединения – в органическом синтезе, взрывчатые вещества, не оставляющие твердого остатка Минеральные воды – лечение заболеваний опорно – двигательной системы, органов дыхания, сердца (радоновые ванны) Ксенон 133 - исследование работы легких и сердца

Спасибо за внимание!