HELOWCE. opracował: JAROSŁAW SUKIENNIK

Transkrypt

1 HELOWCE opracował: JAROSŁAW SUKIENNIK

2 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 - ns 2 np 6 gdzie n oznacza numer okresu -wyjątek stanowi hel którego konfiguracja wygląda następująco 1s 2 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)

3 He He 2 He He He 2 + He + He HeH + H + Schemat orbitali w hipotetycznej cząsteczce He 2 oraz w jonach He 2 + iheh + hipotetyczna cząsteczka He 2 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 He 2 + [(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

4 Jony He 2 + 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: Kr 2 + oraz NeXe +. Jednoatomowe cząsteczki helowców mogą na siebie oddziaływać tylko słabymi oddziaływaniami dyspersyjnymi.

5 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 PtF 6 potrafi utworzyć z tlenem heksafluoroplatynian(vi) dioksydenylu (O 2 ) + (PtF 6 ) - to będzie on mógł też utworzyć związek z ksenonem. Bartlet uzyskał w ten sposób w temperaturze pokojowej heksafluoroplatynian(vi) ksenonu: Xe + (PtF 6 ) - - czerwony proszek. Dało to początek prób syntezy związków chemicznych zawierających w cząsteczkach helowiec.

6 Zawartość helowców w powietrzu Pierwiastek Hel (He) Neon (Ne) Argon (Ar) Krypton (Kr) Ksenon (Xe) Radon (Rn) Zawartość, % obj. 5, , ,934 1, , We wszystkich stanach skupienia występują jako cząsteczki jednoatomowe.

7 Dlaczego argonu jest tak dużo? Argon powstaje nieustannie w wyniku reakcji promieniotwórczych K β Ar 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.

8 Jedno z najpopularniejszych zastosowań helu

9 Podstawowe właściwości helowców Hel Neon Argon Krypton Ksenon Radon symbol He Ne Ar Kr Xe Rn konfiguracja 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 4p 6 5s 2 5p 6 6s 2 6p 5 Masa at. 4,002 20,18 39,95 83,80 131,29 (222) t. topnienia [K] 1,05* 24,5 83, ,4 202,1 t. wrzenia [K] 4,2 27,1 87,3 119,8 165,1 211,1 e. jonizacji [ev. atom -1 ] 24,58 21,56 15,76 14,0 12,13 10,75 * pod ciśnieniem 2.5 MPa (25 atm.)

10 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 Powstające tu jądro 92 U He + 90Th helu pobiera elektrony z otoczenia. jest niepalny i ma dużą nośność, więc stosuje się go do napełniania balonów i sterowców. mieszanina 80% O 2 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.

11 Obecnie, sterowce wypełnia się helem. Jest on gazem dużo bezpieczniejszym niż wodór i znacznie wolniej dyfunduje przez poszycie.

12 Dawniej stosowano wodór i kończyło się to jak wyżej.

13 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) +

14 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 0 K β 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 H O Ar 6 2

15 Przykład licznika wykorzystującego argon

16 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 1dm 3 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 6H 2O powstaje również w reaktorach atomowych U + n Kr+ Ba 2n

17 Krypton stosuje się w lampach stroboskopowych wykorzystywanych w dyskotekach, a także lampach oświetlających pasy na lotniskach

18 Związki kryptonu potrafi tworzyć związki z fluorem w niskiej temperaturze i obecności wyładowań elektrycznych Kr F kwas kryptonowy i jego sól -H 2 KrO 4 -BaKrO 4, t= > KrF lub KrF wyłyładowa o C elektr. 2 4

19 KSENON nie tworzy hydratów z wodą a jedynie się w niej rozpuszcza. tworzy najwięcej trwałych związków chemicznych ze wszystkich helowców z innymi pierwiastkami izotopy 133 Xe i 135 Xe powstają cały czas w reaktorach jądrowych, np U Xe + 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 133 Xe stosuje się w radioskopii stosuje się go do napełniania żarówek dużej mocy oraz do produkcji lamp błyskowych. nadkseniany metali są najsilniejszymi ze znanych utleniaczy XeO 3 ma właściwości wybuchowe

20 Obrazowe przedstawienie reakcji rozczepienia uranu w której powstaje stront i ksenon

21 Reakcje ksenonu Xe + X F 2 XeF produkt główny, kolor biały XeF produkt uboczny, kolor biały XeF produkt uboczny, bezbarwny Reakcja zachodzi w temperaturze 20ºC i pod ciśnieniem 6 atmosfer w obecności katalizatorów niklowych. XeO 4 + 2H 2 O H 4 XeO 4 kwas ksenonowy (VIII), bezbarwny H 4 XeO 4 + 4NaOH Na 4 XeO 4 + 4H 2 O nadksenonian sodu jeden z najsilniejszych znanych utleniaczy 2XeO t 3 2Xe + 3O 2 trójtlenek ksenonu substancja wybuchowa

22 Schemat lampy ksenonowej.

23 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 powstaje w reakcji tj.: występuje w niektórych naturalnych źródłach wodnych stosuje się go w medycynie do leczenia chorób stawów, obwodowego układu nerwowego i zachorowań związanych z przemiany materii Ra 86 Rn 2 He 2 +

24 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