Header Ads

أخر المواضيع

الغاز النبيل(Noble gas)


الغاز النبيل(Noble gas)


ما هي الغازات النبيلة 

الغازات النبيلة هي عناصر المجموعة المجموعة  ال18 (الثامنة عشر) من الجدول الدوري الحديث، والغازات النبيلة عبارة عن سبع عناصر كيميائية. العناصر هي "الهليوم (He)" "النيون (Ne)" "الأرجون (Ar)" "الكريبتون " "(Kr)" "الزينون (Xe)" "الرادون (Rn)" "أوجانيسون (Og)"، والغازات النبيلة هي غازات عديمة اللون والرائحة والمذاق وغير قابلة للاشتعال. تقليديا تم تصنيفهم المجموعة 0 في الجدول الدوري لأنه لعقود من اكتشافهم كان يعتقد أنهم لا يستطيعون الارتباط مع ذرات أخرى. أي أن ذراتهم لا يمكن أن تتحد مع ذرات العناصر الأخرى لتكوين مركبات كيميائية. وقد أدت هياكلها الإلكترونية واستنتاج أن بعضها يشكل بالفعل مركبات إلى تسمية أنسب، المجموعة 18.



Modern version of the periodic table of the elements. To see more information about an element, select one from the table.


لماذا سميت الغازات النبيلة بهذا الاسم؟


عندما تم اكتشاف أعضاء المجموعة وتحديدهم، كان يعتقد أنهم نادرون للغاية، وكذلك خاملون كيميائيًا، وبالتالي تم تسميتهم بالغازات النادرة أو الخاملة. ومع ذلك، من المعروف الآن أن العديد من هذه العناصر وفيرة للغاية على الأرض وفي بقية الكون، لذا فإن التسمية النادرة مضللة. وبالمثل، فإن استخدام مصطلح خامل له عيب أنه يشير إلى السلبية الكيميائية، مما يشير إلى أنه لا يمكن تكوين مركبات المجموعة 18. في الكيمياء والكيمياء، دلت كلمة نبيلة منذ فترة طويلة على تردد المعادن، مثل الذهب والبلاتين، للخضوع للتفاعل الكيميائي. ينطبق بالمعنى نفسه على مجموعة الغازات المشمولة هنا.




تنخفض وفرة الغازات النبيلة مع زيادة أعدادها الذرية. الهليوم هو العنصر الأكثر وفرة في الكون باستثناء الهيدروجين. جميع الغازات النبيلة موجودة في الغلاف الجوي للأرض ، وباستثناء الهيليوم والرادون ، فإن مصدرها التجاري الرئيسي هو الهواء، الذي يتم الحصول عليه من خلال التميع والتقطير الجزئي. يتم إنتاج معظم الهليوم تجاريًا من بعض آبار الغاز الطبيعي. عادة ما يتم عزل الرادون كمنتج للتحلل الإشعاعي لمركبات الراديوم. تتحلل نوى ذرات الراديوم تلقائيًا من خلال انبعاث الطاقة والجسيمات ، ونوى الهليوم (جسيمات ألفا) وذرات الرادون. يتم سرد بعض خصائص الغازات النبيلة في الجدول.



في عام 1785، وجد هنري كافنديش، الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي، أن الهواء يحتوي على نسبة صغيرة (أقل بقليل من 1 في المائة) من مادة أقل نشاطًا كيميائيًا من النيتروجين. بعد قرن من الزمان ، عزل لورد رايلي، الفيزيائي الإنجليزي، عن الهواء غازًا كان يعتقد أنه نيتروجين نقي ، لكنه وجد أنه أكثر كثافة من النيتروجين الذي تم إعداده بتحريره من مركباته. وقال إن النيتروجين الجوي يجب أن يحتوي على كمية صغيرة من الغاز الأكثر كثافة. في عام 1894، تعاون الكيميائي الاسكتلندي السير  "Ramsay" مع Rayleigh في عزل هذا الغاز، والذي ثبت أنه عنصر جديد - الأرجون.

Apparatus used in the isolation of argon by English physicist Lord Rayleigh and chemist Sir William Ramsay, 1894Air is contained in a test tube (A) standing over a large quantity of weak alkali (B), and an electric spark is sent across wires (D) insulated by U-shaped glass tubes (C) passing through the liquid and around the mouth of the test tube. The spark oxidizes the nitrogen in the air, and the oxides of nitrogen are then absorbed by the alkali. After oxygen is removed, what remains in the test tube is argon.


بعد اكتشاف الأرجون، وبتحريض من علماء آخرين، في عام 1895، قام "Ramsay" بالتحقيق في الغاز المنبعث عند تسخين clevite المعدنية، والذي كان يعتقد أنه مصدر للأرجون. وبدلاً من ذلك، كان الغاز هو الهليوم، الذي تم اكتشافه في عام 1868 بواسطة التحليل الطيفي في الشمس ولكن لم يتم العثور عليه على الأرض. قام "Ramsay" وزملاؤه بالبحث عن الغازات ذات الصلة ومن خلال التقطير التجزيئي للهواء السائل الذي اكتشف الكريبتون والنيون والزينون ، كل ذلك في عام 1898. تم التعرف على الرادون لأول مرة في عام 1900 من قبل الكيميائي الألماني فريدريش دورن. تم تأسيسها كعضو في مجموعة الغاز النبيل في عام 1904. وفاز Rayleigh و Ramsay بجائزة نوبل في عام 1904 لعملهما.





في عام 1895 ، فشل الكيميائي الفرنسي "هنري مويسان"، الذي اكتشف عنصر الفلور في عام 1886 وحصل على جائزة نوبل في عام 1906 عن هذا الاكتشاف، في محاولة لإحداث تفاعل بين الفلور والأرجون. كانت هذه النتيجة مهمة لأن الفلور هو العنصر الأكثر تفاعلاً في الجدول الدوري. في الواقع، فشلت جميع جهود أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين لإعداد المركبات الكيميائية للأرجون. كان لعدم وجود تفاعل كيميائي ضمني من هذه الإخفاقات أهمية في تطوير نظريات التركيب الذري.

 في عام 1913 اقترح الفيزيائي الدنماركي "نيلز بور" أن الإلكترونات في الذرات مرتبة في قذائف متتالية لها طاقات وقدرات مميزة وأن قدرات الأصداف للإلكترونات تحدد عدد العناصر في صفوف الجدول الدوري. بناءً على أدلة تجريبية تتعلق بالخصائص الكيميائية لتوزيع الإلكترونات ، تم اقتراح أنه في ذرات الغازات النبيلة أثقل من الهيليوم، يتم ترتيب الإلكترونات في هذه الأصداف بطريقة تحتوي القشرة الخارجية دائمًا على ثمانية إلكترونات ، بغض النظر كم عدد الآخرين (في حالة الرادون، 78 آخرين) مرتبة داخل الأصداف الداخلية.



في نظرية الترابط الكيميائي التي قدمها الكيميائي الأمريكي "جيلبرت لويس" والكيميائي الألماني "فالتر كوسيل" في عام 1916، تم اعتبار هذا الثماني من الإلكترونات ليكون الترتيب الأكثر استقرارًا للقشرة الخارجية لأي ذرة. على الرغم من أن ذرات الغازات النبيلة فقط هي التي تمتلك هذا الترتيب ، فقد كانت الحالة التي تميل بها ذرات جميع العناصر الأخرى في ارتباطها الكيميائي.

 استوفت بعض العناصر هذا الاتجاه إما عن طريق الحصول على الإلكترونات أو فقدها بالكامل، وبذلك تصبح أيونات. تشترك العناصر الأخرى في الإلكترونات، وتشكل تركيبات ثابتة مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية. النسب التي تتحد فيها ذرات العناصر لتكوين مركبات أيونية أو تساهمية ("تكافؤها") يتم التحكم بها من خلال سلوك إلكتروناتها الخارجية ، والتي - لهذا السبب - تسمى إلكترونات التكافؤ. أوضحت هذه النظرية الترابط الكيميائي للعناصر التفاعلية ، بالإضافة إلى الخمول النسبي للغازات النبيلة ، والذي أصبح يُنظر إليه على أنه خاصية كيميائية رئيسية. (انظر أيضًا الروابط الكيميائية: الروابط بين الذرات.)


Shell atomic modelIn the shell atomic model, electrons occupy different energy levels, or shells. The K and L shells are shown for a neon atom.





يتم فحص الإلكترونات (التكافلية) الخارجية لذرات الغازات النبيلة الثقيلة ، التي يتم فحصها من النواة عن طريق الإلكترونات المتداخلة ، بشكل أقل قوة ويمكن إزالتها (التأين) بسهولة أكبر من الذرات من الإلكترونات في الغازات النبيلة الأخف. تسمى الطاقة المطلوبة لإزالة إلكترون واحد طاقة التأين الأولى. في عام 1962 ، أثناء عمله في جامعة كولومبيا البريطانية ، اكتشف الكيميائي البريطاني نيل بارتليت أن سادس فلوريد البلاتين سيزيل إلكترونًا من (أكسدة) الأكسجين الجزيئي لتشكيل الملح [O2 +] [PtF6−]. أول طاقة تأين لزينون قريبة جدا من الأكسجين. وهكذا اعتقد بارتليت أنه يمكن تشكيل ملح الزينون على نحو مشابه. في نفس العام ، أثبت بارتليت أنه من الممكن بالفعل إزالة الإلكترونات من زينون بالوسائل الكيميائية. وأوضح أن تفاعل بخار PtF6 في وجود غاز الزينون في درجة حرارة الغرفة أنتج مركبًا صلبًا أصفر برتقاليًا ثم تمت صياغته على شكل [Xe +] [PtF6−]. (يُعرف هذا المركب الآن بأنه مزيج من [XeF +] [PtF6−] و [XeF +] [Pt2F11−] و PtF5.) بعد وقت قصير من التقرير الأولي لهذا الاكتشاف ، أعد فريقان آخران من الكيميائيين بشكل مستقل وتم الإبلاغ عنهم فيما بعد فلوريد الزينون — أي XeF2 و XeF4. وسرعان ما تبع هذه الإنجازات إعداد مركبات زينون أخرى وفلوريد الرادون (1962) والكريبتون (1963).

في عام 2006 ، أعلن العلماء في المعهد المشترك للأبحاث النووية في دوبنا ، روسيا ، أن غاز أوغانيسون ، الغاز النبيل التالي ، تم إنتاجه في عامي 2002 و 2005 في سيكلوترون. (معظم العناصر ذات الأعداد الذرية أكبر من 92 - أي عناصر ما بعد اليورانيوم - يجب أن تصنع في مسرعات الجسيمات.) لا يمكن تحديد الخواص الفيزيائية أو الكيميائية للأوغانسون بشكل مباشر حيث تم إنتاج عدد قليل فقط من ذرات oganesson.




الخصائص العامة للغازات النبيلة

يقع كل عنصر من الغازات النبيلة في الجدول الدوري بين عنصر من المجموعة الأكثر كهربيًا، وعناصر الهالوجين (المجموعة 17، التي تضيف ذراتها إلكترونات لتحقيق الثماني وبالتالي تصبح أيونات سالبة)، وعنصر من أكثر المجموعة الكهربية الإيجابية ، الفلزات القلوية (المجموعة 1، التي تفقد ذراتها الإلكترونات لتصبح أيونات موجبة).

تعتمد العديد من الاستخدامات المهمة للغازات النبيلة على ترددها في التفاعل كيميائيًا. عدم اكتراثهم بالأكسجين، على سبيل المثال، يضفي عدم قابلية للاشتعال على الغازات النبيلة. على الرغم من أن الهليوم ليس طفوًا تمامًا مثل الهيدروجين، إلا أن عدم قابليته للاحتراق يجعله غازًا أكثر أمانًا لرفع أخف وزنا من الهواء. تُستخدم الغازات النبيلة - غالبًا ما تكون الهيليوم والأرجون، الأقل تكلفة - لتوفير بيئات غير تفاعلية كيميائيًا لعمليات قطع المعادن ولحامها وتكريرها مثل الألومنيوم (الأكسجين الجوي، وفي بعض الحالات، النيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون تتفاعل مع المعدن الساخن).



هل تستخدم الغازات النبيلة في المصابيح؟

للغازات النبيلة استخدامات شتى ومن اشهرهم استخدام الغاز النبيل في الإضاءة. حيث يتم استخدام هذا السلوك في مصابيح التفريغ وأجهزة الإضاءة الفلورية، والفكرة في استخدام الغازات النبيلة في المصابيح الفلورية أنه إذا تم حصر أي غاز نبيل في ضغط منخفض في أنبوب زجاجي وتم تمرير تفريغ كهربائي من خلاله، فسوف يضيء الغاز. ينتج النيون اللون البرتقالي-الأحمر المألوف للعلامات الإعلانية ؛ زينون ينبعث اللون الأزرق الجميل.



استخدامات النبيلة


للغازات النبيلة استخدامات مشتقة من خصائصها الكيميائية الأخرى. إن نقاط الغليان المنخفضة للغاية ونقاط انصهار الغازات النبيلة تجعلها مفيدة في دراسة المادة عند درجات حرارة منخفضة للغاية. 
1) يؤدي الذوبان المنخفض للهيليوم في السوائل إلى اختلاطه بالأكسجين للتنفس بواسطة الغواصين في أعماق البحار: نظرًا لأن الهيليوم لا يذوب في الدم، فإنه لا يشكل فقاعات عند إزالة الضغط (كما يفعل النيتروجين، مما يؤدي إلى الحالة المعروفة باسم مرض الضغط. أو الانحناءات). 

2) يتم استخدام الزينون كمخدر. على الرغم من أنها غازات مكلفة، إلا أنها غير قابلة للاشتعال ويمكن التخلص منها بسهولة من الجسم. 

3) الرادون مشع للغاية؛ استخداماتها الوحيدة كانت تلك التي تستغل هذه الخاصية (على سبيل المثال، العلاج الإشعاعي). و الاوجانيسون مشع أيضًا، ولكن نظرًا لأنه لم يتم حتى الآن ملاحظة سوى عدد قليل من ذرات هذا العنصر، فلا يمكن توثيق خصائصه الفيزيائية والكيميائية.

4) يُعرف فقط الكريبتون والزينون والرادون بتكوين مركبات مستقرة. مركبات هذه الغازات النبيلة هي عوامل مؤكسدة قوية (المواد التي تميل إلى إزالة الإلكترونات من الآخرين) ولها قيمة محتملة ككواشف في تخليق المركبات الكيميائية الأخرى.


شاركونا بالتعليقات





ليست هناك تعليقات