Благородные газы

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Министерство образования и науки Российской федерации

ГОУ ВПО “Саратовский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского”

Кафедра общей и неорганической химии

Курсовая работа

Благородные газы

Студента 1 курса 111группы

Института химии

Исакова А.Н.

Научный руководитель:

Доктор химических наук

профессор Ильин К.К.

Саратов 2010

Содержание

Введение

1. История открытия благородных газов

2. Способы получения благородных газов

3. Основные характеристики благородных газов

4. Свойства благородных газов

4.1 Физические свойства благородных газов

4.2 Химические свойства благородных газов

5. Применение благородных газов

6. Последние научные открытия, связанные с благородными газами

6.1 Эксимерный лазер, сделанный на хлоридах благородных газов

6.2 Новое соединение ксенона

Заключение

Список литературы

Введение

К благородным, или инертным, газам относятся: гелий Не, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Хе, радон Rn. Они относятся к VIII группе, главной подгруппе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. Одноатомные газы без цвета и запаха. Внешняя электронная оболочка молекул заполнена (s²p⁶), благодаря чему при нормальных условиях благородные газы моноатомны и химически инертны. Входят в состав земной атмосферы: наиболее распространен аргон (0,934% по объему), наименее распространен ксенон (0,86*10^-5%). В небольших количествах содержатся в некоторых минералах, природных газах, в растворенном виде - в воде. Кроме этого, обнаружены также в атмосферах планет-гигантов и на Солнце (гелий).

Химия благородных газов не является разнообразной в виду их инертности, но с другой стороны представляет собой очень интересной к исследованию из-за их особого строения и свойств. Изучение данных элементов и их соединений является очень актуальным, так как находится на стадии развития. Именно по этим причинам я посвятил им свою работу.

получение свойство благородный газ

1. История открытия благородных газов

Открытие благородных газов и изучение их свойств представляют собой очень интересную историю, хотя и вызвавшую некоторые потрясения у ученых-химиков. Этот период в истории химии даже называли полушутливо «кошмаром благородных газов».

Первый благородный газ, аргон, был открыт в 1894 году. В это время возник горячий научный спор между двумя британскими учеными - лордом Рэлеем и Вильямом Рамзаем. Релею пришло в голову, что азот, полученный из воздуха после удаления кислорода, имел плотность несколько большую, чем азот, полученный химическим путем. Рамзай придерживался той точки зрения, что такую аномалию в плотности можно объяснить присутствием в воздухе неизвестного тяжелого газа. Его коллега, напротив, не хотел согласиться с этим. Релей считал, что это, скорее, какая-то тяжелая озоноподобная модификация азота.

Внести ясность мог только эксперимент. Рамзай удалил из воздуха кислород обычным способом - использовав его для сжигания, и связал азот, как он это обычно делал в своих лекционных опытах, пропуская его над раскаленным магнием. Применив оставшийся газ для дальнейших спектральных исследований, изумленный ученый увидел невиданный раньше спектр с красными и зелеными линиями.

Все лето 1894 года лорд Релей и Рамзай вели оживленную переписку и 18 августа сообщили об открытии новой составной части атмосферы - аргона. Рамзай продолжил свои опыты и выяснил, что аргон еще более инертен, чем азот, и, очевидно, вообще не реагирует с каким-либо другим химическим веществом. Именно за это свойство он получил свое название: «аргон» - от греческого «инертный».

Рамзай определил атомную массу аргона: 40. Следовательно, его надо было бы поместить между калием и кальцием. Однако там не было свободного места! Чтобы разрешить это противоречие, высказывались различные гипотезы. В частности, Д.И. Менделеев предположил, что аргон - аллотропическая модификация азота N₃, молекула которой обладает высокой устойчивостью.

Гелий впервые был идентифицирован как химический элемент в 1868 П.Жансеном при изучении солнечного затмения в Индии. При спектральном анализе солнечной хромосферы была обнаружена ярко-желтая линия первоначально отнесенная к спектру натрия, однако в 1971 Дж.Локьер и П.Жансен доказали , что эта линия не относится ни к одному из известных на Земле элементов. Локьер и Э.Франкленд назвали новый элемент гелием от греч. “генлиос” что означает солнце. В это время не знали, что гелий - инертный газ и предпологали, что это металл. И только спустя четверть века гелий был обнаружен на Земле.

В 1890 году Рамзай обратил внимание на то, что при разложении минерала клевеита кислотами выделяются значительные количества газа, который он считал азотом.

Теперь Рамзай хотел проверить - быть может, в этом азоте, связанном в минерале, можно было бы обнаружить аргон!
Он разложил две унции редкой породы серной кислотой. В марте 1895 он изучил спектр собранного газа и был необычайно поражен, когда обнаружил сверкающую желтую линию, отличающуюся от известной желтой спектральной линии натрия.

Это был новый газ, не известный до той поры газообразный элемент. Уильям Крукс, который в Англии считался первейшим авторитетом в области спектрального анализа, сообщил своему коллеге, что пресловутая желтая линия - та же, что была замечена Локьером и Жансеном в 1868 году в спектре Солнца: следовательно, гелий есть и на Земле. Год спустя Г. Кейзер обнаружил примеси Гелия в атмосфере, а в 1906 Гелий был обнаружен в составе природного газа нефтяных скважин Канзаса. В том же году Э.Резерфорд и Т.Ройдс установили, что альфа-частицы испускаемые радиоактивными элементам представляют собой ядра гелия.

Рамзай нашел способ, как разместить оба вновь открытых газа в периодической системе, хотя формально места для них не было. К известным восьми группам элементов он добавил нулевую группу, специально для нульвалентных, нереакционноспособных благородных газов, как теперь стали называть новые газообразные элементы.

Когда Рамзай разместил благородные газы в нулевой группе по их атомной массе - гелий 4, аргон 40, то обнаружил, что между ними есть место еще для одного элемента. Рамзай сообщил об этом осенью 1897 года в Торонто на заседании Британского общества. После многих неудачных опытов Рамзаю пришла в голову мысль искать их в воздухе. Тем временем немец Линде и англичанин Хемпсон практически одновременно опубликовали новый способ сжижения воздуха. Этим методом и воспользовался Рамзай и, действительно, с его помощью смог обнаружить в определенных фракциях сжиженного воздуха недостающие газы: криптон («затаившийся»), ксенон («чужой») и неон («новый»).

После этих открытий стало ясно, что в природе существует группа новых химических элементов и для нее нужно найти место в системе химических элементов. Поскольку эти новые элементы были исключительно инертными и не проявляли химических свойств, то по предложению бельгийского химика Эрреры, а также Рамзая, и по согласованию с Д.И. Менделеевым в 1900 году в Периодическую систему была введена нулевая группа химических элементов, в которую вошли названные элементы, а также радон («луч») - продукт радиоактивного распада радия (открыт в 1901 году). Нулевая группа, естественно, располагалась перед первой группой; номер группы в Периодической системе связан с максимальной валентностью химических элементов, проявляемой ими в кислородных соединениях, или с максимальной степенью окисления. Огромные усилия химиков разных стран, направленные на выявление реакционной способности новых элементов, были тщетными. Они не вступали во взаимодействие ни с какими, даже самыми активными веществами, и потому был сделан вывод, что валентность и степень окисления благородных газов равны нулю. В связи с этим их назвали «инертными газами». Впоследствии это название было заменено термином «благородные газы».

Открытие благородных газов имело огромное значение для научного сообщества. В частности, оно помогло в проведении спектральных исследований. Оранжевая линия спектра стабильного изотопа криптона-86 принята в качестве международного эталона длины волны света. Однако самое большое значение открытие этих элементов имело для развития понятия валентности и учения о межмолекулярных силах. В этом направлении работали ученые Коссель и Льюис, которые выдвинули гипотезу о том, что электронная оболочка из 8 электронов наиболее устойчива и различные атомы стремятся приобрести ее путем присоединения или отщепления электронов.

До 1962 года считалось, что инертные газы не вступают ни в какие реакции. В 1962 году канадский ученый Н. Бартлетт смог получить соединение ксенона и гексафторида платины XePtF₆. Бартлетт впервые получил соединение, в которое была вовлечена восьмиэлектронная оболочка ксенона. Таким образом был разрушен миф об абсолютной инертности благородно-газовой оболочки. После этого название «инертные газы» уже не соответствовало действительности, поэтому по аналогии с малоактивными благородными металлами эту группу химических элементов назвали благородными газами. Поскольку были получены химические соединения, в которых максимальная валентность благородных газов равна 8, вместо нулевой группы их стали считать главной подгруппой VIII группы Периодической системы.

2. Способы получения благородных газов

Благородные газы встречаются в земной коре и в атмосфере. Содержание их в воздухе колеблется от 10-6 (ксенон) до 0,934 % по объему (аргон). В земной коре в наименьших количествах содержится радон -- 4*10-17%. Содержание ксенона значительно больше -- 2 * 1СГ9%. Содержание криптона -- 1,9*10-8%, содержание гелия и неона приблизительно одинаково -- 8 -- 5*10-7%, и, наконец, содержание аргона достигает 4*10-6%. Промышленные природные месторождения гелия, как правило, находятся там, где в недрах земли залегают запасы природных газов, сопровождающих скопление нефти.

Гелий в промышленности получают из природных газов методом глубокого охлаждения. При этом он, как самое низкокипящее вещество, остается в виде газа, тогда как все другие газы конденсируются.

Неон получают совместно с гелием в качестве побочного продукта в процессе сжижения и разделения воздуха. Разделение гелия и неона осуществляется за счет адсорбции или конденсации. Адсорбционный метод основан на способности неона в отличие от гелия адсорбироваться активированным углем, охлажденным жидким азотом. Конденсационный способ основан на вымораживании неона при охлаждении смеси жидким водородом. Аргон получают при разделении жидкого воздуха, а так же из отходов газов синтеза аммиака. В природных условиях образуется при распаде изотопа калия за счет электронного захвата (1s-электрона калия ядром). Криптон извлекают вместе с ксеноном при ректификации жидкого воздуха. Радон получают как побочный продукт в процессе переработки урансодержащих руд после перевода Ra в 1%-ные растворы соляной или бромистоводородной к-ты. Выделяемую из растворов смесь газов-Н2, О2, Не, Rn, CO2, Н2О, углеводородов-очищают от Н2 и О2 на нагретых до 1000 К медных сетках, затем радон конденсируют охлаждением жидким N2 и отгонкой удаляют остаточные газы.

3. Основные характеристики благородных газов

Таблица 1. Физико-химические свойства благородных газов

Атмосферный гелий состоит из изотопов 3Не (0,00013% по объему) и 4Не. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для 4Не 68*10-32 м2, для 3Не-54*10-26 м2. Конфигурация электронной оболочки 1s2; энергия ионизации Не0 -> Не+ -> Не2 + соответственно 2372 и 5250 кДж/моль; ван-дер-ваальсов радиус 0,122 нм, ковалентный радиус 0,04-0,06 нм.

Атомная масса аргона 39,948. Природный аргон состоит из изотопов с массой 36 (0,337% по объему), 38 (0,063%), 40 (99,600%), т.е. в отличие от других легких элементов, преобладает самый тяжелый изотоп. Причина этого - концентрирование 40Аг в атмосфере в результате распада в литосфере 40К посредством захвата орбитального электрона: К + + е -> 40Аг+ (превращ. 12% 40К). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природного Аргона 62*10-26 м2. Конфигурация внешней электронной оболочки 3s23p6; энергия ионизации Аг° -> Аг+ -> Аг2+ соответственно 1520,57 и 2665,83 кДж/моль; ван-дер-ваальсов радиус 0,192 нм, ковалентный радиус 0,095 нм.

Атомная масса криптона 83,80. Природный криптон, выделенный из воздуха, состоит из изотопов 78Кr (0,354% по объему), 80Kr (2,27%), 82Kr (11,56%), 83Kr (11,55%), 84Кr (56,90%), 86Kr (17,37%). Изотопный состав Криптона, выделенного из урановых минералов, иной, т.к. при делении 235U и 238U образуются радиоактивные изотопы, напр. 85Kr (T1/2 10,6 г, b-излучатель), который получается также при ядерных взрывах. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природной смеси изотопов 2,8.10-27м2. Конфигурация внешней электронной оболочки 4s24р6; степень окисления +2; энергии ионизации Kr°:Kr:Kr2+ соответственно равны 13,9998 и 24,37 эВ; атомный радиус 0,198 нм, ковалентный радиус 0,109 нм.

Атомная масса ксенона 131.29. Природный ксенон, выделенный из воздуха, состоит из изотопов 124Хе (0,096% по объему), 126Хе (0,090%), 128Хе (1,92%), 129Хе (26,44%), 130Хе (4,08%), 131Хе (21,18%), 132Хе (26,89%), 134Хе (10,44%), 136Хе (8,87%). Изотопный состав Ксенона, выделенного из урановых минералов, иной, т.к. при делении 235U и 238U образуются радиоактивные изотопы, напр. 133Хе (Т1/2 5,27 сут) и 135Хе (Т1/2 9,13 ч) - b-излучатели. Они получаются также при ядерных взрывах. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природной смеси изотопов 3,5.10-27 м2, для 135Хе - 2,7.10-22 м2. Конфигурация внешней электронной оболочки 5s25p6; степени окисления +2, +4, +6, +8; энергии ионизации Хе0:Хе+:Хе2+ соответственно 12,1300 и 21,25 эВ; электроотрицательность по Полингу 2,6; атомный радиус 0,218 нм, ковалентный радиус 0,130 нм.

Атомная масса неона. 20,179. Природный неон состоит из изотопов 20Ne (90,92% по объему), 21Ne (0,257%), 22Ne (8,82%). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для природной смеси изотопов не более 2,8.10-28 м2. Известны короткоживущие (T1/2 < 200 с) изотопы Неона. Конфигурация внешней электронной оболочки атома 2s22p6; энергия ионизации Ne0Ne+ Ne+2 соотв. 2080,66 и 3963,52 кДж/моль; ван-дер-ваальсов радиус 0,160 нм, ковалентный радиус 0,070 нм.

Атомная масса радона 222,0176. Природный радон состоит из смеси изотопов (a-излучатели): 222Rn (T1/2 3,8 сут), 220Rn (T1/2 55,6 с), 219Rn (T1/2 3,9 с), 2l8Rn (T1/2 0,035 с), являющихся членами природных радиоактивных рядов (дочерние продукты распада изотопов Ra). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для 222Rn 7,2·10-27 м2. Конфигурация внешней электронной оболочки 6s26p6; степени окисления + 2, + 4, +6, +8; энергии ионизации Rn0 : Rn+ : Rn2+ соответственно равны 1037,07 и 2064,7 кДж/моль; атомный радиус 0,214 нм, ковалентный радиус 0,14-0,15 нм.

4. Свойства благородных газов

4.1 Физические свойства благородных газов

В нормальных условиях благородные газы - газообразные вещества без цвета и запаха. Благородные газы - бесцветные одноатомные газ без цвета и запаха. Инертные газы обладают более высокой электропроводностью по сравнению с другими газами и при прохождении через них тока ярко светятся: гелий ярко-жёлтым светом, потому что в его сравнительно простом спектре двойная жёлтая линия преобладает над всеми другими; неон огненно красным светом, так как самые яркие его линии лежат в красной части спектра.

Насыщенный характер атомных молекул инертных газов сказывается и в том, что инертные газы имеют более низкие точки сжижения и замерзания, чем другие газы с тем же молекулярным весом.

Гелий - одноатомный газ без цвета и запаха. Жидкий Гелий - квантовая жидкость, т.е. жидкость, в макроскопическом объеме которой проявляются квантовые свойства составляющих ее атомов. При 2,17 К и давлении паров 0,005 МПа жидкий 4Не претерпевает фазовый переход второго рода (от Не I к Не II), сопровождающийся резким изменением ряда свойств: теплоемкости, вязкости, плотности и др.

Неон - одноатомный газ без цвета и запаха, температура кипения 27,07 К (0,1 МПа); плотность в твердом состоянии 1,444 г/см3 (24,66 К), в жидком 1,24 г/см3 (25,0 К), в газообразном 0,90035 кг/м3 (273 К, 0,1 МПа); критическая температура 44,4 К,критическое давление 2,65 МПа, Растворимость Неона в воде при 0,1 МПа (м3/кг): 0,014.10-3 (273 К), 0,010.10-3 (298 К).

Аргон - одноатомный газ без цвета и запаха; температура кипения 87,29 К; плотность 0,001784 г/см3 (жидкого при 87 К - 1,40 г/см3,твердого при 40 К -1,40 г/см3); критическое давление 0,4894 МПа;

Криптон - одноатомный газ без цвета и запаха. Температура кипения 119,80 К; плотность твердого Криптона 3,100 г/см3 (0 К), жидкого 2,412 г/см3 (120 К), газообразного 3,745 кг/м3 (273 К, 0,1 МПа); критическая температура 209,35; Критическое давление 5,50 МПа.

Ксенон - одноатомный газ без цвета и запаха; температура кипения 165,05 К; плотность твердого К. 2,700 г/см3 (133 К), жидкого 2,987 г/см3 (165 К), газообразного 5,85 кг/м3 (273 К, 0,1 МПа); критическая температура 289,74; Критическое давление 5,84 МПа.

Радон - одноатомный газ без цвета и запаха. Температура плавления 202 К, температура кипения 211 К; плотность жидкого 4,4г/см3 (211 К), газообразного 9,81 кг/м3 (273 К, 0,1 МПа);критическая температура 377,6 К, критическое давление 6,24 МПа. Радон конденсируется в бесцветную флуоресцирующую жидкость; в газообразном и твердом состояниях светится голубым цветом.

4.2 Химические свойства благородных газов

В 1962 году Бартлетт, изучая свойства гексафторида платины, соединения более активного, чем сам фтор, установил, что потенциал ионизации у ксенона ниже, чем у кислорода (12,13 и 12,20 эв соответственно). Между тем кислород образовывал с гексафторидом платины соединение состава O₂PtF₆. Бартлетт ставит опыт и при комнатной температуре из газообразного гексафторида платины и газообразного ксенона получает твердое оранжево - желтое вещество -- гексафторплатинат ксенона XePtF₆, поведение которого ничем не отличается от поведения обычных химических соединений.

Последующие работы Бартлетта позволили установить, что ксенон в зависимости от условий реакции образует два соединения с гексафторидом платины: XePtF₆ и Xe(PtF₆)₂; при гидролизе их получаются одни и те же конечные продукты. Через три недели эксперимент Бартлетта повторила группа американских исследователей во главе с Черником в Аргоннской национальной лаборатории. Кроме того, они впервые синтезировали аналогичные соединения ксенона с гексафторидами рутения, родия и плутония. Так были открыты первые пять соединений ксенона: XePtF₆, Xe(PtF₆)₂, XeRuF₆, XeRhF₆, XePuF₆ .

Американский ученый Классен попытался найти условия для непосредственного взаимодействия ксенона и фтора. Смесь газов (1 часть ксенона и 5 частей фтора) поместили в никелевый (поскольку никель наиболее устойчив к действию фтора) сосуд и нагрели под сравнительно небольшим давлением. Через час сосуд быстро охладили, а оставшийся в нем газ откачали и проанализировали. Это был фтор. Весь ксенон прореагировал! Вскрыли сосуд и обнаружили в нем бесцветные кристаллы XeF₄. Тетрафторид ксенона оказался вполне устойчивым соединением, молекула его имеет форму квадрата с ионами фтора по углам и ксеноном в центре.

Интересно в химии ксенона то, что, меняя условия реакции, можно получить не только XeF₄, но и другие фториды -- XeF₂, XeF₆.

Советские химики В. М. Хуторецкий и В. А. Шпанский показали, что для синтеза дифторида ксенона совсем не обязательны жесткие условия. По предложенному ими способу смесь ксенона и фтора (в молекулярном отношении 1:1) подается в сосуд из никеля или нержавеющей стали, и при повышении давления до 35 атм. начинается самопроизвольная реакция.

Заставить ксенон вступить в реакцию без участия фтора (или некоторых его соединений) пока не удалось. Все известные ныне соединения ксенона получены из его фторидов. Эти вещества обладают повышенной реакционной способностью. Лучше всего изучено взаимодействие фторидов ксенона с водой.

Гидролиз ХеF₄ в кислой среде ведет к образованию окиси ксенона ХеО₃ -- бесцветных, расплывающихся на воздухе кристаллов. Молекула ХеО₃ имеет структуру приплюснутой треугольной пирамиды с атомом ксенона в вершине. Это соединение крайне неустойчиво; при его разложении мощность взрыва приближается к мощности взрыва тротила. Соответствующая трехокиси неустойчивая кислота шестивалентного ксенона H₆XeO₆ образуется в результате гидролиза XeF₆ при 0° С: XeF₆ + 6H₂О = 6HF + H₆XeO_6.

Интересна изученная недавно реакция дифторида ксенона с безводной НС1O₄. В результате этой реакции получено новое соединение ксенона ХеСlO₄ -- чрезвычайно мощный окислитель, вероятно, самый сильный из всех перхлоратов.

Синтезированы также соединения ксенона, не содержащие кислорода. Преимущественно это двойные соли, продукты взаимодействия фторидов ксенона с фторидами сурьмы, мышьяка, бора, тантала: XeF₂ · SbF₅, ХеF₆ · AsF₃, ХеF₆ · ВF₃ и ХеF₂ · 2ТаF₅.

Вскоре после открытия Бартлетта было замечено, что фторид ксенона (VI) реагирует со стеклом:2XeF6+SiO2=2XeOF4+SiF4.

Реакция протекает и дальше, конечным продуктом является опять же кислородное соединение ХеО_3.

Помимо соединений ксенона были также получены некоторые соединения криптона и радона.

Для криптона в настоящее время достоверно известно только дифторидное соединение KrF2 и его производные и тетрафторид KrF4 по свойствам напоминающие соединения ксенона.

Радон, несомненно, должен давать фторидные соединения не хуже ксенона, однако пока известно лишь о RnF2 и некоторых его производных. Радон также растворим в воде и органических растворителях, с которыми он может образовывать молекулярные соединения, например Rn*6H₂O, Rn*2C₆H₅OH. Реагирует с хлором с образованием хлорида RnCl₄.

Для гелия, неона и аргона стабильные фторидные соединения пока неизвестны. Гелий хуже других газов растворяется в воде и других растворителях. В 1 л воды, например, растворяется при 0 С менее мл Не, т.е. в два с лишним раза меньше чем водорода, и в 51 000 раз меньше, чем HCl.

В обычных условиях гелий химически инертен, но при сильном возбуждении атомов он может образовать молекулярные ионы 2He+. Возможно также образование ионизированных молекул HeH+.

Неон, также как и гелий при сильном возбуждении образует молекулярные ионы типа 2Ne+. Он химически инертен. Для него известны только соединения включения, такие как Ne*6H2O.

Аргон так же образует молекулярные соединения включения - клатраты - с водой, фенолом, толуолом и другими веществами. Гидрат Аргона примерного состава Ar*6H2O представляет собой кристаллическое вещество, разлагающееся при атмосферном давление и температуре -42,8 С. Его можно получить непосредственным взаимодействием Аргона с водой при 0 С и давлении порядка 15 МПа. С соединениями H2S, SO2, CO2, HCl аргон дает двойные гидраты, т.е. смешанные клатраты.

5. Применение благородных газов

Гелий является важным источником низких температур. При температуре жидкого гелия тепловое движение атомов и свободных электронов в твердых телах практически отсутствует, что позволяет изучать многие новые явления, например сверхпроводимость в твердом состоянии.

Газообразный гелий используют как легкий газ для наполнения воздушных шаров. Поскольку он негорюч, его добавляют к водороду для заполнения оболочки дирижабля. Гелий используют как инертную среду для дуговой сварки, особенно магния и его сплавов, при получении Si, Ge, Ti и Zr, для охлаждения ядерных реакторов.

Так как гелий хуже растворим в крови, чем азот, большие количества гелия применяют в дыхательных смесях для работ под давлением, например при морских погружениях, при создании подводных тоннелей и сооружений. При использовании гелия декомпрессия (выделение растворенного газа из крови) у водолаза протекает менее болезненно, менее вероятна кессонная болезнь, исключается такое явление, как азотный наркоз. Смеси He-O₂ применяют, благодаря их низкой вязкости, для снятия приступов астмы и при различных заболеваниях дыхательных путей. Также смеси благородных газов с кислородом при вдыхании обладают анестезирующим свойством (это открытие принадлежит российскому фармакологу Лазареву).

Другие применения гелия - для газовой смазки подшипников, в счетчиках нейтронов (гелий-3), газовых термометрах, рентгеновской спектроскопии, для хранения пищи, в переключателях высокого напряжения. В смеси с другими благородными газами гелий используется в наружной неоновой рекламе (в газоразрядных трубках). Жидкий гелий выгоден для охлаждения магнитных сверхпроводников, ускорителей частиц и других устройств. Неон также используется для заполнения ламп накаливания, сигнальных ламп и газоразрядных трубок, дающих красновато-оранжевое свечение и используемых при изготовлении светящихся реклам.

Продувкой аргона через жидкую сталь из нее удаляют газовые включения. Это улучшает свойства металла. Все шире применяется дуговая электросварка в среде аргона. В аргонной струе можно сваривать тонкостенные изделия и металлы, которые прежде считались трудносвариваемыми. Продуваемый вдоль столба дуги аргон (в смеси с водородом) предохраняет кромки разреза и вольфрамовый электрод от образования окисных, нитридных и иных пленок. Одновременно он сжимает и концентрирует дугу на малой поверхности, отчего температура в зоне резки достигает 4000--6000° С. К тому же эта газовая струя выдувает продукты резки.

Криптон применяется в газоразрядных трубках, а также используется как эталон единицы длины в системе СИ.

Области применения ксенон разнообразны. В светотехнике признание получили ксеноновые лампы высокого давления. В таких лампах светит дуговой разряд в ксеноне, находящемся под давлением в несколько десятков атмосфер.

Свет в ксеноновых лампах появляется сразу после включения, он ярок и имеет непрерывный спектр -- от ультрафиолетового до ближней области инфракрасного. Ксеноном пользуются и медики -- при рентгеноскопических обследованиях головного мозга. Как и баритовая каша, применяющаяся при просвечивании кишечника, ксенон сильно поглощает рентгеновское излучение и помогает найти места поражения. При этом он совершенно безвреден. Активный изотоп ксенона, ксенон - 133, используют при исследовании функциональной деятельности легких и сердца.

Радон применяют главным образом в медицине. В радиационной терапии его используют для обработки злокачественных опухолей. В физиотерапии радоновые ванны назначают для лечения заболеваний центральной нервной системы, а также сердечнососудистых и кожных заболеваний. Издавна известно о целебном действии радоновых вод. Часто у таких источников строят санатории или лечебные комплексы. Такие санатории находятся, к примеру, на Алтае на курорте «Белокуриха» и в Казахстане, в санатории «Рахмановские ключи», у подножия горы Белуха.

6. Последние научные открытия, связанные с благородными газами

6.1 Эксимерный лазер, сделанный на хлоридах благородных газов

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности, к эксимерным лазерам с замкнутой системой регенерации газовой смеси.

В данной системе осуществляется последовательно высокотемпературная и криогенная очистка газовой смеси. Для высокотемпературной очистки используется геттер на основе титана (для лазеров на фторидах), либо на основе кальция (для лазеров на хлоридах). В геттере осуществляется химическое взаимодействие продуктов деградации активной среды с Са или Т. Криогенная очистка позволяет адсорбировать примеси, оставшиеся после прохождения газовой смесью геттера. Для обеспечения полной очистки процесс повторяют три раза, пропуская газовую смесь через аналогичных звенья. Все, включая основной галоген, галогенсодержащие соединения отфильтровываются, так как обладают повышенной химической активностью. Поэтому необходимо осуществлять дополнительный напуск галогена в рабочий объем, причем количество его строго дозируется. Галоген часто подается в смеси с благородным газом (Ne или Не), что приводит к увеличению давления активной среды, и начиная с определенного давления требуется дополнительная откачка, в результате которой часть благородных газов выбрасывается в атмосферу, т.е. система является квазизамкнутой.

Недостатком этой системы является высокая стоимость эксплуатации лазера из-за повышенного расхода дорогостоящих благородных газов. Кроме того, при работе криогенной очистки расходуется жидкий азот, что также повышает стоимость эксплуатации. Другим недостатком системы является необходимость работы с чистыми галогенами (F2, Cl2, газообразный НСl) или их смесями с благородными газами (Не или Ne), поэтому всегда существует опасность отравления обслуживающего персонала в случае утечки газа, общее количество которого может быть значительным для обеспечения необходимого времени работы лазера. Поэтому должны быть приняты соответствующие меры безопасности, например использование дорогостоящей химической стойкой газовой арматуры, вентиляции адсорбентов, что приводит к еще большему удорожанию системы.

Целью изобретения является снижение стоимости эксплуатации эксимерного лазера на хлоридах благородных газов за счет экономии благородных газов, повышение безопасности эксплуатации лазера, а также снижение стоимости эксимерного лазера за счет упрощения конструкции системы газонапуска.

Указанная цель достигается тем, что в качестве источника газообразного хлористого водорода используется управляемый однокамерный или двухкамерный генератор HCl, включенный в газовом потоке вслед за геттером, а также тем, что использование геттера для предварительной откачки лазерной камеры позволяет полностью отказаться от других систем откачки и регенерации.

Геттер выполнен на основе щелочных и щелочноземельных металлов (Сa, Ba, Mg, K, Na, Li) или их смеси, которые взаимодействуют с большинством продуктов распада газовой среды эксимерного лазера, а также со всеми компонентами атмосферного воздуха (кроме Ar) с N2, O2, CO2 и Н2О. Это позволяет использовать геттер в качестве форвакуумного насоса для предварительной откачки лазерной камеры эксимерного лазера. Остающийся один процент аргона слабо влияет на кинетику эксимерного лазера. Более того, в случае ArCl лазера атмосферный аргон может служить исходным газом для получения генерации. Рабочий диапазон температур геттера лежит в пределах от 20 до 600оС, в зависимости от используемого металла. Например, более высокие температуры нужны при использовании Са и Mg, которые без нагрева практически не активны.

В систему регенерации после геттера по току газа включен управляемый генератор газообразного НСl, который добавляют в газовую смесь, состоящую на выходе из геттера большей частью из смеси благородных газов (Ne:Ar, He: Xe, Ne:Kr и др.). В отличие от многоступенчатой системы регенерации, не прореагировавшие примеси будут повторно взаимодействовать с геттером при последующих проходах газовой смеси через геттер. В предлагаемой конструкции генератора HCl выбраны химические реакции, в которых газообразный НСl образуется внутри рабочего объема в результате контролируемой химической реакции, инициируемой нагревом одного или нескольких химических компонентов до температуры от 30 до 600о. Скорость наработки НСl зависит от температуры реагентов. При этом в нерабочем состоянии (при комнатной температуре) скорость выделения НСl практически равна нулю и даже при разгерметизации системы не существует опасности отравления обслуживающего персонала. Кроме того, поскольку устранены большие объем с ядовитыми газами, нет необходимости использовать дорогостоящие химические поглотители.

Система позволяет осуществить качественную регенерацию газовой смеси, которая не сопровождается повышением давления в лазерной камере. Поэтому не требуется дополнительная откачка камеры, что позволяет существенно повысить экономию дорогостоящих благородных газов.

6.2 Новое соединение ксенона

Химикам удалось синтезировать и изучить новую молекулу, содержащую благородный газ ксенон. HXeOXeH, возможно, является самой легкой молекулой с двумя атомами ксенона. Свойства данного соединения находятся на стадии изучения, поэтому точной информации о данной молекуле предоставить нельзя.

Заключение

В результате проделанной работы были изучены строение и свойства благородных газов, а так же их практическое применение. Данные элементы являются химически инертными в виду своего строения - завершенного верхнего электронного уровня, но тем не менее в особых условиях могут вступать в реакции. Более всего изучена химия криптона, ксенона и радона. Основными известными веществами являются их соединения с галогенами и кислородом. Так же для них известны соединения включения - клатраты. Не смотря на то, что химия инертных газов находится на стадии изучения, они находят большое практическое применение во многих отраслях. Гелий и Аргон применяют для создания инертных атмосфер при сварке металлов, при консервации продуктов. Неон применяется в электротехнике в для наполнения стабилизаторов напряжения и в осветительных приборов. Аргон применяют в светотехнике и ядерной физике. Так же благородные газы находят свое применение в такой важной отрасли как медицина (например, “ радоновые ванны ”). Данные элементы охватывают важные аспекты жизни человека, не говоря уже о том, что они содержатся воздухе. Поэтому их изучение является важной и актуальной проблемой современной химии.

Список литературы

1. Большой энциклопедический словарь. М.: Химия, 1998. 792 с.

2. Крылов В.К., Кукушкин Ю.Н., Панина Н.С. Толковый химический словарь для всех. М.: Химия, 1998. 400 с.

3. Кукушкин Ю.Н. Реакционная способность благородных газов. Сорос. образоват. журн. 2001. Том 7, №4,с52-54.

4. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 2005. 743 с.

5. Химическая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1995.- 640 с.

6. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Т. 1. М.: “Химия”, 1973. - 688с

Размещено на Allbest.ru