|
|
|
Grupa a 18-a a sistemului periodic - Gruparea gazelor rare - Caracterizare naturala
- din aceasta grupa fac parte urmatoarele grupe: heliu, neon, argon, krypton, xenon si radon.
Elementul
K
L
M
N
O
P
s
s
p
s
p
d
s
p
d
f
s
p
d
f
s
p
2
Heliu (He)
2
10
Neon (Ne)
2
2
6
18
Argon (Ar)
2
2
6
2
6
36
Kripton (Kr)
2
2
6
2
6
10
2
6
54
Xenon (Xe)
2
2
6
2
6
10
2
6
10
2
6
86
Radon (Rn)
2
2
6
2
6
10
2
6
10
14
2
6
10
2
6
- gazele rare formeaza o familie omogena caracterizata printr-o mare inertie chimica explicata de configuratia electronica - 8e- in stratul exterior, exceptie He, care are 2e-
- formula generala ns2np6
- reprezinta grupa zero avand valenta zero sau grupa a 18 - a
- pe baza legii lui Hess se pot calcula aproximativ caldurile de formare pentru unii compusi ai gazelor rare
Ciclul Haber-Born pentru clorura de neon
Ne + 1/2Cl2 +29Kcal Cl NeΔH = Q = -184-85+496+29 = 256
Kcal/mol
-85Kcal +496Kcal - valoarea de formare pozitiva mare
arata ca
+Q NeCl nu Se poate forma, nu exista
Cl- Ne+
[NeCl] -184Kcal
Cavendish (1785) a supus descarcarilor electrice un amestec de aer si oxigen in contact cu o solutie de hidroxid alcalin intr-un tub de sticla, pe o cuva de mercur. Azotul se combina cu oxigenul formandu-se oxid de azot care trece in dioxid de azot iar in mediul alcalin se formeaza azotiti si azotati. Eliminand excesul de oxigen cu polisulfura de potasiu rezulta un reziduu egal cu 1/120 din volumul initial de aer. Acesta nu era altul decat argonul. Descoperirea a ramas nevalorificata aproape un secol.
Rayleigh (1892) a masurat un litru azot atmosferic 1,2572 g si un litru de azot obtinut din combinatii 1,2511 g. S-a interpretat existenta in azotul atmosferic a unui gaz mai greu.
1894 Ramsay au anuntat existenta in aer a unui gaz nou in proportie de 1% pe care l-au denumit argon (a = fara; ergon = energie) datorita inertiei chimice.
Jamsen (1868) in protuberantele solare a evidentiat o noua linie galbena (D3) in vecinatatea liniilor D1 si D2.
Rayet (1869) a presupus ca aceasta noua linie apartine unui nou element pentru care Frankland si Lockyer au propus numele de Heliu (chios = soare). Ramsay si Rayleigh (1895) l-au descoperit intr-un minereu uranifer, cleveite.
Ramsay (1898) a presupus ca gazele care prezentau inertie chimica mare, proprietati spectrale proprii, sunt monoatomice, au mase atomice intre 4 si 40, constituie o noua familie a sistemului periodic asezata intre halogeni si metalele alcaline - numindu-le grupa elementelor zero valente.
Ramsay si Travers (1898) au obtinut prin evaporare lenta a aerului lichid doua gaze mai grele decat argonul, respectiv kryptonul (kriptos= ascuns) si xenonul (xenos = strain).
Se considera : - gaze rare
- gaze inerte He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
- gaze nobile
- gaze monoatomice
Elem
Simbol
Z
A
r, Å
Proc. % vol in aer
Valenta
Greuatete (1L)
Izotopi
Heliu
He
2
4.003
1.76
0.00046
0
0.17848
4, 3
Neon
Ne
10
20.183
1.60
0.00161
0
0.899
20, 21, 22
Argon
Ar
18
39.344
1.91
0.9327
0
1.7837
36, 38, 40
Kripton
Kr
36
83.7
1.97
0.00011
0
3.736
78, 80, 82, 83, 84, 86
Xenon
Xe
54
131.3
2.18
0.00001
0
5.891
124,126,128, 129,130,131, 132,134,136
Radon
Rn
86
222
0
9.96
219, 220, 222
Stare naturala si obtinerea gazelor rare
- toate gazele rare (exceptie Rn) se gasesc in natura
Gazul
% volum
% grame
Ar
0,932
1,285
Ne
1,5·10-3
1·10-4
He
5·10-4
7·10-5
Kr
1·10-4
3·10-4
Xe
1·10-5
4·10-5
He Z = 2 A = 4
- in cromosfera soarelui si in stelele cele mai calde. Se gaseste ionizat si s-a identificat prin spectrul de emisie.
- se mai gaseste in unii meteoriti
- in gazele naturale din pamant, concentratia nu este constanta caci el se mai formeaza din elementele radioactive
- apele termale, apele marilor, oceanelor, raurilor, apele de ploaie
- in gazele vulcanice
- cantitatea cedata anual atmosferei provine din dezintegrarile radioactive
Ne Z = 10 A = 20
- in stele, intr-o proportie mai mica decat heliul
- in aerul atmosferei 1,8·10-3 % vol
- in apele marilor, oceanelor, raurilor, apa de ploaie, apele termale
- in unele gaze petroliere
- in gazele vulcanice
- alaturi de heliu, dar in cantitate mult mai mica, cu exceptia mineralelor radioactive.
Ar Z = 18 A = 40
- este cel mai abundent gaz rar in aer
- dizolvat in ape, in special in ape de mare
- in gazele ce insotesc izvoarele minerale
- in unele gaze petroliere nord-americane
- in minerale si in roci
- in sangele unor animale, in lapte, in organele unor pesti care traiesc pe fundul marilor
- in aer
- in gazele izvoarelor minerale
- in iodargirit
- Kr si Xe s-au pus in evidenta in produsele de fisiune ale uraniului
Xe Z = 54 A = 129
- in aerul atmosferic
- in gazele izvoarelor termale
- in unele gaze petroliere nord-americane
- produsii de fisiune ai uraniului
Rn Z = 86 A = 222
- se degaja din substante radioactive existente in sol
- in unele gaze naturale (SUA)
- in cantitati mici in apele raurilor si oceanelor
- in unele izvoare termale din Japonia
- in fumerolele vulcanice
Obtinere
Exista doua surse naturale importante:
- aerul pentru He, Ne, Ar, Kr, Xe prin distilare fractionata, in Europa
- gazele naturale: He, in S.U.A
Etapele distilarii fractionate a aerului sunt:
- indepartarea N2, O2, CO2 , CO - prin absorbtie pe substante chimic active
- descarcari electrice in vapori de metale alcaline
- arc electric deasupra unei solutii de hidroxid de potasiu
He se obtine la scara industriala din minerale ce contin He cum ar fi: cleveitul, tanantul sau manazitul thorianitul sau monazitul prin atacare cu acizi.
He se mai separa din gazele naturale, separandu-l de N2, O2, CH4.
Proprietati fizice si chimice
- sunt fara culoare, fara miros si fara gust
- puntele de topire si puntele de fierbere cresc de la He la Rn, fiind cu atat mai joase cu cat masa atomica este mai mica; He are p.t. si p.f. cel mai scazut, foarte aproape de zero absolut (1926).
- presiunea critica si densitatile cresc de la He la Rn
- molecula gazelor rare este monoatomica si se poate deduce din raportul Cp/Cv sau prin determinarea ordinului de legatura, care are valoarea zero
OA -He σs* OA -He
σs
O.L.= (2-2)/2=0
Prin combinarea orbitalilor atomici sistemul nu se stabilizeaza, intre cei doi atomi nu se formeaza o legatura chimica => gazele rare nu formeaza molecule de tip X2
Reactivitatea gazelor rare creste odata cu cresterea numarului atomic, Z.
Nu s-au putut obtine combinatii stabile pentru He, Ne, Ar. Mai tarziu au fost pusi in evidenta unii compusi moleculari ai Ar, Kr, Xe si apa, cu formulele: Ar·5H2O; Ar·6H2O; Kr·5H2O; Xe·nH2O; Xe·6H2O.
Proprietatea
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Densitate (fata de aer)
0.138
0.683
1.387
2.841
4.448
p.f. 0C
-268.78
-245.83
-185.75
-153
-107
p.t. 0C
-272.1
-248.49
-189.15
-156.5
-111.4
Cp/Cv
1.66
1.64
1.68
1.69
1.67
Solubilitate (la 0oC)
0.0096
0.022
0.057
0.11
0.24
Potential de ionizare
24.47
21.47
15.68
13.94
12.06
Temp critica oK
5.3
44.5
150.8
210.7
289.2
Pres, critica, atm
2.3
27.8
48
54.3
58.2
Linii spectrale, Å
5876
5873
6932
5871
4671
Halogenuri ale gazelor rare
KrF2 difluorura de krypton
Kr are doua
fluoruri
KrF4 tetrafluorura de krypton
KrF2 s-a preparat prin iradierea unui amestec de Kr si F2 in exces usor, la -1500C cu un fascicul de e-. Reactia s-a realizat in vas de Ni.
KrF2 este substanta cristalina, incolora, sublimeaza in vid la - 400C fara descompunere.
KrF4 s-a preparat supunand descarcarilor electronice cu un amestec de Kr si F2 in raport 1:2, la temperaturi -189,16 - 267,160C si presiune 7-12 mmHg
XeF2 difluorura de Xe
Xe formeaza trei
fluoruri XeF4 tetrafluorura
de Xe
XeF6 hexafluorura de Xe
XeF2 se prepara prin iradierea unui amestec de Xe si F2 cu lumina UV la 250C si presiune atmosferica sau usoara suprapresiune.
Toate fluorurile xenonului sunt reduse de H2
XeF4 + 2H2 = Xe + 4HF
- au proprietati oxidante - pun in libertate I2 din solutii de KI
XeF4 + 4KI = Xe + 2I2 +4KF
XeF4 + 4Hg = Xe + 2Hg2F2
RnF2 este solida; nevolatila deosebindu-se prin aceasta de compusii analogi ai Kr si Xe.
Intrebuintari
- He - fiind neinflamabil (nu arde si nu difuzeaza prin invelisul balonului) s-a folosit in locul hidrogenului la umplerea baloanelor in meteorologie sau scopuri militare
- He - in amestec cu oxigenul se foloseste in terapia bolnavilor de plamani
- Termometrul cu He - principalul instrument pentru masurarea temperaturilor joase
- He lichid are p.f. -268,944, s-a folosit la obtinerea celei mai joase temperaturi - studii de conductibilitate electrica, cercetari magnetice, biologice si chimice
- reclame luminoase in tuburi de descarcare cu tensiune inalta - lumina roz
- Amestecul He, Ne, Ar - lampi redresoare de curent, lampi indicatoare de tensiune, lampi cu filament de tantal
He - gaz purtator in cromatografie gaz-lichid
- in amestec cu O2 (15-21%) ca gaz de respirat in scufundarile marine
- Ar - in electrotehnica - lampi semnalizatoare, faruri, reclame luminoase, becuri electrice
Amestecul de He si Ne - lasere cu gaz
Ne - tuburi pentru reclame luminoase -lumina este de culoare rosie-oranj. La amestecare cu alte gaze inerte permite schimbarea culorii. In tuburile cu neon iau nastere radiatii UV care in reactie cu substantele depuse pe peretii tubului dau lumina apropiata de cea a zilei
Ar -dupa 1925 a substituit azotul din becurile cu filament de W incandescent
lampile incandescente ale minerilor
in amestec cu mercurul produce la incandescenta descarcari luminoase de culoare albastru-verzui
in metalurgie - sudura cu arc in atmosfera inerta
la studiul razelor gamma si a radiatiilor cosmice - contoarele Geiger-Muller
crearea de atmosfere inerte pentru reactii chimice
Kr - tuburi luminoase pentru reclame - lumina albastra pal
amestecul Kr + Xe lampi cu incandescenta economice
in rontgeno-diagnostic fiind mai putin transparent
Xe - umplerea camerelor de ionizare fiindca absoarbe puternic particulele cu viteza mare
Rn ca si radiul in curieterapie -actiunea apelor termale se atribuie cantitatilor mici de radon
- asociat cu Be serveste ca sursa de neutroni
