Благородные газы способы получения

Инертные газы, их свойства, способы получения

К благородным газам относятся гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. По своим свойствам, они не похожи ни на какие другие элементы и в периодической системе располагаются между типичными металлами и неметаллами.

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. Из подгруппы тяжелых инертных газов аргон самый легкий. Он тяжелее воздуха в 1,38 раза. Жидкостью становится при – 185,9°C, затвердевает при – 189,4°C (в условиях нормального давления). В отличие от гелия и неона, он довольно хорошо адсорбируется на поверхностях твердых тел и растворяется в воде (3,29 см3 в 100 г воды при 20°C). Еще лучше растворяется аргон во многих органических жидкостях. Зато он практически нерастворим в металлах и не диффундирует сквозь них.

Свойства инертных газов

Применение инертных 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.

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, – постоянный и опасный спутник работы водолаза. Смеси He–O2 применяют, благодаря их низкой вязкости, для снятия приступов астмы и при различных заболеваниях дыхательных путей.

Гелий используют как инертную среду для дуговой сварки, особенно магния и его сплавов, при получении Si, Ge, Ti и Zr, для охлаждения ядерных реакторов.

В промышленности гелий получают из гелийсодержащих природных газов (в настоящее время эксплуатируются главным образом месторождения, содержащие > 0,1 % гелия). От других газов гелий отделяют методом глубокого охлаждения, используя то, что он сжижается труднее всех остальных газов. Охлаждение производят дросселированием в несколько стадий очищая его от CO2 и углеводородов. В результате получается смесь гелия, неона и водорода. Эту смесь, т. н. сырой гелий, (He — 70-90 % об.) очищают от водорода (4-5 %) с помощью CuO при 650—800 К. Окончательная очистка достигается охлаждением оставшейся смеси кипящим под вакуумом N2 и адсорбцией примесей на активном угле в адсорберах, также охлаждаемых жидким N2. Производят гелий технической чистоты (99,80 % по объёму гелий) и высокой чистоты (99,985 %).

В России газообразный гелий получают из природного и нефтяного газов. В настоящее время гелий извлекается на гелиевом заводе ООО «Газпром добыча Оренбург»[17] в Оренбурге из газа с низким содержанием гелия (до 0,055 % об.), поэтому российский гелий имеет высокую себестоимость. Актуальной проблемой является освоение и комплексная переработка природных газов крупных месторождений Восточной Сибири с высоким содержанием гелия (0,15-1 % об.), что позволит намного снизить его себестоимость.

По производству гелия лидируют США (140 млн м³ в год), затем — Алжир (16 млн м³). Россия занимает третье место в мире — 6 млн м³ в год. Мировые запасы гелия составляют 45,6 млрд м³.

Ксенон. Человек использует и его инертность и его чудесную способность вступать в реакцию со фтором. 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.

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. Не будет преувеличением сказать, что электрическая дуга в аргонной атмосфере внесла переворот в технику резки металлов. Процесс намного ускорился, появилась возможность резать толстые листы самых тугоплавких металлов. 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. При сварке в аргонной струе нет надобности во флюсах и электродных покрытиях, а стало быть, и в зачистке шва от шлака и остатков флюса

Получение

В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот. При температуре −185,9 °C аргон конденсируется, при −189,4 °C — кристаллизуется.

Источник

Благородные газы способы получения

Все благородные газы не имеют цвета, вкуса и запаха, плохорастворимы в воде, обладают низкими температурами плавления и кипения. Некоторые физические свойства благородных газов приведены в таблице:

Свойство	He	Ne	Ar	Kr	Xe	Rn
Температура плавления,°С	-272,2	-248,6	-189,4	-157,4	-111,8	-71,0
Температура кипения,°С	-268,9	-246,1	-185,9	-153,4	-108,2	-62,0
Растворимость в воде при 20°С, мл/л	8,6	10,5	33,6	59,4	108,1	230,0

Гелий – единственное вещество, которое не существует в твердом состоянии при атмосферном давлении.

11.5. Химические свойства благородных газов

Гелий, неон и аргон не образуют химических соединений и только их можно назвать истинными «инертными» газами. Криптон, ксенон и радон образуют соединения с кислородом и фтором, а также комплексные соединения.

Ксенон горит в атмосфере фтора ярким пламенем, при этом образуется смесь фторидов:

Состав образующейся смеси зависит от соотношения компонентов в исходной смеси, времени и условий взаимодействия.

Дифторид ксенона может быть получен при окислении ксенона фторидом серебра (I):

Оксосоединения образуются из фторидов.

11.6. Получение благородных газов

Получают благородные газы фракционной перегонкой жидкого воздуха.

Источник

Благородные газы

Общая характеристика элементов главной подгруппы VIII группы

В состав главной подгруппы VIII группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева входит семейство так называемых благородных газов — гелий Не, неон Ne, аргон Аr, криптон Кr, ксенон Хе, радон Rn. Эти элементы известны также под названием инертные газы, так как в начале их изучении не было экспериментальных доказательств, свидетельствующих о способности этих элементов образовывать химические соединения. В настоящее время уже известны их многочисленные соединения, поэтому название «инертные» более правильно заменить словом «благородные».

Распределение электронов по энергетическим уровням атомов элементов главной подгруппы VIII группы. Таблица 16

Атомы благородных газов, как видно из табл. 16, имеют завершенную структуру внешнего электронного слоя, что затрудняет образование ими соединений. Этим объясняется и то, что в отличие от других простых газов благородные газы имеют одноатомные молекулы.

Легче всего соединения благородных газов образуются по донорно-акцепторному типу связи, однако известны и ковалентные соединения, но весьма неустойчивые, например XeF6, который легко взрывается при ударе, XeF4, ХеO4 и др. Эти соединения могут образовывать лишь «возбужденные» атомы благородного газа. «Возбуждение» атома, т. е. «распаривание» электронов внешнего слоя для образования химической связи, может произойти лишь в том случае, если это энергетически выгодно, т. е. когда на том же внешнем уровне имеются свободные орбитали, на которые могут перейти электроны. Например, атом неона имеет второй полностью завершенный энергетический уровень L.

Свободных орбиталей на этом уровне нет. Возбудить атом неона — значит перевести часть его электронов на другой, более высокий уровень М, что энергетически весьма невыгодно. Поэтому ковалентные связи у неона обнаружить не удается.
У атома аргона распределение электронов на внешнем-(третьем) уровне следующее

Как показывает схема, у атома аргона в невозбужденном состоянии третий энергетический уровень М имеет 5 незанятых d-орбиталей, на которые при возбуждении атома могут переходить электроны. Это орбитали одного и того же уровня, поэтому для возбуждения атома аргона требуется меньше энергии, чем для атома неона.
Еще легче возбуждаются и, следовательно, вступают в химические реакции атомы криптона, ксенона, радона. С увеличением радиуса атома уменьшается затрата энергии, необходимой для его возбуждения и, следовательно, увеличивается реакционная способность элемента. Другими словами, реакционная способность благородных газов увеличивается от гелия к радону. Устойчивость соединений этих элементов возрастает в том же направлении.

■ 1 . Чем объяснить первоначальное размещение благородных газов в нулевой группе периодической системы, а затем последующее их перенесение в VIII группу? (См. Ответ)
2. Почему атом криптона легче возбудить, чем атом неона?
3. Почему молекула хлора двухатомна, а неона — одноатомна?
4. Почему гелий и неон не образуют соединений с ковалентной связью?
5. Как зависит реакционная способность благородных газов от радиуса атома? (См. Ответ)

Свойства благородных газов

Физические свойства благородных газов приведены в табл. 17.

Источник

Благородные газы и их свойства

Общая характеристика истории открытия благородных газов. Особенность очень низкой химической активности и высокой электропроводности элементов. Способы получения гелия, неона, аргона, криптона и радона. Анализ применения инертных газовых веществ.

Рубрика	Химия
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	07.11.2016
Размер файла	764,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Алтайский государственный университет»

Кафедра неорганической химии

Благородные газы и их свойства

Глава 1. История открытия благородных газов

Глава 2. Общая характеристика благородных газов

Глава 3. Свойства благородных газов

3.1 Физические свойства

3.2 Химические свойства

3.3 Физиологическое действие

Глава 4. Способы получения благородных газов

Глава 5. Применение благородных газов

Используемая литература и интернет ресурсы

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).[2]

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 посвятила им свою работу.

Глава 1. История открытия благородных газов

История открытия благородных газов драматична и могла бы послужить основой для хорошего химического детектива. А начиналась она довольно банально. Английский физик Джон Уильям Рэлей (Рис.1) не предполагал совершить никакого открытия. Опытный, педантичного склада экспериментатор, он в 1888 г. решил определить плотности и молекулярные массы различных газов с очень высокой для того времени степенью точности — до сотых долей процента. Однако азот, выделенный им из воздуха, неизменно оказывался тяжелее, чем полученный при разложении нитрата аммония. Литр азота воздуха имел массу 1,2572 г, а литр «химического» азота — 1,2505 г. Разница невелика, но она выходила за пределы экспериментальной погрешности и была постоянной. Сам Рэлей не сумел объяснить этот парадокс.

Через научный журнал «Nature» («Природа») Рэлей в апреле 1894 г. обратился к ученным с просьбой помочь в решении проблемы. Откликнулся только один человек — заведующий кафедрой химии Лондонского университета Уильям Рамзай (Рис.2). Он высказал неожиданную идею: вероятно, в азоте, выделенном из воздуха, есть небольшая примесь какого-то другого, более тяжелого газа. Мысль была смелая, даже дерзкая — ведь до этого состав воздуха изучали сотни исследователей.

Но вот, анализируя лабораторные записи Г. Кавендиша, Рэлей и Рамзай обратили внимание на старый, забытый уже опыт, выполненный в 1785 г. Пропуская через воздух, содержащий избыток кислорода, электрические разряды, Кавендиш превращал азот в оксид NO2, который поглощал раствором щелочи. В итоге примерно сотая по объему часть воздуха не вступала в реакцию, оставаясь неизменной. Это уже был четкий ориентир. Рамзай изменил этот опыт, связав кислород с помощью меди в оксид меди (II), а азот — магнием в нитрид магния. «В остатке», как и у Кавендиша, небольшая часть исходного объема воздуха. Но «личность» нового газа так и не была установлена.

Газ вел себя парадоксально: он не вступал в реакции с хлором, металлами, кислотами, щелочами, т.е. был абсолютно химически инертен. И еще одна неожиданность: Рамзай доказал, что его молекула состоит из одного атома, а до той поры одноатомные газы были неизвестны.

12 августа 1894 г. Рэлей выступил с докладом о новом газе в Британской ассоциации содействия науке. А позже новый элемент был назван аргоном (от греч. «аргос» — «ленивый», «безразличный»).

Этому сообщению поверили далеко не все химики, усомнился в нем и сам Менделеев. Периодическая система элементов являла собой удивительно целостное строение, открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все ее «здание» рухнет.

Атомная масса газа (39,9) указывала ему место между калием (39,1) и кальцием (40,1). Но в этой части таблицы все клетки давно были заняты. Авторы открытия, горячие сторонники периодического закона, тоже не испытывали особого торжества. Аргон не имел в таблице аналогов, и вообще ему не находилось места в периодической системе: ну куда можно поместить элемент, лишенный химических свойств?

Ответ на этот вопрос пришел не сразу. Прежде всего вспомним об открытии, которое сделали почти одновременно, в 1868 г., два астронома — француз Пьер Жюль Сезар Жансен (Рис.3) и англичанин Джозеф Норман Локьер (Рис.4). Эти ученные с помощью недавно изобретенного прибора — спектроскопа изучили спектр солнечных протуберанцев и обнаружили в нем желтую линию, принадлежащую новому элементу. Но официальное признание он получил только лишь четверть века спустя. Это случилось только после того, как гелий (так его назвали в честь греческого бога Солнца Гелиоса) открыли на Земле.[1]

В 1895 г. Рамзай при обработке очень редкого минерала клевеита nUO3 * mUO2 * xPbO серной кислотой обнаружили газ, спектральный анализ которого показал, что это «земной» гелий. Как установили позже, гелий непрерывно образуется в минерале в результате радиоактивного распада урана.

Теперь уже двум элементам не было места в периодической системе: аргону и гелию. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай пришли к выводу, что инертным, т.е. лишенным химических свойств, газам надо отвести отдельную, так называемую нулевую группу между галогенами и щелочными металлами.

В надежде отыскать остальные инертные газы Рамзай вернулся к изучению воздуха. Следующий инертный газ выделили в 1898 г. «методом исключения», после того как кислород, азот и все более тяжелые компоненты воздуха были превращены в жидкость. Оставшийся газ собрали, поместили в разрядную трубку, пропустили через нее электрический ток, и трубка вспыхнула ярким красно — оранжевым светом. Элементу далее незамысловатое название «неон», что в переводе с греческого означает «новый».

В том же году Рамзай выделил из жидкого воздуха (предварительно удалив кислород, азот и аргон) смесь, в которой спектральным методом были открыты еще два газа: криптон («скрытый», «секретный») и ксенон («чуждый», «необычный»). Таким образом, к лету 1898 г. оказались известны пять благородных газов.

За исследования в области инертных газов Рэлей и Рамзай были удостоены Нобелевской премии.

Рамзая, открывшего пять элементов, можно сравнить с золотоискателем, которому фантастически повезло — он напал на «золотую жилу». Однако этот великий ученный вложил в ее разработку колоссальный труд и ювелирное искусство. За два года работы он получил 300мл ксенона, для чего пришлось переработать 77,5 млн литров воздуха, т.е. 100 тонн!

В 1899 г. тогда еще молодой английский физик Эрнест Резерфорд (Рис.5) обнаружил, что радиоактивный распад тория сопровождается выделением неизвестного газа. Это оказался последний представитель «благородного семейства». Впоследствии новый элемент получил название «радон», в честь своего непосредственного «ядерного предтечи» радия.

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 (Рис.6) 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. [1]

Глава 2. Общая характеристика благородных газов

Главную подгруппу восьмой группы периодической системы составляют благородные газы — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Эти элементы характеризуются очень низкой химической активностью, что и дало основание назвать их благородными, или инертными, газами. Они лишь с трудом образуют соединения с другими элементами или веществами; химические соединения гелия, неона и аргона не получены. Атомы благородных газов не соединены в молекулы, иначе говоря, их молекулы одноатомны. Химическая инертность элементов нулевой (восьмой) группы периодической системы объясняется, как известно, «замкнутым» характером их электронных оболочек (табл.1) — на внешнем электронном уровне все инертные газы содержат электронный октет.

Таблица 1. Строение электронных оболочек благородных газов

Источник