الغازات الخاملة: الخصائص والأمثلة - كيمياء - 2025

و الغازات الخاملة ، والمعروف أيضا الغازات النادرة أو النبيلة، هي تلك التي ليس لديها القابلية للتفاعل ملموس. تعني كلمة "خامل" أن ذرات هذه الغازات غير قادرة على تكوين عدد كبير من المركبات وأن بعضها ، مثل الهيليوم ، لا يتفاعل على الإطلاق.

وبالتالي ، في مكان تشغله ذرات غاز خامل ، ستتفاعل هذه الذرات مع ذرات محددة جدًا ، بغض النظر عن ظروف الضغط أو درجة الحرارة التي تتعرض لها. في الجدول الدوري قاموا بتكوين المجموعة VIIIA أو 18 ، تسمى مجموعة الغازات النبيلة.

المصدر: بواسطة Hi-Res Images of Chemical Elements (http://images-of-elements.com/xenon.php) ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

تتوافق الصورة العلوية مع لمبة مملوءة بزينون متحمس بتيار كهربائي. كل غاز من الغازات النبيلة قادر على التألق بألوانه الخاصة من خلال حدوث الكهرباء.

يمكن العثور على الغازات الخاملة في الغلاف الجوي ، وإن كانت بنسب مختلفة. الأرجون ، على سبيل المثال ، له تركيز 0.93٪ من الهواء ، بينما النيون 0.0015٪. تنبعث غازات خاملة أخرى من الشمس وتصل إلى الأرض ، أو تتولد في أساساتها الصخرية ، وتوجد كمنتجات مشعة.

خصائص الغاز الخامل

تختلف الغازات الخاملة اعتمادًا على خلاياها الذرية. ومع ذلك ، فجميعها لديها سلسلة من الخصائص التي تحددها الهياكل الإلكترونية لذراتها.

طبقات فالنسيا الكاملة

بالانتقال خلال أي فترة من الجدول الدوري من اليسار إلى اليمين ، تشغل الإلكترونات المدارات المتاحة لقذيفة إلكترونية n. بمجرد ملء المدارات s ، تليها d (من الفترة الرابعة) ثم المدارات p.

تتميز الكتلة p بوجود تكوين إلكتروني nsnp ، مما يؤدي إلى الحد الأقصى لعدد ثمانية إلكترونات ، تسمى ثماني التكافؤ ، ns ² np ⁶. تقع العناصر التي تمثل هذه الطبقة المملوءة بالكامل في أقصى يمين الجدول الدوري: عناصر المجموعة 18 ، عناصر الغازات النبيلة.

لذلك ، تحتوي جميع الغازات الخاملة على أغلفة تكافؤ كاملة بتكوين ns ² np ⁶. وبالتالي ، يتم الحصول على عدد n من كل غاز خامل.

الاستثناء الوحيد لهذه الخاصية هو الهليوم ، الذي ن = 1 وبالتالي يفتقر إلى المدارات p لمستوى الطاقة هذا. وبالتالي ، فإن التكوين الإلكتروني للهيليوم هو 1 ثانية ² ولا يحتوي على ثماني بتات تكافؤ واحد ، ولكن إلكترونين.

يتفاعلون من قبل قوى لندن

يمكن تصور ذرات الغازات النبيلة على أنها كرات معزولة ذات ميل ضئيل جدًا للتفاعل. من خلال ملء غلاف التكافؤ ، لا يحتاجون إلى قبول الإلكترونات لتكوين روابط ، ولديهم أيضًا توزيع إلكتروني متجانس. لذلك ، فإنها لا تشكل روابط أو فيما بينها (على عكس الأكسجين ، O ₂ ، O = O).

كونها ذرات ، فإنها لا تستطيع التفاعل مع بعضها البعض من خلال قوى ثنائية القطب. لذا فإن القوة الوحيدة التي يمكن أن تجمع ذرتين من الغاز الخامل معًا هي لندن أو قوى التشتت.

هذا لأنه ، حتى لكونها كرات ذات توزيع إلكتروني متجانس ، فإن إلكتروناتها يمكن أن تنشأ ثنائيات أقطاب فورية قصيرة جدًا ؛ يكفي لاستقطاب ذرة غاز خامل مجاورة. وبالتالي ، تجذب ذرتان من النوع B بعضهما البعض ولفترة قصيرة جدًا تشكلان زوجًا من BB (وليس رابطة BB).

درجات انصهار وغليان منخفضة للغاية

نتيجة لقوى لندن الضعيفة التي تربط ذراتها ببعضها البعض ، بالكاد يمكنها التفاعل لتظهر كغازات عديمة اللون. للتكثيف في الطور السائل ، فإنها تتطلب درجات حرارة منخفضة جدًا ، مما يجبر ذراتها على "الإبطاء" وتدوم تفاعلات BBB ···.

يمكن تحقيق ذلك أيضًا عن طريق زيادة الضغط. من خلال القيام بذلك ، فإنه يجبر ذراته على الاصطدام مع بعضها البعض بسرعات أعلى ، مما يجبرها على التكثيف في سوائل ذات خصائص مثيرة للغاية.

إذا كان الضغط مرتفعًا جدًا (أعلى بعشرات المرات من الضغط الجوي) ، وكانت درجة الحرارة منخفضة جدًا ، يمكن للغازات النبيلة أن تنتقل إلى المرحلة الصلبة. وبالتالي ، يمكن أن توجد الغازات الخاملة في المراحل الرئيسية الثلاث للمادة (الغاز الصلب السائل). ومع ذلك ، فإن الشروط اللازمة لذلك تتطلب تقنيات وأساليب شاقة.

طاقات التأين

الغازات النبيلة لها طاقات تأين عالية جدًا ؛ أعلى العناصر في الجدول الدوري. لماذا ا؟ لسبب الميزة الأولى: طبقة تكافؤ كاملة.

من خلال الحصول على التكافؤ الثماني ns ² np ⁶ ، فإن إزالة إلكترون من مدار p ، وتصبح أيون B ⁺ لتكوين الإلكترون ns ² np ⁵ ، يتطلب الكثير من الطاقة. لدرجة أن طاقة التأين الأولى I ¹ لهذه الغازات لها قيمة تتجاوز 1000 كيلو جول / مول.

روابط قوية

لا تنتمي جميع الغازات الخاملة إلى المجموعة 18 في الجدول الدوري. بعضها يشكل ببساطة روابط قوية ومستقرة بدرجة كافية بحيث لا يمكن كسرها بسهولة. يؤطر جزيئين هذا النوع من الغاز الخامل: النيتروجين ، N ₂ ، وثاني أكسيد الكربون ، CO ₂.

يتميز النيتروجين بوجود رابطة ثلاثية قوية جدًا ، N≡N ، والتي لا يمكن كسرها دون ظروف الطاقة القصوى ؛ على سبيل المثال ، تلك التي يسببها البرق. بينما يحتوي CO ₂ على رابطتين مزدوجتين ، O = C = O ، وهو نتاج جميع تفاعلات الاحتراق مع الأكسجين الزائد.

أمثلة على الغازات الخاملة

الهيليوم

تم تعيينه بالأحرف He ، وهو العنصر الأكثر وفرة في الكون بعد الهيدروجين. إنه يشكل حوالي خمس كتلة النجوم والشمس.

على الأرض ، يمكن العثور عليها في خزانات الغاز الطبيعي الموجودة في الولايات المتحدة وأوروبا الشرقية.

نيون ، أرجون ، كريبتون ، زينون ، رادون

الغازات النبيلة المتبقية في المجموعة 18 هي Ne و Ar و Kr و Xe و Rn.

من بينها جميعًا ، الأرجون هو الأكثر وفرة في القشرة الأرضية (0.93٪ من الهواء الذي نتنفسه هو الأرجون) ، في حين أن الرادون هو الأكثر ندرة ، وهو نتاج التحلل الإشعاعي لليورانيوم والثوريوم. لذلك ، توجد في مختلف التضاريس مع هذه العناصر المشعة ، حتى لو وجدت في أعماق الأرض.

نظرًا لأن هذه العناصر خاملة ، فهي مفيدة جدًا في إزاحة الأكسجين والماء من البيئة ؛ من أجل ضمان عدم تدخلهم في تفاعلات معينة حيث يقومون بتغيير المنتجات النهائية. يجد الأرجون الكثير من الاستخدامات لهذا الغرض.

كما أنها تستخدم كمصادر للضوء (أضواء النيون ، وفوانيس المركبات ، والمصابيح ، والليزر ، وما إلى ذلك).

المراجع

1. سينثيا شونبرج. (2018). الغاز الخامل: التعريف والأنواع والأمثلة. تم الاسترجاع من: study.com
2. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. في عناصر المجموعة 18. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
3. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. كيمياء. (الطبعة الثامنة). تعلم CENGAGE ، ص 879-881.
4. ويكيبيديا. (2018). غاز خامل. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. بريان ل سميث. (1962). الغازات الخاملة: الذرات المثالية للبحث.. مأخوذة من: calteches.library.caltech.edu
6. الأستاذة باتريشيا شابلي. (2011). غازات نبيلة. جامعة إلينوي. تم الاسترجاع من: butane.chem.uiuc.edu
7. مجموعة بودنر. (سادس). كيمياء الغازات النادرة. تم الاسترجاع من: chemed.chem.purdue.edu