Что такое благородные газы

ЧТО ТАКОЕ БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ ИЛИ ИНЕРТНЫЕ ГАЗЫ

За химическую безучастность их называют инертными, недеятельными, реже — безвалентными газами. Довольно часто прибегают к термину «редкие газы», хотя в полной мере он оправдан только в отношении радона. В значительной степени его можно отнести также к криптону и ксенону: их относительно мало на Земле и они очень рассеяны. Для остальных членов группы это определение устарело; возможности их производства в принципе неограниченны, стоимость неуклонно снижается по мере усовершенствования техники разделения компонентов воздуха и природных газов.
 
Было бы более правильным назвать эти газы рассеянными , так как природа разбросала их по воздушному бассейну, литосфере и гидросфере. В относительно концентрированном виде присутствует лишь аргон в воздухе (1,286 вес.%) да еще гелий в газах земной коры.    Существуют, однако, позиции, с которых все инертные газы представляются действительно редкими. Во-первых, это их малая распространенность в земной коре в сравнении с другими элементами каждого  данного   периода таблицы Менделеева.  И это вопреки тому, что они — элементы с четными массовыми числами, которые обычно являются более распространенными. По-видимому, главная причина этого явления кроется в их газообразном состоянии. В настоящее время это объясняют тем, что юная Земля сформировалась в основном из пылевой фракции протопланетной туманности, большая часть газов которой рассеялась в открытом космосе, а основная масса оставшихся сконцентрировалась в гигантских внешних планетах. Во-вторых, это поразительно малая   распространенность  инертных газов на Земле по сравнению с их обилием в космосе. Химическая инертность не позволяла им связываться с другими элементами в твердые и жидкие минералы, как это происходило с другими газами, и тем самым сохраняться на Земле.
 
В научной литературе (особенно зарубежной) еще прочно бытует эпитет «благородные» газы. Нетрудно убедиться, что исторические корни этого эпитета уходят в средневековье. В соответствии с представлениями феодального общества, делившегося на аристократию и простонародье, алхимики нарекли такие металлы, как серебро и золото, «благородными». Позднее этот термин распространился на металлы платиновой группы, а в начале XX в. и на инертные газы за их обособленность и отсутствие связей с другими элементами. Все же это образное определение звучит как устаревшее.
 
С недавнего времени в связи с получением химических соединений криптона, ксенона и радона отдельными учеными поставлена под сомнение правомерность называть инертными все газы VIII группы. Б. В. Некрасов предложил им групповое имя «аэрофилы» за склонность скапливаться в атмосфере , а Л. Полинг называет их «арго-ноидами». Бесспорным, однако, остается право этих газов называться инертными, так как из дальнейшего станет видно, что почти ничто не изменилось ни в теории, ни в практике после открытия у них химических свойств. Следует лишь иметь в виду относительный характер инертности этих газов.
 
Мерой прочности связи между внешним электроном и атомом служит ионизационный потенциал атома. Вели-, чина потенциала дает представление о количестве энергии, которую надо приложить, чтобы оторвать электрон. После отрыва атом превращается в положительно заряженный ион. Оторвать второй электрон намного труднее , чем первый, еще труднее отделить третий и т. д. Поэтому второй ионизационный потенциал значительно дольше, первого, а третий — второго. Например, на первую ступень ионизации неона затрачивается 21,56 эВ, а на десятую — когда  атом  полностью лишен  электронов — 1355,5 эВ. Ясно также, что среди всех элементов наибольшие ионизационные потенциалы должны иметь инертные газы . Это является прямым следствием замкнутости и особой устойчивости электронных группировок в атомах инертных газов. Минимальные первые ионизационные потенциалы имеют щелочные металлы: каждый из них обладает единственным валентным! электроном и сравнительно легко с ним расстается.
 
Сопоставим первые ионизационные потенциалы некоторых элементов. У гелия он наиболее значителен — 24,58 эВ, у следующего за ним лития — только 5,4 эВ у ксенона — 12,13 эВ, у его соседа цезия — 3,9 эВ. Велик второй ионизационный потенциал гелия: 54,40 эВ Обратим внимание, что с ростом порядкового номера элемента в группе его потенциал ионизации уменьшается.
Например, как и следовало ожидать, у ксенона он вдвое меньше, чем у гелия. Ведь в атоме гелия наружные электроны находятся на первом от ядра К-уровне; у ксенона только на пятом О-уровне и, следовательно, слабее связаны с ядром. Радиус атома ксенона почти вдвое больше, чем радиус атома гелия.
 
Чем большая затрата энергии требуется для отрыва электрона от атома инертного газа, тем труднее осуществить и обратное — присоединить к атому избыточный электрон, т. е. превратить его в отрицательно заряженный ион. В случае атома гелия понадобится затратить 0,37 эВ, а неона — 0,25 эВ. Вспомним, что атомы большинства элементов не поглощают, но даже выделяют энергию, присоединяя электроны. Значит, замкнутость электронных группировок служит причиной как высоких потенциалов ионизации, так и низкого сродства к электрону инертных газов. Ниже приведены основные константы инертных газов.
 
Щелочные металлы обладают наименьшими первыми ионизационными потенциалами. Зато велики их вторые потенциалы, и причина этого очевидна: электронная оболочка положительного иона лития является точной копией оболочки нейтрального атома гелия. В такой же мере ионы Na, К, Rb, Cs и Fr соответственно повторяют электронные системы нейтральных атомов Ne, Аr, Кr, Хе и Rn.
 
Так выглядят непосредственные соседи инертных газов по таблице Менделеева справа. Соседи слева — галогены — обладают семью валентными электронами, которые жадно втягивают один электрон, образуя устойчивую восьмерку (октет). Мы говорим, что галогены проявляют большое сродство к электрону. Так рождаются отрицательные ионы, также копирующие электронные оболочки инертных газов.
 
Неся заряды противоположных знаков, ионы металла и металлоида притягиваются друг к другу, образуя правильно построенные кристаллические решетки солей, окислов или других соединений, имеющих ионную связь.
Таким же образом мы можем рассматривать NaCl и Са⁺²O⁻² как стянутые электростатическими силами ионы, имеющие электронные оболочки неона и аргона.
Итак, ионы большого числа элементов (главных подгрупп периодической системы) имеют такое же строение электронной оболочки, как и атомы инертных газов. Отсюда следует вывод, что электронные конфигурации «редких» газов чрезвычайно широко представлены в природе. Их имеют многие минералы, придающие жесткость и прочность земной коре, в частности алюмосиликаты.
 
Таблица Менделеева содержит очень мало элементов, являющихся в обычных условиях газами. Во второй, третьей и четвертой группах их вовсе нет. В остальных группах газы можно встретить только в трех первых периодах. Ниже расположились твердые тела, редко — жидкости. Резким диссонансом выделяется главная подгруппа восьмой группы, содержащая одни только газы, причем газы очень «постоянные». В сравнении с прочими членами тех же периодов они имеют гораздо более низкие температуры кипения.
 
Даже радон, атом которого массивнее атома свинца, является газом, закипающим при 62° ниже нуля. Интересно, что продукты его радиоактивного распада (за исключением гелия) — вещества твердые, хотя их атомные веса меньше, чем у радона. Электронные оболочки атомов этих химически деятельных веществ укомплектованы не полностью, стало быть, силы сцепления между ними гораздо больше, чем между рождающими их атомами радона. А гелий и неон наряду с водородом имеют самые низкие среди всех веществ точки кипения; в сжиженном виде — это самые холодные жидкости. Твердый же ге-лий невозможно получить даже при температуре, сколь угодно близкой к абсолютному нулю, если не повысить давление.
Естественно ожидать, что если точки кипения в пределах периода наиболее низки у недеятельных газов, то подобная картина должна наблюдаться и на кривой температур плавления. Эти качества являются следствием того, что силы, стягивающие их атомы в жидкие и твердые агрегаты, очень слабы.
Статья на тему Что такое благородные газы