Žlahtni plini: definicija, lastnosti, seznam in uporaba

Odkrijte definicijo, značilne lastnosti, seznam (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) in praktične uporabe žlahtnih plinov v razsvetljavi, industriji in znanosti.

Žlahtni plini (tudi plemeniti plini) so skupina elementov, ki so po fizikalnih in kemijskih lastnostih zelo podobni in so vsi plini pri običajnih pogojih. Vsi ti elementi so v 18. skupini periodnega sistema. Večina je monoatomska, kar pomeni, da je vsaka molekula en sam atom. Zaradi polne zunanje elektronske lupine (večina z 8 elektroni v zunanji lupini, razen helija z 2) skoraj nikoli ne reagirajo z drugimi elementi, zato jih imenujemo tudi "nereaktivni". Obstaja šest naravno prisotnih žlahtnih plinov:

• helij
• neon
• argon
• kripton
• ksenon
• radon

Osnovne fizikalno-kemijske lastnosti

• Monoatomski in brez vonja: Pri običajnih pogojih so ti elementi plini, brez barve, okusa in vonja (razen ko vzbujajo svetlobo v izpraznjenih ceveh).
• Elektronska konfiguracija: Zunanja lupina je popolnoma zapolnjena (običajno ns2 np6; helij pa 1s2), kar daje izjemno visoke energije ionizacije in nizko afiniteto do elektronov.
• Nizke tališčne in vreliščne temperature: So med najbolj nevtralnimi snovmi, s šibkimi van der Waalsovimi silami; pri zniževanju temperature se utekočinijo in strdijo pri zelo nizkih temperaturah.
• Trendi po skupini: Z naraščajočo atomsko številko se povečuje atomski radij, polarizabilnost in relativna reaktivnost (teoretično), zato težji žlahtni plini lažje tvorijo spojine kot lažji.

Pojav v naravi in pridobivanje

Vsi ti plini so prisotni v zraku in skupaj predstavljajo približno 0,96 % ozračja (dominanten je argon ~0,93 %). Helij je prisoten tudi v zemeljskem plinu in se pridobiva pri ločevanju utekočinjenega zemeljskega plina; ostali plini se najpogosteje pridobivajo s frakcionirano destilacijo utekočinjenega zraka ali specialnimi adsorpcijskimi postopki. Žlahtni plini se pojavljajo tudi v sledovih v Zemljini skorji (radon kot produkt radioaktivnega razpada) in v vesolju (helij kot drugi najpogostejši element v vesolju).

Uporaba

• Helij: hlajenje superprevodnikov (npr. pri magnetnih resonančnih napravah), baloni, zamenjava zraka v potapljalnih mešanicah, zaščitna atmosfera pri varjenju in kot nosilec za laserske in spektroskopske aplikacije.
• Neon: znan po uporabi v neonskih svetlobnih cevkah in reklamnih napisih; v visokonapetostnih indikatorjih in raziskavah plazme.
• Argon: uporaben kot inertna atmosfera v varjenju, pri proizvodnji polprevodnikov in v žarnicah z žarilno nitko (poveča življenjsko dobo žarnice).
• Kripton in ksenon: uporabljata se v specializiranih svetilkah in bliskavicah, v visokozmogljivih laserskih sistemih, ksenon pa tudi v medicinskih aplikacijah (kot anestetik v preteklih raziskavah, v rentgenski kontrastni tehnologiji in kot gorivo v ionskih pogonih za vesoljske plovile).
• Radon: zaradi svoje radiactivnosti nima običajnih komercialnih naprav za razsvetljavo; zgodovinsko se je uporabljal v medicini, vendar je danes rizičen in redko uporabljen.

Spoji žlahtnih plinov

Kljub izraženi nete reaktivnosti so v 20. stoletju odkrili, da se težji žlahtni plini v posebnih pogojih lahko vežejo s zelo elektronegativnimi elementi, zlasti s fluornikom in kisikom. Znane spojine vključujejo ksenonove fluoridne spojine (npr. XeF2, XeF4, XeF6) ter kriptonov difluorid (KrF2). Argon je pri ekstremnih pogojih in v matriksi izoliranih stanjah tvoril spojino HArF. Helij in neon v normalnih pogojih praktično ne tvorita stabilnih spojin; obstajajo pa ionske oblike in eksotične molekule, kot je HeH+ (opazovana v vesolju in v eksperimentalnih razmerah).

Varstvo, zdravje in varnost

• Asfiksija: Ker so žlahtni plini inertni, lahko v visokih koncentracijah izpodrinejo kisik v zaprtih prostorih in povzročijo zadušitev brez opozorilnih vonjav. Helij v zaprtih prostorih (npr. pri pretirano polnjenih balonih) predstavlja tveganje.
• Radioaktivnost radona: Radon je radioaktiven in predstavlja resno zdravstveno tveganje, če se nabira v zaprtih prostorih (povečuje tveganje za pljučni rak). Zato je spremljanje ravni radona v stavbah pomembno.
• Ravni izpostavljenosti in shranjevanje: Plini so običajno shranjeni v jeklenkah pod tlakom; pri delu z njimi je treba upoštevati standarde za stiskanje, prezračevanje in zaščito pred nizkimi temperaturami (tekoči helij je pri kriogenih temperaturah).

Element 118 in nadaljnje opombe

Ununoctij (element 118, danes poimenovan oganeson - Og) leži v isti skupini kot radon in bi teoretično deloval kot žlahtni plin. Vendar so ustvarjene izotopske oblike izredno nestabilne z zelo kratkimi razpolovnimi dobami (na ravni milisekund ali manj), zato so praktične uporabe verjetno omejene.

Odkritje in zgodovina imenovanja

Žlahtne pline sta odkrila lord Rayleigh in sir William Ramsay. Rayleigh je ugotovil obstoj neznanega plina v zraku, kar je vodilo do odkritja argona; Ramsay je s preučevanjem mineralnih virov in atmosfere odkril več novih plinov iz te skupine. Rayleigh je za svoje delo na področju žlahtnih plinov leta 1904 prejel Nobelovo nagrado za fiziko. Ramsay je leta 1904 prejel Nobelovo nagrado za kemijo za svoje delo z žlahtnimi plini.

Čeprav so žlahtni plini pogosto opisani kot "neposredno neaktivni", sodobna kemija kaže, da so pri ustreznih pogojih in z močnimi oksidanti/fluoriniki nekateri izmed njih sposobni tvoriti stabilne spojine — kar je izzvalo bogat raziskovalni in tehnološki razvoj v 20. in 21. stoletju.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj so žlahtni plini?

V: Koliko je žlahtnih plinov?

V: Kje najdemo te žlahtne pline?

V: Ali lahko iz žlahtnih plinov nastanejo spojine?

V: Kaj se zgodi, ko se žlahtni plin uporabi v hladnih katodnih ceveh za proizvodnjo svetlobe?

V: Kdo je odkril žlahtne pline?

V: Kateri element sledi radonu v 18. skupini periodnega sistema?

Išči po črki