GAS MULIA: CIRI, KONFIGURASI, REAKSI, PENGGUNAAN - KIMIA - 2026

The gas mulia adalah satu set elemen yang terdapat oleh mengintegrasikan kumpulan 18 dalam jadual berkala. Selama bertahun-tahun mereka juga dipanggil gas jarang atau lengai, kedua-duanya nama yang tidak tepat; sebahagian dari mereka sangat banyak di luar dan di dalam planet Bumi, dan mereka juga mampu, dalam keadaan yang melampau, untuk bertindak balas.

Tujuh elemennya membentuk kumpulan paling unik dalam jadual berkala, yang sifatnya dan kereaktifannya rendah sama hebatnya dengan logam mulia. Antaranya ialah perarakan unsur paling lengai (neon), Cosmos kedua yang paling banyak (helium), dan yang paling berat dan paling tidak stabil (oganeson).

Cahaya lima gas mulia dalam botol kaca atau ampul. Sumber: Karya baru Alchemist-hp (bincang) www.pse-mendelejew.de); gambar tunggal asal: Jurii, http://images-of-elements.com.

Gas mulia adalah bahan paling sejuk di alam; menahan suhu yang sangat rendah sebelum pemeluwapan. Yang lebih sukar adalah pembekuannya, kerana kekuatan antar molekulnya berdasarkan hamburan London, dan kebolehuburan atomnya, terlalu lemah sehingga hampir tidak dapat menyatukannya dalam kristal.

Kerana kereaktifan yang rendah, gas tersebut adalah gas yang selamat untuk disimpan dan tidak menimbulkan risiko yang terlalu tinggi. Namun, mereka dapat menggantikan oksigen dari paru-paru dan menyebabkan sesak nafas jika dihirup secara berlebihan. Sebaliknya, dua anggotanya adalah unsur radioaktif dan, oleh itu, boleh membawa maut kepada kesihatan.

Kereaktifan rendah gas mulia juga digunakan untuk memberikan reaksi dengan suasana lengai; supaya tidak ada reagen atau produk yang berisiko mengoksidasi dan mempengaruhi prestasi sintesis. Ini juga menyokong proses kimpalan arka elektrik.

Sebaliknya, dalam keadaan cecair mereka adalah penyejuk kriogenik yang sangat baik yang menjamin suhu terendah, penting untuk pengoperasian peralatan yang sangat bertenaga dengan betul, atau bagi sebilangan bahan untuk mencapai keadaan superkonduktiviti.

Ciri-ciri gas mulia

Di sebelah kanan (diserlahkan dengan warna jingga), terdapat sekumpulan gas mulia. Dari atas ke bawah: Helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) dan radon (Rn).

Mungkin gas mulia adalah unsur yang mempunyai sifat yang sama, baik fizikal dan kimia. Ciri-ciri utamanya adalah:

- Kesemuanya tidak berwarna, tidak berbau dan tanpa rasa; tetapi apabila mereka ditutup dalam ampul pada tekanan rendah, dan mereka menerima kejutan elektrik, mereka mengion dan mengeluarkan lampu berwarna-warni (gambar atas).

- Setiap gas mulia mempunyai cahaya dan spektrum tersendiri.

- Mereka adalah spesies monatomik, satu-satunya yang terdapat dalam jadual berkala yang boleh wujud dalam keadaan fizikal masing-masing tanpa penyertaan ikatan kimia (kerana logam bergabung dengan ikatan logam). Oleh itu, mereka sangat sesuai untuk mengkaji sifat gas, kerana ia dapat menyesuaikan diri dengan model sfera gas yang sangat baik.

- Secara amnya unsur-unsur dengan takat lebur dan didih paling rendah; begitu banyak, helium bahkan tidak dapat mengkristal pada sifar mutlak tanpa peningkatan tekanan.

- Dari semua unsur tersebut, mereka paling tidak reaktif, bahkan kurang daripada logam mulia.

- Tenaga pengionan mereka adalah yang tertinggi, dan juga elektronegativitinya, dengan andaian mereka membentuk ikatan kovalen semata-mata.

- Radius atom mereka juga terkecil kerana berada di paling kanan setiap tempoh.

7 gas mulia

Tujuh gas mulia itu, dari atas ke bawah, turun melalui kumpulan 18 jadual berkala:

-Helio, Dia

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Kesemuanya, kecuali oganeson yang tidak stabil dan buatan, telah dikaji untuk sifat fizikal dan kimianya. Oganeson, kerana jisim atomnya yang besar, dipercayai bukan gas, melainkan cecair atau pepejal yang mulia. Tidak banyak yang diketahui mengenai radon, kerana radioaktivitinya, relatif terhadap helium atau argon.

Konfigurasi elektronik

Gas mulia dikatakan mempunyai cengkerang valensinya yang terisi penuh. Sejauh ini, konfigurasi elektronik mereka digunakan untuk mempermudah unsur-unsur lain dengan menggunakan simbolnya yang tertutup dalam kurungan (,,, dll.). Konfigurasi elektroniknya adalah:

-Helium: 1s ² , (2 elektron)

-Neon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ , (10 elektron)

-Argon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ , (18 elektron)

-Krypton: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ , (36 elektron)

-Xenon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁶ , (54 elektron)

-Radon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 4f ¹⁴ 5s ² 5p ⁶ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ⁶ , (86 elektron)

Yang penting bukan untuk mengingatnya, tetapi secara terperinci bahawa mereka berakhir dengan ns ² np ⁶ : octet valensi. Demikian juga, bahawa atomnya mempunyai banyak elektron, yang disebabkan oleh kekuatan nuklear yang efektif berada dalam isipadu yang lebih kecil dibandingkan dengan unsur-unsur lain; iaitu, jari-jari atomnya lebih kecil.

Oleh itu, jari-jari atom yang padat secara elektronik menunjukkan ciri kimia yang dimiliki oleh semua gas mulia: mereka sukar untuk polarisasi.

Kebolehpolarisan

Gas mulia dapat dibayangkan sebagai sfera awan elektron. Ketika seseorang turun melalui kumpulan 18, jejarinya meningkat, dan dengan cara yang sama jarak yang memisahkan nukleus dari elektron valensi (yang ns ² np ⁶ ).

Elektron ini merasakan daya yang kurang menarik oleh nukleus, mereka dapat bergerak dengan lebih bebas; sfera berubah bentuk dengan lebih mudah semakin besar. Akibat daripada pergerakan tersebut, kawasan berketumpatan elektron rendah dan tinggi muncul: kutub δ + dan δ-.

Apabila atom gas mulia terpolarisasi, ia menjadi dipol seketika yang mampu mendorong atom lain ke atom jiran; maksudnya, kita berada sebelum pasukan penyebaran London.

Itulah sebabnya daya intermolekul meningkat dari helium ke radon, yang tercermin pada titik didih yang meningkat; dan bukan hanya itu, tetapi juga kereaktifan mereka meningkat.

Oleh kerana atom menjadi lebih terpolarisasi, ada kemungkinan besar elektron valensinya berpartisipasi dalam tindak balas kimia, selepas itu sebatian gas mulia dihasilkan.

Reaksi

Helium dan neon

Antara gas mulia, yang paling tidak reaktif adalah helium dan neon. Sebenarnya, neon adalah unsur paling lengai dari semua, walaupun elektronegativitasnya (dari membentuk ikatan kovalen) melebihi unsur fluor.

Tiada sebatiannya yang diketahui dalam keadaan terestrial; namun, di Cosmos kewujudan ion molekul HeH ⁺ agak mungkin . Begitu juga, apabila mereka teruja secara elektronik, mereka mampu berinteraksi dengan atom gas dan membentuk molekul neutral yang berumur pendek yang disebut excimer; seperti HeNe, CsNe dan Ne ₂ .

Sebaliknya, walaupun mereka tidak dianggap sebatian dalam pengertian formal, atom Dia dan Ne dapat menimbulkan molekul Van der Walls; iaitu sebatian yang dipegang "bersama" hanya dengan daya penyebaran. Contohnya: Ag ₃ He, HeCO, HeI ₂ , CF ₄ Ne, Ne ₃ Cl ₂ dan NeBeCO ₃ .

Begitu juga, molekul Van der Walls dapat wujud berkat interaksi dipol yang disebabkan oleh ion yang lemah; contohnya: Na ⁺ He ₈ , Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ dan Cu ⁺ Ne ₁₂ . Perhatikan bahawa mungkin molekul-molekul ini menjadi kumpulan atom: gugus.

Dan akhirnya, atom Dia dan Ne dapat "terperangkap" atau diinterkalasi dalam kompleks fullerenes atau clathrat endohedral, tanpa bertindak balas; sebagai contoh: ₆₀ , (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , Dia (H ₂ O) ₆ dan Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃ .

Argon dan krypton

Argon dan kripton gas mulia, kerana lebih mudah terpolarisasi, cenderung menunjukkan lebih banyak "sebatian" daripada helium dan neon. Walau bagaimanapun, sebahagian daripadanya lebih stabil dan mempunyai ciri, kerana mereka mempunyai jangka hayat yang lebih lama. Di antaranya adalah HArF, dan ion molekul ArH ⁺ , terdapat dalam nebula oleh tindakan sinar kosmik.

Dari krypton bermula kemungkinan memperoleh sebatian dalam keadaan melampau, tetapi berterusan. Gas ini bertindak balas dengan fluorin mengikut persamaan kimia berikut:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Perhatikan bahawa krypton memperoleh nombor pengoksidaan +2 (Kr ²⁺ ) berkat fluorin. KrF ₂ sebenarnya dapat disintesis dalam jumlah yang boleh dipasarkan sebagai agen pengoksidaan dan fluorinasi.

Argon dan krypton dapat membentuk repertoar yang luas dari clathrates, kompleks endohedral, molekul Van der Walls, dan beberapa sebatian yang menunggu penemuan setelah diramalkan keberadaannya.

Xenon dan radon

Xenon adalah raja kereaktifan antara gas mulia. Ia membentuk sebatian yang benar-benar stabil, boleh dipasarkan dan boleh dicirikan. Sebenarnya, kereaktifannya menyerupai oksigen dalam keadaan yang betul.

Kompaun pertamanya yang disintesis adalah "XePtF ₆ ", pada tahun 1962 oleh Neil Bartlett. Garam ini sebenarnya, menurut literatur, terdiri daripada campuran kompleks garam xenon dan platinum fluorinasi lain.

Walau bagaimanapun, ini lebih daripada cukup untuk menunjukkan pertalian antara xenon dan fluorin. Antara sebilangan sebatian ini kita ada: XeF ₂ , XeF ₄ , XeF ₆ dan ^{+ -} . Apabila XeF ₆ larut dalam air, ia menghasilkan oksida:

XeF ₆ + 3 H ₂ O → XeO ₃ + 6 HF

XeO _{3 ini} dapat menghasilkan spesies yang dikenali sebagai xenatos (HXeO ₄ ^- ) atau asid xenic (H ₂ XeO ₄ ). Xenates tidak seimbang dengan perxenates (XeO ₆ ^4- ); dan jika media kemudian diasamkan, dalam asid peroksenat (H ₄ XeO ₆ ), yang dihidrasi menjadi xenon tetroxide (XeO ₄ ):

H ₄ XeO ₆ → 2 H ₂ O + XeO ₄

Radon mestilah yang paling reaktif dari gas mulia; Tetapi begitu radioaktif sehingga hampir tidak mempunyai masa untuk bertindak balas sebelum hancur. Satu-satunya sebatian yang telah disintesis sepenuhnya adalah fluorida (RnF ₂ ) dan oksida (RnO ₃ ).

Pengeluaran

Pencairan udara

Gas mulia menjadi lebih banyak di Alam Semesta ketika kita turun melalui kumpulan 18. Namun, di atmosfera, helium jarang, kerana medan graviti Bumi tidak dapat menahannya tidak seperti gas lain. Itulah sebabnya ia tidak dikesan di udara tetapi di Matahari.

Sebaliknya, terdapat sejumlah besar argon di udara, yang berasal dari peluruhan radioaktif dari radioisotop ⁴⁰ K. Udara adalah sumber semula jadi argon, neon, krypton dan xenon yang paling penting di planet ini.

Untuk menghasilkannya, udara mesti dicairkan terlebih dahulu sehingga mengembun menjadi cecair. Kemudian, cecair ini mengalami penyulingan pecahan, sehingga memisahkan setiap komponen campurannya (N ₂ , O ₂ , CO ₂ , Ar, dll.).

Bergantung pada seberapa rendah suhu dan kelimpahan gas, harganya meningkat, menjadikan xenon sebagai yang paling mahal, sementara helium sebagai yang termurah.

Penyulingan gas asli dan mineral radioaktif

Helium, sebahagiannya, diperoleh daripada penyulingan pecahan yang lain; tetapi bukan dari udara, tetapi dari gas asli, diperkaya dengan helium berkat pembebasan zarah alfa dari mineral thorium dan uranium radioaktif.

Begitu juga, radon "lahir" dari peluruhan radioaktif radium dalam mineral masing-masing; tetapi kerana kelimpahannya yang rendah, dan jangka hayat atom Rn yang pendek, kelimpahannya lebih rendah berbanding dengan kongener mereka (gas mulia yang lain).

Dan akhirnya, oganeson adalah "gas" yang sangat radioaktif, ultramassic, buatan manusia, yang hanya dapat wujud sebentar dalam keadaan terkawal di dalam makmal.

Bahaya

Risiko utama gas mulia adalah bahawa mereka membatasi penggunaan oksigen oleh manusia, terutamanya apabila suasana dengan kepekatan tinggi dihasilkan. Itulah sebabnya tidak digalakkan untuk menghirupnya secara berlebihan.

Di Amerika Syarikat, kepekatan radon yang tinggi telah dikesan di tanah yang kaya dengan uranium, yang disebabkan oleh ciri-ciri radioaktifnya boleh menjadi risiko kesihatan.

Permohonan

Industri

Helium dan argon digunakan untuk mewujudkan suasana lengai untuk perlindungan semasa pengelasan dan pemotongan. Di samping itu, mereka digunakan dalam pembuatan semikonduktor silikon. Helium digunakan sebagai gas pengisian dalam termometer.

Argon, dalam kombinasi dengan nitrogen, digunakan dalam pembuatan lampu pijar. Krypton dicampurkan dengan halogen, seperti bromin dan yodium, digunakan dalam lampu pelepasan. Neon digunakan dalam tanda cahaya, dicampur dengan fosfor dan gas lain untuk mewarnai warna merahnya.

Xenon digunakan dalam lampu busur yang memancarkan cahaya yang menyerupai cahaya siang, yang digunakan pada lampu depan dan proyektor kereta. Gas mulia dicampurkan dengan halogen untuk menghasilkan ArF, KrF atau XeCl, yang digunakan dalam penghasilan laser excimer.

Laser jenis ini menghasilkan sinar ultraviolet gelombang pendek yang menghasilkan gambar dengan ketepatan tinggi dan digunakan dalam pembuatan litar bersepadu. Helium dan neon digunakan sebagai gas penyejuk kriogenik.

Belon dan tangki pernafasan

Helium digunakan sebagai pengganti nitrogen dalam campuran gas pernafasan, kerana kelarutannya yang rendah di dalam badan. Ini mengelakkan pembentukan gelembung semasa fasa penyahmampatan semasa pendakian, selain menghilangkan narkosis nitrogen.

Helium telah menggantikan hidrogen sebagai gas yang memungkinkan ketinggian kapal udara dan belon udara panas, kerana gas itu ringan dan tidak mudah terbakar.

Ubat

Helium digunakan dalam pembuatan magnet superkonduktor yang digunakan dalam peralatan resonans magnetik nuklear - alat serbaguna dalam perubatan.

Krypton digunakan dalam lampu halogen yang digunakan dalam pembedahan mata laser dan angioplasti. Helium digunakan untuk memudahkan pernafasan pada pesakit asma.

Xenon digunakan sebagai anestetik kerana kelarutan lipidnya yang tinggi, dan dianggap sebagai anestetik pada masa akan datang. Xenon juga digunakan dalam pengimejan perubatan paru-paru.

Radon, gas mulia radioaktif, digunakan dalam terapi radiasi untuk beberapa jenis barah.

Yang lain

Argon digunakan dalam sintesis sebatian yang menggantikan nitrogen sebagai atmosfera lengai. Helium digunakan sebagai gas pembawa dalam kromatografi gas, dan juga di kaunter Geiger untuk mengukur radiasi.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (06 Jun 2019). Sifat, Kegunaan dan Sumber Gas Mulia. Dipulihkan dari: thinkco.com
4. Wikipedia. (2019). Gas mulia. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
5. Bola Philip. (2012, 18 Januari). Kimia mustahil: Memaksa gas mulia berfungsi. Dipulihkan dari: newscientist.com
6. Profesor Patricia Shapley. (2011). Kimia Gas Mulia. Dipulihkan dari: butane.chem.uiuc.edu
7. Gary J. Schrobilgen. (28 Februari 2019). Gas mulia. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com