Czym są gazy szlachetne i jakie mają zastosowania?

Co to są gazy szlachetne? Najważniejsze informacje

Czym są szlachetne gazy? To tak zwane helowce (nazwa pochodzi od pierwiastka – Helu), czyli lotne substancje o niewielkiej masie cząsteczkowej. Gdy spojrzysz na podręcznikowe modele atomów gazów szlachetnych, szybko dostrzeżesz, że mają one bardzo prostą, jednoatomową budowę, nie tworzą większych skupisk i cząsteczek.

Gazy szlachetne wyróżniają się przede wszystkim lekkością i reaktywnością bliską zeru. Pierwiastki te występują w stanie wolnym we Wszechświecie. Na Ziemi jest ich zaś stosunkowo niewiele, powstają najczęściej w warunkach laboratoryjnych i w specjalistycznych zakładach produkcyjnych. W jaki sposób można otrzymać gaz szlachetny? W tym celu laboranci stosują metodę destylacji powietrza skroplonego.

Jakie gazy szlachetne doczekały się odkrycia w ostatnich 200 latach? Lista jest krótka. W wyszukiwarce znajdź Układ Okresowy Pierwiastków i zwróć uwagę na ostatnią, osiemnastą kolumnę. Grupę tworzy 6 pierwiastków:

• hel (He),
• neon (Ne),
• argon (Ar),
• krypton (Kr),
• ksenon (Xe),
• radon (Rn).

Wymienione pierwiastki mogą współtworzyć różne związki chemiczne, tlenki i kwasy tlenowe.

Fizyczne i chemiczne właściwości gazów szlachetnych

Co warto wiedzieć na temat właściwości fizycznych i chemicznych gazów szlachetnych? Bez wątpienia substancje te należą do go grona najbardziej cenionych i intrygujących pierwiastków, jakie człowiek zdążył poznać. Jak wskazuje sama nazwa, gazy szlachetne mają stan skupienia lotny i są lżejsze od powietrza. Jakie wspólne cechy łączą helowce? Są to pierwiastki:

• bezwonne i bezbarwne,
• lekkie,
• bardzo trudne do skroplenia (temperatura skraplania Helu wynosi -268,93°C!),
• wrzące i topniejące w niskich temperaturach.

A czy gazy szlachetne rozpuszczają się w wodzie? Pierwiastki te słabo rozpuszczają się w środowisku wodnym.

Na szczególną uwagę zasługuje kwestia reaktywności helowców. Czy gazy szlachetne są aktywne, czy nieaktywne chemicznie? Co ciekawe, nie wchodzą one w reakcje chemiczne z innymi pierwiastkami (są więc bierne chemicznie). Im cięższy jest gaz, tym bardziej wzrasta jego zdolność do wchodzenia w reakcje z innymi cząsteczkami. Dlaczego gazy szlachetne są mało aktywne chemicznie? Wynika to z faktu, że mają w swojej powłoce walencyjnej komplet elektronów sparowanych, co powoduje automatycznie brak możliwości utworzenia nowych par. Obecność kompletnych powłok elektronowych wyjaśnia również, dlaczego gazy szlachetne nie mają elektroujemności. Są one bowiem stabilne i nie przyciągają elektronów zewnętrznych.

Gazy szlachetne i ich konfiguracja elektronowa

Konfiguracja elektronowa jest zapisem struktury atomów różnych pierwiastków i układu elektronów, znajdujących się na ich powłokach. Jak wygląda budowa helowców? Mają one bardzo uproszczony schemat konfiguracji elektronowej – najprostszy zapis dotyczy helu i jest to: 1s2 (litera s oznacza podpowłokę atomu). Bardziej złożoną strukturę mają ksenon (4d10 5s2 5p6) czy argon (1s22s22p63s23p6) i pozostałe gazy szlachetne, składające się z kilku powłok oraz zróżnicowanej ilości elektronów.

Gęstość gazów szlachetnych

Kiedy mówimy o właściwościach gazów, nie sposób pominąć kwestii ich gęstości. Hel to gaz szlachetny o najmniejszej gęstości, wynoszącej 0,1785 kg/m³, co sprawia, że jest on około 7 razy lżejszy od powietrza! Dla porównania: gęstość argonu wynosi 1,635 kg/m³, gęstość neonu: 0,824 kg/m³, kryptonu: 3,430 kg/m³, ksenonu 5,396 kg/m³ i radonu 9,078 kg/m³. Wskazane różnice gęstości są dość duże, co wpływa między innymi na różnorodność zastosowań gazów szlachetnych.

Kolory gazów szlachetnych – jak świecą gazy szlachetne?

W sieci często można trafić na pytania z serii: na jaki kolor świecą gazy szlachetne? Musisz jednak wiedzieć, że gazy szlachetne same z siebie nie emitują żadnych kolorów. Są one przecież bezbarwne! Odcień gazu pojawia się pod wpływem oddziaływania impulsów elektrycznych. Hel świeci wówczas jasnym, żółtym światłem, neon ma kolor pomarańczowy lub czerwony, a argon – niebieski. Pod wpływem działania prądu krypton nabiera barwy zielonej, a ksenon – niebieskiej, białej bądź fioletowej.

Czy gazy szlachetne są palne i mogą przewodzić prąd elektryczny?

Jedną z kluczowych właściwości chemicznych gazów szlachetnych jest ich niepalność i brak występowania zjawiska przewodności energii elektrycznej. Te lotne substancje są więc całkowicie bezpieczne nawet w takich zakładach, w których istnieje duże ryzyko wystąpienia zapłonów i pożaru. Świetnie przewodzą one energię cieplną, świecą, ale nie płoną, dzięki czemu znalazły różnorodne zastosowania w życiu codziennym.

Zastosowanie gazów szlachetnych: argon, hel i neon

Hel, argon i neon to pierwiastki, które już od dziewiętnastego wieku fascynują naukowców i inwestorów. Ludzkość stale poszukuje odpowiedzi na pytania, jakie mogą być zastosowania gazów szlachetnych, które na masową skalę człowiek zaczął wykorzystywać dopiero w wieku dwudziestym. Z pierwiastkami He, Ar i Ne stykasz się na co dzień. Występują one w wielu różnych przedmiotach, z których korzystasz – oto krótka analiza, do czego służą gazy szlachetne:

Hel

Zapewne kojarzysz go z odpustowymi, unoszącymi się w powietrzu balonikami dla dzieci – i słusznie, jest on sprzedawany jako gaz do napełniania balonów. To właśnie on powoduje, że kolorowe balony wzlatują wysoko w górę. Pierwiastek ten jest również wykorzystywany do:

• produkcji mieszanek oddechowych dla zawodowych nurków,
• produkcji gazu ziemnego,
• instalacji chłodniczych,
• procesów spawalniczych,
• napędzania zeppelinów, balonów osobowych.

Hel jako najlżejszy gaz znalazł również zastosowanie w laboratoriach, jako nośnik różnych substancji. W przemyśle pierwiastek ten służy także do diagnostyki przecieków instalacji, zbiorników itd.

Neon

Kiedy słyszysz słowo: neon, oczyma wyobraźni widzisz świecący szyld sklepu lub jaskrawe, miejskie reklamy. I nic w tym dziwnego, ponieważ neon to nie tylko nazwa pierwiastka – to także elektryczna lampa jarzeniowa (reklamowa lub dekoracyjna), złożona z kolorowych rurek, znana już od początków dwudziestego wieku. Co warto wiedzieć na temat zastosowań neonu? Obecnie jest on używany głównie do produkcji:

• oświetlenia (lampek, żarówek),
• fotodiod,
• laserów,
• elementów telewizorów.

Argon

Gaz argon został odkryty pod koniec dziewiętnastego wieku. Obecnie jest stosowany między innymi do produkcji żarówek, okien energooszczędnych oraz półprzewodników. Argon umożliwia tworzenie atmosfery ochronnej w różnych procesach technologicznych, takich jak: pakowanie czy spawanie. Jest też nieoceniony w laboratoriach i chromatografii, przydaje się w procesach rozdzielania różnych substancji.

Gazy szlachetne – zastosowanie ksenonu, kryptonu i radonu

Kolejne pierwiastki z grupy helowców to: ksenon, krypton i radon. Gdzie stosuje się te gazy szlachetne? Wykorzystanie pierwiastków Xe, Kr i Rn w przemyśle i medycynie jest naprawdę imponujące. Oto krótki przegląd najważniejszych zastosowań tych gazów:

• Ksenon: stosowany do produkcji samochodowych lamp ksenonowych, fotograficznych lamp błyskowych, stroboskopów, używany w medycynie jako anestetyk oraz środek wspomagający w zwalczaniu skutków hipotermii.
• Krypton: służy głównie do napełniana żarówek o bardzo dużej mocy, przydatny w produkcji lamp jarzeniowych, szyb zespolonych (pełni funkcję izolatora).
• Radon: ten gaz szlachetny znalazł zastosowanie głównie w radioterapii (leczeniu nowotworów).

Naukowcy i ludzie świata biznesu stale odkrywają nowe właściwości i zastosowania gazów szlachetnych. Wciąż trwają badania nad helowcami, które okazują się nieocenione zarówno w medycynie, jak i lotnictwie, motoryzacji, a nawet w transporcie międzyplanetarnym! Lekkie, niereaktywne gazy kryją w sobie olbrzymi potencjał i niewątpliwie są jednymi z najbardziej obiecujących surowców przyszłości.

Gazy szlachetne: ciekawostki, fakty i mity

W dobie rozwoju nauki jako ludzkość chcielibyśmy wiedzieć wszystko o gazach szlachetnych, by móc w pełni wykorzystać ich właściwości. Helowce, które człowiek zna zaledwie od około 100 lat, pozostają jednak wciąż jednymi z najbardziej tajemniczych pierwiastków. Jakie ciekawostki są związane z gazami szlachetnymi? Jakie warto znać fakty i mity na temat helowców? Oto one:

Radon jest rakotwórczy

W grupie helowców radon jest gazem najcięższym, promieniotwórczym. Naturalnie występuje on w minerałach, glebie, wodzie i skałach, z których przenika do atmosfery. Pierwiastek ten łatwo dostaje się do płuc człowieka, niewielkie jego ilości znajdują się bowiem niemal w każdym budynku. Zgodnie z informacjami, dostępnymi na stronach sanepidu, dopuszczalna norma stężenia radonu wewnątrz pomieszczeń wynosi 300 Bq/m3/ rok. Gdzie zatem rośnie prawdopodobieństwo zachorowania na raka płuc? W budynkach nieprawidłowo wentylowanych, z nieszczelnymi instalacjami wodno-kanalizacyjnych, zlokalizowanych na terenach niestabilnych geologicznie, w sąsiedztwie skał zawierających uran.

Do grupy helowców zalicza się też oganesson

Oganesson (Og, oganeson) jest jednym z najnowszych pierwiastków, odkrytych 20 lat temu. Co o nim wiadomo? Substancję pozyskano sztucznie, a jego liczba atomowa wynosi 118. Oficjalnie pierwiastek ten znalazł się na Tablicy Mendelejewa dopiero w 2016 roku, lecz nie został całkowicie poznany i zbadany. W środowisku naukowym jedynie umownie klasyfikuje się go jako gaz szlachetny i transuranowiec, czyli pierwiastek promieniotwórczy, którego liczba atomowa przekracza 92.

Hel – gaz, który zmienia ludzki głos

Jak to się dzieje, że po połknięciu kilku haustów helu Twój głos zmienia się nie do poznania? Hel sprawia, że dźwięki bardzo szybko wydobywają się ze stron głosowych. Kiedy więc wtłoczysz ten gaz szlachetny do swoich płuc, zaczynasz mówić głosikiem przypominającym małe dziecko lub postaci z kreskówek. Oczywiście, warto mieć na uwadze, że hel sam w sobie nie jest szkodliwy, jednak jeśli zbyt długo będziesz wpuszczać go do płuc, możesz doprowadzić do niedotlenienia własnego organizmu.