ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Химическая связь из "Современная общая химия Часть 1" Из рассмотрения периодической таблицы, приведенной на рис. 5.8а, следует, что элементы, находящиеся при комнатной температуре в газообразном состоянии, располагаются в ее верхней части и главным образом в правых концах периодов. Газообразные при комнатной температуре соединения известны для многих элементов большая часть этих веществ состоит из элементов, которые в обычных условиях также являются газами. Такие элементы и некоторые их соединения существуют в виде. молекул с чрезвычайно слабыми межмолекулярными силами эти силы так невелики, что кинетическая энергия, которой молекулы обладают при комнатной температуре (РТ составляет около 600 кал/моль), достаточна для того, чтобы сохранить и.х в газообразном состоянии при 300 К. С помощью методов Авогадро и Канниццаро можно определить молекулярные веса и формулы этих соединений, а спектральные данные позволяют понять характер движения молекул, определить межатомные расстояния и расположение энергетических уровней. В дальнейшем мы используем эти экспериментальные методы, для того чтобы провести систематическое исследование поведения некоторых газообразных элементов и ряда их соединений. [c.331] На рис. 5.3, 5.7, 5.9, 5.13, 5.18—5.20 и в табл. 5.5, 5.7 уже были представлены многие свойства этих элементов. Рекомендуем вам еще раз их просмотреть. [c.331] Все элементы, входящие в периодическую систему, образуют соединения, однако не все элементы обладают одинаковой реакционной способностью и не со всеми соединениями одинаково легко обращаться и хранить их. [c.332] Наименее реакционноспособным элементом, если судить по числу его известных соединений и их стабильности, ио-видимо-му, является гелий. Самое известное соединение гелия НеН+(г). Это соединение существует только в газообразном состоянии, но тем не менее его свойства так же хорошо изучены, как и свойства других газов. Длина, прочность и силовая постоянная колебаний связи молекулы НеН+ поразительно близки к значениям этих параметров для изоэлектронной с ней молекулы водорода Нг. Интересно, что молекула НеНг (г) тоже устойчива к разложению . [c.332] Остальные элементы группы гелия в периодической системе также образуют соединения некоторые из них будут рассмотрены ниже. Однако количество известных соединений невелико, многие из них легко разлагаются на элементы, а другие, подобно НеН+ и ХеС , существуют только в виде газообразных ионов. В течение многих лет эти элементы — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон — было принято называть благородными или инертными газаМ И. Так как на самом деле оказалось, что они не инертны, в настоящее время предпочтителен термин благородные газы . Все эти элементы довольно редко встречаются на Земле (в табл. 5.5 приведены их концентрации в воздухе), и поэтому кх называют еще редкими газами. [c.332] Первым из благородных газов был открыт гелий. В 1868 г. Локьер обнаружил в солнечном спектре линию, которая располагается очень близко к /)-линии натрия и которую нельзя было отнести ни к одному из известных в то время элементов или соединений открытый таким образом новый элемент был назван гелием (от греческого слова гелиос , что значит Солнце). [c.332] Три полученных образца были тщательно высушены их плотности, которые были определены при 25 °С и давлении 1 атм, составляли для образца I 1,2572 г/л, для образца II 1,2505 г/л и для образца III 1,2564 г/л. Последняя величина колебалась при изменении относительных количеств аммиака и кислорода, и многие экспериментаторы пренебрегли бы этими колебаниями, отнеся их за счет погрешности эксперимента. Однако Рэлей и Рамзай повторили и выполнили в измененном виде эксперимент Кавендиша и получили инертный газ, который назвали аргоном. Данные спектрального анализа убедили их, однако, что этот газ не является индивидуальным элементом, и последующие исследования, продолжавшиеся несколько лет и включавшие тщательную дистилляцию сжиженного газа, привели к получению относительно чистых образцов аргона, неона, криптона и ксенона. Спектральные данные подтвердили, что это новые элементы, а измерение их теплоемкости показало, что они моно-атомны. Таким образом в периодической таблице Менделеева появилась новая группа элементов. Затем Рамзай нашел гелий (элемент, который Локьер обнаружил в солнечной атмосфере) в урановых рудах, где он образуется из альфа-частиц в процессе геологического развития Земли. В 1900 г. с открытием радона в радиевых рудах эта группа элементов была заполнена. Об открытии радона первым заявил Дорн, однако Рамзай и другие исследователи почти одновременно пришли к такому же результату. [c.333] Рамзая, очень ясный порядок, установленный Менделеевым. Определение атомных весов других газов вскоре показало, что благородные газы должны располагаться между галогенами и щелочными металлами однако атомный вес аргона оставался загадкой до тех пор, пока не были открыты изотопы и установлена их относительная стабильность. [c.334] Радон до сих пор получают из радиевых руд, а неон, аргон, криптон и ксенон — дистилляцией жидкого воздуха. Гелий обнаруживается в некоторых месторождениях природных газов. Такие месторождения известны только в Северной Америке, где природный газ содержит около 16% гелия, а остальное составляют азот и углеводороды. Одно месторождение в Аризоне дает 8,5% Не, 90% N2, 1% СО2, 0,5% Аг и менее 0,1% углеводородов. Этот газ сжижают, получая газообразный остаток, который представляет собой Не приблизительно 99%-ной чистоты. Газ пропускают над активированным углем и получают гелий с чистотой выше 99,999% (в объемных или мольных процентах). [c.334] Использование благородных газов в больших масштабах связано главным образом с их высокой инертностью. Около 30% гелия используют в космической технике для вытеснения жидкого кислорода и водорода в ракетах. Примерно 20% его расходуется на атомных электростанциях в качестве теплоносителя, так как гелий не вступает в химические и ядерные реакции и характеризуется высокой теплопроводностью, низкой вязкостью и плотностью. Около 18% гелия используют при дуговой сварке в атмосфере инертного газа, 12% в метеорологических зондах и остальное — при необходимости создания искусственной атмосферы для дыхания. Низкие вязкость и молекулярный вес гелия облегчают дыхание и дают возможность рабочему не перегреваться, что позволяет значительно повысить производительность труда. Гелий значительно меньше растворим в водных растворах, папример в крови, чем азот (напомним, что гелий характеризуется слабыми межмолекулярными силами), и поэтому его не нужно выводить из крови во время декомпрессии (снижения давления от высокого до атмосферного). Это позволяет сократить период декомпрессии и уменьшить его опасность для организма человека. [c.334] Радон иногда применяют в качестве мощного источника аль-фа-излучения, но сейчас его заменяют искусственно полученными изотопами. [c.335] Использование неона в световой рекламе основано на том, что расстояние между электронными уровнями его атомов соответствует энергии, к которой более всего чувствителен человеческий глаз. Свет, излучаемый возбужденным криптоном, соответствует максимуму чувствительности фотографической пленки, поэтому его применяют в фотографических лампах-вспышках. Ксенон оказывает анестезирующее действие, но в медицинской практике не используется, так как другие обычно применяемые анестезирующие вещества значительно дешевле ксенон, однако, позволяет понять природу действия анестезирующих веществ. [c.335] Интерегно отметить, что соединение N385146 имеет структуру, идентичную структуре клатрата ксенона в воде . Атом кремния связан с четырьмя сск ед-ними атомами кремния в искаженной тетраэдрической упаковке, подобно молекулам воды, а атомы Ма занимают свободные полости, точно так же как ксенон. [c.336] Поведение благородных газов очень близко к поведению идеального газа в широком диапазоне изменения условий. Свойства этих элементов в газообразном состоянии весьма удовлетворительно описываются уравнением состояния РУ=пЯТ. Это согласуется с их общей инертностью, а также низкими температурами плавления и кипения. Постоянное значение Су в широком диапазоне газового состояния этих элементов также указывает на то, что все благородные газы имеют устойчивое заполнение орбиталей. [c.336] Такие сопоставления очень впечатляют и дают основание полагать, что, изучая электронную структуру благородных газов, можно понять природу химических взаимодействий. В табл. 11.2 представлены некоторые квантовомеханические и экспериментальные данные, объясняющие стабилыность этих структур. Все благородные газы имеют низкие температуры кипения и плавления (что указывает на их слабые межатомные силы) и большие значения энергий ионизации (соответствующие высокой степени притяжения их собственных валентных электронов). Их валентные электронные уровни полностью заняты электронами (что указывает на сравнительно малую способность присоединять электроны), а незанятые электронные уровни сильно отличаются по энергии от основного состояния (что свидетельствует о том, как трудно изменить электронную структуру благородных газов). Итак, инертность благородных газов является следствием того, что их валентные уровни полностью заняты электронами, а незанятые энергетические уровни расположены слишком высоко. [c.338] Эти рассуждения применимы и к атомам, изоэлектронным с атомами благородных газов. Однако следует помнить, что электронные уровни и их энергии зависят от отношения заряда ядра к числу электронов (см. рис. 3.3 и 3.17). Поэтому, хотя можно было бы предположить, что атомы, изоэлектронные с атомами инертных газов, будут столь же инертны, некоторые из них приобретают, а другие отдают электроны с меньшим изменением энергии, чем атомы благородных газов. [c.338] Таким образом, реакционная способность зависит не только от числа электронов и их квантовых состояний, но также от заряда ядра. [c.338] и поэтому энтропию следует отсчитывать от этих нулевых значений. Интересно отметить, что энтропия инертных газов монотонно возрастает нри увеличении их молекулярных весов. Она увеличивается также с повышением температуры. [c.340] Поскольку мы отнюдь не предполагаем, что все атомы, изоэлектронные с благородными газами, в равной степени инертны, не следует ожидать, что сами благородные газы также одинаково инертны. Из рис. 3.17 и 3,18 видно, что расстояния между -их энергетическими уровнями неодинаковы, а, согласно данным табл. 11.2, энергии ионизации инертных газов изменяются при переходе от одного элемента к другому. Способность благородных газов отдавать электроны увеличивается в следующем ряду Не, Ме, Аг, Кг, Хе, Нп. Можно предположить, чго способность этих элементов вступать в реакции с веществами, которые могут оттягивать на себя электроны, должна возрастать в такой же последовательности. Эти соображения высказывались еще 50 лет назад, и на их основе было предпринято много попыток получить соединения благородных газов. Однако, не считая получения клатратов газообразных ионов, благородных газов, до 1962 г. эти попытки не приводили к желаемому результату. [c.340] Вернуться к основной статье