главная > справочник > химическая энциклопедия:

Благородные газы

Благородные газы (инертные газы, редкие газы), химические элементы VIII группы периодической системы: гелий(Не), неон(Ne), аргон(Аr), криптон(Кr), ксенон(Хе), радон(Rn). В природе образуются в результате различных ядерных процессов. Воздух содержит 5,24*10^-4% по объему Не, 1,82*10^-3% Ne, 0,934% Аr, 1,14-10-⁴% Кг, 8,6*10^-6% Хе, 6*10^-20% Rn. Космос более богат благородным газами, чем атмосфера Земли. Благородные газы содержатся также в природных газах и некоторых минералах.

Атомы благородные газы имеют полностью заполненные внеш. электронные оболочки (s² для Не и s²p⁶ для всех остальных), что обусловливает их низкую реакционную способность. Благородные газы - одноатомные газы без цвета и запаха (некоторые их характеристики приведены в таблице; см. также статьи об отдельных представителях). Они относительно трудно сжижаются, но тем легче, чем больше их атомная масса. Кристаллизуются в кубической гранецентрированной решетке; пространств, группа Рт3т. Значения С_p° не зависят от температуры до 6000 К и выше. Благородные газы адсорбируются на активном угле и цеолитах при низких температурах; энтальпия адсорбции на угле (кДж/моль): Ne 4,72 (91 К), Аr 16,43 (168 К), Кr 22,24 (223 К), Хе 36,53 (248 К), Не 2,26 (ниже 50 К). Это свойство используется для разделения благородные газы и их очистки. Благородные газы-хорошие диэлектрики (р 10¹⁸*10²⁰ Ом*см). Они диамагнитны. Степень сжимаемости для Не и Ne больше 1, для Аr, Кr, Хе - меньше 1 (273 К; 0,1-30 МПа). Относительно хорошо растворимы в воде (растворимость быстро возрастает от Не к Rn), лучше - во многих органических растворителях (бензин, толуол, спирт, бензол и др.). Жидкий Не - единственное вещество, затвердевающее только под давлением выше 2,5 МПа. Он обладает уникальным свойством - образует квантовую жидкость, то есть жидкость, в которой в макроскопическом объеме проявляются квантовые свойства составляющих ее атомов.

Благородные газы (кроме Не) образуют неустойчивые соединения включения (клатраты) с водой и органическими растворителями. Степень заполнения атомами благородными газами полостей кристаллических решеток соответствующих соединений определяет состав образующегося клатрата, например, Аr*4У, Кr*5,6У, Хе*3У (У = С₆Н₅ОН). Получены гидраты типа Х*5,75Н₂О, У*2Х*17Н₂О, где Х – атом благородного газа (кроме Не), У-СН₃СОСН₃, СНС1₃, СН₃СООН, СС1₄ и др. С фенолом и гидрохиноном выше 313 К образуются клатраты, близкие по составу к Х*3У [X = Аr, Кr, Хе; У = = С₆Н₄(ОН)₂]. Разработан метод получения клатратов при невысоких давлениях газа – изоморфное соосаждение благородные газы с его аналогами в кристаллохимическом отношении - H₂S, НВr, СО₂, НС1, SO₂, CH₄. Таким путем получены Х*6Н₂О (X = Ne, Ar, Rn), X*2С₆Н₅СН₃ (X = Хе, Rn), Rn -3C1C₆H₄OH и др. Различная способность благородные газы к образованию клатратов может быть использована для их разделения и выделения из смесей.

ХАРАКТЕРИСТИКА БЛАГОРОДНЫХ ГАЗОВ

К соединениям включения относятся также так называемые криптонаты, образующиеся при бомбардировке ряда твердых веществ (металлов, стекол, каучуков, пластиков, белков и др.) ионизованными атомами благородные газы при высоких температурах и давлениях; атомы благородные газы диффундируют в твердое вещество на глубину 10²-10³ нм.

Способность благородных газов к образованию химических соединений понижается от Хе к Аг (самым активным должен быть Rn, однако из-за высокой радиоактивности его свойства изучены мало; известны лишь фториды), наибольшее число соединений получено для Хе (фториды, хлориды, оксиды, оксофториды, фосфаты, перхлораты, фторсульфонаты, ксенаты, перксенаты и др.) В присутствии катализаторов (кислот Льюиса) Хе энергично взаимодействуют уже при нормальных условиях с F₂. Криптон реагирует только с элементарным фтором при низких температурах. Различная реакционная способность благородных газов по отношению к F₂ и некоторым фторсодержащим окислителям может быть использована для их разделения, утилизации радиоактивных изотопов и очистки. Например, Хе с SbO₂F₆ взаимодействует с образованием твердого нелетучего соединения XeF₂*2SbF₅, а Кr такого вещества не образует. Аналогичную реакцию с Rn предложено использовать для очистки атмосферы урановых рудников. Газы Rn и Хе окисляются также с помощью К₂ [NiF₆], Cs₂ [CoF₆], К₃ [CuF₆] и др. Для улавливания радиоактивных изотопов благородных газов, в основном ¹³³Хе и ⁸⁵Кr - продуктов деления U в ядерных реакторах, наряду с наиболее эффективными методами криогенной дистилляции и адсорбции на активном угле перспективны также избирательное поглощение хладонами, диффузионные методы, образование клатратов и других химических соединений.

Благородные газы образуют эксимеры под действием пучка электронов, УФ-излучения или электрического разряда на их смеси с галогенами, О₂, фторсодержащими соединениями. Молекулы эксимеров существуют только в электронно-возбужденном состоянии. Переход из возбужденного состояния в несвязанное сопровождается когерентным излучением в широкой области спектра (100-600 нм), что используется для генерации лазерного излучения. Лазерное действие получено для KrF* (248 нм), Kr₂F* (420 нм), ХеС1* (308 нм), KrCl* (222 нм) и др.

Благородные газы (кроме Не) получают как побочные продукты при производстве N₂ и О₂ из воздуха. Гелий выделяют из подземных гелионосных газов. Используют благородные газы в качестве инертной среды в металлургии, атомной и ракетной технике, в производстве полупроводниковых материалов и других, как наполнитель в электронике, электротехнике и др., рабочее вещество в лазерной технике.

При повышенных давлениях благородные газы оказывают вредное действие на нервную систему (усиливающееся с увеличением атомной массы элемента), которое быстро проходит при вдыхании чистого воздуха.

Лит.: Фастовский В. Г., Ровинский А. Е., Петровски и Ю. В., Инертные газы, 2 изд., М., 1972; Нейдинг А. Б., Соколов В. Б., "Успехи химии", 1974, т. 43, № 12, с. 2146-94; Легасов В. А., "Вестник АН СССР", 1976, в. 12, с. 3-16; Елецкий А. В., "Успехи физических наук", 1978, т. 125, в. 2, с. 279-314; Смирнов Б. М., "Успехи физических наук", 1983, т. 139, а 1, с. 53-81; Bartlett N., Sladky F. О., The chemistry of krypton, xenon and radon, в кн.: Comprehensive inorganic chemistry, v. 1, Oxf.-[a.o.], 1973. В.Б. Соколов.