Најважније из лекције
18. група ПСЕ: \(\text{He}, \text{Ne}, \text{Ar}, \text{Kr}, \text{Xe}, \text{Rn}, \text{Og}\).
Електронска конфигурација: Хелијум има стабилан дублет (\(2\text{e}^-\)), остали стабилан октет (\(8\text{e}^-\)). Постоје искључиво као једноатомни молекули.
Особине: Гасови без боје, мириса и укуса; имају веома ниске температуре кључања (течан \(\text{He}\) је најхладнија позната течност).
Реактивност: Изузетно ниска; једињења граде само \(\text{Xe}\) и \(\text{Kr}\) са \(\text{F}\) и \(\text{O}\).
Примена: Хелијум (балони, роњење), аргон (сијалице, заваривање), неон и аргон (светлеће рекламе: \(\text{Ne}\) – црвена, \(\text{Ar}\) – плава светлост).
Електронска конфигурација: Хелијум има стабилан дублет (\(2\text{e}^-\)), остали стабилан октет (\(8\text{e}^-\)). Постоје искључиво као једноатомни молекули.
Особине: Гасови без боје, мириса и укуса; имају веома ниске температуре кључања (течан \(\text{He}\) је најхладнија позната течност).
Реактивност: Изузетно ниска; једињења граде само \(\text{Xe}\) и \(\text{Kr}\) са \(\text{F}\) и \(\text{O}\).
Примена: Хелијум (балони, роњење), аргон (сијалице, заваривање), неон и аргон (светлеће рекламе: \(\text{Ne}\) – црвена, \(\text{Ar}\) – плава светлост).
Племенити гасови чине елементи 18. (VIIIa) групе Периодног система елемената: хелијум (\(_{2}\text{He}\)), неон (\(_{10}\text{Ne}\)), аргон (\(_{18}\text{Ar}\)), криптон (\(_{36}\text{Kr}\)), ксенон (\(_{54}\text{Xe}\)), радон (\(_{86}\text{Rn}\)) и оганесон (\(_{118}\text{Og}\)).
Електронска конфигурација: Сви елементи ове групе имају потпуно попуњен последњи енергетски ниво. Хелијум има стабилан дублет (2 електрона, \(s\)-блок), док остали имају стабилан октет (8 електрона, \(p\)-блок).
Радон (\(\text{Rn}\)) је природан радиоактивни елемент, док је оганесон (\(\text{Og}\)) вештачки синтетисан елемент.
Због изузетно стабилне електронске конфигурације, племенити гасови у природи постоје као једноатомни гасови. Између њихових атома делују само веома слабе Ван дер Валсове привлачне силе.
Колико валентних електрона садржи атом аргона, а колико атом хелијума?
Хелијум (\(_{2}\text{He}\)) има 2 валентна електрона (стабилан дублет), док аргон (\(_{18}\text{Ar}\)), као и остали племенити гасови, има 8 валентних електрона у свом спољашњем нивоу (стабилан октет).
Сви племенити гасови су на собној температури у гасовитом агрегатном стању, без боје, укуса и мириса.
Имају изузетно ниске температуре топљења и кључања услед слабих међуатомских Ван дер Валсових интеракција.
Специфичности хелијума:
- Око \(7{,}25\) пута је лакши од ваздуха (од њега је лакши једино водоник).
- Има најнижу температуру кључања од свих познатих супстанци (\(-268{,}9\ ^\circ\text{C}\)).
- Течан хелијум представља најхладнију познату течност.
Зашто племенити гасови имају знатно ниже температуре кључања у односу на друге неметале сличне масе?
Зато што се састоје од појединачних, електронеутралних и стабилних атома између којих делују искључиво веома слабе Ван дер Валсове силе, за чије је савладавање потребна минимална количина топлотне енергије.
Дуго су сматрани хемијски потпуно инертним јер њихови атоми не теже ни примању ни отпуштању електрона.
Једињења граде само тежи племенити гасови већег атомског радијуса (пре свега ксенон и криптон) и то искључиво у реакцијама са елементима изразито велике електронегативности - флуором (\(\text{F}\)) и кисеоником (\(\text{O}\)).
За хелијум (\(\text{He}\)), неон (\(\text{Ne}\)) и аргон (\(\text{Ar}\)) до данас нису синтетисана стабилна хемијска једињења.
Са којим елементима ксенон може градити хемијска једињења и зашто?
Ксенон може градити једињења са флуором и кисеоником, зато што су то елементи са највећом вредношћу електронегативности, који имају довољно снажну привлачну силу да поларизују и привуку електронски омотач великог атома ксенона.
Налажење: Саставни су део Земљине атмосфере. Најзаступљенији је аргон са запреминским уделом од око \(\varphi(\text{Ar}) \approx 0{,}98\%\). Хелијум се налази заробљен у минералима Земљине коре, док га у свемиру има у огромним количинама (други најраспрострањенији елемент).
Племенити гасови се индустријски добијају из течног ваздуха поступком фракционе дестилације (заједно са азотом и кисеоником).
| Гас | Главне области примене |
|---|---|
| Хелијум (\(\text{He}\)) | Пуњење дирижабала и балона (незапаљив је), гасне смеше за роњење на великим дубинама, расхлађивање суперпроводника. |
| Аргон (\(\text{Ar}\)) | Пуњење електричних сијалица са ужареном нити (спречава сагоревање и брзо испаравање волфрама), инертна атмосфера при заваривању, плаве светлеће рекламе. |
| Неон (\(\text{Ne}\)) | Светлеће рекламне цеви (емитује јарко црвено-наранџасту светлост при електричном пражњењу), индикаторске сијалице. |
Зашто се за пуњење балона и дирижабла данас користи хелијум иако је водоник двоструко лакши од њега?
Хелијум је племенити гас и потпуно је незапаљив и неексплозиван, што га чини безбедним за употребу, за разлику од водоника који са кисеоником из ваздуха гради веома експлозивну смешу (праскави гас).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Који племенити гас је најзаступљенији у Земљиној атмосфери и колики је његов приближни запремински удео?
Најзаступљенији племенити гас у атмосфери је аргон (\(\text{Ar}\)), са запреминским уделом од око \(0{,}98\%\) (приближно \(1\%\)).
Задатак 2 (средњи): Објасните зашто се класичне сијалице пуне аргоном уместо обичним ваздухом.
У присуству ваздуха (који садржи кисеоник), волфрамова нит би на високој температури моментално оксидовала (прегорела). Аргон ствара инертну средину која спречава оксидацију, смањује испарљивост волфрамове нити и омогућава постизање више температуре усијања, чиме се продужава век трајања сијалице.
Задатак 3 (средњи/тежи): Узорак ваздуха при нормалним условима заузима запремину од \(V(\text{ваздух}) = 500\text{ dm}^3\). Израчунати запремину и количину аргона у том узорку, ако је запремински удео аргона у ваздуху \(\varphi(\text{Ar}) = 0{,}98\%\) (\(V_\text{m} = 22{,}4\text{ dm}^3/\text{mol}\)).
1. Рачунање запремине аргона:
\[ V(\text{Ar}) = \varphi(\text{Ar}) \cdot V(\text{ваздух}) = 0{,}0098 \cdot 500\text{ dm}^3 = 4{,}9\text{ dm}^3 \]
2. Рачунање количине супстанце аргона:
\[ n(\text{Ar}) = \frac{V(\text{Ar})}{V_\text{m}} = \frac{4{,}9\text{ dm}^3}{22{,}4\text{ dm}^3/\text{mol}} \approx 0{,}219\text{ mol} \]
Одговор: Запремина аргона је \(4{,}9\text{ dm}^3\), а количина је приближно \(0{,}219\text{ mol}\).
Задатак 4 (тежак): Иако су сви племенити гасови слабо реактивни, хемијска једињења су синтетисана за ксенон и криптон, али не и за хелијум и неон. Објасните ову разлику на основу структуре њихових атома.
Атоми хелијума и неона имају веома мале атомске полупречнике, па њихово језгро изузетно снажно привлачи валентне електроне. Код ксенона и криптона атомски радијус је знатно већи, валентни електрони су удаљенији од језгра и слабије су везани (нижа енергија јонизације). Због тога изразито електронегативни елементи попут флуора и кисеоника могу ступити у интеракцију са њиховим валентним електронима и наградити стабилне ковалентне везе.
