Химический элемент гелий электронная формула инертного газа, строение атома, химические и физические свойства, получение и применение

Гелий, свойства атома, химические и физические свойства

Гелий, свойства атома, химические и физические свойства.

Гелий — второй элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 2. Расположен в 18-й группе (по старой классификации — главной подгруппе восьмой группы), первом периоде периодической системы.

Атом и молекула гелия. Формула гелия. Строение атома гелия:

Гелий (He, лат. helium) – химический элемент VIII груп­пы ко­рот­кой фор­мы (18-й груп­пы длин­ной фор­мы) периодической системы химических элементов первого периода системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 2.

Гелий – неметалл. Гелий возглавляет группу инертных газов в периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева .

Гелий обозначается символом He.

Как простое вещество гелий при нормальных условиях представляет собой инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Молекула гелия одноатомна.

Химическая формула гелия He.

Электронная конфигурация атома гелия 1s 2 . Потенциал ионизации (первый электрон) атома гелия равен 2372,32 кДж/моль (24,58738880 (15) эВ).

Строение атома гелия. Атом гелия состоит из положительно заряженного ядра (+2), вокруг которого по атомной оболочке (s-орбитали) движутся два электрона. Поскольку гелий расположен в первом периоде, оболочка всего одна. В свою очередь ядро атома гелия состоит из двух протонов и двух нейтронов. Гелий относится к элементам s-семейства.

Радиус атома гелия (вычисленный) составляет 31 пм.

Атомная масса атома гелия 4,002602(2) а. е. м. (г/моль).

Гелий – практически инертный химический элемент.

Изотопы и модификации гелия. Гелий-I и гелий-II:

Изотопы гелия – разновидности атомов (и ядер) химического элемента гелия, имеющие разное содержание нейтронов в ядре.

Всего известно на данный момент времени 8 изотопов, но только два из них стабильны. Остальные представляют собой шесть искусственных радиоактивных изотопа.

Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: 4 He (изотопная распространённость – 99,99986 %) и гораздо более редкого 3 He (0,00014 %, содержание гелия-3 в разных природных источниках может варьировать в довольно широких пределах).

Гелий в атмосфере, почти весь состоящий из тяжёлого нуклида 4 He, является продуктом α-распада тяжёлых радиоактивных элементов (урана, тория, актиния), лишь незначительная его часть является реликтовой (то есть захваченной миллиарды лет назад уплотнявшейся космической пылью, из которой образовалась Земля). Ежегодно накапливается в доступных для изучения толщах Земли и вод (25-28)⋅10 6 м³ гелия.

Содержание 3 He в выделенном из атмосферы гелии ничтожно мало, отношение 3 He/ 4 He для воздуха равно 1,1⋅10 −6 , а для гелия из природных газов 1,4⋅10 −7 . Установлено, что 3 He получается в результате β-распада тяжёлого нуклида водорода – трития, который образуется в ряде ядерных реакций в земной коре и верхних слоях атмосферы.

Звёздный гелий (гелий Вселенной) – продукт термоядерной реакции синтеза ядер водорода, протекающей на Солнце и звездах по протон-протонному и углеродно-азотному циклам.

Искусственно получены также другие – тяжёлые радиоактивные изотопы гелия с массовыми числами 5-10:

– 5 He, состоящий из двух протонов и трех нейтронов,

– 6 He, состоящий из двух протонов и четырех нейтронов,

– 7 He, состоящий из двух протонов и пяти нейтронов,

– 8 He, состоящий из двух протонов и шести нейтронов.

– 9 He, состоящий из двух протонов и семи нейтронов.

– 10 He, состоящий из двух протонов и восьми нейтронов.

Свойства гелия (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

1,785·10 -4 г/см 3 (при 0 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – газ),

0,125 г/см 3 (при температуре кипения -268,928 °C и иных стандартных условиях , состояние вещества – жидкость),

401* Плотность гелия согласно [1] составляет 1,786·10 -4 г/см 3 (при 0 °C и нормальных условиях, состояние вещества – газ).

407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) гелия согласно [4] составляет 0,00723 кДж/моль.

408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) гелия согласно [4] составляет 0,084 кДж/моль.

410* Молярная теплоемкость гелия согласно [3] составляет 20,79 Дж/(K·моль).

Физические свойства гелия:

При стандартных температуре и давлении гелий – бесцветный, не имеющий запаха и вкуса, нетоксичный, инертный одноатомный газ с химической формулой He.

При нормальных условиях гелий ведёт себя практически как идеальный газ. При всех условиях гелий является моноатомным веществом.

Гелий – лёгкий газ. Гелий легче воздуха в 7,26 раза, но тяжелее водорода. Так, один кубический метр воздуха, который состоит из смеси разных газов, весит 1,293 кг, а один кубический метр гелия 0,178 кг. Поэтому, например, мыльные пузыри, наполненные гелием, на воздухе стремятся вверх. Один кубический метр гелия может поднять предмет массой 1,115 кг.

Плотность гелия (Нe) составляет 0,00017846 г/см 3 при 20 °C и иных стандартных условиях , а при –269 °C и иных стандартных условиях плотность жидкого гелия составляет 0,13 г/см 3 .

Теплопроводность гелия при 300 K составляет 0,152 Вт/(м·К). Гелий обладает большей теплопроводностью, чем у всех других газов, за исключением водорода. Теплопроводность гелия примерно в 6,255 раз выше теплопроводности воздуха – 0,0243 Вт/(м·К).

Читайте также:
Кислород формула, строение элемента, химические и физические свойства, способы получения и применения, с какими соединениями реагирует

Гелий (Нe) почти не растворяется в воде и органических растворителях. Так, растворимость гелия в воде составляет 0,000179 г/100 г (при температуре 30 °C).

Гелий не растворяется в металлах, как, например, водород .

Скорость диффузии гелия сквозь твёрдые материалы в три раза выше, чем у воздуха, и приблизительно на 65 % выше, чем у водорода.

При обычных условиях и выше −250 °С при расширении гелий разогревается, а не охлаждается как большинство газов (“нормально” он начинает себя вести ниже −250 о С).

Температура кипения гелия (Нe) составляет −268,928 °C.

Точка кипения гелия (T = 4,222 K для 4 He) наименьшая среди всех веществ. При атмосферном давлении гелий не переходит в твёрдую фазу даже при абсолютном нуле.

При 2,17 К и обычном давлении гелий претерпевает фазовый переход второго рода (от гелия I к гелию II), сопровождающийся резким изменением ряда свойств: теплоемкости, вязкости, плотности. Для гелия II (ниже 2,17 K) характерна сверхтекучесть – способность протекать без трения через узкие щели (размером менее 100 нм). У гелия-II отсутствует вязкость. Гелий II также обладает огромной теплопроводностью. Поэтому в отличие от бурно кипящего гелия I, выглядит как спокойная жидкость с ясно видимым мениском. Сверхтекучий гелий относится к классу так называемых квантовых жидкостей, макроскопическое поведение которых может быть описано только с помощью квантовой механики.

Наглядно сверхтекучесть жидкого гелия проявляется, например, в ходе следующего опыта. Если сверхтекучий жидкий гелий налить в сосуд, он начнет вытекать наружу через его края в направлении более высокой температуры, даже если уровень жидкости сильно ниже краев этого сосуда.

Жидкий гелий практически не растворяет другие вещества.

Гелий – единственное вещество не затвердевающее при обычном давлении даже вблизи 0 K, он кристаллизуется только под давлением выше 2,5 МПа. Экстремальные условия также необходимы для создания немногочисленных химических соединений гелия, все они нестабильны при нормальных условиях.

Температура плавления гелия (Нe) при давлении 2,5 МПа составляет −272,2 °C.

При пропускании тока через заполненную гелием трубку наблюдаются разряды различных цветов, зависящих главным образом от давления газа в трубке. Обычно видимый свет спектра гелия имеет жёлтую окраску. По мере уменьшения давления происходит смена цветов на розовый, оранжевый, жёлтый, ярко-жёлтый, жёлто-зелёный и зелёный. Это связано с присутствием в спектре гелия нескольких серий линий, расположенных в диапазоне между инфракрасной и ультрафиолетовой частями спектра. Важнейшие линии гелия в видимой части спектра лежат между 706,52 нм и 447,14 нм. Уменьшение давления приводит к увеличению длины свободного пробега электрона, то есть к возрастанию его энергии при столкновении с атомами гелия. Это приводит к переводу атомов в возбуждённое состояние с бо́льшей энергией, в результате чего и происходит смещение спектральных линий от красного к фиолетовому краю видимого спектра.

Критические параметры гелия (Нe) очень низкие: критическая температура гелия − 267,95 °C и критическое давление гелия 0,22746 МПа. Этим объясняются трудности при сжижении гелия.

Скорость звука в гелии (Нe) составляет: 1056 м/с (при 30 °C, состояние вещества – газ), 965 м/с (при 0 °C, состояние вещества – газ), 237,66 м/с (при -272,165 °C, состояние вещества – жидкость), 231,4 м/с (при -271,39 °C, состояние вещества – жидкость), 221,7 м/с (при -270,97 °C, состояние вещества – жидкость), 223,3 м/с (при -270,65 °C, состояние вещества – жидкость), 179,8 м/с (при -268,93 °C, состояние вещества – жидкость).

Динамическая вязкость гелия (Нe) составляет: 0,0188 мПа·с (при 0°C, состояние вещества – газ), 0,0229 мПа·с (при 100°C, состояние вещества – газ), 0,0269 мПа·с (при 200°C, состояние вещества – газ), 0,0342 мПа·с (при 400°C, состояние вещества – газ),
0,0407 мПа·с (при 600°C, состояние вещества – газ).

Химические свойства гелия. Взаимодействие гелия. Реакции с гелием:

При нормальных условиях гелий химически инертен.

Многие соединения гелия существуют только в газовой фазе в виде так называемых эксимерных молекул, у которых устойчивы возбуждённые электронные состояния и неустойчиво основное состояние.

Например, гелий образует двухатомные молекулы He +2 , фторид HeF, хлорид HeCl (эксимерные молекулы образуются при действии электрического разряда или ультрафиолетового излучения на смесь гелия с фтором или хлором).

Получение гелия:

В промышленности гелий получают из гелийсодержащих природных газов (в настоящее время эксплуатируются главным образом месторождения, содержащие более 0,1 % гелия). От других газов гелий отделяют методом глубокого охлаждения, используя его свойство сжижаться труднее всех остальных газов.

Жидкий гелий впервые получен в 1908 г., твердый – в 1926 г.

Применение гелия:

Гелий используется во многих областях промышленности и быту:

– в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов ;

– в пищевой промышленности (зарегистрирован в качестве пищевой добавки E939) как пропеллент и упаковочный газ;

Читайте также:
Толуол - формула, свойства, получение и применение

– в качестве хладагента для получения сверхнизких температур (в частности, для перевода металлов в сверхпроводящее состояние);

– для наполнения воздухоплавающих судов (дирижаблей и аэростатов). В отличие от водорода гелий в силу негорючести абсолютно безопасен;

– в дыхательных смесях для глубоководного погружения;

– для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов;

– для заполнения газоразрядных трубок;

– как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерах ;

– в качестве носителя в газовой хроматографии;

  1. 1. Водород
  2. 2. Гелий
  3. 3. Литий
  4. 4. Бериллий
  5. 5. Бор
  6. 6. Углерод
  7. 7. Азот
  8. 8. Кислород
  9. 9. Фтор
  10. 10. Неон
  11. 11. Натрий
  12. 12. Магний
  13. 13. Алюминий
  14. 14. Кремний
  15. 15. Фосфор
  16. 16. Сера
  17. 17. Хлор
  18. 18. Аргон
  19. 19. Калий
  20. 20. Кальций
  21. 21. Скандий
  22. 22. Титан
  23. 23. Ванадий
  24. 24. Хром
  25. 25. Марганец
  26. 26. Железо
  27. 27. Кобальт
  28. 28. Никель
  29. 29. Медь
  30. 30. Цинк
  31. 31. Галлий
  32. 32. Германий
  33. 33. Мышьяк
  34. 34. Селен
  35. 35. Бром
  36. 36. Криптон
  37. 37. Рубидий
  38. 38. Стронций
  39. 39. Иттрий
  40. 40. Цирконий
  41. 41. Ниобий
  42. 42. Молибден
  43. 43. Технеций
  44. 44. Рутений
  45. 45. Родий
  46. 46. Палладий
  47. 47. Серебро
  48. 48. Кадмий
  49. 49. Индий
  50. 50. Олово
  51. 51. Сурьма
  52. 52. Теллур
  53. 53. Йод
  54. 54. Ксенон
  55. 55. Цезий
  56. 56. Барий
  57. 57. Лантан
  58. 58. Церий
  59. 59. Празеодим
  60. 60. Неодим
  61. 61. Прометий
  62. 62. Самарий
  63. 63. Европий
  64. 64. Гадолиний
  65. 65. Тербий
  66. 66. Диспрозий
  67. 67. Гольмий
  68. 68. Эрбий
  69. 69. Тулий
  70. 70. Иттербий
  71. 71. Лютеций
  72. 72. Гафний
  73. 73. Тантал
  74. 74. Вольфрам
  75. 75. Рений
  76. 76. Осмий
  77. 77. Иридий
  78. 78. Платина
  79. 79. Золото
  80. 80. Ртуть
  81. 81. Таллий
  82. 82. Свинец
  83. 83. Висмут
  84. 84. Полоний
  85. 85. Астат
  86. 86. Радон
  87. 87. Франций
  88. 88. Радий
  89. 89. Актиний
  90. 90. Торий
  91. 91. Протактиний
  92. 92. Уран
  93. 93. Нептуний
  94. 94. Плутоний
  95. 95. Америций
  96. 96. Кюрий
  97. 97. Берклий
  98. 98. Калифорний
  99. 99. Эйнштейний
  100. 100. Фермий
  101. 101. Менделеевий
  102. 102. Нобелий
  103. 103. Лоуренсий
  104. 104. Резерфордий
  105. 105. Дубний
  106. 106. Сиборгий
  107. 107. Борий
  108. 108. Хассий
  109. 109. Мейтнерий
  110. 110. Дармштадтий
  111. 111. Рентгений
  112. 112. Коперниций
  113. 113. Нихоний
  114. 114. Флеровий
  115. 115. Московий
  116. 116. Ливерморий
  117. 117. Теннессин
  118. 118. Оганесон

Химический элемент гелий (He) – строение, свойства и общая характеристика инертного газа

Основная информация об элементе

Уникальное в своем роде вещество считается одним из самых распространенных во всей Вселенной, уступая пальму первенства в своем объеме только водороду, ведь его доля составляет около 23 процентов от общей массы этого безграничного пространства. Близкие к рекордным показатели демонстрируют и другие физические свойства гелия, которые стоит рассмотреть более подробно.

Физические особенности

Химический элемент относят к практически полностью инертным газам, он не является токсичным и не имеет вкуса и запаха. Одиночное строение атома гелия остается таковым при любых условиях, чего не скажешь о других его характеристиках, зависящих от атмосферного давления, температурного режима и многих других параметров. Самый легкий идеальный газ после водорода, гелий обладает следующими физическими свойствами:

  • Молярная масса атома газа составляет 4,002601 грамма на моль. Что касается молярного объема, то этот показатель равен 31,81 сантиметра кубических на моль, тогда как молярная теплоемкость составляет 20,79 Дж/Кмоль.
  • Плотность вещества напрямую зависит от температурного режима, соответствуя 0,147 грамма на сантиметр кубический при падении столбика термометра ниже отметки в минус 270 градусов Цельсия и 0,000117846 градуса при нагревании до плюс 20 градусов и выше.
  • Температура кипения у гелия является наиболее низкой, если сравнивать его с любым другим химическим элементом. Так, вещество имеет свойство закипать при температуре, равной 4,2152 Кельвина, что эквивалентно минус 268,94 градуса Цельсия.
  • Температурный режим плавления соответствует 0,95 Кельвина или минус 272,2 градуса Цельсия при давлении, равном 2,5 МПа. При этом удельная теплота плавления составляет 0,0138 килоДжоуля на моль при удельной теплоте испарения 0, 0829 кДж/моль.
  • Получение вещества в твердом виде становится возможным только при атмосферном давлении выше 25 атмосфер, тогда как при любых других показателях (даже нулевых) он не переходит в эту фазу.
  • Гелий, найденный в природных условиях, всегда состоит из двух изотопов стабильного типа, один из которых имеет высокий процент распространения, близком к сотне, тогда как другой встречается гораздо реже, причем в совершенно разных естественных источниках (до 0,00014%). Помимо прочего, науке известны еще как минимум 6 радиоактивных гелиевых изотопов искусственного происхождения.

Стоит отметить, что для качественного определения вещества сегодня используется анализ эмиссионного спектра излучения, тогда как для количества применимым остается хроматографическое и масс-спектрометрическое тестирование. Кроме того, актуальными являются простейшие методы идентификации, подразумевающие измерение таких основных параметров, как плотность, молярная масса и теплопроводность.

Гелий в своем газообразном состоянии очень тяжело растворяется в воде (гораздо сложнее, чем любой другой газ). Так, в литре воды, температура которой составляет 20 градусов Цельсия, объем растворимого газа составляет не более 8,8 миллилитра из 100. Еще худшую растворимость можно наблюдать в этиловом спирте, так как ее показатель не превышает 2,8 мл/л при 15-градусной температуре и 3,2 мл при нагревании этанола до 25 градусов Цельсия.

Читайте также:
Бензол - свойства вещества, формула, характеристика, состав

А вот скорость диффузии гелия превышает актуальный для воздуха показатель в три раза, опережая даже водород, у которого коэффициент проникаемости ниже на 65%. Абсолютным рекордсменом гелий является и по коэффициенту преломления, максимально приближаясь к единице. Эффект Джоуля — Томсона у гелия имеет отрицательное значение в нормальной среде из-за его слишком быстрого охлаждения.

Что касается остывания в процессе дросселирования, то оно становится возможным только при 40 К и нормальном атмосферном давлении. Если же температура продолжит опускаться, то становится возможным переход гелия из газообразного в жидкое состояние, но только при условии применения охлаждения расширительного типа, обеспечить которое реально только с помощью специального преобразователя относительной потенциальной энергии в механическую.

Химические свойства

Гелий является наименее активным элементом из всех известных, относясь к 18-й группе периодической таблицы и имея общепринятое обозначение He. Такой же является и химическая формула гелия (электронная состоит из двух протонов и такого же количества нейтронов, дающих массовое число 4), который имеет в своей основе кристаллическую решетку гексагонального типа с параметрами 3,570 для показателя a и 5,84 для c, дающих соотношение 1,633. Что касается других химических характеристик вещества, то среди них стоит выделить:

  • Величина ковалентного радиуса равна 28 пм при радиусе иона, соответствующем 93 пм.
  • Уровень электроотрицательности по шкале Полинга соответствует 4,5 баллам.
  • Электродный потенциал, как степени окисления, а следовательно, и валентность элемента имеют нулевые значения.
  • Энергия ионизации первого электрона равна 2361,3 кДж/моль.
  • Показатель теплопроводности элемента соответствует 300 К.
  • Молекулярная ионная энергия равна 58 ккал/моль.
  • Равновесное расстояние между ядрами химически связанных элементов соответствует 1,09 А.

Что касается соединений вещества, то сегодня известной является его связь LiHe. Сам элемент имеет свойство образовывать двухатомные молекулы фторида и хлорида, обозначение первого из которых HeF, а второго HeCl, притом что их получение становится возможным только при воздействии электрического разряда или УФ-излучения на смесь описываемого элемента с фтором или хлором, соответственно.

Совершенно другими свойствами обладает гелий в газообразном состоянии. Не последнюю роль в этом вопросе играет воздействие на газ различного рода физических и химических процессов. К примеру, если пропустить ток через трубочку с гелием, то можно наблюдать его радужное свечение, сила которого будет зависеть от создаваемого давления в закрытом пространстве. Если же не прибегать к подобным приемам, то останется один только желтый спектр, считающийся привычным для гелия в его нормальном состоянии.

Ввиду содержания в веществе нескольких линий спектра по мере уменьшения атмосферного давления происходит изменение его цветового излучения, которое начинает меняться от желтого к оранжевому, розовому и зеленому. Всего же учеными принято выделять два основных спектра — единичный и триплетный, первый из которых свойственен атомам в их нормальном состоянии. Что касается перехода в триплетное состояние, то он становится возможным только при использовании разряда в 19,77 эВ.

Вывести атом из его привычного состояния можно и другими методами воздействия, один из которых заключается в искусственно созданном столкновении с другими атомами вещества с последовательной передачей энергии между ними. А вот обратный переход из триплетного состояния в синглетное естественным путем практически невозможен. Такое состояние называется метастабильным и для того, чтобы перевести газ в стандартное положение вновь, приходится прибегать к различным методам внешнего воздействия.

Интересные факты о гелии

Название элемента происходит от греческого «Гелиос», что означает «Солнце» и латинского «гелиум», притом что второе наименование было выбрано отнюдь не случайно. Так, не секрет, что окончание «ум» применяется по отношению к металлам, к которым и относился гелий на момент своего открытия. И хотя на самом деле вещество является неметаллом, иногда его так и называют по-латыни, что не является ошибкой.

Немного истории

Сегодня уже мало кто вспомнит, что открытие элемента произошло еще 18 августа 1868 года, когда известный французский ученый решил исследовать солнечную хромосферу в момент полного затмения звезды в одном из индийских городов. Примечательно, что всего лишь через 3 месяца такое же открытие было сделано в Англии, правда, тогда о его неактуальности еще никто не знал, ввиду более сложной корреспонденции научных данных.

В 1881 году итальянский вулканолог Луиджи Пальмери, исследовавший Везувий, также идентифицировал это вещество, поспешив сообщить о своей находке общественности. Но самое важное событие в области открытия гелия произошло 27 годами позже, когда он был впервые выявлен в недрах планеты. Тогда газ удалось добыть из такого распространенного минерала, как клевеит, и со временем именно он использовался учеными для того, чтобы установить величину его удельного веса и других физических параметров.

Со временем исследователи научились получать гелий в жидком виде, для чего впервые довелось применить процедуру дросселирования. В отличие от этого попытки добывать твердый гелий долгое время не увенчивались успехом. Ситуация изменилась только в 1926 году, когда вдобавок к охлаждению было применено и критическое понижение атмосферного давления до 35 атм, в результате чего удалось выделить кристаллическую решетку вещества.

Читайте также:
Серебро химический элемент история открытия металла, электронная формула, обозначение в таблице Менделеева, физические и химические свойства, крупные месторождения серебра, способы применения

Получение и применение

Удивительно, но, несмотря на свое внушительное распространение во всей Вселенной, гелий довольно редко встречается на Земле. Разной является и природа образования этого элемента на Земле и в космосе, так как в первом случае его выделение происходит за счет распада альфа-частиц тяжелых элементов. В итоге часть вещества проходит через земные породы, сливаясь с природным газом и демонстрируя концентрацию от 7 процентов от общего объема и выше.

В настоящее время месторождения, в которых наблюдаются большие залежи гелия, имеются на территории таких стран, как Индия, Бразилия, Россия и Танзания. Естественно, речь идет о гелийсодержащих газах, которые используются в промышленности для выведения чистого элемента или его производных. Для этого применяется процедура охлаждения посредством дросселирования, и в этом случае сложность разжижения элемента в значительной мере облегчает процесс.

На выходе удается получить смесь, состоящую не только из гелия, но и из водорода и неона, после чего производится очистка. В итоге доля сырого гелия будет составлять около 70−90 процентов от общего объема. После финишной фильтрации продукт, который, как известно, не может гореть, а следовательно, и не представляет никакой угрозы, транспортируясь в металлических баллонах, изготовленных в соответствии с ГОСТ 949–73 . Если же стоит вопрос о перевозке сжиженного газа, то в ход идут специальные сосуды марки СТГ-10 и СТГ-25.

Что касается применения, то гелий используется в следующих сферах:

  • Металлургия.
  • Пищевая промышленность.
  • Для изготовления хладагентов для различных агрегатов и рабочих установок.
  • Для наполнения различных судов воздухоплавания и шариков.
  • В дайвинге для приготовления дыхательных смесей, необходимых для погружения.
  • В ракетных установках в качестве одной из составляющих теплоносителя.
  • Для наполнения трубок газорезного типа.
  • В сфере газовой хроматографии.
  • Для поиска утечек в трубопроводах и всевозможных инфраструктурных установках.

Естественно, на этом применение элемента не заканчивается, ввиду чего производство гелия является очень развитым и востребованным в настоящее время.

Среди прочих преимуществ газа — его высокие перспективы в сфере термоядерной энергетики, благо, мировые запасы гелийсодержащих веществ не позволяют отнести его в разряд дефицитного.

Так, современные эксперты называют цифру в 45,6 миллиарда метров кубических, притом что объемы производства перевалили за 110 миллионов еще в 2003 году.

Гелий, свойства атома, химические и физические свойства

Гелий, свойства атома, химические и физические свойства.

Гелий — второй элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 2. Расположен в 18-й группе (по старой классификации — главной подгруппе восьмой группы), первом периоде периодической системы.

Общие сведения:

100 Общие сведения
101 Название Гелий
102 Прежнее название
103 Латинское название Helium
104 Английское название Helium
105 Символ Нe
106 Атомный номер (номер в таблице) 2
107 Тип Неметалл
108 Группа Инертный (благородный) газ
109 Открыт Джозеф Норман Локьер, Великобритания, 1868 г., Пьер Жюль Сезар Жансен, Франция, 1868 г.
110 Год открытия 1868 г.
111 Внешний вид и пр. Инертный газ без цвета, запаха и вкуса
112 Происхождение Природный материал
113 Модификации
114 Аллотропные модификации
115 Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга
116 Конденсат Бозе-Эйнштейна
117 Двумерные материалы
118 Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) 0,000073 %
119 Содержание в земной коре (по массе) 5,5·10 -10 %
120 Содержание в морях и океанах (по массе) 7,2·10 -10 %
121 Содержание во Вселенной и космосе (по массе) 23 %
122 Содержание в Солнце (по массе) 23 %
123 Содержание в метеоритах (по массе)
124 Содержание в организме человека (по массе)

Свойства атома гелия :

200 Свойства атома
201 Атомная масса (молярная масса) 4,002602(2) а.е.м. (г/моль)
202 Электронная конфигурация 1s 2
203 Электронная оболочка K2 L0 M0 N0 O0 P0 Q0 R0

Химические свойства гелия:

300 Химические свойства
301 Степени окисления
302 Валентность
303 Электроотрицательность 4,5 (шкала Полинга)
304 Энергия ионизации (первый электрон) 2372,32 кДж/моль (24,58738880 (15) эВ)
305 Электродный потенциал 0 В
306 Энергия сродства атома к электрону -48(20) кДж/моль (-0,5(2) эВ) – предположительно

Физические свойства гелия:

400 Физические свойства
401 Плотность* 1,7846·10 -4 г/см 3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – газ),

1,785·10 -4 г/см 3 (при 0 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – газ),

0,125 г/см 3 (при температуре кипения -268,928 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость),

1 кПа (при 1,67 K),

10 кПа (при 2,48 K),

965 м/с (0 °C, состояние вещества – газ),

237,66 м/с (-272,165 °C, состояние среды – жидкость),

231,4 м/с (-271,39 °C, состояние вещества – жидкость),

221,7 м/с (-270,97 °C, состояние вещества – жидкость),

223,3 м/с (-270,65 °C, состояние вещества – жидкость),

Кристаллическая решётка гелия:

500 Кристаллическая решётка
511 Кристаллическая решётка #1
512 Структура решётки Гексагональная плотноупакованная

Дополнительные сведения:

900 Дополнительные сведения
901 Номер CAS 7440-59-7

Примечание:

401* Плотность гелия согласно [1] составляет 1,786·10 -4 г/см 3 (при 0 °C и нормальных условиях, состояние вещества – газ).

407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) гелия согласно [4] составляет 0,00723 кДж/моль.

408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) гелия согласно [4] составляет 0,084 кДж/моль.

410* Молярная теплоемкость гелия согласно [3] составляет 20,79 Дж/(K·моль).

416* Критическое давление гелия согласно [4] составляет 0,229 МПа.

Источники:

  1. https://en.wikipedia.org/wiki/Helium
  2. https://de.wikipedia.org/wiki/Helium
  3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Гелий
  4. http://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=212
  • ← Литий, свойства атома, химические и физические свойства
  • Водород, свойства атома, химические и физические свойства →

Резерфордий, свойства атома, химические и физические свойства

Дубний, свойства атома, химические и физические свойства

Кремний, свойства атома, химические и физические свойства

Выбрать язык

Популярные записи

  • Медь, свойства атома, химические и физические свойства
  • Железо, свойства атома, химические и физические свойства
  • Азот, свойства атома, химические и физические свойства
  • Хлор, свойства атома, химические и физические свойства
  • Молибден, свойства атома, химические и физические свойства
  • Таблица молярных масс химических элементов
  • Магний, свойства атома, химические и физические свойства
  • Селен, свойства атома, химические и физические свойства
  • Таблица валентности химических элементов
  • Кальций, свойства атома, химические и физические свойства
  • Натрий, свойства атома, химические и физические свойства
  • Цинк, свойства атома, химические и физические свойства
  • Фтор, свойства атома, химические и физические свойства
  • Фосфор, свойства атома, химические и физические свойства
  • Литий, свойства атома, химические и физические свойства
  • Ксенон, свойства атома, химические и физические свойства
  • Кислород, свойства атома, химические и физические свойства
  • Титан, свойства атома, химические и физические свойства
  • Никель, свойства атома, химические и физические свойства
  • Скандий, свойства атома, химические и физические свойства

Предупреждение.

Все химические реакции и вся информация на сайте предназначены для использования исключительно в учебных целях — только для решения письменных, учебных задач. Мы не несем ответственность за проведение вами химических реакций.

Химические реакции и информация на сайте
не предназначены для проведения химических и лабораторных опытов и работ.

Инертные газы

Ин е ртные г а зы, благородные газы, редкие газы, химические элементы, образующие главную подгруппу 8-й группы периодической системы Менделеева: гелий Не (атомный номер 2), неон Ne (10), аргон Ar (18), криптон Kr (36), ксенон Xe (54) и радон Rn (86). Из всех инертных газов только Rn не имеет стабильных изотопов и представляет собой радиоактивный химический элемент.

Название “инертные газы” отражает химическую инертность элементов этой подгруппы, что объясняется наличием у атомов инертных газов устойчивой внешней электронной оболочки, на которой у Не находится 2 электрона, а у остальных инертных газов по 8 электронов. Удаление электронов с такой оболочки требует больших затрат энергии в соответствии с высокими потенциалами ионизации атомов инертных газов (см. таблицу).

Из-за химической инертности инертные газы долгое время не удавалось обнаружить, и они были открыты только во 2-й половине 19 в. К открытию первого инертного газа — гелия — привело проведённое в 1868 французом Ж. Жансеном и англичанином Н. Локьером спектроскопическое исследование солнечных протуберанцев. Остальные инертные газы были открыты в 1892—1908.

Инертные газы постоянно присутствуют в свободном виде в воздухе. 1 м 3 воздуха при нормальных условиях содержит около 9,4 л инертных газов, главным образом аргона (см. таблицу). Кроме воздуха, инертные газы присутствуют в растворённом виде в воде, содержатся в некоторых минералах и горных породах. Гелий входит в состав подземных газов и газов минеральных источников. Остальные стабильные инертные газы получают из воздуха в процессе его разделения. Источником радона служат радиоактивные препараты урана, радия и др. После использования стабильные инертные газы вновь возвращаются в атмосферу и поэтому их запасы (кроме лёгкого Не, который постепенно рассеивается из атмосферы в космическом пространстве) не уменьшаются.

Молекулы инертных газов одноатомны. Все инертные газы не имеют цвета, запаха и вкуса; бесцветны они в твёрдом и жидком состоянии. Наличие заполненной внешней электронной оболочки обусловливает не только высокую химическую инертность инертных газов, но и трудности получения их в жидком и твёрдом состояниях (см. таблицу). Другие физические свойства инертных газов см. в статьях об отдельных элементах.

Содер­жание в воздухе, об. %

по В. И. Лебедеву

2,6 Мн/м 2 ). **Массовое число наиболее долгоживущего изотопа.

Долгое время попытки получить химические соединения инертных газов оканчивались неудачей. Положить конец представлениям об абсолютной химической недеятельности инертных газов удалось канадскому учёному Н. Бартлетту, который в 1962 сообщил о синтезе соединения Xe с PtF6. В последующие годы было получено большое число соединений Kr, Xe и Rn, в которых инертные газы имеют степени окисления +1, +2, +4, +6 и +8. При этом существенно, что для объяснения строения этих соединений не потребовалось принципиально новых представлений о природе химической связи, и связь в соединениях инертных газов хорошо описывается, например, методом молекулярных орбиталей (см. Валентность, Молекулярных орбиталей метод). Из-за быстрого радиоактивного распада Rn его соединения получены в ничтожно малых количествах и состав их установлен ориентировочно. Соединения Xe значительно стабильнее соединений Kr, а получить устойчивые соединения Ar и более лёгких инертных газов пока не удалось. В большинстве реакций инертных газов участвует фтор: одни вещества получают, действуя на инертные газы фтором или фторсодержащими агентами (SbF5, PtF6 и т. д.), другие образуются при разложении фторидов инертных газов. Имеются указания на возможность протекания реакций Xe и Кr с хлором. Получены также окислы (XeO3, XeO4) и оксигалогениды инертных газов.

Кроме указанных выше соединений, инертные газы образуют при низких температурах соединения включения. Так, все инертные газы, кроме Не, дают с водой кристаллогидраты типа Хе × 6Н2О, с фенолом тяжёлые инертные газы дают соединения типа Хе × 3С6Н5ОН и т. д.

Промышленное использование инертных газов основано на их низкой химической активности или специфических физических свойствах. Примеры применения инертных газов см. в статьях об отдельных элементах.

Лит.: Финкельштейн Д. Н., Инертные газы, М., 1961; Фастовский В. Г., Ровинский А. Е., Петровский Ю. В., Инертные газы, М., 1964; Крамер Ф., Соединения включения, пер. с нем., М., 1958; Бердоносов С. С., Инертные газы вчера и сегодня, М., 1966; Соединения благородных газов, пер. с англ., М., 1965; Коттон Ф., Уилкинсон Дж., Современная неорганическая химия, пер. с англ., ч. 2, М., 1969; Дяткина М. Е., Электронное строение соединений инертных газов, «Журнал структурной химии», 1969, т. 10, № 1, с. 164.

Благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)

История их открытия

История открытия благородных газов драматична и могла бы послужить основой для хорошего химического детектива. А началась она довольно банально. Английский физик Джон Уильям Рэлей не предполагал совершить никакого открытия. Опытный, педантичного склада экспериментатор, он в 1888 г. решил определить плотности и молекулярные массы различных газов с очень высокой для того времени степенью точности – до сотых долей процента. Однако азот, выделенный им из воздуха, неизменно оказывался тяжелее, чем полученный при разложении нитрита аммония. Литр азота воздуха имел массу 1,2572 г, а литр «химического» азота — 1,2505 г. Разница невелика, но она выходила за пределы экспериментальной погрешности и была постоянной. Сам Рэлей не сумел объяснить этот парадокс.

Дж. Рэлей

Через научный журнал «Nature» («Природа») Рэлей в апреле 1894 г. обратился к учёным с просьбой помочь в решении проблемы. Откликнулся только один человек — заведующий кафедрой химии Лондонского университета Уильям Рамзай (1852— 1916). Он высказал неожиданную идею: вероятно, в азоте, выделенном из воздуха, есть небольшая примесь какого-то другого, более тяжёлого газа. Мысль была смелая, даже дерзкая — ведь до этого состав воздуха изучали сотни исследователей.

Но вот, анализируя лабораторные записи Г. Кавендиша, Рэлей и Рамзай обратили внимание на старый, забытый уже опыт, выполненный в 1785 г. Пропуская через воздух, содержащий избыток кислорода, электрические разряды, Кавендиш превращал азот в оксид NО2, который поглощал раствором щелочи. В итоге примерно сотая по объёму часть воздуха не вступала в реакцию, оставаясь неизменной. Это был уже четкий ориентир. Рамзай изменил этот опыт, связав кислород с помощью меди в оксид меди(II), а азот магнием в нитрид магния. «В остатке», как и у Кавендиша, оказалась небольшая часть исходного объёма воздуха. Но «личность» нового газа так и не была установлена.

Газ вёл себя парадоксально: он не вступал в реакции с хлором, металлами, кислотами, щелочами, т. е. был абсолютно химически инертен. И ещё одна неожиданность: Рамзай доказал, что его молекула состоит из одного атома, а до той поры одноатомные газы были неизвестны.

12 августа 1894 г. Рэлей выступил с докладом о новом газе в Британской ассоциации содействия науке. А позже новый элемент был назван аргоном (от греч. «аргос» — «ленивый», «безразличный»).

Этому сообщению поверили далеко не все химики, усомнился в нём и сам Менделеев. Периодическая система элементов являла собой удивительно целостное строение: открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все её «здание» рухнет. Атомная масса газа (39,9) указывала ему место между калием (39,1) и кальцием (40, 1). Но в этой части таблицы все клети были давно заняты. Авторы открытия, горячие сторонники периодического закона, тоже не испытывали особого торжества. Аргон не имел в таблице аналогов, и вообще ему не находилось места в периодической системе: ну куда можно поместить элемент, лишенный химических свойств?

У. Рамзай

Ответ на этот вопрос пришёл не сразу. Прежде всего, вспомнили об открытии, которое сделали почти одновременно, в 1868 г., два астронома — француз Пьер Жюль Сезар Жансен и англичанин Джозеф Норман Локьер. Эти ученые с помощью недавно изобретённого прибора — спектроскопа изучали спектр солнечных протуберанцев и обнаружили в нём жёлтую линию, принадлежащую новому элементу. Но официальное признание он получил лишь четверть века спустя. Это случилось только после того как гелий (так его назвали в честь греческого бога Солнца Гелиоса) открыли на Земле.

В 1895 г. Рамзай при обработке очень редкого минерала клевеита nUО3 • mUО2 • хРbО серной кислотой обнаружил газ, спектральный анализ которого показал, что это «земной» гелий. Как установили позже, гелий непрерывно образуется в минерале в результате радиоактивного распада урана.

Теперь уже двум элементам не было места в периодической системе: аргону и гелию. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай пришли к выводу, что инертным, т. е. лишенным химических свойств, газам надо отвести отдельную, так называемую нулевую группу между галогенами и щелочными металлами.

В надежде отыскать остальные инертные газы Рамзай вернулся к изучению воздуха. Следующий инертный газ выделили в 1898 г. «методом исключения», после того как кислород, азот и все тяжёлые компоненты воздуха были превращены в жидкость. Оставшийся газ собрали, поместили в разрядную трубку, пропустили через неё электрический ток, и трубка вспыхнула ярким красно-оранжевым светом. Элементу дали незамысловатое название «неон», что в переводе с греческого означает «новый».

В том же году Рамзай выделил из жидкого воздуха (предварительно удалив кислород, азот и аргон) смесь, в которой спектральным методом были открыты ещё два газа: криптон («скрытый», «секретный») и ксенон («чуждый», «необычный»). Таким образом, к лету 1898 г. оказались известны пять благородных газов.

За исследования в области инертных газов Рэлей и Рамзай были удостоены Нобелевской премии.

Рамзая, открывшего пять элементов, вполне можно сравнить с золотоискателем, которому фантастически повезло — он напал на «золотую жилу». Однако этот великий ученый вложил в ее разработку колоссальный труд и ювелирное искусство. За два года работы он получил всего 300 мл ксенона, для чего пришлось переработать 77,5 млн литров воздуха, т. е. 100 тонн!

В 1899 г. тогда еще молодой английский физик Эрнест Резерфорд обнаружил, что радиоактивный распад тория сопровождается выделением неизвестного газа. Это оказался последний представитель «благородного семейства». Впоследствии новый элемент получил название «радон», в честь непосредственного «ядерного предтечи» радия.

Чтобы дать наглядное представление о содержании благородных газов в земной атмосфере, отметим, что 1 м 3 (1000 л)воздуха включает 9,3 л Ar, 18 мл Ne, 4,6 мл Не, 1,1 мл Kr, 0,086 мл Хе и лишь 6 • 10 -16 мл радиоактивного радона. Если бы молекулы воздуха были видимы и проходили перед наблюдателем по одной в секунду, то молекула аргона появлялась бы в среднем каждые две минуты, криптона — один раз в десять дней, молекулу ксенона пришлось бы дожидаться четыре месяца, а молекулу радона — 50 триллионов лет! Однако абсолютное количество благородных газов в атмосфере огромно. Только ксенона в ней содержится 430 млн тонн.

Электронное строение

После открытия инертных газов и создания «нулевой группы» периодическая система элементов приобрела более законченный вид.

С развитием представлений об электронном строении атомов стало ясно, что инертные газы имеют целиком заполненные s- и р-подуровни. На единственном электронном уровне атома гелия располагаются два электрона ( ls 2 ), а остальные представители группы являются р-элементами, и у них на внешнем электронном уровне находятся по восемь электронов (ns 2 np 6 , где n — номер периода). Поэтому с точки зрения электронного строения неон и более тяжелые газы следует поместить в главную подгруппу VIII группы. Гелий можно было бы отнести к s-элементам и формально поставить в группу IIА. Однако он настолько непохож по свойствам на элементы II группы: бериллий, магний и другие, что его оставили в VIII группе вместе с подобными ему газами.

Все электроны в атомах гелия, неона и аргона очень прочно связаны с ядром, поэтому эти элементы не вступают в химические реакции. Энергия же р-орбиталей криптона, ксенона и радона позволяет им быть донорами р-электронов при образовании химических связей с наиболее электроотрицательными элементами — фтором, кислородом. Недаром учёные отказались от прежнего названия «инертные» и сейчас именуют эту подгруппу благородными газами.

Химические свойства

Долгое время считалось, что инертные газы не вступают в химические реакции. Однако в 1962 г. канадский химик Нилл Бартлетт при нагревании смеси ксенона с сильным окислителем — гексафторидом платины PtF6 получил желтое кристаллическое вещество состава XePtF6.

После публикации результатов Бартлетга за один год удалось синтезировать фториды ксенона — XeF2, XeF4, XeF6 — и исследовать их строение и свойства.

К концу ХХ столетия число полученных соединений ксенона превысило сотню, соединений криптона — уже более двух десятков, среди них KrF2, KrF4, соли криптоновой кислоты H2KrO4. Самым химически активным должен быть радон, но он слишком нестабилен, и синтезировано всего несколько его соединений. Теперь очередь за аргоном для него пока известны только соединения включения, например клатрат Ar ∙ 6Н2О (гидрат аргона), где аргон не образует химической связи, а включен в кристаллическую решетку льда.

Что же касается гелия и неона, то они, надо полагать, навсегда останутся непоколебимыми в своём «благородстве».

Физические свойства и применение благородных газов

Все элементы VIIIA группы представляют собой одноатомные газы, которые только при очень низких температурах могут быть переведены в жидкое и твёрдое состояние.

Интересно, что температуры кипения и плавления каждого газа различаются всего лишь на несколько градусов. Это объясняется слабым межмолекулярным взаимодействием как в жидкой, так и в твердой фазе.

Гелий обладает самой низкой температурой кипения и плавления. Перевести его в твердое состояние удается только при давлении порядка 25 ∙10 5 Па.

Жидкий гелий впервые получил в 1908 г. нидерландский физик Хейке Камерлинг-Оннес, удостоенный за это Нобелевской премии (1913 г.).

В 1938 г. выдающийся советский физик Пётр Леонидович Капица (1894—1984) установил, что при температурах ниже 2,17 К (—271 о С) жидкий гелий не обладает вязкостью, т. е. становится сверхтекучим. В таком состоянии теплопроводность в миллион раз больше, чем при 4 К (—269 о С). За открытие и исследование этого явления ученому в 1978 г. была присуждена Нобелевская премия, а в 1962 г. Нобелевскую премию получил Лев Давыдович Ландау, давший теоретическое обоснование явления сверхтекучести. Сверхтекучесть жидкого гелия позволит использовать его в будущем для создания сверхпроводящих электромагнитов.

Гелий получают не из воздуха, а из природного газа: в нем содержание гелия может достигать нескольких процентов, а это в тысячу раз больше, чем в атмосфере.

Остальные благородные газы выделяют путем низкотемпературной фракционной разгонки жидкого воздуха. Ксенон образуется в реакторах в результате распада ядерного горючего.

Поскольку гелий обладает низкой плотностью (в семь раз меньше плотности воздуха) и негорюч, им заполняют метеорологические шары, зонды, аэростаты, дирижабли. Жидкий гелий используется для создания низких температур, близких к абсолютному нулю.

Аргон служит для создания инертной атмосферы в металлургических процессах, в химическом производстве, при электросварке. Криптон и ксенон используются для заполнения ламп накаливания и в производстве источников света высокой мощности. Газоразрядные лампы, заполняемые неоном, раньше применялись в рекламе, но в последнее время на смену им пришли люминесцентные лампы.

В целом промышленное значение благородных газов, несомненно, уступает той роли, которую они сыграли в развитии периодического закона, создании фундаментальной теории химической связи и химической реакционной способности.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Инертные газы и их свойства» Инертные-газы-и-их-свойства.docx (249 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Общие сведения об открытиях благородных газов» Общие-сведения-об-открытиях-благородных-газов.docx (Одна Загрузка)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

Благородные (инертные) газы.

Благородные газы (инертные либо редкие газы) — группа химических элементов с похожими свойствами: при нормальных условиях они являются одноатомными газами. Это химические элементы, которые образуют главную подгруппу 8-й группы периодической системы Менделеева.

При обычных условиях – это газы без цвета, вкуса и запаха, плохо растворимые в воде, не возгораются при нормальных условиях, с очень низкой химической реактивностью. Их температуры плавления и кипения закономерно увеличиваются с увеличением атомного номера.

Среди всех благородных газов лишь у Rn нет стабильных изотопов и только он является радиоактивным химическим элементом.

Редкими (инертными) газами являются:

  • гелий (He) (атомный номер 2),
  • неон (Ne) (10),
  • аргон (Ar) (18),
  • криптон (Kr) (36),
  • ксенон (Xe) (54)
  • радиоактивный радон (Rn) (86).

В последнее время к этой группе также причисляют унуноктий (Uuo) (118).

Все инертные газы собой завершают соответствующий период в Периодической системе и имеют полностью завершенный, устойчивый внешний электронный уровень.

У инертных газов электронная конфигурация ns 2 np 6 (у гелия 1s 2 ) и они образуют VIIIА группу. С возрастанием порядкового номера увеличиваются радиусы атомов и их способность к поляризуемости, что приводит к увеличению межмолекулярных взаимодействий, к увеличению Тпл и Ткип, к улучшению растворимости газов в воде и других растворителях. Для инертных газов существуют такие известные группы соединений: молекулярные ионы, соединения включения, валентные соединения.

Инертные газы относятся к последней при этом они занимают первые 6 периодов и относятся к 18-й группе в периодической таблице химических элементов. Флеровий – элемент 14-й группы показывает некоторые свойства благородных газов, поэтому он способен заменить в периодической таблице унуноктий. Благородные газы неактивны химически и могут принимать участие в химических реакциях только в экстремальных условиях.

Цвета и спектры инертных газов.

Цвета и спектры благородных газов. В первой строке таблицы изображены благородные газы в колбах, через которые пропущен ток, во второй — сам газ в трубке, в третьей — в трубках, которые изображают обозначение элемента в периодической таблице Менделеева.

Гелий

Неон

Аргон

Криптон

Ксенон

Распространенность инертных (редких) газов в природе.

Из-за того, что инертные газы обладают химической инертностью, их довольно долго не получалось обнаружить, и их открытие состоялось лишь во 2-й половине XIX века.

Гелий – является вторым (после водорода) по распространенности элементом во Вселенной, в земной коре содержание гелия составляет лишь 1 · 10-6 масс. %. Гелий является продуктом радиоактивного распада и содержится в пустотах горных пород и в природном газе.

Все благородные газы являются составляющими воздуха. В 1 м 3 воздуха находится 9,3 л аргона, 18 мл неона, 5 мл гелия, 1 мл криптона и 0,09 мл ксенона. Солнце приблизительно на 10% состоит из гелия, образующийся из водорода по реакции ядерного синтеза:

(β + – позитрон, – антинейтрино). В спектре излучения Солн­ца довольно интенсивно проявляются линии гелия, которые были впервые обнаружены в 1868 г. На Земле гелий был найден только в 1895 г. при спектральном анализе газов, выделяющихся при растворении в кислотах минерала клевеита U2О3. Уран, входящий в состав минерала, самопроизвольно распадается по уравнению:

В небольшом количестве они присутствуют в воздухе и некоторых горных породах, а также в атмосферах некоторых планет-гигантов.

Промышленное использование инертных газов основано на их низкой химической активности или специфических физические свойствах.

Некоторые характеристики элементов VIIIА подгруппы (инертных газов).

Элемент

Радиус атома, нм

Первый потенциал ионизации, эВ

Tпл., K

Tкип., K

Относительная поляризуемость атома, усл. ед.

Энергия возбужденного электрона, эВ

Благородные газы. Электронное строение атомов благородных газов и особенности их химических и физических свойств.

Благородные газы (также инертные или редкие газы) — группа химических элементов со схожими свойствами: при нормальных условиях они представляют собой одноатомные газы без цвета и запаха с очень низкой химической реактивностью. К благородным газам относятся гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радиоактивный радон (Rn). В последнее время к этой группе также причисляют оганесон (Og).

Благородные газы химически неактивны и способны участвовать в химических реакциях лишь при экстремальных условиях.

Электронное строение.

Инертные газы имеют цели­ком заполненные s- и р-подуровни. На единственном электронном уров­не атома гелия располагаются два электрона (1s 2 ), а остальные предста­вители группы являются p-элементами, и у них на внешнем электронном уровне находятся по восемь электро­нов (ns 2 np 6 где n — номер периода).

Все электроны в атомах гелия, неона и аргона очень прочно связа­ны с ядром, поэтому эти элементы не вступают в химические реакции. Энергия же р-орбиталей криптона, ксенона и радона позволяет им быть донорами р-электронов при образо­вании химических связей с наиболее электроотрицательными элемента­ми — фтором, кислородом.

Химические свойства.

Гелий, неон и аргон не образуют химических соединений и только их можно назвать истинными «инертными» газами. Чтобы заставить вступить в реакцию неон и гелий, нужно применить много усилий, искусственно ионизируя каждый атом.

Криптон, ксенон и радон образуют соединения с кислородом и фтором, а также комплексные соединения.

Ксенон горит в атмосфере фтора ярким пламенем, при этом образуется смесь фторидов:

Состав образующейся смеси зависит от соотношения компонентов в исходной смеси, времени и условий взаимодействия.

Дифторид ксенона может быть получен при окислении ксенона фторидом серебра (I):

Оксосоединения образуются из фторидов.

Физические свойства.

Все благородные газы не имеют цвета, вкуса и запаха, плохо растворимы в воде, обладают низкими температурами плавления и кипения.

Инертные газы имеют самые большие энергии ионизации. Инертные газы не ядовиты. Однако атмосфера с увеличенной концентрацией инертных газов и соответствующим снижением концентрации кислорода может оказывать удушающее действие на человека, вплоть до потери сознания и смерти. Известны случаи гибели людей при утечках аргона. Вдыхание значительного количества радиоактивного радона может вызвать рак. Также они обладают наркотическим воздействием. Получают благородные газы фракционной перегонкой жидкого воздуха.

Вопрос 25.

Микроэлементы и макроэлементы в питании человека

Минеральные вещества, в отличие от углеводов, белков и жиров не имеют энергетической ценности. Их главное предназначение – участие в активном обмене веществ, происходящих в тканях человека. Активное участие минеральных веществ приходятся на ферментативные и обменные процессы: водно-солевой и кислотно-щелочной. Выделяют две группы минеральных веществ, отличающихся по количеству содержания в пище: макроэлементы (большое количество) и микроэлементы (малые величины).

Подробно о макроэлементах:

Кальций.

Кальций является основой костной ткани, активирует деятельность некоторых важных ферментов, поддерживает ионный баланс в организме, оказывает влияние на процессы, происходящие в сердечно-сосудистой и нервно-мышечной системах. Среднему взрослому человеку необходимо кальция – около 800 мг/сут. Потребность в этом макроэлементе в организме может быть удовлетворена молочными продуктами

Фосфор.

Фосфор — очень важная часть при построении белков, костной ткани и нуклеиновых кислот. Различные соединения этого макроэлемента, что очень важно, участвуют в обмене энергии. Суточная норма для взрослых в фосфоре – 1200 мг/сут.

Богатые фосфором продукты: рыба, мясо, хлеб, фасоль, горох, сыр, овсяная, перловая и ячневая крупа.

Избыток фосфора приводит к выведению кальция из костей, недостаток – развивается мочекаменная болезнь. Правильное питание подразумевает, что эти макроэлементы в организме соотносятся в пропорции 1:1,5 ( Р : Са для взрослого)

Магний.

Магний – регулирует работу нервной ткани, участвует в формировании костной ткани, обмене углеводов и общем энергетическом обмене. Суточная потребность среднего взрослого – 400 мг/сут.

Богаты магнием продукты: хлеб, ячневая и овсяная крупа, горох, фасоль, орехи, молоко, творог.

Натрий.

Натрий – межклеточный и внутриклеточный макроэлемент, принимающий участие в выработке необходимой буферности крови, производит регуляцию водного обмена и кровяного давления, активирует пищеварительные ферменты, производит регуляцию мышечной и нервной ткани.

Натрий содержится в продуктах питания относительно в небольших количествах, обычный рацион взрослого человека, без подсаливания пищи, удовлетворяющую суточную потребность организма. Дефицит этого макроэлемента в организме человека часто наблюдается при голодании и различных вегетарианских диетах. К временному дефициту приводит использование мочегонных препаратов, понос, обильное потение или избыток употребления воды.

Недостаток макроэлемента характеризуется потерей веса, нарушением усвоения аминокислот и моносахаридов, образованием газов в ЖКТ и рвотой. Дальнейший недостаток приводит к мышечным судорогам и невралгии.

Хлор.

Хлор – важный элемент, принимающий участие в формировании желудочного сока, образовании плазмы, активирует некоторые ферменты. Природное содержание в пищевых продуктах колеблется между 2-160 мг. Обычное питание без пищевой соли содержало бы около 1,6 г. Большая часть его (порядка 90%) взрослые получают с солью. В сутки для среднестатистического человека требуется этого макроэлемента приблизительно 2 г/сут. Безвредная доза доходит до 5-7 г. Привычный рацион полностью закрывает необходимость в хлоре и даже с избытком.

Подробно о микроэлементах:

Железо.

Железо (Fe) – общее содержание железа в организме человека составляет около 4,25 г. Из этого количества 57% находится в гемоглобине крови, 23% – в тканях и тканевых ферментах, а остальные 20% – депонированы в печени, селезенке, костном мозге и представляют собой “физиологический резерв” железа. Средний пищевой рацион человека должен содержать не менее 20 мг железа. Важно помнить, что в течение месяца женщины теряют железа почти вдвое больше, чем мужчины. Железо является жизненно необходимым элементом для организма. . В больших количествах содержится: в свиной печени, говяжьих почках, сердце и печени, непросеянной муке, сырых моллюсках, сушеных персиках, яичных желтках, устрицах, орехах, бобах, спарже, овсяном толокне.

Йод.

Йод (J) – Общее количество йода в организме около 25 мг, из них 15 мг – в щитовидно железе. Значительное количество йода содержится в печени, почках, коже, волосах, ногтях, яичниках и предстательной железе. Щитовидная железа является своего рода центральной регулирующей лабораторией, в которой образуются и накапливаются соединения йода. Нормальная потребность в йоде составляет около 100-150 (для взрослых)мкг в сутки. Большое количество йода содержится в келпе (бурая морская водоросль), овощах, особенно в луке, и всех морепродуктах.

Марганец.

Марганец (Mn) – находится во всех органах и тканях. Наиболее богаты марганцем трубчатые кости и печень Для взрослого организма необходимо в сутки 0,1мг марганца на 1 кг веса тела. Наряду с печенью важная роль в накоплении марганца принадлежит поджелудочной железе. Важен для репродуктивных функций и нормальной работы центральной нервной системы. Марганец помогает , улучшить мышечные рефлексы, предотвратить остеопороз, улучшить память и уменьшить нервную раздражительность. Особенно богаты марганцем чай, растительные соки, цельные злаковые, орехи, зеленые овощи с листьями, горох, свекла.

Цинк.

Цинк (Zn) – Суточная потребность человека в цинке составляет 12-16мг для взрослых. Наиболее богаты цинком дрожжи, пшеничные, рисовые и ржаные отруби, зерна злаков и бобовых, какао, морепродукты, но больше всего грибы. Цинк оказывает влияние на активность половых гормонов гипофиза. Цинк также увеличивает активность ферментов: фосфатаз кишечной и костной, катализирующих гидролиз. Тесная связь цинка с гормонами и ферментами объясняет его влияние на углеводный, жировой и белковый обмен веществ, на окислительно-восстановительные процессы, на синтетическую способность печени. Считается, что цинк способствует повышению интенсивности распада жиров, что проявляется уменьшением содержания жира в печени.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: