بسم الله الرحمن الرحيم
الغـازات النبيلـة
هي العناصر الكيميائية الموجودة في المجموعة الثامنة عشر من الجدول الدوري
وهذه السلسلة الكيميائية تحتوي العناصر الآتية : الأرجون Ar، الهيليوم He, الكربتون Kr , النيون Ne , الرادون Rn , الزينونXe , بالإضافة إلى عنصرجديد قيد الأبحاث ( لم يكتشف بعد ) وهو الأنون أوكتيوم وله الرمز المؤقتUuo
وخلافًا لمعظم العناصر الغازية، فإن الغازات النبيلة أحادية الذرة، أيتوجد في الطبيعة على شكل ذرات منفردة بدلاً من جزيئات من ذرتين أو أكثر
ويتميز تركيب هذه الغازات بوجود ثمانية إلكترونات في المستوى الخارجي لهاباستثناء الهيليوم حيث يحتوى المستوى الخارجي فيه على إلكترونين فقط ,وهذا ما يفسر خمول فاعليتها واستقرارها
كانت الغازات النبيلة تعرف إلى عهد قريب بالغازات الخاملة نظراً لأنه لميكن يعرف - حتى قبل عام 1962 - أنها تدخل في أي تفاعل كيميائي نظراًلارتفاع جهود تأينها ولأنها أقل العناصر ألفة إلكترونية ولكن الآن أصبحهذا التعبير ليس دقيق نظرا لأن عدد منها يدخل في تفاعلات كيميائية , كماانه كان يطلق عليها أيضا الغازات النادرة على الرغم من أنها توجد فيالهواء الجوي بنسبة 1 % بالحجم تقريباً
تاريخ الغازات النبيلة ووجودها في الطبيعة
نظراً لعدم نشاط الغازات النبيلة الكيميائي فإنها لم تكتشف حتى 1868, حينما تم اكتشاف الهيليوم بواسطة المطياف في الشمس
---------------------------------------------------------------------------------------------
الهيليوم
في سنة 1868 حدث كسوف كلي للشمس وأمكن بذلك دراسة الجو الضوئي المحيط بهابواسطة المطياف . وقد لاحظ جانسن (Janssen ) وجود خط في المنطقة الصفراءمن الطيف يختلف في طول موجته عن الخط المميز لعنصر الصوديوم وقد استنتجفرانكلاند ( Frankland ) ولوكير ( Lockyer ) أن الخط لابد أن يكون لعنصرجديد لايوجد على الأرض وسمي هيليوم اشتقاقاً من الكلمة اليونانية Heliosومعناه الشمس نظراً لوجوده في جو الشمس بكثرة
وفي عام 1894 درس ويليام رامزي( Ramsay)
الغازات الناتجة من تسخين معدن الكليفيت ( Cleveite ) ولاحظ أنهاتحتوي على الهيدروجين والنيتروجين والأرجون كما لاحظ أن طيفها يحتوي علىالخط المميز للهيليوم الذي سبق اكتشافه في جو الشمس وقد دل ذلك على وجودالهيليوم في الأرض كما أثبت كايزر ( Kayser ) وجود الهيليوم في الهواءالجوي المحيط بالكرة الأرضية في عام 1895
يعد الهيليوم من أخف الغازات المعروفة بعد الهيدروجين , وثاني أكثر الغازات وفرة في الكون
يوجد غاز الهيليوم بوفرة كبيرة جداً في النجوم , ويعود ذلك إلى الاندماجالنووي للهيدروجين , إلا أن وجوده في الغلاف الجوي للأرض قليل حيث يصل إلى0.0005 % حجماً . بسبب أن الجاذبية الأرضية لهذا الغاز ليست قوية بما فيهالكفاية لإعاقة انفلاته التدريجي باتجاه الفضاء , ويعود السبب في وجودالهيليوم في الغلاف الجوي الأرضي نتيجة للتفكك التلقائي لبعض النظائرالمشعة الثقيلة مع إصدار جسيمات ألفا التي تتحول إلى غاز الهيليوم
كما تعد مكامن الغاز الطبيعي والحقول الغازية مصدراً لغاز الهيليوم حيث تبلغ نسبته 2 % وهي المصدر التجاري الرئيسي لهذا الغاز
---------------------------------------------------------------------------------------------
النيون
أكتشف النيون عام 1898 بواسطة كلاً من رامزي( Ramsay) وموريس وليم ترافرس ( Travers )
عندما كانا يقومان بتقطير الهواء المسال تقطيراً تجزيئياً فعندما قامابتقطير الجزء الذي يحتوي على الأرجون المسال تقطيراً تجزيئياً تبين أنهيحتوي على بعض الهيليوم وغاز آخر سمي نيون طبقًا للكلمة الإغريقية (Neos)والتي تعني الجديد , وقد تنبأ رامزي بوجود هذا الغاز قبل ذلك بعام
يوجد هذا الغاز بكميات قليلة في الغلاف الجوي للأرض ( بنسبة 0.0018 % حجماً ) , وفي صخور قشرة الأرض . وغاز النيون أخف من الهواء
---------------------------------------------------------------------------------------------
الأرجون
في عام 1892 لاحظ البارون رايلي
أن كثافة النيتروجين المحضر من الهواء أكبر من كثافة النيتروجين المحضر منمركباته وقد استنتج من ذلك أن نيتروجين الجو يحتوي على غاز آخر أثقل منهوقد نجح رامزي عام 1894 في فصل هذا الغاز من الهواء بعد إزالة الأكسجينوالنيتروجين منه ونظراً لأن هذا الغاز يتميز بخمول كيميائي فقد أطلق عليهاسم الأرجون ومعناه باليونانية خامل أو كسول
يوجد الأرجون طبيعياً في الصخورويتشكل في الهواء الجوي بنسبة 0.93 % حجماً , ويعتبر أعلى الغازات النبيلة في نسبة تواجده
يتم إطلاق الأرجون بصفة مستمرة في الغلاف الجوي من انحلال البوتاسيوم المشعّ في قشرة الأرض
ويوجد الأرجون في جو المريخ بنسبة 1.6%
---------------------------------------------------------------------------------------------
الكريبتون
أكتشف الكريبتون من قبل الكيميائيان البريطانيان السير ويليام رامزيوموريس ترافرس عام 1898م عند إجراء عملية التقطير التجزيئي للهواء المسال
وسمي كريبتون ومعناها باليونانية الخفي
يوجد القليل من غاز الكريبتون في الغاز الطبيعي وفي البراكين , ولكن معظموجوده يكون في الغلاف الجوي للأرض حيث يوجد بنسبة 0.0001 % حجماً
---------------------------------------------------------------------------------------------
الزينون
اكتشف الزينون عالما الكيمياء البريطانيان السير ويليام رامزي وموريس ترافرس عام 1898م عندما كانا يدرسان الهواء السائل.
وسمي زينون وتعني باليونانية غريب
يوجد الزينون بكميات قليلة في الجو (بنسبة 0.0000087 % ) , ويعتبر أقلالغازات النبيلة في نسبة تواجده في الغلاف الجوي للأرض , كما يوجد في جوالمريخ بحدود حوالي 0.08 جزء بالمليون
---------------------------------------------------------------------------------------------
الرادون غاز مشع اكتشف عام 1900 م بواسطة العالم فريديريتش إيرنست دورن (Fredrich Ernst Dorn)
اشتق اسم الرادون من الراديوم حيث أنه يتكون بسبب الانحلال الإشعاعي لعنصرالراديوم. ويتكون الراديوم بدوره نتيجة للانحلال الإشعاعي لليورانيوم.ينطلق الرادون إلى الجو من التربة والصخور ويتسرب إلى المنازل من خلالالشقوق الموجودة في أرضيات وجدران الدور السفلي من المبنى
تكبير الصورةتصغير الصورة تم تعديل ابعاد هذه الصورة. انقر هنا لمعاينتها بأبعادها الأصلية.
يسبب الرادون الشديد التركيز، سرطان الرئة، إذا تمَّ استنشاقه بكمياتكبيرة. أما خارج المنازل، فيكون الرادون مخفّفًا إلى المستويات الآمنةالتي لا تضر بالصحة العامة
---------------------------------------------------------------------------------------------
أنون أوكتيوم Ununoctium
في عام 1999 أفادت الأبحاث في معمل لورانس بيركيلي القومي عن اكتشاف كل منالعناصر 116, 118 في بحث تم نشره في (خطابات مراجعة الفيزياء)
وفى العام التالي , أعلنوا تراجعهم عن الإفادة السابقة بعد عدم استطاعةالأبحاث الوصول لنفس النتائج مرة أخرى. وفى يونيو عام 2002, أعلن مديرالمعمل أن الإدعاء الأصلي باكتشاف العنصرين كان عن طريق فيكتور نينوف .أنون أوكتيوم هو اسم مؤقت بمعرفة (IUPAC)
---------------------------------------------------------------------------------------------
طرق استخلاص الغازات النبيلة
تحضر الغازات النبيلة عادةً بالتقطير التجزيئيللهواء المسال إذ يحتوي الجزء الأكثر تطايراً على غازات النيتروجينوالهيليوم والنيون . ويمكن التخلص من النيتروجين بالإسالة أولاً ثمبامتزازه على الفحم المنشط
يستخلص غاز الهيليوم من الغاز الطبيعي والحقول الغازية , وتتلخص عمليةالاستخلاص بإدخال الغاز تحت ضغط منخفض ( 0.3 إلى 0.5 ضغط جوي ) وينزع منهالماء والمركبات الهيدروكربونية القابلة للتكثف , ومن ثم يمرر في جهازتنقية لإزالة الغبار , وبعد ذلك يمرر إلى أبراج الامتصاص لإزالة غاز ثانيأكسيد الكربون CO2 بواسطة محلول من أحادي إيثانول أمين ( MEA ) وثنائيإيثيلين جليكول , وأخيراً يمرر في طبقة من البوكسيت , ولفصل الهيليومالخام يدخل الغاز المنقى إلى وحدات خاصة ويبرد إلى درجة حرارة -156 درجةمئوية بواسطة التبادل الحراري مع الهيليوم الخام والغاز الطبيعي المستنزف, ويتم تمدد التيار المبرد في عمود فاصل حيث يتم تسييل الغاز الطبيعيوفصله , وذلك بواسطة مبردات حلزونية يمر فيها نيتروجين بارد تحت ضغط منخفضويكون الغاز المتبقي عبارة عن 75 % هيليوم و25 % نيتروجين
ولتنقية غاز الهيليوم يتم أولاً فصل آثار الهيدروجين في مفاعل مع كميةصغيرة من الهواء , حيث يتم أكسدته إلى ماء فوق محفز من البلاتين , أماالنيتروجين فيتم فصله بالتبريد إلى درجة حرارة أقل من -193 درجة مئوية ,ويتم تنقيته من الشوائب الأخرى بواسطة الإمتزاز في وحدات خاصة .
ينتج الهيليوم في معظم الوحدات بدرجة غليان -268.9 درجة مئوية تحت ضغط جويواحد بالمقارنة مع الهيدروجين الذي يغلي عند درجة حرارة -252 درجة مئوية
أما غاز الأرجون وكذلك النيون والكريبتون والزنيون فيتم تحضيرها تجارياًكمنتجات ثانوية من وحدات فصل الهواء بالتبريد , ويتم تقطير الهواءباستخدام أعمدة وأبراج مضاعفة خاصة , ويتم بعد ذلك فصل الغازات النبيلة عنطريق عمود في جانب الوحدة , يتم فصل الأرجون لأنه يغلي عند درجة أقل مندرجة حرارة غليان الأكسجين , وبعد ذلك يسحب الأرجون من الطرف العلويللعمود عند نقطة أعلى من مستوى منتج الأكسجين , ويتم تنقيته الأرجون الخاممن الشوائب , مثل الأكسجين والنيتروجين في وحدات خاصة , وتتم إزالةالأكسجين على هيئة بخار ماء بإضافة الهيدروجين مع مادة محفزة عند درجةحرارة عالية , يجفف الغاز من بخار الماء الناتج في وحدات تجفيف خاصة , كماتتم إزالة النيتروجين بواسطة التقطير بالتبريد للحصول على الأرجون بنقاوة99.999 %
أما الأنون أوكتيوم فقدأكتشف بقصف أهداف ( Pb ) بشعاع حادّ من أيونات الكريبتون الغنية بالطاقة
---------------------------------------------------------------------------------------------
خواص الغازات النبيلة
جميع الغازات النبيلة عديمة اللون والطعم والرائحة يصعب إسالتها نظراً لانخفاض درجاتها الحرجة
تذوب في الماء بدرجة محسوسة فقابلية ذوبان الأرجون في الماء تفوق قابلية ذوبان الأكسجين
للغازات النبيلة قوى جذب داخلية ضعيفة للغاية بين ذراتها وبالتالى فإن لهادرجات ذوبان وغليان منخفضة للغاية (تزداد درجات انصهار وغليان الغازاتالنبيلة بزيادة العدد الذري ). ولذا فإن هذه العناصر تكون في الحالةالغازية في الظروف العادية , حتى التي لها وزن ذري أكبر من الفلزات الصلبة
مركبات الغازات النبيلة
منذ اكتشاف الغازات النبيلة ولأكثر من 70 سنة ، كانيعتقد بأنها كانت غير تفاعلية ولا تكون مركبات على الإطلاق , ولكن ثبتالآن أن الغازات النبيلة تكون مركبات كيميائية أصيلة , باستثناء الهيليوموالنيون لم تعرف لهما مركبات حتى الآن
مركبات الزينون
تم اكتشاف أول مركب للغازات النبيلة من قِبل العالم نيل بارتلت (Bartlett)عندما اكتشف تفاعل الأكسجين مع سداسي فلوريد البلاتين PtF6 لتكوين المركب-[O2] [PtF6] , وحيث أن طاقة التأين لغاز الزينون قريبة من طاقة التأينلجزئ الأكسجين فقد توقع بارتلت أن يتفاعل الزينون مع PtF6 بنفس الطريقةالتي يتفاعل بها الأكسجين
وفي عام 1962 حضر بارتلت المركب الأصفر البرتقالي XePtF6
وفي نفس العام تم تحضير أحد مركباته بمفاعلة الزينون مع الفلور على درجةحرارة 400 درجة مئوية , وقد وجد أن الزينون يتفاعل مع الفلور حتى على درجةحرارة الغرفة لتكوين XeF4 بوجود الضوء
Xe 2F2 ---------> XeF4
وبعد ذلك تم تحضير العديد من مركبات الغازات النبيلة مع الفلور والأكسجين أهمها :
مركبات الزينون مع الفلور
ثنائي فلوريد الزينون XeF2
مركب أبيض صلب بلّوري درجة غليانه 114 درجة مئوية ، ودرجة انصهاره 129درجة مئوية.
Xe F2 -------> XeF2
تكبير الصورةتصغير الصورة تم تعديل ابعاد هذه الصورة. انقر هنا لمعاينتها بأبعادها الأصلية.
سداسي فلوريد الزنيون XeF6
عبارة عن بلورات شفافة درجة غليانه 75.6 درجة مئوية ، ودرجة انصهارها49.5درجة مئوية , ولايتكون هذا المركب إلا تحت ظروف خاصة , فلابد ألا تقلالنسبة بين حجمي الفلور والزينون عن 20 وألا يقل الضغط عن 50 ضغط جوي ,ويكون التفاعل سريعاً بين درجتي 200 و 250 درجة مئوية وتحت ضغط 200 جوي
Xe 3F2 ------> XeF6
The structure of liquid XeF6
مركبات الزينون مع الأكسجين
ثلاثي أكسيد الزينون XeO3
عبارة عن بلورات شفافة متفجرة درجة انصهاره 25درجة مئوية , عندما يصل درجة انصهاره يصبح غير مستقر وينفجر
XeF6 3H2O ------> XeO3 6HF
رباعي أكسيد الزينون XeO4
أيضاً عبارة عن بلورات شفافة متفجرة
مركبات الرادون
يتفاعل الرادون مع الفلور لينتج فلوريد الرادون RnF وهذا المركب يلمع بضوء أصفر في الحالة الصلبة
مركبات الكريبتون
يتفاعل الكريبتون مع الفلورإذا تعرض الغازان للإشعاع وهما تحت ضغط منخفضحيث يتكون ثاني فلوريد الكريبتون KrF2 وهو مادة بيضاء متبلرة
Kr F2 ------> KrF2
مركبات الأرجون
في عام 2000 كون مركب (أرجون هايدرو فلورايد HArF ) من قبل باحثين فيجامعة هلسنكي عند تعريض الأشعة فوق البنفسجية على أرجون مجمد يحوي علىكمية قليلة من الهيدروجين فلورايد , وفي عام 2003 تم اكتشاف ثاني فلوريدالأرجون ArF2
---------------------------------------------------------------------------------------------
استخدامات الغازات النبيلة
للغازات النبيلة عدة استخدامات أهمها
الهيليوم
يستخدم الهيليوم في ملء المناطيد الضخمة والبالونات العلمية ، لأنه أخف منالهواء فهو ثاني أخف غاز موجود ، كما أنه لا يحترق أو ينفجر مما يجعل منهخيارا مناسبا لمثل هذا التطبيق
يستخدم خليط الهيليوم مع الأكسجين والنيتروجين لملء قوارير هواء تنفسالغواصين في الأعماق الكبيرة لأنه يساعد في منع التسمم الأكسجينيوالاستبدال النيترجيني (دخول النيتروجين إلى الدم بدل الأكسجين الأمر الذييؤثر على عمل الأعصاب ويعطي تأثيرا شبيها بالسُكر) تحت ضغوط الأعماقالكبيرة
يستخدم الهيليوم في بيئات تنمية البلورات الدقيقة في الظروف الحساسة لأنه لا يتفاعل ولا يؤثر في تركبها
يستخدم الهيليوم للمساعدة في ضغط الوقود الغازي المسال (كالهيدرجين السائل)، وذلك لأنه لا ينفجر تحت ضغوط أو درجات حرارة عالية[justify]
الأحد نوفمبر 28, 2010 5:20 pm
