Войти
благородные газы (исторически также инертные газы ; иногда называемые аэрогенами ) составляют класс химических элементов с аналогичными свойствами; в стандартных условиях все они представляют собой бесцветные, одноатомные газы без запаха с очень низкой химической реакционной способностью. Шесть природных благородных газов: гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr)., ксенон (Xe) и радиоактивный радон (Rn). Оганессон (Og), по разным оценкам, также будет благородным газом или нарушит тенденцию из-за релятивистских эффектов ; его химический состав еще не исследован.
Для первых шести периодов таблицы Менделеева благородные газы являются в точности членами группы 18 . Благородные газы обычно крайне инертны, за исключением особо экстремальных условий. инертность благородных газов делает их очень подходящими для приложений, в которых реакции нежелательны. Например, аргон используется в лампах накаливания, чтобы предотвратить окисление горячей вольфрамовой нити; кроме того, гелий используется для вдыхания газа глубоководными водолазами для предотвращения отравления кислородом, азотом и углекислым газом (гиперкапния).
Свойства благородных газов могут быть хорошо объяснены современными теориями атомной структуры : их внешняя оболочка из валентных электронов считается быть «полными», что дает им небольшую склонность к участию в химических реакциях, и оказалось возможным приготовить только несколько сот соединений благородных газов. точки плавления и кипения для данного благородного газа близки друг к другу и отличаются менее чем на 10 ° C (18 ° F); то есть они являются жидкостями только в небольшом диапазоне температур.
Неон, аргон, криптон и ксенон получают из воздуха в установке разделения воздуха с использованием методов сжижения газов и фракционная перегонка. Гелий получают из месторождений природного газа с высокими концентрациями гелия в природном газе с использованием криогенных методов разделения газа и радона обычно выделяется из радиоактивного распада растворенных соединений радия, тория или урана. Благородные газы имеют несколько важных применений в таких отраслях, как освещение, сварка и исследование космоса. гелий-кислородный дыхательный газ часто используется глубоководными водолазами на глубине морской воды более 55 м (180 футов). После того, как риски, связанные с воспламеняемостью водорода, стали очевидны в Гинденбургской катастрофе, его заменили гелием в дирижаблях и воздушных шарах.
Благородный газ переводится с немецкого существительного Edelgas, впервые использованного в 1898 году Хьюго Эрдманном., чтобы указать на крайне низкий уровень их реактивности. Название аналогично термину «благородные металлы », которые также обладают низкой реакционной способностью. Благородные газы также упоминаются как инертные газы, но этот знак не рекомендуется, так как многие соединения благородных газов теперь известны. Редкие газы - это еще один термин, который использовался, но он также неточен, поскольку аргон составляет довольно значительную часть (0,94% по объему, 1,3% по массе) атмосферы Земли из-за распад радиоактивного калия-40.
Гелий был впервые обнаружен на Солнце из-за его характерных спектральных линий.Пьер Янссен и Джозеф Норман Локьер открыл новый 18 августа 1868 года, глядя на хромосферу Солнца, и назвал его гелием в честь греческого слова, обозначающего Солнце, λιος (hḗlios). В то время химический анализ был невозможен, но позже выяснилось, что гелий является благородным газом. До них, в 1784 году, английский химик и физик Генри Кавендиш обнаружил, что в воздухе содержится небольшая часть вещества, менее реактивного, чем азот. Спустя столетие, в 1895 году, лорд Рэлей обнаружил, что образцы азота из воздуха имели плотность, отличную от плотности азота, образовавшуюся в результате химических реакций. Вместе с шотландским ученым Уильямом Рамзи из Университетского колледжа в Лондоне лорд Рэлей предположил, что азот, извлеченный из воздуха, был смешан с другим газом, что привело к эксперименту, который успешно выделил новый элемент. аргон, от греческого слова ἀργός (аргос, «праздный» или «ленивый»). С этим открытием они поняли, что целый класс газов отсутствует в периодической таблице. Во время своих поисков аргона Рамзи также впервые удалось выделить гелий при нагревании минерала клевеита. В 1902 году, приняв доказательства наличия элементов гелия и аргона, Дмитрий Менделеев включил эти благородные газы как группу 0 в свое расположение элементов, которое позже стало периодической таблицей.
Рамзи продолжил поиск этих газов, используя метод фракционной перегонки для разделения жидкого воздуха на несколько компонентов. В 1898 году он обнаружил элементы криптон, неон и ксенон и назвал их в честь греческих слов κρυπτός (криптос, «скрытый»), νέος ( néos, «новый») и ξένος (ksénos, «незнакомец»), соответственно. Радон был впервые обнаружен в 1898 году Фридрихом Эрнстом Дорном и назывался эманацией радия, но не считался благородным газом до 1904 года, когда его характеристики оказались аналогичными характеристикам других благородные газы. Рэлей и Рамзи получили Нобелевские премии 1904 по физике и химии соответственно за открытие благородных газов; По словам Дж. Э. Седерблома, тогдашнего президента Шведской королевской академии наук, «открытие совершенно новой группы элементов, о которой не было известно ни одного представителя с уверенностью, - это нечто совершенно уникальное. в истории химии, являясь по сути достижением в науке особого значения ".
Открытие благородных газов помогло в развитии общего понимания атомной структуры. В 1895 году французский химик Анри Муассан попытался провести реакцию между фтором, наиболее электроотрицательным элементом, и аргоном, одним из благородных газов, но безуспешно. Ученые не могли получить соединения аргона до конца 20 века, но эти попытки помогли разработать новые теории атомной структуры. Узнав из этих экспериментов, датский физик Нильс Бор в 1913 году предположил, что электроны в атомах расположены в оболочках, окружающих ядро , и что для всех благородных газов, кроме гелия, внешняя оболочка всегда содержит восемь электронов. В 1916 г. Гилберт Н. Льюис сформулировал правило октетов, согласно которому октет электронов во внешней оболочке является наиболее стабильным устройством для любого атома; такое расположение привело к тому, что они не вступали в реакцию с другими элементами, поскольку им не требовалось больше электронов для завершения своей внешней оболочки.
В 1962 году Нил Бартлетт открыл первое химическое соединение благородного газа., гексафтороплатинат ксенона. Вскоре после этого были открыты соединения других благородных газов: в 1962 году для радона дифторид радона (RnF. 2), который был идентифицирован с помощью радиоактивных индикаторов, и в 1963 году для криптона дифторид криптона (KrF. 2). О первом стабильном соединении аргона было сообщено в 2000 году, когда фторгидрид аргона (HArF) образовался при температуре 40 К (-233,2 ° C; -387,7 ° F).
В декабре В 1998 г. ученые из Объединенного института ядерных исследований, работающие в Дубне, Россия, засыпали плутоний с кальцием, чтобы производят один атом элемента 114, флеровий. Предварительные химические эксперименты показали, что этот элемент может быть первым сверхтяжелым элементом, демонстрирующим аномальные свойства, подобные благородному газу, даже несмотря на то, что он является членом группы 14 периодической таблицы. В октябре 2006 года ученые из Объединенного института ядерных исследований и Ливерморской национальной лаборатории успешно создали синтетически оганессон, седьмой элемент в группе 18, путем бомбардировки калифорния с кальцием.
| Свойство | Гелий | Неон | Аргон | Криптон | Ксенон | Радон | Оганессон |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Плотность ( г / dm ) | 0,1786 | 0,9002 | 1,7818 | 3,708 | 5,851 | 9,97 | – |
| Точка кипения ( K) | 4,4 | 27,3 | 87,4 | 121,5 | 166,6 | 211,5 | – |
| Точка плавления (K) | – | 24,7 | 83,6 | 115,8 | 161,7 | 202,2 | – |
| Энтальпия парообразования (кДж / моль) | 0,08 | 1,74 | 6,52 | 9,05 | 12,65 | 18,1 | – |
| Растворимость в воде при 20 ° C (см / кг) | 8,61 | 10,5 | 33,6 | 59,4 | 108,1 | 230 | – |
| Атомный номер | 2 | 10 | 18 | 36 | 54 | 86 | 118 |
| Атомный радиус us (рассчитано) (pm ) | 31 | 38 | 71 | 88 | 108 | 120 | – |
| Энергия ионизации (кДж / моль) | 2372 | 2080 | 1520 | 1351 | 1170 | 1037 | 839 (прогнозируемый) |
| Электроотрицательность Аллена | 4,16 | 4,79 | 3.24 | 2.97 | 2.58 | 2,60 | – |
Благородные газы имеют слабую межатомную силу и, следовательно, очень низкую точки плавления и кипения. Все они являются одноатомными газами при стандартных условиях, включая элементы с большей атомной массой, чем многие обычно твердые элементы. Гелий обладает несколькими уникальными качествами по сравнению с другими элементами: его температура кипения при 1 атм ниже, чем у любого другого известного вещества; это единственный известный элемент, демонстрирующий сверхтекучесть ; это единственный элемент, который не может затвердеть при охлаждении в стандартных условиях - давление 25 стандартных атмосфер (2,500 кПа ; 370 psi ) необходимо наносить при температуре 0,95 К (-272.200 ° C; -457.960 ° F), чтобы превратить его в твердое тело. Благородные газы, вплоть до ксенона, содержат несколько стабильных изотопов . Радон не содержит стабильных изотопов ; его самый долгоживущий изотоп, Rn, имеет период полураспада 3,8 дня и распадается с образованием гелия и полония, который в конечном итоге распадается на свинец. Температуры плавления и кипения увеличиваются по группе.
Это график потенциала ионизации в зависимости от атомного номера. Обозначенные благородные газы имеют наибольший потенциал ионизации для каждого периода. Атомы благородных газов, как и атомы в большинстве групп, постоянно увеличиваются на атомный радиус с одного периода к следующему из-за увеличения количества электронов. Размер атома связан с несколькими свойствами. Например, потенциал ионизации уменьшается с увеличением радиуса, потому что валентные электроны в более крупных благородных газах находятся дальше от ядра и, следовательно, не удерживаются вместе атомом так сильно. Благородные газы обладают наибольшим потенциалом ионизации среди элементов каждого периода, что отражает стабильность их электронной конфигурации и связано с их относительной нехваткой химической активности. Однако некоторые из более тяжелых благородных газов имеют потенциалы ионизации, достаточно малые, чтобы быть сопоставимыми с потенциалами других элементов и молекул. Понимание того, что ксенон обладает потенциалом ионизации, аналогичным потенциалу молекулы кислорода, побудило Бартлетта попытаться окислить ксенон с помощью гексафторида платины, известного окислителя. быть достаточно сильным, чтобы реагировать с кислородом. Благородные газы не могут принимать электрон с образованием стабильных анионов ; то есть они имеют отрицательное сродство к электрону.
В макроскопических физических свойствах благородных газов доминируют слабые силы Ван-дер-Ваальса между атомами. Сила притяжения увеличивается с увеличением размера атома в результате увеличения поляризуемости и уменьшения потенциала ионизации. Это приводит к систематическим групповым тенденциям: при спуске по группе 18 атомный радиус, а вместе с ним и межатомные силы, увеличивается, что приводит к увеличению температуры плавления, кипения, энтальпии испарения и растворимость. Увеличение плотности связано с увеличением атомной массы.
Благородные газы почти идеальные газы при стандартных условиях, но их отклонения от закона идеального газа при условии важные ключи к изучению межмолекулярных взаимодействий. Потенциал Леннарда-Джонса, часто используемый для моделирования межмолекулярных взаимодействий, был выведен в 1924 году Джоном Леннард-Джонсом из экспериментальных данных об аргоне до разработки квантовой механики предоставил инструменты для понимания межмолекулярных сил из первых принципов. Теоретический анализ этих взаимодействий стал податливым, потому что благородные газы одноатомны, а атомы сферические, что означает, что взаимодействие между атомами не зависит от направления или изотропно.
Неон, как и все благородные газы, имеет полную валентную оболочку. Благородные газы имеют восемь электронов во внешней оболочке, за исключением гелия, у которого их два. Благородные газы не имеют цвета, запаха, вкуса и негорючи при стандартных условиях. Когда-то они были обозначены как группа 0 в периодической таблице, потому что считалось, что их валентность равна нулю, что означает, что их атомы не могут объединяться с атомами других элементов с образованием соединений. Однако позже было обнаружено, что некоторые из них действительно образуют соединения, из-за чего эта метка перестала использоваться.
Как и другие группы, члены этого семейства демонстрируют закономерности в своем электронная конфигурация, особенно внешние оболочки, приводящие к тенденциям в химическом поведении:
| Z | Элемент | No. электронов / оболочка |
|---|---|---|
| 2 | гелий | 2 |
| 10 | неон | 2, 8 |
| 18 | аргон | 2, 8, 8 |
| 36 | криптон | 2, 8, 18, 8 |
| 54 | ксенон | 2, 8, 18, 18, 8 |
| 86 | радон | 2, 8, 18, 32, 18, 8 |
Благородные газы имеют полновалентные электронные оболочки. Валентные электроны являются самыми внешними электронами атома и обычно являются единственными электронами, которые участвуют в химической связи. Атомы с полной валентной электронной оболочкой чрезвычайно стабильны и поэтому не имеют тенденции к образованию химических связей и имеют небольшую тенденцию к получению или потере электронов. Однако более тяжелые благородные газы, такие как радон, менее прочно удерживаются вместе с помощью электромагнитной силы, чем более легкие благородные газы, такие как гелий, что облегчает удаление внешних электронов из тяжелых благородных газов.
В результате полной оболочки благородные газы могут использоваться в сочетании с обозначением электронной конфигурации для образования обозначения благородного газа. Для этого сначала записывается ближайший благородный газ, который предшествует рассматриваемому элементу, а затем электронная конфигурация продолжается с этой точки. Например, электронное обозначение фосфор - 1s 2s 2p 3s 3p, а обозначение благородных газов - [Ne] 3s 3p. Это более компактное обозначение упрощает идентификацию элементов и короче, чем записывание полного обозначения атомных орбиталей.
Благородные газы пересекают границу между блоками - гелий является s-элементом тогда как остальные члены являются p-элементами, что необычно для групп IUPAC. Большинство, если не все другие группы IUPAC содержат элементы из одного блока каждая.
Структура XeF. 4, одного из первых обнаруженных соединений благородных газов Благородные газы обладают чрезвычайно низкой химической реакционной способностью ; следовательно, было образовано только несколько сотен соединений благородных газов. Нейтральные соединения, в которых гелий и неон участвуют в химических связях, не образовались (хотя некоторые гелийсодержащие ионы существуют, и есть некоторые теоретические доказательства наличия нескольких нейтральных гелийсодержащих ионов), в то время как ксенон, криптон и аргон показали лишь незначительную реакционную способность. Реакционная способность соответствует порядку Ne < He < Ar < Kr < Xe < Rn < ~Og.
. В 1933 году Линус Полинг предсказал,что более тяжелые благородные газы могут образовывать соединения с фтором и кислородом. Он предсказал существование гексафторида криптона (KrF. 6) и гексафторида ксенона (XeF. 6), предположил, что XeF. 8может существовать как нестабильное соединение, и предположил, что ксеновая кислота может образовывать перксенатные соли. Эти прогнозы оказались в целом точными, за исключением того, что XeF. 8теперь считается термодинамически и кинетически нестабильным.
Ксеноновые соединения являются наиболее многочисленными образовавшихся соединений благородных газов. Большинство из них имеют атом ксенона в степени окисления +2, +4, +6 или +8, связанный с сильно электроотрицательными атомами, такими как фтор или кислород, как в дифторид ксенона (XeF. 2), тетрафторид ксенона (XeF. 4), гексафторид ксенона (XeF. 6), четырехокись ксенона (XeO. 4) и перксенат натрия (Na. 4XeO. 6). Ксенон реагирует с фтором с образованием многочисленных фторидов ксенона в соответствии со следующими уравнениями:
Некоторые из этих соединений нашли применение в химическом синтезе в качестве окислителей ; В частности, XeF. 2коммерчески доступен и может использоваться в качестве фторирующего агента . По состоянию на 2007 год было идентифицировано около пятисот соединений ксенона, связанных с другими элементами, включая ксеноновые соединения (содержащие ксенон, связанный с углеродом), и ксенон, связанный с азотом, хлором, золотом, ртутью и сам ксенон. Соединения ксенона, связанные с бором, водородом, бромом, йодом, бериллием, серой, титаном, медью и серебром, также наблюдались, но только при низких температурах в матрицах благородных газов или в сверхзвуковых струях благородных газов.
Теоретически радон более активен, чем ксенон, и поэтому должен образовывать химические связи легче, чем ксенон. Однако из-за высокой радиоактивности и короткого периода полураспада изотопов радона на практике образовалось лишь несколько фторидов и оксидов радона.
Криптон менее реакционноспособен, чем ксенон, но сообщалось о нескольких соединениях с криптоном в степени окисления +2. Дифторид криптона является наиболее заметным и легко охарактеризованным. В экстремальных условиях криптон реагирует с фтором с образованием KrF 2 в соответствии со следующим уравнением:
Соединения, в которых криптон образует одинарную связь. к азоту и кислороду также были охарактеризованы, но стабильны только ниже -60 ° C (-76 ° F) и -90 ° C (-130 ° F) соответственно.
Атомы криптона химически связаны с другими неметаллами (водород, хлор, углерод), а также некоторые поздние переходные металлы (медь, серебро, золото) также наблюдались, но только либо при низких температурах в матрицах благородных газов, либо в сверхзвуковых струях благородных газов. Подобные условия были использованы для получения первых нескольких соединений аргона в 2000 году, таких как фторгидрид аргона (HArF), и некоторые соединения, связанные с поздними переходными металлами, медью, серебром и золотом. По состоянию на 2007 год не известно никаких стабильных нейтральных молекул, содержащих ковалентно связанный гелий или неон.
Благородные газы, включая гелий, могут образовывать стабильные молекулярные ионы в газовой фазе. Самый простой - это молекулярный ион гидрида гелия, HeH, открытый в 1925 году. Поскольку он состоит из двух самых распространенных элементов во Вселенной, водорода и гелия, считается, что он встречается в естественных условиях в межзвездная среда, хотя еще не обнаружена. В дополнение к этим ионам известно много нейтральных эксимеров благородных газов. Это такие соединения, как ArF и KrF, которые стабильны только в возбужденном электронном состоянии ; некоторые из них находят применение в эксимерных лазерах.
В дополнение к соединениям, в которых атом благородного газа участвует в ковалентной связи, благородные газы также образуют нековалентные соединения. клатраты, впервые описанные в 1949 году, состоят из атома благородного газа, заключенного в полости кристаллической решетки определенных органических и неорганических веществ. Существенным условием их образования является то, что гостевые атомы (благородный газ) должны иметь соответствующий размер, чтобы поместиться в полостях кристаллической решетки-хозяина. Например, аргон, криптон и ксенон образуют клатраты с гидрохиноном, но гелий и неон этого не делают, потому что они слишком малы или недостаточно поляризуемы, чтобы их можно было сохранить. Неон, аргон, криптон и ксенон также образуют клатратные гидраты, где благородный газ улавливается льдом.
Эндоэдральное соединение фуллерена, содержащее атом благородного газа Благородные газы могут образовывать эндоэдральные соединения фуллерена, в котором атом благородного газа захвачен внутри молекулы фуллерена . В 1993 году было обнаружено, что когда C. 60, сферическая молекула, состоящая из 60 атомов углерода, подвергается воздействию благородных газов при высоком давлении, комплексы, такие как He @ C. 60(обозначение @ указывает, что Он содержится внутри C. 60, но не связан с ним ковалентно). По состоянию на 2008 г. созданы эндоэдральные комплексы с гелием, неоном, аргоном, криптоном и ксеноном. Эти соединения нашли применение при изучении структуры и реакционной способности фуллеренов с помощью ядерного магнитного резонанса атома благородного газа.
Связывание в XeF. 2в соответствии с 3-центром- Модель 4-электронной связи Соединения благородных газов, такие как дифторид ксенона (XeF. 2), считаются гипервалентными, потому что они нарушают правило октетов. Связывание в таких соединениях можно объяснить с помощью модели трехцентровой четырехэлектронной связи. Эта модель, впервые предложенная в 1951 году, рассматривает связь трех коллинеарных атомов. Например, связывание в XeF. 2описывается набором из трех молекулярных орбиталей (MO), полученных из p-орбиталей на каждом атоме. Связывание является результатом комбинации заполненной p-орбитали от Xe с одной наполовину заполненной p-орбиталью от каждого атома F, в результате чего образуется заполненная связывающая орбиталь, заполненная несвязывающая орбиталь и пустая разрыхляющая орбитальная. Наивысшая занятая молекулярная орбиталь локализована на двух концевых атомах. Это представляет собой локализацию заряда, чему способствует высокая электроотрицательность фтора.
Химический состав более тяжелых благородных газов, криптона и ксенона, хорошо изучен. Химия более легких из них, аргона и гелия, все еще находится на начальной стадии, а соединение неона еще предстоит идентифицировать.
Содержание благородных газов во Вселенной уменьшается по мере увеличения их атомных номеров. Гелий - самый распространенный элемент во вселенной после водорода, с массовой долей около 24%. Большая часть гелия во Вселенной образовалась во время нуклеосинтеза Большого взрыва, но количество гелия неуклонно растет из-за слияния водорода в звездном нуклеосинтезе (и очень незначительной степени, альфа-распад тяжелых элементов). Изобилие на Земле следует разным тенденциям; например, гелий является третьим по распространенности благородным газом в атмосфере. Причина в том, что в атмосфере нет исконного гелия; из-за малой массы атома гелий не может удерживаться гравитационным полем Земли . Гелий на Земле образуется в результате альфа-распада тяжелых элементов, таких как уран и торий, обнаруженных в коре Земли, и имеет тенденцию накапливаться в месторождениях природного газа. С другой стороны, содержание аргона увеличивается в результате бета-распада калия-40, также обнаруженного в земной коре, с образованием аргона. 40, который является самым распространенным изотопом аргона на Земле, несмотря на то, что он относительно редко встречается в Солнечной системе. Этот процесс лежит в основе метода калий-аргонового датирования. Ксенон имеет неожиданно низкое содержание в атмосфере, что было названо проблемой отсутствия ксенона; одна из теорий заключается в том, что недостающий ксенон может быть захвачен минералами внутри земной коры. После открытия диоксида ксенона исследования показали, что Xe может заменять Si в кварце. Радон образуется в литосфере в результате альфа-распада радия. Он может проникать в здания через трещины в их фундаменте и накапливаться в плохо вентилируемых помещениях. Из-за своей высокой радиоактивности радон представляет значительную опасность для здоровья; он является причиной 21 000 случаев смерти от рака легких в год только в Соединенных Штатах. Оганессон не встречается на Земле биологически, а создается вручную учеными.
| Изобилие | Гелий | Неон | Аргон | Криптон | Ксенон | Радон |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Солнечная Система (на каждый атом кремния) | 2343 | 2,148 | 0,1025 | 5,515 × 10 | 5,391 × 10 | – |
| Атмосфера Земли (объемная доля в ppm ) | 5.20 | 18.20 | 9340.00 | 1.10 | 0.09 | (0,06 –18) × 10 |
| Магматическая порода (массовая доля в ppm) | 3 × 10 | 7 × 10 | 4 × 10 | – | – | 1,7 × 10 |
| Газ | Цена 2004 г. ( долл. США / м) |
|---|---|
| Гелий (технический) | 4.20–4.90 |
| Гелий (лабораторный) | 22.30–44.90 |
| Аргон | 2.70–8.50 |
| Неон | 60–120 |
| Криптон | 400–500 |
| Ксенон | 4000–5000 |
Для крупномасштабного использования гелий извлекается путем фракционной перегонки из природного газа, который может содержать до 7% гелия.
Неон, аргон, криптон и ксенон получают из воздуха методами сжижения газов, чтобы переводить элементы в жидкое состояние и фракционная перегонка для разделения смесей на составные части. Гелий обычно получают путем отделения его от природного газа, а радон выделяют в результате радиоактивного распада соединений радия. На цены благородных газов влияет их естественное содержание: аргон является самым дешевым, а ксенон самым дорогим. В качестве примера в соседней таблице приведены цены 2004 г. в США для лабораторных количеств каждого газа.
Жидкий гелий используется для охлаждения сверхпроводящих магнитов в современных МРТ-сканерах Благородные газы имеют очень низкие температуры кипения и плавления, что делает их полезными в качестве криогенных хладагенты. В частности, жидкий гелий, который кипит при 4,2 К (-268,95 ° C; -452,11 ° F), используется для сверхпроводящих магнитов, таких как те, которые необходимы в ядерной магнитно-резонансная томография и ядерный магнитный резонанс. Жидкий неон, хотя он не достигает таких низких температур, как жидкий гелий, также находит применение в криогенике, поскольку его холодопроизводительность в 40 раз выше, чем у жидкого гелия, и более чем в три раза, чем у жидкого водорода.
Используется гелий. в качестве компонента дыхательных газов для замены азота из-за его низкой растворимости в жидкостях, особенно в липидах. Газы поглощаются кровью и тканями тела под давлением, как в нырянии с аквалангом, что вызывает обезболивающий эффект, известный как азотный наркоз. Из-за его пониженной растворимости небольшое количество гелия попадает в клеточные мембраны, и когда гелий используется для замены части дыхательных смесей, например, в тримиксе или гелиоксе достигается уменьшение наркотического действия газа на глубине. Пониженная растворимость гелия дает дополнительные преимущества при состоянии, известном как декомпрессионная болезнь, или при изгибах. Уменьшение количества растворенного газа в теле означает, что при уменьшении давления во время всплытия образуется меньше пузырьков газа. Другой благородный газ, аргон, считается лучшим вариантом для использования в качестве газа для накачивания сухого костюма при подводном плавании с аквалангом. Гелий также используется в качестве заполняющего газа в топливных стержнях ядерных реакторов.
Goodyear Blimp После катастрофы в Гинденбурге в 1937 году гелий заменил водород в качестве подъемного газа в дирижаблях и воздушных шарах из-за его легкости и негорючести, несмотря на уменьшение плавучести на 8,6%.
Во многих случаях благородные газы используются для обеспечения инертного Атмосфера. Аргон используется в синтезе воздухочувствительных соединений, чувствительных к азоту. Твердый аргон также используется для исследования очень нестабильных соединений, таких как реакционноспособные промежуточные соединения, путем улавливания их в инертной матрице при очень низких температурах. Гелий используется в качестве среды-носителя в газовой хроматографии, в качестве газа-наполнителя для термометров и в устройствах для измерения излучения, таких как счетчик Гейгера и пузырьковая камера. Гелий и аргон обычно используются для защиты сварочной дуги и окружающего его основного металла от атмосферы во время сварки и резки, а также в других металлургических процессах и при производстве кремния для в полупроводниковой промышленности.
15000-ваттная ксеноновая лампа с короткой дугой, используемая в IMAX проекторах Благородные газы обычно используются в освещении из-за их отсутствие химической активности. Аргон, смешанный с азотом, используется в качестве газа-наполнителя для ламп накаливания. Криптон используется в высокоэффективных лампах, которые имеют более высокие цветовые температуры и большую эффективность, потому что он снижает скорость испарения нити накала больше, чем аргон; галогенные лампы, в частности, используют криптон, смешанный с небольшими количествами соединений йода или брома. Благородные газы светятся отличительными цветами при использовании внутри газоразрядных ламп, таких как «неоновые огни ». Эти огни названы в честь неона, но часто содержат другие газы и люминофор, которые добавляют различные оттенки к оранжево-красному цвету неона. Ксенон обычно используется в дуговых ксеноновых лампах, которые благодаря своему почти непрерывному спектру, который напоминает дневной свет, находят применение в кинопроекторах и в автомобильных фарах.
благородные газы используются в эксимерных лазерах, которые основаны на короткоживущих электронно-возбужденных молекулах, известных как эксимеры. Эксимеры, используемые для лазеров, могут быть димерами благородных газов, такими как Ar 2, Kr 2 или Xe 2, или, чаще, благородный газ объединяется с галоген в эксимерах, таких как ArF, KrF, XeF или XeCl. Эти лазеры излучают ультрафиолетовый свет, который благодаря своей короткой длине волны (193 нм для ArF и 248 нм для KrF) позволяет получать изображения с высокой точностью. Эксимерные лазеры находят множество промышленных, медицинских и научных применений. Они используются для микролитографии и микротехнологии, которые необходимы для производства интегральных схем и для лазерной хирургии, включая лазер ангиопластика и хирургия глаза.
Некоторые благородные газы имеют прямое применение в медицине. Гелий иногда используется для облегчения дыхания больных астмой. Ксенон используется в качестве анестетика из-за его высокой растворимости в липидах, что делает его более эффективным, чем обычный закись азота, и потому, что он легко выводится из организма, что приводит к более быстрому восстановление. Ксенон находит применение в медицинской визуализации легких с помощью гиперполяризованной МРТ. Радон, который очень радиоактивен и доступен только в незначительных количествах, используется в радиотерапии.
Благородные газы, в частности ксенон, преимущественно используются в ионных двигателях из-за их инертности. Поскольку ионные двигатели не приводятся в движение химическими реакциями, химически инертное топливо желательно для предотвращения нежелательной реакции между топливом и чем-либо еще на двигателе.
Оганессон слишком нестабилен для работы и не имеет известного
