План лекции: Международная система единиц Атомно-молекулярное учение Стехиометрия химических реакций

Тема 8 Химия элементов. р-элементы: группа VIIIА

План лекции:

1. 
   Общая характеристика
   
2. 
   Гелий
   
3. 
   Неон
   
4. 
   Аргон
   
5. 
   Подгруппа криптона
   

1. Общая характеристика
В главную подгруппу VIII группы входят гелий Не, неон Ne, аргон Аr и элементы подгруппы криптона — криптон Кr, ксенон Хе, радон Rn. Их атомы имеют завершенную конфигурацию внешнего электронного слоя 1s² (He) и пs²пр⁶.
Поэтому молекулы этих элементов одноатомны. В обычных усло­виях простые вещества s- и p-элементов VIII группы представляют собой газы, их называют благородными или инертными газами.


2. Гелий
Гелий Не по сравнению с другими элементами обладает наиболь­шей энергией ионизации атома. Особая устойчивость элект­ронной структуры атома отличает гелий от всех остальных химических элементов.
Гелий по физическим свойствам наиболее близок к молекулярному водороду. Вследствие ничтожной поляризуемости атомов гелия у него самые низкие температуры кипения (-269⁰С) и плавления (-272°С при 2,5•10⁶ Па).
Гелий хуже других газов растворяется в воде и других раствори­телях. В 1 л воды, например, растворяется при 0⁰С менее 10 мл Не, т. е. в два с лишним раза меньше, чем Н₂, и в 51 000 раз меньше, чем НС1.
В обычных условиях гелий химически инертен, но при сильном возбуждении атомов он может образовывать молекулярные ионы Не₂⁺ [(σ_s^св)²(σ_s^разр)¹]. В обычных условиях эти ионы неустойчивы; захваты­вая недостающий электрон, они распадаются на два нейтральных ато­ма. Возможно также образование ионизированных молекул НеН⁺ [(σ_s^св)²].
Гелий - наиболее распространенный после водорода элемент космоса — состоит из двух стабильных изотопов: ⁴Не и ³Не. Спект­ральный анализ показывает присутствие его в атмосфере Солнца, звезд, в метеоритах. Накапливание ядер ⁴Не во Вселенной обусловлено термоядерной реакцией, служащей источником солнечной и звездой энергии:
4 ¹₁Н = ⁴₂Не + 2β⁺ + 2υ.
В земной коре гелий накапливается за счет α-распада радиоактивных элементов, содержится растворенным в минералах, в самородных металлах. Изотоп ³Не образуется за счет ядерных реакций, вызываемых космическим излучением.
Ядра гелия (α-частицы) чрезвычайно устойчивы и широко используются для проведения различных ядерных реакций.
В промышленности гелий в основном выделяют из природных газов методом глубокого охлаждения. При этом он, как самое низкокипящее вещество, остается в виде газа, тогда как все другие заморажи­ваются.
Газообразный гелий применяется для создания инертной атмосферы при сварке металлов, при консервации пищевых продуктов и др. Жидкий гелий применяется в лаборатории в качестве хладоагента при работах по физике низких температур.


2. Неон
Неон, как и Не, обладает очень высоким ионизационным потенциа­лом; поэтому соединений валентного типа не образует.
Основное отличие его от Не обусловливается относительно большей поляризуемостью атома, т. е. несколько большей склонностью обра­зовывать межмолекулярную связь. Неон имеет очень низкие темпе­ратуры кипения (-245,9⁰С) и плавления (-248,6°С), уступая лишь гелию и водороду. По сравнению с гелием у неона несколько большая растворимость и способность адсорбироваться.
Как и гелий, неон при сильном возбуждении атомов образует моле­кулярные ионы типа Ne₂⁺:

Неон получают совместно с гелием в качестве побочного продукта в процессе сжижения и разделения воздуха. Разделение гелия и неона осуществляется за счет адсорбции или конденсации. Адсорбционный метод основан на способности неона в отличие от гелия адсорбировать­ся активированным углем, охлаждаемым жидким азотом. Конденса­ционный способ основан на вымораживании неона при охлаждении смеси жидким водородом.
Неон применяется в электровакуумной технике для наполнения стабилизаторов напряжения, фотоэлементов и других приборов. Различные типы неоновых ламп с характерным красным свечением употребляют в маяках и других осветительных устройствах, рекламах и т. п.
Природный неон состоит из трех стабильных изотопов: ²⁰Ne, ²¹Ne и ²²Ne.