H HeLiBe B C N O F NeNaMg Al SiP S ClArK CaScTiV CrMnFeCoNiCuZnGaGeAsSeBrKrRbSrY ZrNbMoTcRuRhPdAgCdInSnSbTeI XeCsBa* HfTaW ReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRnFrRa**RfDbSgBhHsMtDsRgCnNhFlMcLvTsOg * LaCePrNdPmSmEuGdTbDyHoErTmYbLu **AcThPaU NpPuAmCmBkCfEsFmMdNoLr
Група 18 періодичної таблиці (Інертні гази) Бла́горо́дні га́зи (також іне́ртні або рі́дкісні гази) (; — хімічні елементи VIII групи головної підгрупи періодичної системи елементів, або за новою номенклатурою IUPAC групи 18 періодичної таблиці, які мають схожі властивості та за нормальних умов є одноатомними газами без кольору, запаху та смаку з дуже низькою хімічною реактивністю, котра зумовлена наявністю у атомів стійкої зовнішньої електронної оболонки, де у гелію знаходиться 2 електрони та у решти інертних газів по 8. До благородних газів відносяться гелій (Не), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Хе) та радіоактивний радон (Rn). Останнім часом до цієї групи також зараховують оганесон.
У невеликих кількостях присутні в природних горючих газах.
Частина інертних газів має космогенне походження. У земних умовах інертні гази також продовжують утворюватися під час ядерних процесів.
Історія У 1785 році Генрі Кавендіш, англійський хімік і фізик, виявив, що повітря містить невелику частку (трохи менше 1 відсотка) речовини, хімічно менш активною, ніж азот. Століттям пізніше лорд Релей, англійський фізик, виділив з повітря газ, який він вважав чистим азотом, але виявив, що він щільніший за азот, отриманий шляхом виділення його з його сполук. Він міркував, що його повітряний азот повинен містити невелику кількість щільнішого газу. У 1894 році сер Вільям Ремзі, шотландський хімік, співпрацював з Релеєм у виділенні цього газу, який виявився новим елементом — аргоном.
Назва «Благородний газ» перекладається з німецького іменника Edelgas, який вперше використав у 1898 році Гуго Ердман, щоб вказати на їх надзвичайно низький рівень реакційної здатності. Назва проводить аналогію з терміном «благородні метали», які також мають низьку реакційну здатність. Благородні гази ще називають інертними газами, але ця назва застаріла, оскільки зараз відомо багато сполук благородних газів. Рідкісні гази — ще один термін, який раніше використовувався, але він теж неточний, оскільки аргон утворює досить значну частину (0,94 % за об'ємом, 1,3 % за масою) атмосфери Землі через розпад радіоактивного калію-40.
П'єр Жанссен і Джозеф Норман Лок'єр відкрили новий елемент 18 серпня 1868 року, спостерігаючи за хромосферою Сонця, і назвали його гелієм за грецьким словом назви Сонця, ἥλιος (hḗlios). У той час хімічний аналіз був неможливий, але пізніше було виявлено, що гелій є благородним газом. Раніше, у 1784 році, англійський хімік і фізик Генрі Кавендіш виявив, що повітря містить невелику частку речовини, менш реакційноздатної, ніж азот. Через століття, у 1895 році, лорд Релей виявив, що зразки азоту з повітря мають іншу щільність, ніж азот, отриманий у результаті хімічних реакцій. Разом із шотландським вченим Вільям Ремзі з Університетського коледжу Лондона лорд Релей висунув теорію, згідно з якою азот, витягнутий з повітря, змішувався з іншим газом, що призвело до експерименту, який успішно виділив новий елемент, аргон, від грецького слова ἀργός (argós, «простий» або «ледачий»). З цим відкриттям вони зрозуміли, що цілий клас газів відсутній у періодичній таблиці. Під час пошуків аргону Рамзаю також вдалося вперше виділити гелій під час нагрівання мінералу клевеїту. Ремзі продовжив пошуки цих газів, використовуючи метод фракційної дистиляції для розділення рідкого повітря на кілька компонентів. У 1898 році він відкрив елементи криптон, неон і ксенон і назвав їх відповідно грецькими словами κρυπτός (kryptós, «прихований»), νέος (néos, «новий») і ξένος (ksénos, «чужий»). Радон був вперше ідентифікований у 1898 році Фрідріхом Ернстом Дорном і був названий еманацією радію, але не вважався благородним газом до 1904 року, коли його характеристики були виявлені подібними до характеристик інших благородних газів . Релей і Рамзі отримали Нобелівські премії з фізики та хімії 1904 року відповідно за відкриття благородних газів за словами Дж. Е. Седерблома, тодішнього президента Шведської королівської академії наук, «відкриття абсолютно нової групи елементів, жоден представник якої не був точно відомий, є чимось абсолютно унікальним в історії хімії, будучи за своєю суттю досягненням особливого значення у науці». Відкриття благородних газів допомогло у розвитку загального розуміння будови атома. У 1895 році французький хімік Анрі Муассан спробував провести реакцію між фтором, найбільш електронегативним елементом, і аргоном — одним із благородних газів, але зазнав невдачі. Вченим не вдалося отримати сполуки аргону до кінця ХХ століття, але ці спроби допомогли розробити нові теорії будови атома. На основі цих експериментів данський фізик Нільс Бор у 1913 році припустив, що електрони в атомах розташовані в оболонках, які оточують ядро, і що для всіх благородних газів, крім гелію, зовнішня оболонка завжди містить вісім електронів. У 1916 році Гілберт Ньютон Льюїс сформулював правило октету, згідно з яким октет електронів у зовнішній оболонці є найбільш стабільним розташуванням для будь-якого атома; таке розташування призвело до того, що вони не реагували з іншими елементами, оскільки їм не потрібні були електрони для завершення зовнішньої оболонки. У 1962 році Ніл Бартлетт відкрив першу хімічну сполуку благородного газу, гексафторплатинат ксенону. Незабаром після цього були відкриті сполуки інших благородних газів: у 1962 році для радону — дифторид радону (RnF2), який був ідентифікований за допомогою методів радіоіндикаторів і у 1963 році для криптону, дифториду криптону (KrF2). Про першу стабільну сполуку аргону було повідомлено в 2000 році, коли фтористий аргон (HArF) утворився при температурі 40 К (-233,2 °C; -387,7 °F).
У жовтні 2006 року вчені з Об'єднаного інституту ядерних досліджень і Ліверморської національної лабораторії імені Лоуренса успішно синтетично створили оганессон — сьомий елемент у групі 18, шляхом бомбардування каліфорнію кальцієм.
Розповсюдження +Розповсюдження інертних газів Елемент Сонячна системаA. G. W. Cameron: Abundances of the elements in the solar system. In: Space Science Reviews, 1970, 15, S. 121–146 (PDF).(Атоми відн. до Si (Si = 1 · 106)) Атмосфера ЗемліDavid R. Williams: Earth Fact Sheet. NASA, Greenbelt, Stand 20. Mai 2009. (Об'єм, ppm) Земна кора(Маса, ppm) He 2,21 · 109 5,24 0,008 Ne 3,44 · 106 18,18 0,005 Ar 1,172 · 105 9340 3,5 Kr 46,8 1,14 0,0001 Xe 5,38 0,09 3 · 10−5 Rn 0,06…18 · 10−19 4 · 10−13 Благородні гази знаходяться в основному в земній атмосфері, але також меншою мірою у земній корі; однак їхні кількості дуже різні. Найпоширенішим є аргон, який становить значну частку всієї атмосфери землі з об'ємною часткою 0,934 % (9340 ppm). Усі інші зустрічаються набагато рідше з рівнями нижче 20 частин на мільйон, тому їх зараховують до слідових газів. Криптон, ксенон і радон є одними з найрідкісніших елементів на землі. Гелій також є компонентом природного газу, де він може становити до 16 % за об'ємом.
Невелика кількість гелію постійно залишає земну атмосферу вилітає у космос через його низьку густину, і на землі постійно утворюються благородні гази, що значною мірою визначає їх кількість, а також їх ізотопне співвідношення. Аргон, особливо ізотоп 40Ar, утворюється в результаті розпаду ізотопу 40K калію. Гелій утворюється при альфа-розпаді важких елементів, таких як уран або торій (альфа-частинки), ксенон при рідкісному спонтанному розпаді урану. Короткоживучий ізотоп радону 222Rn з періодом напіврозпаду 3,8 дня є найпоширенішим і є проміжним у ланцюзі розпаду 238U. Інші, навіть більш короткоживучі, ізотопи також є членами серії розпаду ізотопів урану, торію або нептунію. Завдяки цим процесам розпаду благородні гази також потрапляють у камені. Наприклад, гелій міститься в багатьох уранових рудах, таких як уранініт, а аргон є у базальтах океанічної кори; він виділяється лише тоді, коли навколишня порода плавитьсяChris J. Ballentine: Geochemistry: Earth holds its breath. In: Nature. 2007, 449, S. 294–296, . .
Розподіл великої кількості благородних газів у Всесвіті можна значною мірою пояснити шляхами нуклеосинтезу. Чим важчий інертний газ, тим він рідкісніший. Гелій, який утворюється як первинним нуклеосинтезом, так і зоряним нуклеосинтезом з водню, є другим за поширеністю елементом після водню. Неон і аргон також є одними з найпоширеніших елементів у Всесвіті. Криптон і ксенон, які не утворюються в результаті зоряного нуклеосинтезу і утворюються лише в рідкісних подіях, таких як наднові, зустрічаються значно рідше. Завдяки своїй регулярній структурі з парною кількістю протонів, відповідно до закону Гаркінса, благородні гази є більш поширеними, ніж багато подібних важких елементів.
Отримання
За винятком значної частини гелію та радіоактивних елементів, отримання благородних газів відбувається виключно з повітря. Вони є побічними продуктами виробництва азоту та кисню в процесі Лінде — методу фракційного випаровування зрідженого повітря. У головній ректифікаційній колоні, в якій розділені кисень і азот, різні благородні гази накопичуються в різних точках. Однак їх можна перенести в окрему колонку і там відокремити від усіх інших газів. У той час як аргон можна легко відокремити, і його потрібно лише звільнити від азоту та кисню, проблема гелію та неону, а також криптону та ксенону полягає в тому, що вони спочатку накопичуються разом, а потім їх потрібно розділити. Це можна зробити за допомогою додаткової ректифікаційної колони або шляхом адсорбції газів у відповідних адсорбційних середовищахP. Häussinger, R. Glatthaar, W. Rhode, H. Kick, C. Benkmann, J. Weber, H.-J. Wunschel, V. Stenke, E. Leicht, H. Stenger: Noble Gases. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH, Weinheim 2006 ().. Гелій в основному видобувається з природного газу, принаймні з 1980-х років. Це джерело гелію вперше було виявлено у Сполучених Штатах, пізніше також використовувалося у кількох інших країнах і на заводах, таких як Алжир, фракцію якого зріджують у 40-футових контейнерах і відправляють до Марселя, а отже, до Європи. Його можна відокремити від інших компонентів природного газу шляхом виморожування всіх інших газів, або шляхом проникнення через відповідні мембрани. Потім гелій потрібно звільнити від залишкових газів, що заважають; таких як азот або водень, шляхом адсорбції при зміні тиску, хімічних або кріогенних процесів.
Через короткий період напіврозпаду радон неможливо отримати у великих кількостях. У меншому масштабі радій служить джерелом радону який утворюється, коли радій розпадається і виділяється з відповідного матеріалу. Оганессон можна отримати як штучний елемент із кількох атомів, бомбардуючи, наприклад, каліфорній атомами кальцію.
Фізичні властивості За звичайних умов усі благородні гази є одноатомними газами без кольору та запаху. Вони зріджуються і тверднуть лише при дуже низьких температурах, причому чим вища атомна маса, тим вище точки плавлення і кипіння. Температура кипіння гелію становить 4,224 К (−268,926 °C) трохи вище абсолютного нуля, найважчий благородний газ радон кипить при 211,9 K (−61,25 °C).
Особливістю гелію є те, що він єдиний елемент, який не твердне під атмосферним тиском, а також значно вище нього. Натомість при 2,17 К він переходить в особливий агрегатний стан — надплинність. При цьому рідина втрачає внутрішнє тертя і може, наприклад, наповзати на більш високі стінки судин (ефект Оннеса). Гелій твердне тільки при 0,775 K під тиском вище 25,316 бар. Ці температури й тиск застосовуються лише до звичайного ізотопу 4He; рідкісний другий, легший стабільний ізотоп 3He, навпаки, має значно інші властивості. Він стає надтекучим лише при температурах нижче 2,6·10-3 К. Точки плавлення, кипіння і критичні точки також знаходяться при різних температурах і тисках.