الرئيسية » Simplified Chemistry » الغازات النبيلة (الغازات الخاملة)

الغازات النبيلة (الغازات الخاملة)

مقدمة
الغازات النبيلة أو الغازات الخاملة هي العناصر التي توجد في المجموعة الثامنة عشر من الجدول الدوري و تشمل الهيليوم He ، النيون Ne و الأرجون Ar و الكربتون Kr والزينون Xe و الرادون Rn، و هي جميعا تنتمي إلى القطاع p من الجدول الدوري. و تتميز بأن عدد الإلكترونات في الأفلاك s و p تكون مكتملة.

الخصائص العامة
1 – توجد هذا الغازات بنسب ضئيلة جدا، و عليه يمكن تحضيرها بالتقطير التجزيئي للهواء السائل.
2 – يحصل على الرادون من التفاعلات الإشعاعية .
3 – تكون الغازات النبيلة وحيدة الذرة في الحالة الغازية .
4 – الهيليوم هو الغاز الوحيد الذي لا يتجمد بالتبريد فقط عند الظغط الطبيعي، و لكن عند زيادة الضغط يتجمد بسرعة.
5 – يتميز تركيب هذه الغازات بوجود ثمانية إلكترونات في مدارها الخارجي ما عدا الهيليوم الذي يوجد فقط إلكترونين في مدارها.
6 – كانت هذه الغازات تعرف في السابق باسم الغازات الخاملة لانه لم يكن يعرف لها أي مركب كيميائي ، و لكن بحلول العام 1962 تمكن العلماء من تحضير مركبات لها.

استخلاص الغازات النبيلة من الهواء
بخلاف الرادون الذي يتم الحصول عليه من العنصر المشع الراديوم ،فإنه يمكن استخلاص جميع عناصر المجمووعة الثامنة عشر من الهواء. هناك طرقتين يمكن استخدامهما لفصل الغازات النبيلة عن الهواء . أحدى تلك الطريقتين التقطير التجزيئي للهواء المسال و هذه تعرف بالطريقة الفيزيائية ، أما الطريقة الثانية فتعرف باسم الطريقة الكيميائية.

1 – التقطير التجزيئي للهواء المسال
تعتمد هذه الطريقة على الاختلاف في درجات غليان المكونات المختلفة للهواء المسال عند الضغط الجوي. عندما يتم تقطير الهواء المسال جزئيا فإنه يحصل على ثلاثة أجزاء :
أ – الهيليوم و النيون ذات درجات غليان منخفضة ، حيث تبقى كغازات ، وباقي العناصر تتحول إلي سائل.
ب – الأرجون و الأكسجين لهما نفس درجة الغليان و يتم فصلهما بعملية تقطير واحدة.
ج – الكربتون و الزينون ذات درجات الغليان المرتفعة يتم الحصول عليها واستخلاصها ضمن مقدار ضئيل من الهواء المسال المتطاير.

ففي الجزء الأول يوجد خليط من ثلاثة غازات و هي الهيليوم و و النيون والنيتروجين ، حيث يتم إمرار ذلك الخليط في بخار من سائل النيروجين المتطاير، و في تلك العملية يتم تكثيف أغلب النيتروجين و بالتالي التخلص منه بحيث يتبقى خليط من الغازات النبيلة و جزء قليل جدا من النيتروجين. و من ثمر يمرر ذلك الجزيء المحتوي على خليط الغازات النبيلة على كربيد الكالسيوم الساخن ليتم التخلص من النيتروجين على شكل سيانيميد الكالسيوم. و كنتيجة لتلك العملية فإن المتبقي من ذلك الخليط يحتوي على 75% نيون و 25 % هيليوم. و يمكن فصل الغازين النبيلين عن بعضهما البعض عن طريق إمرار الخليط في أنابيب مبردة بغاز النيتروجين حيث يتجمد الزينون مخلفا وراءه الهيليوم .
أما الجزء الثاني من الهواء المسال الذي يحتوي على الأرجون و الأكسجين ، فإنه يتم فصل الأرجون من خلال إمرار إمرار الخليط في أنابيب مبردة بغاز النيتروجين حيث يتكثف الأرجون مخلفا وراءه الأكسجين.
و يتم التعامل مع الجزء الثالث من الهواء المسال الذي يحتوي على الزينون والكربتون و الأكسجين عن طريق تبخير الأكسجين أولا ، و من ثم فصل الزينون و الكربتون أما بالتقطير التجزيئي أو عن طريق الإمتزاز على فحم جوز الهند.

2 – استخلاص الغازات بالطرق الكيميائية
تعتمد هذه الطريقة لفصل الغازات النبيلة علي الاختلاف في الامتزاز على فحم جوز الهند عند درجات الحرارة المختلفة. و تتم هذه الطرية بخطوتين ، حيث الخطوة الأوي يتم فيها ازالة الأكسجين و النيتروجين و الخطوة الثانية فصل الغازات النبيلة .

أ- إزالة النيتروجين و الأكسجين من الهواء
يتم ذلك عن طريق إمرار الهواء الجاف في خليط مكون من 90% كربيد الكالسيوم و 10% من كلوريد الكالسيوم عند درجة حرارة 800 درجة سيليزية ، و هذه العملية تدفه الأكسجين و النيتروجين على سلوك التفاعلات التالية :

CaC2+ N2 → CaCN2 + C
C +O2 → CO2
2C + O2 → 2CO

و يمكن أكسدة أول و ثاني أكسيد الكربون التي تكونت خلال التفاعل السابق بإمرارها على أكسيد النحاس الساخن أولا.

 

CuO +CO → Cu + CO2

و من ثم إزالة ثاني أكسيد الكربون بإمرار الخليط الغاز على هيدوكسيد البوتاسيوم

2KOH + CO2→ K2CO3 + H2O

 

ب- فصل الغازات النبيلة
بستخدم خليط الغازات الخالي من الأكسجين و النيتروجين لعمليات فصل الغازات النبيلة عن بعضها البعض. فخاصية امتزاز الفحم المنشط تزداد مع زيادة الوزن الذري للغازات النبيلة. ، لذلك يُمتز الهيليوم ذو الوزن الذري المنخفض بكميات قليلة و لكن الزينون ذو الوزن الذري المرتفع يمتز أكثر ، و بالطبع يتم التحكم في درجة الحرارة التي تتم عندها عملية الإمتزاز مع زيادة الوزن الذري للغاز المراد امتزازه.
فخليط الغازات يتم إمراره في وعاء ثنائي الجدار يحتوي علي الفحم المنشط ومن ثم يُبقى الخليط في الوعاء لمدة ساعة تقريبا ، و خلال تلك الفترة يتم امتزاز غازات الأرجون و الكريبتون و الزينون ، بيتما تتبقى غازات الهيليوم و النيون غير ممتزة و بالتالي ضخهار خارج وعاء التفاعل.
أما خليط الهيليوم و النيون فيتم ضخه في وعاء آخر يحتوي على الفحم المنشط ولكن في هذه الحالة يتم التحكم بدرجة الحرارة سيليزية حيث 93 كلفن حيث عند هذه الدرجة يتم امتزاز جميع النيون مخلفا وراءه الهيليوم حيث يتم الحصول على الهيليوم المتبقي من خلال تسخين الفحم المنشط.
و يتم ضخ الخليط المحتوي على الأرجون و الكريبتون و الزينون في وعاء يحتوي على الفحم المنشط عند درجة حرارة 80 كلفن حيث يمتز غاز الأرجون.
و أخير يتم فصل خليط الزينون و الكريبتون من خلال تسخين الفحم المنشط إلى درجة حرارة 183 درجة كلفن و عند هذه الدرجة يتحرر الكربتون بينما يمتز الزينون بواسطة الفحم المنشط.
و يمكن ملاحظة أن عملية الفصل الكيميائية أسهل من الفيزيائية حيث استخدام الفحم المنشط و التحكم بدرجات حرارة .

هاليدات الغازات النبيلة
تعتبر هذه المركبات هي الأهم من بين مركبات الغازات النبيلة ، فالفلور أكثر العناصر كهرسالبية يستطيع ان يتفاعل مع تلك الغازات و ينتج عن تلك التفاعلات مركبات مستقرة . فقد عرف للزينون العديد من المركبات مع الفلور و إلى حد ما مع الكريبتون و الرادون .
فالمركب الوحيد المعروف للكريبتون مع الفلور هو KrF2 و الذي يحضر من خلال إمرار تفريغ كهربائي خلال خليط من الكريبتون و الفلور . و يعتبر المركب KrF2 عامل مُفلور قوي و أكثر نشاطا وفاعلية من XeF2 .فهو يؤكسد الزينون إلى XeF2 و فلز الذهب إلى –AuF6 .

3KrF2 + Xe → XeF6 + 3Kr
7KrF2 + 2Au → 2KrF+AuF6 + 5Kr

أما مركب فلوريد الزينون XePtF6 فإنه يعتبر أول مركب للغازات النبيلة يصنع من تفاعل الزينون مع عامل مؤكسد قوي PtF6 .
و عند تفاعل الزينون مع الفلور عند ظروف مختلفة فإنه ينتج عن ذلك عدة فلوريدات و هي XeF2 و XeF4 و XeF6 . فأبسط تلك المركبات و هو XeF2 يتم تحضيره عن طريق تعريض خليط من الفلور و الزينون -محفوظ في أنبوبة زجاجية جافة و محكمة الاغلاق- إلى أشعة الشمس ، حيث تتشكل بلورات عديمة اللون من XeF2 . فأشعة الشمس تعمل على تكسير الروابط الضعيفة بين ذرات الفلور بحيث تتفاعل ذرات الفلور مع ذرات الزينون .و عند تعديل تلك الظروف و رفع درجة الحرارة و التلاعب في نسب الفلور إلى الزينون و عند الضغط المرتفع يتم تحضير كل من XeF4 و XeF6 .
فمركبات الزينون مع الفلور تعتبر عوامل تفلور قوية و تستطيع أن تؤكسد عدد كبير من المركبات . ففي حالات عديدة يعتبر XeF2 عامل مؤكسد انتقائي بحيث يستطيع أن يؤكسد الذرة المختلفة المركزية في مركبات المجموعات الرئيسة و لكن لا يستطيع أن يؤكسد المجموعات العضوية المرتبطة بها .

Me3As + XeF2 → Me3AsF2 + Xe
Ph2PH + XeF2 → Ph2PHF2 + Xe

كما يمكن XeF2 أن يؤكسد الماء إلى أكسجين ، بينما XeF4 يؤكسد فلز البلاتين إلى PtF4 .

2H2O + XeF2 → O2 + 4HF + 2Xe
XeF2 + Pt → PtF4 + Xe

 

مقالات قد تفيدك :

عن Akram Amir El Ali

استاذ الكيمياء التحليلية ومصمم غرافيك

شاهد أيضاً

عنبر Ambergris

مادة شمعية ذات تركيب معقد و رائحة مميزة لطيفة لونها اسود أو رصاصي مع خطوط …

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.