گاز نجیب چیست و از ویژگی و کاربرد آن چه می دانید؟

گاز نجیب که به آنها گاز بی اثر یا گازهای نادر نیز گفته می شود ، در گروه ۱۸ جدول شماره تناوبی در گروه VIII  قرار دارند. این ستون از عناصر در امتداد سمت راست جدول تناوبی قرار دارد. این گروه زیرمجموعه ای از غیر فلزات است. در مجموع ، به این عناصر گروه هلیوم یا گروه نئون نیز گفته می شود. گازهای نجیب عبارتند از: هلیم (He) ، نئون (Ne) ، آرگون (Ar) ، کریپتون (Kr) ، زنون (Xe) ، رادون (Rn)، اوگانسون (Og).

به استثنای اوگانسون همه این عناصر در دما و فشار معمولی گاز هستند. عدم تولید تعداد کافی اتمهای اوگانسن اجازه شناسایی فاز آنرا به طور قطعی نمی دهد اما اکثر دانشمندان پیش بینی می کنند که این عنصر مایع یا جامد خواهد بود. هر دو عنصر رادون و اوگانسون تنها از ایزوتوپ های رادیواکتیو تشکیل شده اند. برای کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.

ویژگی های گاز نجیب

گازهای نجیب نسبتاً غیرفعال هستند. در واقع ، آنها کمترین واکنش پذیری را در بین عناصر جدول تناوبی دارند. به این دلیل که لایه ظرفیت آنها پر است و تمایل کمی برای به دست آوردن یا از دست دادن الکترون دارند. در سال ۱۸۹۸ ، هوگو اردمان عبارت “گاز نجیب” را برای انعکاس واکنش پذیری پایین این عناصر ابداع کرد ، دقیقاً به همان روشی که واکنش فلزات نجیب نسبت به سایر فلزات کمتر است. گازهای نجیب دارای انرژی یونیزاسیون بالا و الکترونگاتیویته بسیار ناچیز هستند. گازهای نجیب دارای نقطه جوش پایین بوده و همگی  در دمای اتاق به شکل گاز هستند.

این گازها در شرایط عادی فاقد رنگ ، بو یا عطر و طعم هستند اما ممکن است مایعات و جامدات رنگی ایجاد کند. این گازها غیر قابل اشتعال هستند و در فشار پایین الکتریسیته و فلورسانس را هدایت می کنند.

کاربردهای گاز نجیب

هلیوم

هلیوم به دلیل حلالیت کم در مایعات یا لیپیدها به عنوان جزئی از گازهای تنفسی استفاده می شود زیرا گازهای دیگر هنگامی که  در غواصی تحت فشار قرار می گیرند ، توسط خون و بافت های بدن جذب می شوند. به دلیل حلالیت پایین درصد کمی از هلیوم به غشای سلول منتقل می شود. همچنین هنگامی که  هلیوم جایگزین بخشی از مخلوط هوای تنفسی می شود باعث کاهش اثرات مخدر گاز در اعماق دریا می شود. کاهش مقدار گاز محلول در بدن به معنای تشکیل حباب های گاز کمتر و کاهش فشار هنگام  صعود است. هلیوم و آرگون برای محافظت از قوس های جوشکاری نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

از هلیوم در دستگاه های برودتی با دمای بسیار پایین به خصوص برای حفظ  ابررساناها (مفید برای ایجاد میدان های مغناطیسی قوی) در دمای بسیار پایین استفاده می شود. هلیوم همچنین متداول ترین گاز حامل در کروماتوگرافی گازی است.

نئون

نئون کاربردهای معمول و آشنا زیادی دارد که شامل چراغ های نئون ، چراغ مه شکن ، زمینه های سینمایی تلویزیون ، لیزر ، ردیاب ولتاژ ، هشدارهای درخشان و علائم تبلیغاتی است. محبوب ترین کاربرد نئون لوله نئون است که در تبلیغات و تزئینات استفاده می شود. این لوله ها تحت فشار کم با نئون و هلیوم یا آرگون پر شده و با تخلیه های الکتریکی روشن می شوند. رنگ نور ساطع شده به ترکیب مخلوط گازی و رنگ شیشه لوله بستگی دارد. نئون خالص درون یک لوله بی رنگ ، نور قرمز را جذب می کند و نور آبی را منعکس می کند . این نور منعکس شده به نور فلورسنت معروف است.

آرگون

آرگون کاربردهای زیادی در الکترونیک ، تولید روشنایی ، شیشه و فلز دارد. آرگون در الکترونیک برای ایجاد یک محیط محافظ انتقال حرارت برای نیمه هادی های کریستال سیلیکون خالص و برای توسعه ژرمانیم استفاده می شود. آرگون همچنین می تواند لامپ های فلورسنت و رشته ای را پر کند و باعث ایجاد نور آبی موجود در “لامپ های نئون” شود.

از ویژگی رسانایی حرارتی پایین آرگون،  تولید کنندگان پنجره های عایق دو جداره برای پرکردن فضای بین شیشه ها استفاده می کنند. این عایق باعث بهبود بازدهی انرژی پنجره ها می شود. آرگون همچنین هنگام جوشکاری یک محافظ گاز بی اثر ایجاد می کند ، فلزهای ذوب شده را از بین می برد تا تخلخل در ریخته گری از بین برود و محیطی فاقد اکسیژن و نیتروژن برای ذوب و نورد فلزات و آلیاژهای آن فراهم می کند.

کریپتون

مثل آرگون ، کریپتون را می توان در پنجره های دو جداره استفاده کرد. به دلیل کارایی حرارتی برتر ، کریپتون گاهی اوقات به جای آرگون برای عایق بندی انتخاب می شود. تخمین زده می شود که ۳۰٪ از پنجره های دو جداره که در آلمان و انگلیس فروخته می شوند از کریپتون پر شده اند. تقریباً ۱.۸ لیتر کریپتون در این کشورها استفاده می شود. کریپتون در منابع سوخت ، لیزرها و چراغ های جلوی اتومبیل نیز یافت می شود.

در لیزرها ، کریپتون به عنوان کنترلی برای یک طول موج نوری خاص عمل می کند ومعمولاً برای تولید لیزرهای اکسایمر با هالوژن (به احتمال زیاد فلورین) مخلوط می شود. علاوه بر این ، از کریپتون برای لامپ های با کارایی بالا استفاده می شود ، که دارای درجه حرارت و کارایی بیشتری هستند زیرا کریپتون سرعت تبخیر رشته را کاهش می دهد.

زنون

زنون کاربردهای مختلفی در زمینه روشنایی رشته ای ، توسعه اشعه ایکس ، پانل های نمایشگر پلاسما   (PDP) و موارد دیگر دارد. روشنایی رشته ای از زنون استفاده می کند زیرا می توان انرژی کمتری را برای بدست آوردن همان نور خروجی لامپ رشته ای معمولی استفاده کرد. زنون همچنین امکان دستیابی به اشعه ایکس ساده تر کرده است. این گاز وقتی با اکسیژن مخلوط شود ، می تواند کنتراست را در تصویربرداری CT افزایش دهد این کاربردها تأثیر زیادی در پزشکی دارند. پانل های نمایشگر پلاسما (PDP) با استفاده از زنون به عنوان یکی از گازهای پر کننده، ممکن است روزی جای لوله های تصویر بزرگ را در صفحه های تلویزیون و کامپیوتر بگیرد.

محصولات شکافت هسته ای ممکن است شامل چندین ایزوتوپ رادیواکتیو زنون باشد که نوترون های هسته راکتور هسته ای را جذب می کنند. تشکیل و حذف محصولات فروپاشی زنون رادیواکتیو از عوامل کنترل راکتور هسته ای هستند.

رادون

رادون بعد از استعمال سیگار به عنوان دومین علت شایع سرطان ریه گزارش شده است. با این حال ، در رادیوتراپی ، درمان آرتروز و استحمام نیز کاربردهای مفیدی دارد. در رادیوتراپی ، از رادون در دانه های کاشت  ساخته شده از شیشه یا طلا استفاده می شود  که در درجه اول برای درمان سرطان استفاده می شود. گفته شده است که قرار گرفتن در معرض رادون بیماری های ایمنی خودکار مانند آرتروز را کاهش می دهد. برخی از مبتلایان به آرتروز برای تسکین درد در معرض رادیواکتیو آب معدنی و رادون قرار می گیرند. در برخی کشورها افراد برای چند دقیقه تا ساعت ها در یک فضای پر از رادون می نشینند و معتقدند که دوزهای کم تشعشع این گاز باعث افزایش انرژی آنها می شود.

منابع گاز نجیب

نئون ، آرگون ، کریپتون و زنون از تقطیرفرکشنال هوای مایع حاصل می شوند. منبع اصلی هلیوم جداسازی برودتی گاز طبیعی است. رادون از فروپاشی رادیواکتیو رادیوم ، توریم ، اورانیوم و سایر عناصر سنگین رادیواکتیو حاصل می شود. اوگانسون عنصری ساخته دست بشر است که با ضربه زدن به ذرات شتاب دار تولید می شود. در آینده ، گازهای نجیب ممکن است از سیارات دیگر تأمین شود زیرا هلیوم و زنون در مشتری و سایر سیارات گازی بسیار بیشتر از زمین است.

آرایش الکترونی گازهای نجیب

از نظر آرایش الکترونی به استثنای هلیوم سایر گازهای نجیب دارای آرایش الکترونی ns^۲ np^۶ هستند که به دلیل پر بودن لایه ظرفیت بسیار پایدارند. این گازها تک اتمی هستند و به مقدار کم در اتمسفر یافت می‌شوند.

فراوان ترین گاز نجیب هواکره چیست؟

فراوان ترین گاز نجیب هوا کره آرگون است که یک درصد اتمسفر یا همان هواکره را تشکیل می دهد. آرگون گازی بی رنگ و بی بو و یکی از پرکاربردترین گازها در فرآیندهای صنعتی است که با تقطیر جزء به جزء  هوا بدست می آید.

سبک ترین گاز نجیب کدام است؟

هلیوم بعد از هیدروژن دومین گاز سبک موجود در جهان است . در مقایسه از نظر فراوانی نیز مجددا هلیوم بعد از هیدروژن در جایگاه دوم قرار می‌ گیرد. هلیوم به همان صورت که در خورشید  و مشتری یافت می ‌شود در کل جهان وجود دارد. هلیوم موجود در کیهان بیشتر به شکل هلیوم-۴ است و از واکنش‌ همجوشی هسته ای در ستاره‌ها نیز گونه ‌های تازه ‌ای از این گاز پدید می آید.

گاز نجیب را از کجا تهیه کنم؟

اغلب این گازها را می توان در آزمایشگاه تهیه کرد اما خرید گاز نجیب در کپسول های پر شده نیز امکان پذیر است و برای کاربردهای خاص خرید و فروش می شوند.

چرا گازهای نجیب واکنش پذیری کمی دارند

گازهای نجیب عناصری منحصر به فرد با خواص شگفت انگیز هستند که آنها را از سایر گروه های جدول تناوبی متمایز می کند. به عنوان گازهای بی اثر شناخته می شوند زیرا مقاومت بسیار بالایی دارند و به دلیل ظرفیت پر در واکنش های شیمیایی شرکت نمی کنند. این گازها معمولاً به دلیل بی رنگ بودن، بی بو بودن و به شدت غیر واکنشی شناخته می شوند. هر کدام به دلیل خواص بی اثرشان، مجموعه ای از کاربردها و کاربردهای خاص خود را دارند.

• این گازها نمی سوزند و همین امر آنها را بسیار ایمن می کند.
• پوسته الکترونی کامل آنها از اکثر واکنش های شیمیایی جلوگیری می کند.
• در شرایط استاندارد، آنها به صورت اتم های منفرد وجود دارند.
• در مقایسه با سایر گازها چگالی کمی دارند.
• تمام گازهای نجیب نقطه جوش بسیار پایینی دارند.

گازهای نجیب به دلایل زیادی مهم هستند، آنها فوق العاده پایدار هستند. این پایداری آنها را برای استفاده در محیط های حساس عالی می کند. خواص منحصر به فرد آنها باعث می شود در کاربردهای مختلف در سراسر علم و صنعت مفید باشند.

گازهای نجیب اغلب برای ایجاد اتمسفر محافظ در فرآیندهای مختلف صنعتی استفاده می شوند. این گازهای بی اثر از واکنش های شیمیایی ناخواسته در طول ساخت جلوگیری می کنند. آرگون معمولاً در جوشکاری برای محافظت از ناحیه جوش در برابر گازهای جوی استفاده می شود. از نئون و هلیوم در تولید دستگاه های نیمه هادی برای جلوگیری از اکسیداسیون استفاده می شود.

کریپتون در ساخت پنل های خورشیدی برای بهبود عایق حرارتی استفاده می شود. این گازها با مواد دیگر واکنش نشان نمی دهند و آنها را برای محیط های محافظ عالی می کند. استفاده از آنها کیفیت و خلوص بالاتر را در فرآیندهای تولید تضمین می کند. گازهای نجیب با ایجاد فضایی پایدار و بی اثر، کیفیت ساخت را تا حد زیادی افزایش می دهند. کاربرد آنها شامل الکترونیک، ساخت فلز و موارد دیگر می شود.