ვანადიუმი აღმოჩენილ იქნა 1801 წ. მეხიკოელი მინერალოგიის პროფესორის ანდრეს მანუელ დელ რიოს მიერ ტყვიის მადნებში. მან აღმოაჩინა ახალი ლითონი და მისთვის სახელად «პანქრომიუმი» შეარჩია, მისი ნაერთების ფერების ფართო დიაპაზონის გამო, შემდგომ კი შეუცვალა სახელი და უწოდა «ერითრონიუმი». დელ რიოს არ გააჩნდა ავტორიტეტი ევროპის მეცნიერულ წრეებში და ევროპელმა ქიმიკოსებმა ეჭვი შეიტანეს მის რეზულტატებში. შემდგომ კი მანაც დაკარგა თავდაჯერებულობა თავის აღმოჩენაში და განაცხადა, რომ აღმოაჩინა მხოლოდ ტყვიის ქრომატი.
1830 წელს ვანადიუმი ხელახლა იქნა აღმოჩენილი შვედი ქიმიკოსის ნილს სეფსტრემის მიერ რკინის მადანში. ახალ ელემენტს სახელწოდება მისცეს ბერცელიუსმა და სეფსტრემმა.
ვანადიუმის აღმოჩენის შანსი ჰქონდა ფრიდრიხ ველერს, რომელიც იკვლევდა მექსიკურ მადანს, მაგრამ სერიოზულად მოიწამლა ფტორწყალბადით ვანადიუმის აღმოჩენამდე და ვერ შეძლო კვლევების გაგრძელება. თუმცა ველერმა დაამტკიცა რომ მადანი შეიცავდა ვანადიუმს და არა ქრომს.
სახელწოდების წარმოშობა
ეს ელემენტი წარმოქმნის ძალიან ლამაზი შეფერილობის ნაერთებს, აქედანაა ელემენტის სახელწოდებაც, რომელიც უკავშირდება სკანდინავიური სიყვარულისა და სილამაზის ქალღმერთ ფრეიას (ძვ.-სკანდ.Vanadís — ვანების ქალიშვილი; ვანადისი).
ბუნებაში არსებობა
ვანადიუმი მიეკუთვნება გაბნეულ ელემენტებს და ბუნებაში თავუსუფალი სუფთა სახით არ გვხვდება. დედამიწის ქერქში ვანადიუმის შემცველობა მასის მიხედვით სავარაუდოდ შეადგენს 1,6×10−2%, ოკეანეების წყლებში 3×10−7%. ვანადიუმის საშუალოდ ყველაზე მეტი შემცველობა შეიმჩნევა მაგმატურ ქანებში განსაკუთრებულად გაბროში და ბაზალტში (230—290 გ/ტ). დანალექ ქანებში ვანადიუმის მნიშვნელოვანი დაგროვება ხდება ბიოლიტებში (ასფალტიტებში, ნახშირებში, ბითომინოზურ ფოსფატებში), ბითუმინოზურ ფიქალებში, ბოქსიტებში, და ასევე ოოლიტურ და სილიციუმიან რკინის მადნებში. ვანადიუმის იონური რადიუსების სიახლოვეს და მაგმატურ ქანებში ფართოდ გავრცელებულ რკინას და ტიტანს მივყავართ იქამდის, რომ ვანადიუმი ჰიპიგენურ პროცესებში მთლიანად გაბნეულ მდგომარეობაშია და არ წარმოქმნის საკუთარ მინერალებს. მის მატარებლებს წარმოადგენენ ტიტანის მრავალრიცხოვანი მინერალები (ტიტანომაგნეტიტი, სფენი, რუტილი, ილმენიტი), სლუდი, პიროქსენი და ძოწი, რომელსაც გააჩნია მაღალი იზომორფული ტევადობა ვანადიუმის მხრივ. მნიშვნელოვანი მინერალებია: პატრონიტი V(S2)2, ვანადინიტი Pb5(VO4)3Cl და სხვა. ვანადიუმის მიღების ძირითად წყაროს წარმოადგენს — რკინის მადნები, რომლებიც ვანადიუმს შეიცავენ როგორც მინარევს.
ელექტროლიზით მიღებული ვანადიუმის კრისტალების SEM გამოსახულება
მიღება
მრეწველობაში ვანადიუმის მიღებისთვის, მინარევებიანი რკინის მადნიდან თავდაპირველად ამზადებენ კონცენტრატს, რომელშიც ვანადიუმის კონცენტრაცია აღწევს 8-16 %. შემდგომ ჟანგვითი დამუშავებით ვანადიუმი გადაყავთ უმაღლესი დაჟანგვის ხარისხში +5 და გამოყოფენ წყალში ადვილად ხსნად ნატრიუმის ვანადატს (Na) NaVO3. ხსნარში გოგირდმაჟავის მცირე დამატებით წარმოიქმნება ნალექი, რომელიც გაშრობის შემდეგ შეიცავს 90 %-ზე მეტ ვანადიუმს.
პირველად კონცენტრატს აღადგენენ დომენის ღუმელებში და მიიღებენ ვანადიუმის კონცენტრატს, რომელსაც შემდგომ გამოიყენებენ ვანადიუმისა და რკინის შენადნობის — ეგრეთ წოდებული ფეროვანადიუმის (შეიცავს 35-დან 80 %-მდე ვანადიუმს) გამოდნობისას. ლითონური ვანადიუმი შეიძლება დამზადდეს ვანადიუმის ქლორიდის აღდგენით წყალბადის (H) მეშვეობით, ვანადიუმის ოქსიდების თერმული აღდგენით (V2O5 ან V2O3) კალციუმით, თერმული დისოციაციით VI2 და სხვა მეთოდებით.
ფიზიკური თვისებები
ვანადიუმის ბლოკები 99,95 % სიწმინდის სიჯით, მიღებულია ელექტრო კონაში გადადნობით.
ვანადიუმი — პლასტიკური მოვერცხლისფრო-რუხი ფერის ლითონია, გარეგნულად ძალიან ჰგავს ფოლადს. კრისტალური მესერი კუბური მოცულობა ცენტრირებულია, a=3,024 Å, z=2, სივრცული ჯგუფი - Im3m. დნობის ტემპერატურა 1920 °C, დუღილის ტემპერატურა 3400 °C, სიმკვრივე 6,11 გ/სმ³. ჰაერზე გახურებისას 300 °C-ზე ზევით ვანადიუმი ხდება მყიფე. ჟანგბადის, წყალბადის და აზოტის მინარევები მკვეთრად ამცირებენ ვანადიუმის პლასტიკურობას და ამაღლებენ მის სიმაგრეს და სიმყიფეს.
ქიმიური თვისებები
ქიმიურად ვანადიუმი საკმაოდ ინერტულია. ის მდგრადია ზღვის წყლის, მარილმჟავის, აზოტმჟავის, გოგირდმაჟავის და ტუტეების გაზავებული ხსნარების მიმართ.
ჟანგბადთან ვანადიუმი წარმოქმნის რამდენიმე ოქსიდს: VO, V2O3, VO2,V2O5. ნარინჯისფერი V2O5 — მჟავა ოქსიდია, მუქი-ლურჯი VO2 — ამფოტერულია, ვანადიუმის დანარჩენი ოქსიდები - ფუძე ოქსიდებია. ვანადიუმის ჰალოგენიდები ჰიდროლიზდება.
ჰალოგენებთან ვანადიუმი წარმოქმნის საკმაოდ მფრინავ ჰალოგენიდებს, შემადგენლობით VX2 (X = F, Cl, Br, I), VX3, VX4 (X = F, Cl, Br), VF5 და რამდენიმე ოქსოჰალოგენიდი (VOCl, VOCl2, VOF3 და სხვა).
ვანადიუმის ქლორიდი გამოიყენება წყლის თერმოქიმიური დაშლისას თერმობირთვულ ენერგეტიკაში (ვანადიუმ-ქლორიდული ციკლი «ჯენერალ მოტორსი»,აშშ). მეტლურგიაში ვანადიუმი აღინიშნება ასო V (ფაუ)-თი.
ვანადიუმის პენტაოქსიდი ფართოდ გამოიყენება ლითიურ ბატარეებში და აკუმულატორებში, როგორც დადებითი ელექტროდი (ანოდი). ვერცხლის ვანადატი სათადარიგო ბატარეებში, როგორც კათოდი.
ბიოლოგიური როლი და ზემოქმედება
დადგენილია, რომ ვანადიუმს შეუძლია ცხიმოვანი მჟავების სინთეზის შენელება, დამუხრუჭება, დათრგუნოს ქლორესტერინის წარმოქმნა. ვანადიუმი აინჰიბირებს მთელ რიგ ფერმენტულ სისტემებს, ამუხრუჭებს ფერმენტ ადენოზინტრიფოსფორმჟავას (ატფ) ფოსფორილებას და სინთეზს, ამცირებს კოფერმენტი ა-ს და უბიხინონის (Q) დონეს, ასტიმულირებს მონოამინოქსიდაზების აქტივობას და ჟანგვად ფოსფორილებას. ცნობილია ასევე, რომ შიზოფრენიის დროს ვანადიუმის შემცველობა სისხლში საკმაოდ მატულობს.
ჭარბი ვანადიუმის მოხვედრა ორგანიზმში ჩვეულებრივ დაკავშირებულია ეკოლოგიურ და საწარმოო ფაქტორებთან. ვანადიუმის მწვავე ტოქსიკური დოზების ზემოქმედებისას მუშებზე იწვევს კანის და თვალის ლორწოვანი გარსის, ზედა სასუნთქი გზების ადგილობრივ ანთებით რეაქციებს და ლორწოს დაგროვებას ბრონქებში და ალვეოლებში. ასევე წარმოიქმნება ასთმისა და ეგზემის ტიპის სისტემური ალერგიული რეაქცია; იწვევს ლეიკოპენიას და ანემიას, რომლებსაც თან ახლავს ორგანიზმის ძირითადი ბიოქიმიური პარამეტრების მოშლას.
ცხოველებში ვანადიუმის შეყვანისას (დოზა 25-50 მკგ/კგ), აღინიშნება ზრდის შენელება, დიარეა და სიკვდილიანობის ზრდა.
საშუალო ადამიანის (სხეულის წონა 70 კგ) ორგანიზმში სულ არის 0,11 მგ ვანადიუმი. ვანადიუმი და მისი ნაერთები ტოქსიკურები არიან. ადამიანისათვის ტოქსიკური დოზაა 0,25 მგ, სასიკვდილო დოზაა — 2-4 მგ.
ცილებისა და ქრომის ჭარბი შემცველობა რაციონში ამცირებს ვანადიუმის ტოქსიკურ ზემოქმედებას. მოხმარების ნორმები ამ მინერალური ნივთიერებისათვის არ არის დადგენილი.
ამას გარდა ზოგ ორგანიზმს, მაგალითად, ზღვის ფსკერის მობინადრე ჰოლოთურიებს და ასციდიებს უგროვდებათ, კონცენტრირდება ვანადიუმი ცელომიურ სითხეში/სისხლში, ამასთან მისი კონცენტრაცია აღწევს 10 %! ანუ ეს ცხოველები არიან ვანადიუმის ბუნებრივი კონცენტრატორები. მისი ფუნქცია ჰოლოთურიის ორგანიზმში ჯერ კიდევ ბოლომდე არ არის ცნობილი, ზოგი მეცნიერი თვლის, რომ მასზეა დამოკიდებული ან ჟანგბადის ან მკვებავი ნივთიერების გადატანა ორგანიზმში. პრაქტიკული თვალსაზრისით შესაძლებელია ვანადიუმის მოპოვება ამ ორგანიზმებიდან, ასეთი «ზღვის პლანტაციების» ეკონომიკური მიზანშეწონილობა ამ მომენტისათვის არაა ნათელი, თუმცა ასეთი საცდელი ვარიანტები უკვე არის იაპონიაში.
ვანადიუმის ატომის ელექტრონული კონფიგურაცია
იზოტოპები
ბუნებრივი ვანადიუმი შედგება ორი იზოტოპისაგან: სუსტრადიოაქტიული 50V-ისაგან (იზოტოპური გავრცობადობა 0,250 %) და სტაბილური 51V-საგან (99,750 %). ვანადიუმ-50-ის ნახევარდაშლის პერიოდია 1,5×1017 წელი, ტ. е. ყველა პრაქტიკული მიზნისათვის ის შეიძლება ჩაითვალოს სტაბილურად; ეს იზოტოპი 83 % შემთხვევაში ელექტრონული მიტაცების მეშვეობით გარდაიქმნება 50Ti, ხოლო 17 % შემთხვევაში განიცდის ბეტა-მინუს-დაშლას, რის შედეგადაც გარდაიქმნება 50Cr-ად. ცნობილია ვანადიუმის 24 ხელოვნური რადიოაქტიური იზოტოპი მასური რიცხვით 40-დან 65-მდე (ასევე 5 მეტასტაბილური მდგომარეობაში). მათ შორის ყველაზე სტაბილურია 49V (T1/2=337 დღე) და 48V (T1/2=15,974 დღე).
იხ.ვიდეო - What is Vanadium? Learn in less than 5 minutes
ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -
ელექტროფიზიოლოგია
"მიმდინარე დამჭერი" არის გავრცელებული ტექნიკა ელექტროფიზიოლოგიაში. ეს არის მთლიანი უჯრედის დენის დამჭერის ჩანაწერი ნეირონის გასროლის გამო მისი დეპოლარიზაციის დენის ინექციით.
ელექტროფიზიოლოგია (ბერძნულიდან ἥλεκτρον - ელექტრონი, ქარვა; ბერძნული φύσις - ბუნება და ბერძნული λόγος - ცოდნა) არის ფიზიოლოგიის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ორგანიზმში არსებულ ელექტრულ მოვლენებს მისი საქმიანობის სხვადასხვა ტიპების დროს: ნებაყოფლობითი და უნებლიე, გამოწვეული და სპონტანური. მიკრო და მაკრო დონეზე, დაწყებული ბიოელექტრული აქტივობის შესწავლით, რომელსაც შუამავლობს იონური პროცესები ცალკეული უჯრედებისა და ბოჭკოების სინაფსებში და მემბრანებში, პოლიგრაფიული რეგისტრაციის შედეგების ანალიზამდე, რაც საშუალებას იძლევა შეაფასოს მთელი ორგანიზმის ინტეგრაციული ფუნქციები.
ელექტროფიზიოლოგიაში შესწავლის საგანია აგრეთვე ნერვული და სხვა ელემენტების, მათი თანავარსკვლავედების, ცალკეული ორგანოების და მთელი ორგანიზმის აქტივობა პირდაპირი ან ალტერნატიული დენის ზემოქმედებისას. ამჟამად, თავად ელექტროფიზიოლოგია ერთდროულად წარმოადგენს ფიზიოლოგიისა და ფსიქოლოგიის მრავალი დარგის მეთოდოლოგიურ საფუძველს, ასევე მედიცინასა და ბიოფიზიკას.
იხ. ვიდეო - Electrophysiology Part 1 - The Resting Membrane Potential (RMP) & Action Potentials
ისტორია
ელექტროფიზიოლოგიის დასაწყისი ჩვეულებრივ დაკავშირებულია იტალიელი ექიმის, ანატომიკოსისა და ფიზიოლოგის ლუიჯი გალვანის ცნობილ ექსპერიმენტებთან. 1791 წელს გალვანმა გამოაქვეყნა ტრაქტატი ელექტროენერგიის ძალების შესახებ კუნთოვან მოძრაობაში. ამ ტრაქტატში აღწერილია მთელი რიგი ექსპერიმენტები, მათ შორის გალვანის ცნობილი „აივნის“ ექსპერიმენტი - ბიოლოგიური პროდუქტები (მომზადებული ბაყაყის ფეხები) იყო მიმაგრებული ელვისებურ ჯოხზე. ჭექა-ქუხილის დროს მათი შემცირება მოხდა. შემდეგ გალვანმა თქვა, რომ ატმოსფერული ელექტროენერგიის გამონადენი აღიზიანებს თათებს ელვისებურ ღეროსთან დაკავშირების გარეშეც კი. ამ ჰიპოთეზის შესამოწმებლად მან თავისი სახლის აივნის რკინის მოაჯირებიდან სპილენძის კაუჭების გამოყენებით ჩამოკიდა რამდენიმე პრეპარატი. როგორც კი ქარმა თათების ქანაობა დაიწყო და აივნის მოაჯირს შეეხო, კუნთები ენერგიულად შეიკუმშა. მოგვიანებით გალვანმა აჩვენა, რომ ფეხების შეკუმშვა ლითონის გარეშე იყო შესაძლებელი - მან ერთი ბაყაყის ნერვი გადააგდო მეორის კუნთზე და ეს კუნთი შეკუმშვა.
ელექტროფიზიოლოგიის შემდგომი განვითარება დაკავშირებულია კარლო მატეუჩისთან, რომელმაც 1830-1840 წლებში აჩვენა, რომ ელექტრული დენი ყოველთვის შეიძლება გამოვლინდეს კუნთში, რომელიც მიედინება მისი ხელუხლებელი ზედაპირიდან განივი მონაკვეთისკენ.
XIX საუკუნის შუა ხანებში ელექტროფიზიოლოგიას საფუძველი ჩაეყარა ე.დიბუა-რეიმონდის კლასიკურმა შრომებმა, რომელმაც აჩვენა კავშირი ელექტრო დენსა და ნერვულ იმპულსს შორის. ელექტროფიზიოლოგიის შემდგომი განვითარება მჭიდრო კავშირშია ნეიროფიზიოლოგიასთან. 1875 წელს, ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად, ინგლისელმა ქირურგმა და ფიზიოლოგმა რიჩარდ კატონმა და უკრაინელმა ფიზიოლოგმა ვ. ია დანილევსკიმ აჩვენეს, რომ ტვინი არის ელექტრული აქტივობის გენერატორი, ანუ აღმოაჩინეს ტვინის ბიოდენები.
1888 წელს გერმანელმა ფიზიოლოგმა ჯ.ბერნშტაინმა შემოგვთავაზა ე.წ. დიფერენციალური რიოტომა ცოცხალ ქსოვილებში მოქმედების დინების შესასწავლად, რომელმაც განსაზღვრა ლატენტური პერიოდი, მოქმედების პოტენციალის აწევისა და დაცემის დრო. კაპილარული ელექტრომეტრის გამოგონების შემდეგ, რომელიც გამოიყენება მცირე ემფს გასაზომად, ასეთი კვლევები უფრო ზუსტად გაიმეორა ფრანგმა მეცნიერმა E.J. Marey (1875) გულზე და A.F. Samoilov (1908) ჩონჩხის კუნთებზე. ნ.ე.ვვედენსკი (1884) იყენებდა ტელეფონს მოქმედების პოტენციალის მოსასმენად. ელექტროფიზიოლოგიის განვითარებაში მნიშვნელოვანი როლი შეასრულა რუსმა ფიზიოლოგმა ვ. ბერნშტეინმა 1902 წელს ჩამოაყალიბა აგზნების მემბრანული თეორიის ძირითადი პრინციპები, რომლებიც მოგვიანებით შეიმუშავეს ინგლისელმა მეცნიერებმა P. Boyle და E. Conway (1941), A. Hodgkin, B. Katz და A. Huxley (1949).
მე-20 საუკუნის დასაწყისში. ელექტროფიზიოლოგიური კვლევებისთვის გამოიყენეს სიმებიანი გალვანომეტრი, რამაც შესაძლებელი გახადა სხვა ჩამწერი ინსტრუმენტების ინერციის დაძლევა; მისი დახმარებით ვ.აინთჰოვენმა და სამოილოვმა მიიღეს ელექტრული პროცესების დეტალური მახასიათებლები სხვადასხვა ცოცხალ ქსოვილებში. ბიოელექტრული პოტენციალის ნებისმიერი ფორმის დამახინჯებული რეგისტრაცია შესაძლებელი გახდა მხოლოდ ელექტრონული გამაძლიერებლების და ოსცილოსკოპების ელექტროფიზიოლოგიის პრაქტიკაში (XX საუკუნის 30-40-იანი წლები) დანერგვით (გ. ბიშოპი, ჯ. ერლანგერი და გ. გასერი, აშშ). ელექტროფიზიოლოგიური ტექნოლოგიის საფუძველია. ელექტრონული ტექნოლოგიის გამოყენებამ შესაძლებელი გახადა ელექტრული პოტენციალის ამოღება არა მხოლოდ ცოცხალი ქსოვილების ზედაპირიდან, არამედ სიღრმეებიდან წყალქვეშა ელექტროდების გამოყენებით (ცალკეული უჯრედების ელექტრული აქტივობის რეგისტრაცია და უჯრედშიდა მოცილება). მოგვიანებით, ელექტრონული გამოთვლითი ტექნოლოგია ასევე ფართოდ გამოიყენებოდა ელექტროფიზიოლოგიაში, რამაც შესაძლებელი გახადა ხმაურის ფონიდან ძალიან სუსტი ელექტრული სიგნალების იზოლირება, დიდი რაოდენობით ელექტროფიზიოლოგიური მონაცემების ავტომატური სტატისტიკური დამუშავება, ელექტროფიზიოლოგიური პროცესების სიმულაცია და ა.
ლუიჯი გალვანი
ელექტროფიზიოლოგიის სექციები
ელექტრული პოტენციალების აღრიცხვის ელექტროფიზიოლოგიური მეთოდი, რომელიც წარმოიქმნება აქტიური ფიზიოლოგიური ფუნქციების დროს ყველა ცოცხალ ქსოვილში გამონაკლისის გარეშე, არის ყველაზე მოსახერხებელი და ზუსტი მეთოდი ამ პროცესების შესასწავლად, მათი დროებითი მახასიათებლებისა და სივრცითი განაწილების გასაზომად, რადგან ელექტრული პოტენციალი უდევს საფუძვლად ისეთი პროცესების წარმოქმნის მექანიზმს, როგორიცაა. აგზნება, დათრგუნვა, სეკრეცია. ამჟამად, ბიოპოტენციალების შესწავლის ძირითადი ელექტროფიზიოლოგიური მეთოდები ფართოდ გამოიყენება კვლევასა და კლინიკურ პრაქტიკაში:
გული - ელექტროკარდიოგრაფია
ტვინი - ელექტროენცეფალოგრაფია
ბადურა - ელექტრორეტინოგრაფია
კანის - ელექტროდერმატოგრაფია
სისხლის მიმოქცევა - რეოგრაფია (იმპედანტური პლეტისმოგრაფია)
კუჭ-ნაწლავის ტრაქტი - ელექტროგასტროენტეროგრაფია
ჩონჩხის კუნთები - ელექტრომიოგრაფია
კომპიუტერების ფართო გამოყენება მონაცემთა ანალიზში იწვევს კომპიუტერული ელექტროფიზიოლოგიის განსხვავებას.
ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -
ინერტიული აირები
ჰელიუმი
ნეონი
არგონი
კრიპტონი
ქსენონი
რადონი
აოგანესონი
კეთილშობილური აირები (ისტორიულად ინერტული აირები, რომლებსაც ზოგჯერ აეროგენებს უწოდებენ) პერიოდული ცხრილის მე-18 ჯგუფის ბუნებრივად არსებული წევრები არიან: ჰელიუმი (He), ნეონი (Ne), არგონი (Ar), კრიპტონი (Kr) , ქსენონი (Xe) და რადონი (Rn). სტანდარტულ პირობებში, ეს ელემენტები არის უსუნო, უფერო, მონოტომიური აირები ძალიან დაბალი ქიმიური რეაქტიულობით და კრიოგენული დუღილის წერტილებით.
კეთილშობილური გაზების ინერტულობა, ან სხვა ქიმიურ ნივთიერებებთან არ რეაგირების ტენდენცია, გამოწვეულია მათი ელექტრონული კონფიგურაციის შედეგად: მათი ვალენტური ელექტრონების გარე გარსი „სავსეა“, რაც მათ მცირე მიდრეკილებას აძლევს ქიმიურ რეაქციებში მონაწილეობისთვის. ცნობილია მხოლოდ რამდენიმე ასეული კეთილშობილი გაზის ნაერთის არსებობა. ამავე მიზეზით, კეთილშობილი გაზის ატომები მცირეა და მათ შორის ერთადერთი ინტერმოლეკულური ძალა არის ძალიან სუსტი ლონდონის დისპერსიული ძალა, ამიტომ მათი დუღილის წერტილები ყველა კრიოგენულია, 165 K (−108 °C; −163 °C) ქვემოთ. ვ).
კეთილშობილი გაზების ინერტულობა მათ სასარგებლოს ხდის მაშინ, როცა ქიმიური რეაქციები არასასურველია. მაგალითად, არგონი გამოიყენება როგორც დამცავი გაზი შედუღებისას და როგორც შემავსებელი გაზი ინკანდესენტურ ნათურებში. ჰელიუმი გამოიყენება ბუშტუკებში და ბუშტებში გამძლეობის უზრუნველსაყოფად. ჰელიუმი და ნეონი ასევე გამოიყენება მაცივრებად დაბალი დუღილის გამო. კეთილშობილი აირების სამრეწველო რაოდენობა, გარდა რადონისა, მიიღება ჰაერიდან მათი გამოყოფით აირების გათხევადებისა და ფრაქციული დისტილაციის მეთოდების გამოყენებით. ჰელიუმი ასევე არის ბუნებრივი აირის მოპოვების ქვეპროდუქტი. რადონი ჩვეულებრივ იზოლირებულია გახსნილი რადიუმის, თორიუმის ან ურანის ნაერთების რადიოაქტიური დაშლისგან.
მე-18 ჯგუფის მეშვიდე წევრი არის ოგანესონი (Og), არასტაბილური სინთეზური ელემენტი, რომლის ქიმია ჯერ კიდევ გაურკვეველია, რადგან მხოლოდ ხუთი ძალიან ხანმოკლე ატომია (t1/2 = 0,69 ms) ოდესმე სინთეზირებული (2020 წლისთვის ). IUPAC იყენებს ტერმინს „კეთილშობილური აირი“ ურთიერთშენაცვლებით „ჯგუფი 18“-თან და, შესაბამისად, მოიცავს ოგანესონს; თუმცა, რელატივისტური ეფექტების გამო, ვარაუდობენ, რომ ოგანესონი იქნება მყარი სტანდარტულ პირობებში და საკმარისად რეაქტიული, რომ ფუნქციურად არ იყოს კვალიფიცირებული, როგორც „კეთილშობილი“. ამ სტატიის დანარჩენ ნაწილში, ტერმინი "კეთილშობილი გაზი" უნდა იქნას გაგებული, რომ არ მოიცავს ოგანესონს, თუ ის კონკრეტულად არ არის ნახსენები.
ისტორია
კეთილშობილი გაზი ითარგმნება გერმანული არსებითი სახელიდან Edelgas, რომელიც პირველად გამოიყენა 1900 წელს ჰუგო ერდმანმა მათი რეაქტიულობის უკიდურესად დაბალი დონის აღსანიშნავად. სახელწოდება ანალოგიურია ტერმინთან „კეთილშობილი ლითონები“, რომლებსაც ასევე აქვთ დაბალი რეაქტიულობა. კეთილშობილ გაზებს ასევე მოიხსენიებდნენ როგორც ინერტულ აირებს, მაგრამ ეს ეტიკეტი მოძველებულია, რადგან ახლა ცნობილია მრავალი კეთილშობილი აირის ნაერთი. იშვიათი აირები არის კიდევ ერთი ტერმინი, რომელიც გამოიყენება, მაგრამ ეს ასევე არასწორია, რადგან არგონი ქმნის დედამიწის ატმოსფეროს საკმაოდ მნიშვნელოვან ნაწილს (0,94% მოცულობით, 1,3% მასით) რადიოაქტიური კალიუმ-40-ის დაშლის გამო.
ჰელიუმი პირველად მზეზე აღმოაჩინეს მისი დამახასიათებელი სპექტრული ხაზების გამო.
პიერ იანსენმა და ჯოზეფ ნორმან ლოკიერმა აღმოაჩინეს ახალი ელემენტი 1868 წლის 18 აგვისტოს მზის ქრომოსფეროს დათვალიერებისას და დაარქვეს მას ჰელიუმი მზის ბერძნული სიტყვის მიხედვით, ἥλιος (hḗlios). იმ დროისთვის ქიმიური ანალიზი შეუძლებელი იყო, მაგრამ მოგვიანებით აღმოჩნდა, რომ ჰელიუმი კეთილშობილური აირია. მათზე ადრე, 1784 წელს, ინგლისელმა ქიმიკოსმა და ფიზიკოსმა ჰენრი კავენდიშმა აღმოაჩინა, რომ ჰაერი შეიცავს აზოტზე ნაკლებად რეაქტიული ნივთიერების მცირე ნაწილს. ერთი საუკუნის შემდეგ, 1895 წელს, ლორდ რეილიმ აღმოაჩინა, რომ ჰაერიდან მიღებული აზოტის ნიმუშები განსხვავებული სიმკვრივისა იყო, ვიდრე ქიმიური რეაქციების შედეგად მიღებული აზოტი. ლონდონის საუნივერსიტეტო კოლეჯში შოტლანდიელ მეცნიერ უილიამ რამსეისთან ერთად, ლორდ რეილიმ წამოაყენა თეორია, რომ ჰაერიდან ამოღებული აზოტი შერეული იყო სხვა გაზთან, რამაც გამოიწვია ექსპერიმენტი, რომელმაც წარმატებით გამოყო ახალი ელემენტი, არგონი, ბერძნული სიტყვიდან ἀργός (argós, „მოჩვენებითი“. "ან "ზარმაცი"). ამ აღმოჩენით, მათ გააცნობიერეს, რომ აირების მთელი კლასი აკლდა პერიოდულ სისტემას. არგონის ძიების დროს რამსიმ ასევე მოახერხა ჰელიუმის იზოლირება პირველად მინერალის კლევეიტის გაცხელებისას. 1902 წელს, ჰელიუმისა და არგონის ელემენტების მტკიცებულების მიღების შემდეგ, დიმიტრი მენდელეევმა ეს კეთილშობილური აირები 0 ჯგუფად ჩართო ელემენტების წყობაში, რომელიც მოგვიანებით გახდება პერიოდული ცხრილი.
რამსიმ განაგრძო ამ გაზების ძიება ფრაქციული დისტილაციის მეთოდით, რათა თხევადი ჰაერი გამოეყო რამდენიმე კომპონენტად. 1898 წელს მან აღმოაჩინა ელემენტები კრიპტონი, ნეონი და ქსენონი და დაარქვა მათ ბერძნული სიტყვების მიხედვით κρυπτός (kryptós, "დამალული"), νέος (néos, "ახალი") და ξένος (ksénos, "უცხო"), შესაბამისად. . რადონი პირველად 1898 წელს იდენტიფიცირდა ფრიდრიხ ერნსტ დორნის მიერ და ეწოდა რადიუმის ემანაცია, მაგრამ არ ითვლებოდა კეთილშობილ გაზად 1904 წლამდე, როდესაც აღმოჩნდა, რომ მისი მახასიათებლები სხვა კეთილშობილური აირების მახასიათებლების მსგავსი იყო. რეილიმ და რამსიმ მიიღეს 1904 წლის ნობელის პრემიები ფიზიკაში და ქიმიაში, შესაბამისად, კეთილშობილი გაზების აღმოჩენისთვის; ელემენტების სრულიად ახალი ჯგუფის შესახებ, რომლის არც ერთი წარმომადგენელი არ იყო ცნობილი დანამდვილებით, არის რაღაც სრულიად უნიკალური ქიმიის ისტორიაში, რაც არსებითად არის განსაკუთრებული მნიშვნელობის მეცნიერების წინსვლა“.
კეთილშობილი გაზების აღმოჩენამ ხელი შეუწყო ატომის სტრუქტურის ზოგადი გაგების განვითარებას. 1895 წელს ფრანგმა ქიმიკოსმა ანრი მოისანმა სცადა რეაქციის შექმნა ფტორს, ყველაზე ელექტროუარყოფით ელემენტს და არგონს, ერთ-ერთ კეთილშობილ გაზს შორის, მაგრამ ვერ შეძლო. მეცნიერებმა ვერ შეძლეს არგონის ნაერთების მომზადება მე-20 საუკუნის ბოლომდე, მაგრამ ამ მცდელობებმა ხელი შეუწყო ატომური სტრუქტურის ახალი თეორიების შემუშავებას. ამ ექსპერიმენტებიდან ისწავლა დანიელმა ფიზიკოსმა ნილს ბორმა 1913 წელს შესთავაზა, რომ ატომებში ელექტრონები განლაგებულია ბირთვის მიმდებარე გარსებში და რომ ყველა კეთილშობილური გაზისთვის, გარდა ჰელიუმის, ყველაზე გარე გარსი ყოველთვის შეიცავს რვა ელექტრონს. 1916 წელს გილბერტ ნ. ლუისმა ჩამოაყალიბა ოქტეტის წესი, რომელიც დაასკვნა, რომ ელექტრონების ოქტეტი გარე გარსში იყო ყველაზე სტაბილური განლაგება ნებისმიერი ატომისთვის; ამ მოწყობამ გამოიწვია ისინი არარეაქტიულები იყვნენ სხვა ელემენტებთან, რადგან მათ აღარ სჭირდებოდათ მეტი ელექტრონები მათი გარე გარსის დასასრულებლად.
1962 წელს ნილ ბარტლეტმა აღმოაჩინა კეთილშობილური აირის პირველი ქიმიური ნაერთი, ქსენონ ჰექსაფტორპლატინატი. სხვა კეთილშობილური აირების ნაერთები მალევე აღმოაჩინეს: 1962 წელს რადონისთვის, რადონის დიფტორიდისთვის (RnF
2), რომელიც გამოვლინდა რადიოტრასერის ტექნიკით და 1963 წელს კრიპტონისთვის, კრიპტონ დიფტორიდისთვის (KrF
2). არგონის პირველი სტაბილური ნაერთი დაფიქსირდა 2000 წელს, როდესაც არგონის ფტორჰიდრიდი (HArF) წარმოიქმნა 40 K ტემპერატურაზე (−233.2 °C; −387.7 °F).
2006 წლის ოქტომბერში, ბირთვული კვლევების ერთობლივი ინსტიტუტის მეცნიერებმა და ლოურენს ლივერმორის ეროვნულმა ლაბორატორიამ წარმატებით შექმნეს სინთეზურად ოგანესონი, მეშვიდე ელემენტი მე-18 ჯგუფში, კალიფორნიუმის კალციუმით დაბომბვით.
დამატებითი ინფორმაციისთვის იხილეთ Noble gas (მონაცემთა გვერდი).
კეთილშობილ აირებს აქვთ სუსტი ატომთაშორისი ძალა და, შესაბამისად, აქვთ ძალიან დაბალი დნობის და დუღილის წერტილები. ისინი ყველა მონოატომური აირებია სტანდარტულ პირობებში, მათ შორის ელემენტები უფრო დიდი ატომური მასით, ვიდრე ბევრი ნორმალურად მყარი ელემენტი. ჰელიუმს აქვს რამდენიმე უნიკალური თვისება სხვა ელემენტებთან შედარებით: მისი დუღილის წერტილი 1 ატმზე დაბალია, ვიდრე ნებისმიერი სხვა ცნობილი ნივთიერების; ეს არის ერთადერთი ელემენტი, რომელიც ცნობილია ზედმეტად გამოხატული; და, ეს არის ერთადერთი ელემენტი, რომელიც არ შეიძლება გამაგრდეს ატმოსფერული წნევის დროს გაგრილებით (ეფექტი აიხსნება კვანტური მექანიკით, რადგან მისი ნულოვანი წერტილის ენერგია ძალიან მაღალია გაყინვის დასაშვებად) - წნევა 25 სტანდარტული ატმოსფეროში (2500). kPa; 370 psi) უნდა იქნას გამოყენებული 0,95 K (−272,200 °C; −457,960 °F) მყარად გადაქცევისთვის, ხოლო წნევა დაახლოებით 113,500 ატმ (11,500,000 kPa; 1,668,00) არის საჭირო. ოთახის ტემპერატურაზე. კეთილშობილ გაზებს ქსენონამდე აქვს მრავალი სტაბილური იზოტოპი; კრიპტონსა და ქსენონს ასევე აქვთ ბუნებრივად არსებული რადიოიზოტოპები, კერძოდ 78Kr, 124Xe და 136Xe, ყველას აქვს ძალიან გრძელი სიცოცხლე (> 1021 წელი) და შეუძლია გაიაროს ელექტრონის ორმაგი დაჭერა ან ორმაგი ბეტა დაშლა. რადონს არ აქვს სტაბილური იზოტოპები; მის ყველაზე ხანგრძლივ იზოტოპს, 222Rn-ს, აქვს ნახევარგამოყოფის პერიოდი 3,8 დღე და იშლება ჰელიუმისა და პოლონიუმის წარმოქმნით, რომელიც საბოლოოდ იშლება ტყვიად. ოგანესონს ასევე არ აქვს სტაბილური იზოტოპები და მისი ერთადერთი ცნობილი იზოტოპი 294Og ძალიან ხანმოკლეა (ნახევარგამოყოფის პერიოდი 0,7 ms). დნობის და დუღილის წერტილები იზრდება ჯგუფის ქვემოთ.
ეს არის იონიზაციის პოტენციალის დიაგრამა ატომურ რიცხვთან მიმართებაში. კეთილშობილ აირებს აქვთ ყველაზე დიდი იონიზაციის პოტენციალი ყოველი პერიოდისთვის, თუმცა მე-7 პერიოდი სავარაუდოდ დაარღვევს ამ ტენდენციას, რადგან ოგანესონის პირველი იონიზაციის ენერგია (Z = 118) უფრო დაბალია, ვიდრე 110-112 ელემენტების ენერგია.
კეთილშობილი გაზის ატომები, ისევე როგორც ატომები უმეტეს ჯგუფებში, სტაბილურად იზრდება ატომის რადიუსში ერთი პერიოდიდან მეორემდე ელექტრონების მზარდი რაოდენობის გამო. ატომის ზომა დაკავშირებულია რამდენიმე თვისებასთან. მაგალითად, იონიზაციის პოტენციალი მცირდება მზარდი რადიუსით, რადგან დიდ კეთილშობილურ აირებში ვალენტური ელექტრონები უფრო შორს არიან ბირთვიდან და, შესაბამისად, არ არიან ერთმანეთთან მჭიდროდ შეკავებული ატომის მიერ. კეთილშობილ გაზებს აქვთ ყველაზე დიდი იონიზაციის პოტენციალი ყოველი პერიოდის ელემენტებს შორის, რაც ასახავს მათი ელექტრონული კონფიგურაციის სტაბილურობას და დაკავშირებულია მათ შედარებით ნაკლებ ქიმიური რეაქტიულობის ნაკლებობასთან. თუმცა, ზოგიერთ უფრო მძიმე კეთილშობილ გაზს აქვს იონიზაციის პოტენციალი საკმარისად მცირე, რომ შედარდეს სხვა ელემენტებთან და მოლეკულებთან. ქსენონს აქვს ჟანგბადის მოლეკულის მსგავსი იონიზაციის პოტენციალი, რამაც აიძულა ბარტლეტმა სცადა ქსენონის დაჟანგვა პლატინის ჰექსაფტორიდის გამოყენებით. კეთილშობილური გაზები ვერ იღებენ ელექტრონს სტაბილური ანიონების შესაქმნელად; ანუ მათ აქვთ უარყოფითი ელექტრონის აფინურობა.
კეთილშობილი აირების მაკროსკოპულ ფიზიკურ თვისებებში დომინირებს ატომებს შორის ვან დერ ვაალის სუსტი ძალები. მიზიდულობის ძალა იზრდება ატომის ზომასთან ერთად პოლარიზაციის ზრდისა და იონიზაციის პოტენციალის შემცირების შედეგად. ეს იწვევს ჯგუფის სისტემურ ტენდენციებს: როდესაც ადამიანი 18 ჯგუფში ჩადის, ატომური რადიუსი იზრდება და მასთან ერთად იზრდება ატომთაშორისი ძალები, რის შედეგადაც იზრდება დნობის წერტილი, დუღილის წერტილი, აორთქლების ენთალპია და ხსნადობა. სიმკვრივის მატება განპირობებულია ატომური მასის ზრდით.
კეთილშობილური აირები თითქმის იდეალური აირებია სტანდარტულ პირობებში, მაგრამ მათი გადახრები იდეალური გაზის კანონიდან მნიშვნელოვანი მინიშნებები იყო მოლეკულური ურთიერთქმედების შესასწავლად. ლენარდ-ჯონსის პოტენციალი, რომელიც ხშირად გამოიყენებოდა მოლეკულათაშორისი ურთიერთქმედებების მოდელირებისთვის, გამოიტანა 1924 წელს ჯონ ლენარდ-ჯონსის მიერ არგონის ექსპერიმენტული მონაცემებიდან, სანამ კვანტური მექანიკის განვითარება წარმოადგენდა ინსტრუმენტებს ინტერმოლეკულური ძალების პირველი პრინციპებიდან გასაგებად. ამ ურთიერთქმედებების თეორიული ანალიზი გახდა შესაძლებელი, რადგან კეთილშობილი აირები ერთატომურია, ხოლო ატომები სფერული, რაც ნიშნავს, რომ ატომებს შორის ურთიერთქმედება დამოუკიდებელი მიმართულებისგან ან იზოტროპულია.
ქიმიური თვისებები
ნეონს, ისევე როგორც ყველა კეთილშობილ გაზს, აქვს სრული ვალენტური გარსი. კეთილშობილ აირებს აქვთ რვა ელექტრონი ყველაზე გარე გარსში, გარდა ჰელიუმის შემთხვევისა, რომელსაც ორი აქვს.
ელექტრონის კონფიგურაცია
დამატებითი ინფორმაცია: კეთილშობილი გაზის კონფიგურაცია
სხვა ჯგუფების მსგავსად, ამ ოჯახის წევრები აჩვენებენ ნიმუშებს მის ელექტრონულ კონფიგურაციაში, განსაკუთრებით გარე გარსებში, რაც იწვევს ქიმიური ქცევის ტენდენციებს:
კეთილშობილ გაზებს აქვთ სრული ვალენტური ელექტრონული გარსი. ვალენტური ელექტრონები არის ატომის ყველაზე გარე ელექტრონები და ჩვეულებრივ ერთადერთი ელექტრონებია, რომლებიც მონაწილეობენ ქიმიურ კავშირში. სრული ვალენტური ელექტრონული გარსების მქონე ატომები უკიდურესად სტაბილურია და, შესაბამისად, არ აქვთ ქიმიური ბმების ფორმირების ტენდენცია და ნაკლებად აქვთ ელექტრონების მიღების ან დაკარგვის ტენდენცია. თუმცა, უფრო მძიმე კეთილშობილური აირები, როგორიცაა რადონი, ნაკლებად მყარად იკავებს ერთმანეთს ელექტრომაგნიტური ძალით, ვიდრე მსუბუქი კეთილშობილური აირები, როგორიცაა ჰელიუმი, რაც აადვილებს გარე ელექტრონების ამოღებას მძიმე კეთილშობილური აირებიდან.
სრული გარსის შედეგად, კეთილშობილი აირები შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრონული კონფიგურაციის აღნიშვნასთან ერთად კეთილშობილი გაზის აღნიშვნის შესაქმნელად. ამისათვის ჯერ იწერება უახლოესი კეთილშობილი გაზი, რომელიც წინ უსწრებს განსახილველ ელემენტს, შემდეგ კი ელექტრონების კონფიგურაცია გრძელდება ამ წერტილიდან წინ. მაგალითად, ფოსფორის ელექტრონული აღნიშვნაა 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3, ხოლო კეთილშობილი გაზის აღნიშვნა არის [Ne] 3s2 3p3. ეს უფრო კომპაქტური აღნიშვნა აადვილებს ელემენტების იდენტიფიცირებას და უფრო მოკლეა ვიდრე ატომური ორბიტალების სრული აღნიშვნის ჩაწერა.
კეთილშობილი აირები კვეთენ საზღვარს ბლოკებს შორის - ჰელიუმი არის s-ელემენტი, ხოლო დანარჩენი წევრები არის p-ელემენტები, რაც უჩვეულოა IUPAC ჯგუფებში. ყველა სხვა IUPAC ჯგუფი შეიცავს ელემენტებს ერთი ბლოკიდან. ეს იწვევს გარკვეულ შეუსაბამობებს ტენდენციებში ცხრილის მასშტაბით, და ამის საფუძველზე ზოგიერთმა ქიმიკოსმა შესთავაზა, რომ ჰელიუმი უნდა გადავიდეს მე-2 ჯგუფში, რათა იყოს სხვა s2 ელემენტებთან, მაგრამ ეს ცვლილება ზოგადად მიღებული არ არის. .
ქსენონის ტეტრაფტორიდის სტრუქტურა (XeF
4), ერთ-ერთი პირველი კეთილშობილი გაზის ნაერთი, რომელიც აღმოაჩინეს
კეთილშობილური აირები აჩვენებენ უკიდურესად დაბალ ქიმიურ რეაქტიულობას; შესაბამისად, წარმოიქმნა მხოლოდ რამდენიმე ასეული კეთილშობილი აირის ნაერთი. ნეიტრალური ნაერთები, რომლებშიც ჰელიუმი და ნეონი მონაწილეობენ ქიმიურ ბმებში, არ წარმოიქმნება (მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს ჰელიუმის შემცველი იონი და არსებობს თეორიული მტკიცებულება რამდენიმე ნეიტრალური ჰელიუმის შემცველი იონების შესახებ), ხოლო ქსენონი, კრიპტონი და არგონი აჩვენა მხოლოდ მცირე რეაქტიულობა. რეაქტიულობა მიჰყვება თანმიმდევრობას Ne <He <Ar <Kr <Xe <Rn ≪ Og.
1933 წელს ლინუს პაულინგმა იწინასწარმეტყველა, რომ უფრო მძიმე კეთილშობილური გაზები შეიძლება წარმოქმნან ნაერთები ფტორთან და ჟანგბადთან. მან იწინასწარმეტყველა კრიპტონ ჰექსაფტორიდის არსებობა (KrF
6) და ქსენონის ჰექსაფტორიდი (XeF
6) და ვარაუდობენ, რომ ქსენონის ოქტაფტორიდი (XeF
8) შესაძლოა არსებობდეს როგორც არასტაბილური ნაერთი და ვარაუდობს, რომ ქსენის მჟავას შეუძლია წარმოქმნას პერქსენატი მარილები. ეს პროგნოზები ზოგადად ზუსტი იყო, გარდა იმისა, რომ XeF
8 ახლა ითვლება თერმოდინამიკურად და კინეტიკურად არასტაბილურად.
ქსენონის ნაერთები წარმოქმნილი კეთილშობილური აირის ნაერთებიდან ყველაზე მრავალრიცხოვანია. მათ უმეტესობას აქვს ქსენონის ატომი ჟანგვის მდგომარეობაში +2, +4, +6 ან +8, დაკავშირებულია ძლიერ ელექტროუარყოფით ატომებთან, როგორიცაა ფტორი ან ჟანგბადი, როგორც ქსენონის დიფტორიდში (XeF).
2), ქსენონის ტეტრაფტორიდი (XeF
4), ქსენონის ჰექსაფტორიდი (XeF
6), ქსენონის ტეტროქსიდი (XeO
4) და ნატრიუმის პერქსენატი (Na
4XeO
6). ქსენონი რეაგირებს ფტორთან და წარმოქმნის მრავალრიცხოვან ქსენონის ფტორს შემდეგი განტოლებების მიხედვით:
Xe + F2 → XeF2
Xe + 2F2 → XeF4
Xe + 3F2 → XeF6
ამ ნაერთებიდან ზოგიერთმა იპოვა გამოყენება ქიმიურ სინთეზში, როგორც ჟანგვის აგენტები; XeF
2, კერძოდ, არის კომერციულად ხელმისაწვდომი და შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ფტორირებადი აგენტი. 2007 წლის მონაცემებით, იდენტიფიცირებულია ქსენონის დაახლოებით ხუთასი ნაერთი, რომელიც დაკავშირებულია სხვა ელემენტებთან, მათ შორის ორგანოოქსენონის ნაერთები (შეიცავს ნახშირბადთან დაკავშირებულ ქსენონს) და ქსენონს, რომელიც დაკავშირებულია აზოტთან, ქლორთან, ოქროსთან, ვერცხლისწყალთან და თავად ქსენონთან. ქსენონის ნაერთები, რომლებიც დაკავშირებულია ბორთან, წყალბადთან, ბრომთან, იოდთან, ბერილიუმთან, გოგირდთან, ტიტანთან, სპილენძთან და ვერცხლთან, ასევე დაფიქსირდა, მაგრამ მხოლოდ დაბალ ტემპერატურაზე კეთილშობილური აირის მატრიცებში, ან ზებგერითი კეთილშობილური აირის ჭავლებში.
რადონი უფრო რეაქტიულია ვიდრე ქსენონი და უფრო ადვილად აყალიბებს ქიმიურ კავშირებს, ვიდრე ქსენონი. თუმცა, რადიონის იზოტოპების მაღალი რადიოაქტიურობისა და ხანმოკლე ნახევარგამოყოფის გამო, პრაქტიკაში წარმოიქმნა რადონის მხოლოდ რამდენიმე ფტორიდი და ოქსიდი. რადონი მეტალის ქცევისკენ უფრო შორს მიდის, ვიდრე ქსენონი; დიფტორიდი RnF2 ძლიერ იონურია და კათიონური Rn2+ წარმოიქმნება ჰალოგენის ფტორიდის ხსნარებში. ამ მიზეზით, კინეტიკური დაბრკოლება ართულებს რადონის დაჟანგვას +2 მდგომარეობის მიღმა. როგორც ჩანს, მხოლოდ ტრასერის ექსპერიმენტებმა მიაღწიეს წარმატებას, სავარაუდოდ RnF4, RnF6 და RnO3 ფორმირება.
კრიპტონი ნაკლებად რეაქტიულია, ვიდრე ქსენონი, მაგრამ რამდენიმე ნაერთი დაფიქსირდა კრიპტონთან +2 ჟანგვის მდგომარეობაში. კრიპტონის დიფტორიდი ყველაზე შესამჩნევი და ადვილად დამახასიათებელია. ექსტრემალურ პირობებში კრიპტონი რეაგირებს ფტორთან და ქმნის KrF2 შემდეგი განტოლების მიხედვით:
Kr + F2 → KrF2
ასევე დახასიათებულია ნაერთები, რომლებშიც კრიპტონი ქმნის ერთ კავშირს აზოტთან და ჟანგბადთან, მაგრამ სტაბილურია მხოლოდ −60 °C (−76 °F) და −90 °C (−130 °F) ქვემოთ, შესაბამისად.
კრიპტონის ატომები ქიმიურად დაკავშირებულია სხვა არამეტალებთან (წყალბადი, ქლორი, ნახშირბადი), ისევე როგორც გვიან გარდამავალი ლითონები (სპილენძი, ვერცხლი, ოქრო) ასევე დაფიქსირდა, მაგრამ მხოლოდ ან დაბალ ტემპერატურაზე კეთილშობილური აირის მატრიცებში, ან ზებგერითი კეთილშობილური აირის ჭავლებში. . მსგავსი პირობები იქნა გამოყენებული არგონის პირველი რამდენიმე ნაერთების მისაღებად 2000 წელს, როგორიცაა არგონის ფტორჰიდრიდი (HArF), და ზოგიერთი შეკრული გვიან გარდამავალი ლითონების სპილენძთან, ვერცხლთან და ოქროსთან. 2007 წლის მონაცემებით, არ არის ცნობილი სტაბილური ნეიტრალური მოლეკულები, რომლებიც მოიცავს კოვალენტურად შეკრულ ჰელიუმს ან ნეონს.
პერიოდული ტენდენციების ექსტრაპოლაცია პროგნოზირებს, რომ ოგანესონი უნდა იყოს ყველაზე რეაქტიული კეთილშობილური აირებიდან; უფრო დახვეწილი თეორიული დამუშავება მიუთითებს იმაზე მეტ რეაქტიულობაზე, ვიდრე ასეთი ექსტრაპოლაციები გვთავაზობს, იქამდე, სადაც კითხვის ნიშნის ქვეშ დგას აღწერის „კეთილშობილი გაზის“ გამოყენებადობა. მოსალოდნელია, რომ ოგანესონი უფრო ჰგავს სილიკონს ან კალას 14 ჯგუფში: რეაქტიული ელემენტი საერთო +4 და ნაკლებად გავრცელებული +2 მდგომარეობით, რომელიც ოთახის ტემპერატურასა და წნევაზე არ არის გაზი, არამედ საკმაოდ მყარი ნახევარგამტარი. ამ პროგნოზების დასადასტურებლად საჭირო იქნება ემპირიული/ექსპერიმენტული ტესტირება. (მეორე მხრივ, ფლეროვიუმი, მიუხედავად იმისა, რომ 14 ჯგუფშია, ნავარაუდევია უჩვეულოდ აქროლადი იყოს, რაც მიუთითებს კეთილშობილური აირის მსგავს თვისებებზე.)
კეთილშობილ გაზებს, მათ შორის ჰელიუმს, შეუძლიათ შექმნან სტაბილური მოლეკულური იონები გაზის ფაზაში. უმარტივესი არის ჰელიუმის ჰიდრიდის მოლეკულური იონი, HeH+, რომელიც აღმოაჩინეს 1925 წელს. იმის გამო, რომ იგი შედგება სამყაროს ორი ყველაზე უხვი ელემენტისგან, წყალბადისა და ჰელიუმისგან, ითვლებოდა, რომ იგი ბუნებრივად არსებობდა ვარსკვლავთშორის გარემოში და საბოლოოდ აღმოაჩინეს 2019 წლის აპრილში საჰაერო ხომალდის SOFIA ტელესკოპის გამოყენებით. ამათ გარდა იასევე, ცნობილია კეთილშობილი აირების მრავალი ნეიტრალური ექსიმერი. ეს არის ისეთი ნაერთები, როგორიცაა ArF და KrF, რომლებიც სტაბილურია მხოლოდ აღგზნებულ ელექტრონულ მდგომარეობაში; ზოგიერთი მათგანი იყენებს ექსიმერულ ლაზერებს.
ნაერთების გარდა, სადაც კეთილშობილი გაზის ატომი მონაწილეობს კოვალენტურ კავშირში, კეთილშობილი აირები ასევე ქმნიან არაკოვალენტურ ნაერთებს. კლატრატები, რომლებიც პირველად იქნა აღწერილი 1949 წელს, შედგება კეთილშობილი გაზის ატომისგან, რომელიც მოთავსებულია გარკვეული ორგანული და არაორგანული ნივთიერებების კრისტალური გისოსების ღრუებში. მათი წარმოქმნის არსებითი პირობაა ის, რომ სტუმარი (კეთილშობილი აირის) ატომები უნდა იყოს შესაბამისი ზომის, რათა მოთავსდეს მასპინძელი ბროლის ბადის ღრუებში. მაგალითად, არგონი, კრიპტონი და ქსენონი ქმნიან კლატრატებს ჰიდროქინონით, მაგრამ ჰელიუმი და ნეონი არა იმიტომ, რომ ისინი ძალიან მცირეა ან არასაკმარისად პოლარიზებადია შესანარჩუნებლად. ნეონი, არგონი, კრიპტონი და ქსენონი ასევე ქმნიან კლატრატის ჰიდრატებს, სადაც კეთილშობილი გაზი ყინულშია ჩაფლული.
ენდოედრული ფულერენის ნაერთი, რომელიც შეიცავს კეთილშობილ აირის ატომს
კეთილშობილმა გაზებმა შეიძლება წარმოქმნან ენდოჰედრული ფულერენის ნაერთები, რომლებშიც კეთილშობილი გაზის ატომი მოქცეულია ფულერენის მოლეკულაში. 1993 წელს გაირკვა, რომ როდესაც C
60, სფერული მოლეკულა, რომელიც შედგება 60 ნახშირბადის ატომისგან, ექვემდებარება კეთილშობილ აირებს მაღალი წნევის დროს, კომპლექსებს, როგორიცაა He@C
60 შეიძლება ჩამოყალიბდეს (@ აღნიშვნა მიუთითებს ის შეიცავს C-ში
60, მაგრამ არა კოვალენტურად შეკრული მასზე). 2008 წლიდან შეიქმნა ენდოედრული კომპლექსები ჰელიუმით, ნეონით, არგონით, კრიპტონით და ქსენონით. ამ ნაერთებმა გამოიყენეს ფულერენების სტრუქტურისა და რეაქტიულობის შესწავლაში კეთილშობილი გაზის ატომის ბირთვული მაგნიტური რეზონანსის საშუალებით.
შეკვრა XeF-ში
2 3-ცენტრიანი-4-ელექტრონული ბმის მოდელის მიხედვით
კეთილშობილი აირის ნაერთები, როგორიცაა ქსენონის დიფტორიდი (XeF
2) ითვლება ჰიპერვალენტურად, რადგან ისინი არღვევენ ოქტეტის წესს. ასეთ ნაერთებში კავშირი შეიძლება აიხსნას სამცენტრიანი ოთხელექტრონული ბმის მოდელის გამოყენებით. ეს მოდელი, რომელიც პირველად იქნა შემოთავაზებული 1951 წელს, ითვალისწინებს სამი კოლინარული ატომის შეკავშირებას. მაგალითად, შეკავშირება XeF-ში
2 აღწერილია სამი მოლეკულური ორბიტალის (MOs) სიმრავლით, რომელიც მიღებულია p-ორბიტალებიდან თითოეულ ატომზე. კავშირი წარმოიქმნება Xe-დან შევსებული p-ორბიტალის ერთ ნახევრად შევსებულ p-ორბიტალთან ერთად თითოეული F ატომიდან, რის შედეგადაც წარმოიქმნება შევსებული შემაკავშირებელი ორბიტალი, შევსებული არაშემაკავშირებელი ორბიტალი და ცარიელი ანტიბმატური ორბიტალი. ყველაზე მაღალი მოლეკულური ორბიტალი ლოკალიზებულია ორ ტერმინალურ ატომზე. ეს წარმოადგენს მუხტის ლოკალიზაციას, რომელსაც ხელს უწყობს ფტორის მაღალი ელექტრონეგატიურობა.
უფრო მძიმე კეთილშობილი აირების, კრიპტონისა და ქსენონის ქიმია კარგად არის დადგენილი. მსუბუქების, არგონისა და ჰელიუმის ქიმია ჯერ კიდევ ადრეულ ეტაპზეა, ხოლო ნეონის ნაერთი ჯერ კიდევ არ არის გამოვლენილი.
გაჩენა და წარმოება
სამყაროში კეთილშობილი აირების სიმრავლე მცირდება მათი ატომური რიცხვების მატებასთან ერთად. ჰელიუმი წყალბადის შემდეგ სამყაროში ყველაზე გავრცელებული ელემენტია, მასის წილი დაახლოებით 24%. სამყაროში ჰელიუმის უმეტესი ნაწილი ჩამოყალიბდა დიდი აფეთქების ნუკლეოსინთეზის დროს, მაგრამ ჰელიუმის რაოდენობა სტაბილურად იზრდება ვარსკვლავურ ნუკლეოსინთეზში წყალბადის შერწყმის გამო (და, ძალიან მცირე ხარისხით, მძიმე ელემენტების ალფა დაშლა). დედამიწაზე სიმრავლე სხვადასხვა ტენდენციებს მიჰყვება; მაგალითად, ჰელიუმი ატმოსფეროში ყველაზე უხვი კეთილშობილური გაზი მხოლოდ მესამეა. მიზეზი ის არის, რომ ატმოსფეროში არ არის პირველყოფილი ჰელიუმი; ატომის მცირე მასის გამო, ჰელიუმი ვერ შეინარჩუნებს დედამიწის გრავიტაციულ ველს. ჰელიუმი დედამიწაზე მოდის მძიმე ელემენტების ალფა დაშლის შედეგად, როგორიცაა ურანი და თორიუმი, რომლებიც გვხვდება დედამიწის ქერქში და მიდრეკილია დაგროვდეს ბუნებრივი აირის საბადოებში. არგონის სიმრავლე, მეორეს მხრივ, იზრდება კალიუმ-40-ის ბეტა დაშლის შედეგად, რომელიც ასევე გვხვდება დედამიწის ქერქში, რათა წარმოიქმნას არგონ-40, რომელიც არის არგონის ყველაზე უხვი იზოტოპი დედამიწაზე, მიუხედავად იმისა, რომ შედარებით ის არის. იშვიათია მზის სისტემაში. ეს პროცესი საფუძვლად უდევს კალიუმ-არგონის დათარიღების მეთოდს. ქსენონს აქვს მოულოდნელად დაბალი სიმრავლე ატმოსფეროში, რასაც ეწოდა დაკარგული ქსენონის პრობლემა; ერთი თეორია არის ის, რომ დაკარგული ქსენონი შეიძლება იყოს ჩაფლული მინერალებში დედამიწის ქერქში. ქსენონის დიოქსიდის აღმოჩენის შემდეგ, კვლევამ აჩვენა, რომ Xe-ს შეუძლია Si-ის ჩანაცვლება კვარცში. რადონი წარმოიქმნება ლითოსფეროში რადიუმის ალფა დაშლის შედეგად. მას შეუძლია შენობებში შეაღწიოს მათი საძირკვლის ბზარებიდან და დაგროვდეს იმ ადგილებში, რომლებიც არ არის კარგად ვენტილირებადი. მაღალი რადიოაქტიურობის გამო რადონი ჯანმრთელობის მნიშვნელოვან საფრთხეს წარმოადგენს; მხოლოდ შეერთებულ შტატებში ყოველწლიურად ფილტვის კიბოსგან 21000 სიკვდილის მიზეზი ხდება. ოგანესონი ბუნებაში არ გვხვდება და სამაგიეროდ შექმნილია ხელით მეცნიერების მიერ.
ფართომასშტაბიანი გამოყენებისთვის ჰელიუმი მიიღება ფრაქციული დისტილაციით ბუნებრივი აირისგან, რომელიც შეიძლება შეიცავდეს 7%-მდე ჰელიუმს.
ნეონი, არგონი, კრიპტონი და ქსენონი მიიღება ჰაერიდან აირების გათხევადების მეთოდების გამოყენებით, ელემენტების თხევად მდგომარეობაში გადასაყვანად და ფრაქციული დისტილაციით, ნარევების შემადგენელ ნაწილებად გამოყოფისთვის. ჰელიუმი, როგორც წესი, წარმოიქმნება ბუნებრივი აირისგან მისი გამოყოფით, ხოლო რადონი იზოლირებულია რადიუმის ნაერთების რადიოაქტიური დაშლისგან. კეთილშობილი გაზების ფასებზე გავლენას ახდენს მათი ბუნებრივი სიმრავლე, არგონი ყველაზე იაფია, ხოლო ქსენონი ყველაზე ძვირი. მაგალითად, მიმდებარე ცხრილში მოცემულია 2004 წლის ფასები შეერთებულ შტატებში თითოეული გაზის ლაბორატორიული რაოდენობით.
ბიოლოგიური ქიმია
ამ ჯგუფის არცერთ ელემენტს არ აქვს ბიოლოგიური მნიშვნელობა
თხევადი ჰელიუმი გამოიყენება ზეგამტარი მაგნიტების გასაგრილებლად თანამედროვე MRI სკანერებში.
კეთილშობილ აირებს აქვთ ძალიან დაბალი დუღილის და დნობის წერტილი, რაც მათ გამოსადეგს ხდის როგორც კრიოგენული მაცივრები. კერძოდ, თხევადი ჰელიუმი, რომელიც დუღს 4,2 K (−268,95 °C; −452,11 °F), გამოიყენება სუპერგამტარი მაგნიტებისთვის, როგორიცაა ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულების და ბირთვული მაგნიტურ-რეზონანსის დროს საჭირო მაგნიტები. თხევადი ნეონი, თუმცა ის არ აღწევს თხევად ჰელიუმზე დაბალ ტემპერატურას, ასევე გამოიყენება კრიოგენიკაში, რადგან მას აქვს 40-ჯერ მეტი მაცივრის უნარი, ვიდრე თხევადი ჰელიუმი და სამჯერ მეტი ვიდრე თხევადი წყალბადი.
ჰელიუმი გამოიყენება როგორც სასუნთქი აირების კომპონენტი აზოტის ჩასანაცვლებლად, სითხეებში მისი დაბალი ხსნადობის გამო, განსაკუთრებით ლიპიდებში. აირები შეიწოვება სისხლსა და სხეულის ქსოვილებში ზეწოლის ქვეშ, როგორც სკუბა დაივინგის დროს, რაც იწვევს საანესთეზიო ეფექტს, რომელიც ცნობილია როგორც აზოტის ნარკოზი. მისი შემცირებული ხსნადობის გამო, ცოტა ჰელიუმი შეჰყავთ უჯრედულ მემბრანებში და როდესაც ჰელიუმი გამოიყენება სასუნთქი ნარევების ნაწილის ჩასანაცვლებლად, როგორიცაა ტრიმიქსი ან ჰელიოქსი, მიიღწევა სიღრმეზე გაზის ნარკოტიკული ეფექტის დაქვეითება. ჰელიუმის შემცირებული ხსნადობა გვთავაზობს დამატებით უპირატესობებს იმ მდგომარეობისთვის, რომელიც ცნობილია როგორც დეკომპრესიული ავადმყოფობა, ან მოხვევა. სხეულში გახსნილი გაზის შემცირებული რაოდენობა ნიშნავს, რომ ასვლისას წნევის შემცირებისას წარმოიქმნება ნაკლები გაზის ბუშტები. კიდევ ერთი კეთილშობილური აირი, არგონი, ითვლება საუკეთესო ვარიანტად სკუბა დაივინგისთვის მშრალი კოსტუმის გასაბერი გაზის გამოსაყენებლად. ჰელიუმი ასევე გამოიყენება როგორც გაზის შევსება ბირთვული საწვავის ღეროებში ბირთვული რეაქტორებისთვის.
Goodyear Blimp
ბევრ გამოყენებაში, კეთილშობილური აირები გამოიყენება ინერტული ატმოსფეროს უზრუნველსაყოფად. არგონი გამოიყენება ჰაერზე მგრძნობიარე ნაერთების სინთეზში, რომლებიც მგრძნობიარეა აზოტის მიმართ. მყარი არგონი ასევე გამოიყენება ძალიან არასტაბილური ნაერთების შესასწავლად, როგორიცაა რეაქტიული შუალედური ნივთიერებები, მათი დაჭერით ინერტულ მატრიცაში ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე. ჰელიუმი გამოიყენება როგორც მატარებელი გარემო გაზის ქრომატოგრაფიაში, როგორც შემავსებელი აირი თერმომეტრებისთვის და რადიაციის საზომ მოწყობილობებში, როგორიცაა გეიგერის მრიცხველი და ბუშტუკების კამერა. ჰელიუმი და არგონი, როგორც წესი, გამოიყენება შედუღებისა და ჭრის დროს ატმოსფეროდან შედუღების რკალებისა და მიმდებარე ძირეული ლითონისგან დასაცავად, აგრეთვე სხვა მეტალურგიულ პროცესებში და ნახევარგამტარული ინდუსტრიისთვის სილიკონის წარმოებაში.
15000 ვატიანი ქსენონის მოკლე რკალის ნათურა გამოიყენება IMAX პროექტორებში
კეთილშობილური აირები ხშირად გამოიყენება განათებაში მათი ქიმიური რეაქტიულობის ნაკლებობის გამო. არგონი, შერეული აზოტთან, გამოიყენება როგორც შემავსებელი აირი ინკანდესენტური ნათურებისთვის. კრიპტონი გამოიყენება მაღალი ხარისხის ნათურებში, რომლებსაც აქვთ უფრო მაღალი ფერის ტემპერატურა და უფრო დიდი ეფექტურობა, რადგან ის ამცირებს ძაფის აორთქლების სიჩქარეს არგონზე მეტად; ჰალოგენური ნათურები, კერძოდ, იყენებენ კრიპტონს, რომელიც შერეულია იოდის ან ბრომის მცირე რაოდენობით ნაერთებთან. კეთილშობილი გაზები ანათებენ გამორჩეულ ფერებში, როდესაც გამოიყენება გაზგამშვებ ნათურებში, როგორიცაა "ნეონის განათება". ამ ნათურებს უწოდებენ ნეონის სახელს, მაგრამ ხშირად შეიცავს სხვა გაზებს და ფოსფორებს, რომლებიც სხვადასხვა ელფერს მატებენ ნეონის ნარინჯისფერ-წითელ ფერს. ქსენონი ჩვეულებრივ გამოიყენება ქსენონის რკალის ნათურებში, რომლებიც, მათი თითქმის უწყვეტი სპექტრის გამო, რომელიც წააგავს დღის შუქს, გამოიყენება კინოპროექტორებში და საავტომობილო ფარებში.
კეთილშობილური აირები გამოიყენება ექსიმერულ ლაზერებში, რომლებიც ეფუძნება ხანმოკლე ელექტრონულად აღგზნებულ მოლეკულებს, რომლებიც ცნობილია როგორც ექსიმერები. ლაზერებისთვის გამოყენებული ექსიმერები შეიძლება იყოს კეთილშობილი გაზის დიმერები, როგორიცაა Ar2, Kr2 ან Xe2, ან უფრო ხშირად, კეთილშობილი გაზი შერწყმულია ჰალოგენთან ექსიმერებში, როგორიცაა ArF, KrF, XeF ან XeCl. ეს ლაზერები აწარმოებენ ულტრაიისფერ შუქს, რომელიც, მისი მოკლე ტალღის სიგრძის გამო (193 ნმ ArF-სთვის და 248 ნმ KrF-ისთვის), იძლევა მაღალი სიზუსტის გამოსახულების საშუალებას. ექსიმერ ლაზერებს ბევრი სამრეწველო, სამედიცინო და სამეცნიერო გამოყენება აქვს. ისინი გამოიყენება მიკროლითოგრაფიისა და მიკროფაბრიკაციისთვის, რომლებიც აუცილებელია ინტეგრირებული მიკროსქემის წარმოებისთვის, და ლაზერული ქირურგიისთვის, მათ შორის ლაზერული ანგიოპლასტიკისა და თვალის ქირურგიისთვის.
ზოგიერთ კეთილშობილ გაზს აქვს პირდაპირი გამოყენება მედიცინაში. ჰელიუმი ზოგჯერ გამოიყენება ასთმის მქონე ადამიანების სუნთქვის გასაუმჯობესებლად. ქსენონი გამოიყენება როგორც საანესთეზიო საშუალება ლიპიდებში მაღალი ხსნადობის გამო, რაც მას უფრო ძლიერს ხდის ჩვეულებრივ აზოტის ოქსიდს და იმის გამო, რომ ის ადვილად გამოიდევნება ორგანიზმიდან, რაც იწვევს უფრო სწრაფ აღდგენას. ქსენონი პოულობს გამოყენებას ფილტვების სამედიცინო გამოსახულებაში ჰიპერპოლარიზებული MRI-ს მეშვეობით. რადონი, რომელიც ძალიან რადიოაქტიურია და ხელმისაწვდომია მხოლოდ მცირე რაოდენობით, გამოიყენება რადიოთერაპიაში.
კეთილშობილი აირები, განსაკუთრებით ქსენონი, ძირითადად გამოიყენება იონურ ძრავებში მათი ინერტულობის გამო. ვინაიდან იონური ძრავები არ მოძრაობენ ქიმიური რეაქციებით, ქიმიურად ინერტული საწვავი სასურველია, რათა თავიდან იქნას აცილებული არასასურველი რეაქცია საწვავსა და ძრავზე არსებულ ნებისმიერ სხვა ნივთს შორის.
ოგანესონი ზედმეტად არასტაბილურია იმუშაოს და მას არ აქვს სხვა პროგრამა, გარდა კვლევისა.
იხ. ვიდეო - Noble Gases - The Gases In Group 18 | Properties of Matter | Chemistry | FuseSchool
d-ბლოკი
