Soygazlar yapay biLEŞİk oluşturur
Yüklə 138,03 Kb.
|
|
İÇİNDEKİLER SOYGAZLAR 2 1.Ranon 2 2.Ksenon 4 3.Kripton 5 4.Argon 6 5.Neon 7 6.Helyum 16 SOYGAZLAR YAPAY BİLEŞİK OLUŞTURUR. 17
SOYGAZLAR 1.Radon Radyoaktif bir elementtir. Eskiden niton adı ile bilinirdi. Soy gazlar grubunun son üyesidir. Atom numarası 86, atom tartısı 222 a.k.b., sembölü Rn dir. 1900 yılında keşfedilmiş ve radyum emanasyonu(Radyoaktif maddelerin ışın yayımı) diye adlandırılmıştır. 1908 yılında Ramsay ve Gray, radonu saf halde elde etmişler ve niton adını vermişlerdir. Niton ışıyan anlamına gelir. Gerçekten bu element radyoaktiftir. Radyoaktif ışınlar gönderir. Ancak elemente 1923 yılından beri radon denilmektedir; çünkü radyum çekirdeği bir alfa ışıması ile radonu vermektedir. Radon’un kütle numarası 219 olan izotopuna aktinon, 220 olan izotopuna toron denir. Bunlar da doğada bulunan radyo aktif atomlardır. Radon bilinen gazların en ağırıdır. Litresinin ağırlığı 9,73 gr/litre kadardır. Soy gaz olduğu için değeri sıfırdır. Kimyasal etkinliği yoktur. -62 °C'ta kaynar; -71 °C'ta erir. 1900'de F. E. Dorn tarafından bulunmuş, 1908'de William Ramsay ve Robert Whytlaw-Gray tarafından yalıtılmıştır. Soy gazlar grubunun en son üyesi ve en ağırı olan radon, radyum tuzunun suyla işlenmesi sonunda, karışım durumunda bulunduğu hidrojen ve oksijenden, sıvılaştırılmış havadan geçerek ayrılır. 2. Ksenon (Xe) Atom numarası 54, atomik kütlesi 131,3 a.k.b. ’dir. 1898 yılında Ramsay ve Travers sıvı havanın damıtılmasından sonra kalan kısımda kriptonla birlikte ksenon soy gazını keşfettiler. 20 milyon litre havada ancak 1 litre ksenon vardır. Soy gaz olduğu için bileşik verme eğilimi göstermez. Yine bu nedenle bütün başka soy gazlar gibi tek atomlu moleküller halinde bulunur. Çünkü atomların elektron düzenleri kararlıdır. Elektron alıp-vererek ya da elektron ortaklığı yaparak elektron düzenini bozmayı istemez bununla birlikte, adi sıcaklıkta bile dayanıksız olan bazı ksenon bileşikleri bulunmuştur. Bunlar daha çok birer katılma ürünüdür. Ksenon hidratları da bu arada sayılabilir. Ksenon kriptonla birlikte argon yerine elektrik ampullerini doldurmada kullanılır. Bu suretle elektrik ampülünün ışık verimi artar. Ksenon özellikle projektör lambalarına konur, bu suretle bu lambalarda yüksek ışık verimi sağlanır. Ksenonun ilk bileşiği 1962'de sentezlenen ksenon heksafloroplatinattır. Bundan sonra birçok ksenon bileşiği daha keşfedildi. Bunlar arasında ksenon diflorür (XeF2), ksenon tetraflorür (XeF4), ksenon heksaflorür (XeF6), ksenon tetroksit (XeO4) ve sodium perxenate (Na4XeO6) gibi bileşikler yer alır. Ayrıca yüksek derecede patlayıcı bileşik ksenon trioksit de (XeO3) elde edildi. Bu zamana kadar bulunan seksenden fazla ksenon bileşiği elektronegatif flor veya oksijen içerir. Diğer atomlar bağlı iken (hidrojen ve karbon gibi), onlar çoğunlukla flor veya oksijen içeren bir molekülün parçası olarak bulunurlar. Bazı ksenon bileşikleri renklidir ancak elementin çoğu bileşiği renksiz halde bulunur. 1905'de, Finlandiya'daki Helsinki Üniversitesi'ndeki bir grup bilim insanı ksenon dihidrit (HXeH) ve sonrasında ksenon hidroksit (HXeOH), hidroksenoasetilen (HXeCCH) ve diğer Xe içeren moleküllerin anıklanmasını duyurdular. Ek olarak 2008'de Khriachtchev ve diğerleri, kriyojenik ksenon matriksi dahilinde suyun ışılkesimi (fotoliz) ile HXeOXeH bileşiğinin anıklandığını bildirdiler. Ayrıca HXeOD ve DXeOH gibi döteryumlanmış ksenon molekülleri de üretilmiştir. Ksenonun kimyasal bağ oluşturduğu bileşiklere ek olarak, ksenon atomlarının başka bir bileşiğin kristalimsi kafesi ile tuzaklandığı klatrat yapılar da oluşturabilir. Bunun bir örneği, ksenon atomlarının su moleküllerinin kafesindeki boşlukları doldurduğu, ksenon hidrattır (Xe5.75 H2O). Ayrıca hidratın döteryumlanmış örnekleri de üretilmiştir. Böyle gaz hidratlar, doğal olarak, Vostok Gölü ve Antarktik buz örtüsünün altı gibi yerlerde yüksek basınç şartları altında ortaya çıkabilir. Klatrat oluşumu, kısmi olarak ksenon, argon ve kripton damıtımında kullanıldı. Ksenon, atomunun bir fulleren içinde hapsolduğu endohedral fulleren bileşikler de oluşturabilir. Fulleren içinde hapsolmuş ksenon atomu, 129Xe nükleer manyetik rezonans spektroskopisi yoluyla gözlenebilir. Bu tekniğin kullanılmasıyla, ksenon atomunun çevresine göre kimyasal duyarlılığına bağlı olarak, fulleren molekülü üzerindeki kimyasal reaksiyonlar analiz edilebilir. Ancak, ksenon atomu da fullerenin reaktifliği üzerinde, elektronik bir etkiye sahiptir. Ksenon atomları temel durumlarındayken, birbirlerini iterler ve bağ oluşturmazlar. Ksenon atomları enerji kazandıklarında, elektronlar tekrar temel duruma dönünceye kadar uyarılmış dimer (exited dimer - eximer) oluşturabilirler. Bu mahiyet oluşur çünkü ksenon atomu en dış elektron kabuğunu dolu tutma eğilimindedir ve bunu komşu ksenon atomundan bir elektron alarak yapabilirler. Bir ksenon eximer için tipik yaşam süresi 1–5 ns'dir ve bozunum sonucunda yaklaşık 150 ve 173 nm dalgaboyunda fotonlar salıverilir. Ksenon ayrıca, brom, klor ve flor gibi halojenlerin de dahil olduğu diğer elementlerle de dimer oluşturabilir. Ksenon gazı, standart sıcaklık ve basınçta, yalıtılmış cam veya metal konteynerde güvenli bir şekilde saklanabilir. Ancak ksenon, plastik ve kauçuk gibi materyallerle yalıtılmış konteynerlerde kademeli olarak sızıntı yapar. Ksenon toksik değildir. Gaz kanda çözünebilir ve kan beyin bariyerine nüfuz eden seçilmiş maddeler grubuna aittir ve oksijenle birlikte yüksek konsantarasyonda solunduğunda anestezik özellik gösterir. Birçok ksenon bileşiği, oksidatif özelliklerine bağlı olarak, patlayıcı ve toksiktir. Ksenon-135 nükleer fisyonun sonucu olarak açığa çıkar ve nükleer reaktörlerde nötron soğurucu görevini yapar. 3.Kripton (Kr) Atom numarası 26, atomik kütlesi 83,8 a.k.b. ’dir. e.n., –156.80C, k.n. –152,90C’dir. Kripton 1898 yılında Ramsay ve Travers’in çalışmaları sonucu keşfedilmiştir. Bu bilginler sıvı havanın buharlaştırılması sonucu ele geçen kalıntıda kriptonla birlikte ksenon soy gazını da keşfetmişlerdir. Kripton havada pek az bulunur. Bulunuş oranı 1.000.000 litre havada 1 litre kadardır. Bu gazın da başka soy gazlar gibi dayanıksız bileşikleri, örneğin, hidratları keşfedilmiştir. Kripton, ksenonla birlikte elektrik ampullerini doldurmada kullanılır. Soygazlar arasında, ksenondan sonra en kolay sıvılaşandır. (-152,9 °C). Kimyasal etkinliği yoktur. Isı iletkenliği kötüdür. Bu yüzden ksenonla birlikte kimi akkor lambaların içine, filamanın yüksek ısıya gelip daha bol ışık vermesi amacıyla kullanılır. Kriptondan, deşarj tüplerinde, ışık kaynağı olarak yararlanılır. Turuncu ışınım veren izotoplarından biri (Kr 86), Ekim 1983'e dek temel uzunluk birimi olan metrenin tanımlanmasında kullanıldı.
Oldukça güçlü bir oksitleyici ajan olan kripton diflorür, ksenonu ksenon hekzaflorüre veya iyotu iyot pentaflorüre dönüştürebilme 4.Argon (Ar) Atom numarası 18, atom ağırlığı 39,944’ tür. 1785 yılında Henry Cavendish, atmosferdeki azotun arı bir madde olmadığını buldu. Bu buluş atmosferin 1/120’sini kaplayan yeni bir gazın varlığının ortaya çıkmasını sağladı. 1894’te Lord Rayleigh ve Sir William Ramsey, atmosferdeki azottan 11 litre yeni gaz elde etmeyi başardılar. Ramsey, buna argon adını verdi. Argon, eski Yunanca’da ‘’aylak’’ demektir. Hiçbir kimyasal özelliğini dışa vurmaması, geç bulunmasının başlıca nedenidir. Atmosfer içindeki ağırlık yüzdesi %1,28 hacim yüzdesi %0,93’tür. Atmosferde, karbon dioksitin 30 katı argon vardır. Argon, bir atmosfer basınç altında –185,0C’de renksiz bir sıvı haline gelir ve –189.40C’de buza benzeyen bir kitle halinde donar. Argon çok düşük bir ısı iletkenliğine sahiptir. Bu özelliği ve devingen bir gaz olmaması nedeniyle elektrik ampullerinin doldurulmasında çok işe yarar. Yüksek sıcaklıkları ölçmeye yarayan gaz termometrelerinde de kullanılır. Argon, sıvılaştırılmış havanın damıtılması ile, ya da atmosferdeki azotun katılaştırılmasıyla üretilen nişadır ve nitratın artığı olarak elde edilir. Termodinamik denge noktası sabit sıcaklığı 83,8058 K olarak 1990 yılında Uluslararası Sıcaklık Ölçümü (ITS) ile tanımlanmıştır.
5.Neon (Ne) Atom numarası 10, atom tartısı 20,183 a.k.b. ‘dir. 1898 yılında Ramsay ve Travers soy gazlar grubunda bir boşluğun bulunduğunu anlamışlar ve ham argon gazını sıvılaştırıp ayrımsal buharlaştırma ile neon soy gazını bulmuşlardır. Bugün neon havadan doğrudan doğruya elde edilmektedir. Hava sıvılaştırılınca bir kısım azot ile birlikte helyum ve neon gazları sıvılaşmadan geriye kalır. Azot, bu gaz karışımından kimyasal yolla ayrılır. Helyum neon karışımı borularla sıvı hidrojen içinden geçirilir. Neon katılaşır, helyum geçer. Böylece neon elde edilir. Neon renksiz, kokusuz, hidrojenden 10 defa daha ağır bir gazdır. –2490C de ergir. –245,0C de kaynar. Gaz 1 atm. basınç altında –245,0C de sıvılaşırken sıcaklık biraz daha düşerse katı neon olur. Neon atomları başka atomlarla birleşme eğilimi göstermedikleri gibi birbirleriyle de birleşmezler. Bu nedenle tek atomlu moleküller halinde bulunurlar. Son yıllarda bazı neon bileşikleri bulunmuştur. Neon düşük basınçlı deşarj tüplerinde kırmızı-turuncu ışık yayar. Bu nedenle reklam tüplerinde neon gazı geniş ölçüde kullanılır. Doğada dağılmış olarak ve çok küçük yüzdelerde, yalnızca atmosferde değil, aynı zamanda yeraltından çıkan doğal gazların bileşiminde de bulunur. Ticari amaçla, sıvılaştırılmış havadan ayrıştırılır. Çoğunlukla aydınlatmada kullanılır. Neon gazı içeren bir tüpte düşük basınç altında oluşturulan elektrik dolaşımı, parlak turuncu bir ışığın salınmasına neden olur. Bu nedenle neon gazı, argon, kripton ve ksenon gibi öbür soy gazlarla beraber reklam amacına yönelik aydınlatıcı tüplerinin doldurulmasında kullanılır. Aydınlatma tüplerinin, uzunlukları büyük, çapları küçük olup, yüksek gerilimle beslenirler. 6.Helyum Atom numarası 2, atomik kütlesi 4,003 a.k.b. dir. Helyum elementi ilk kez güneşte keşfedilmiştir. Adı, güneş anlamına gelen Helios sözünden türetilmiştir. 1868 yılında Janssen, güneş tutulması sırasında güneşin tayfını incelerken o zamana kadar bilinmeyen tayf çizgileri olduğunu anladı. Daha sonra Lockyer ve Frankland bu yeni elemente helyum adını verdiler. 1895 yılında ise, Ramsay uraninit adını alan radyoaktif cevherden helyum elde etmeyi başardı. Daha sonra atmosferde de az oranda helyum bulunduğu anlaşılmıştır. Asıl helyum kaynağı A.B.D.’ de çıkarılan yer gazıdır. Bu gazın en büyük kısmı metan (CH4) olmakla beraber içinde %1 oranında helyum da bulunur. Yeryüzünün başlıca helyum kaynağı bu yer gazıdır. Helyum radyoaktif bozunmalardan alfa ışıması sırasında oluşur. Gerçekten alfa ışınlarını yapan tanecikler helyum çekirdeklerinden başka bir şey değildir. Bozunan radyoaktif atom çekirdeklerinin salıverdiği alfa tanecikleri yani helyum çekirdekleri ikişer elektron alarak helyum atomlarını meydana getirirler. Helyum renksiz, kokusuz bir gazdır. Sıvı helyum –283,0C de kaynadığı için helyum gazı tıpkı hidrojen gazı gibi çok güçlükle sıvılaşır. Gaz halinde iken yoğunluğu hidrojenin iki katı kadardır. Helyum atomunun dış kabuğunda iki elektron bulunur. Bir soy gazdır bileşik yapma eğilimi göstermez. Bu nedenle helyum atomları birbiriyle de birleşmez ve helyum molekülleri başka soy gazlar gibi tek atomlu olur. Bazı elementlerle oluşturduğu ikili bileşikler çok dayanıksızdır. Düşük sıcaklıkta bile bozunur. Helyum gazı başlıca balonları doldurmakta kullanılır. Bu gaz yanmadığı için hidrojene tercih edilir. Hava hidrojenden 14,4 kat daha ağırdır. Derin su dalgıçlarına hava yerine %80 helyum ve %20 oksijenden yapılmış bir karışım pompalanır. Çünkü yüksek basınçlarda, kanda havanın azotu önemli miktarda çözünür. Dalgıç su yüzeyine çıkıp basınç düşünce, tıpkı bir gazozun köpürmesi gibi, kılcal damarlarda azot gazı çıkarak bu damarların çatlamasına yol açabilir. Helyum kanda çok az çözündüğü için bu tehlike giderilmiş olur. ABD’nin 1920 yılında zeplinler için stokladığı helyum rezervlerini satmasına rağmen helyum kıtlıkları zaman zaman baş göstermektedir. Helyumu en çok uçan balonlarda görsek de bazı bilim adamları sınırlı miktarda sahip olduğumuz bir kaynak olan helyumun bu şekilde boşa harcanmasını oldukça eleştirmektedirler. Aslında helyum, evreni konu aldığımızda en yaygın elementlerden biridir. Yaygınlık kriterinde hidrojenden hemen sonra gelmekte. Diğer yandan Dünya’da ise o kadar da yaygın bulunmamakta. Çünkü helyum yerçekiminden kurtularak uzaya karışabilen nadir elementlerden biridir. Londra Üniversitesin (UCL)’den kimyager Andrea Sella bir çok gazı geri dönüşüm ile tekrar kullanmanın mümkün olduğunu belirtirken helyum için bunun söz konusu olmadığını söyledi. Soy gazların son yörüngelerindeki elektron sayısı o yörüngenin maksimum elektron bulundurma kapasitesi kadardır, yani o yörünge ne kadar elektron alabiliyorsa o kadar olur. Helyum’un atom numarası ikidir (2), her elementte de olduğu gibi, helyumda da ilk elektron yörüngesinin maksimum alabildiği elektron ikidir. Bu doğrultuda helyum, soy gazlar kuralına uyan bir gazdır. Oda sıcaklığında gazdır ve gaz dışında başka hallerde görmek doğal koşullarda imkansızdır; çünkü erime noktası -272,05 °C ve kaynama noktası -268,785 °C’dir. Ancak laboratuar koşullarında sağlanabilen sıcaklıklarda katı ve sıvı halinde görebilir. Bu sıcaklıklar mutlak sıfır’a çok yakın olduklarından dolayı laboratuvar koşullarında sağlamak bile çok zordur. Yoğunluğu ise 0,1785 g/l’dir, yani havadan daha hafiftir, bu yüzden de sıcak hava balonlarında ve zeplinlerde kullanılmaktadır. Hidrojenden daha ağırdır, ancak hidrojen yanıcı bir madde olduğu için artık pek kullanılmamakta ve yerini Helyum’a bırakmaktadır. Atom çapı 49 pm’dir. Elektronegatifliği (elektronegatiflik) yoktur. Yükseltgenme basamağı sayısı sıfırdır. (Her 20.000 küçük helyum balonu bir insanin ağırlığını 6 kg azaltır.) Helyum, sıvı havanın fraksiyonlu destilasyonundan elde edilir. Havadan hafif olması uçan balonlarda kullanılabilmesini sağlar. Hidrojen gibi yanıcı-patlayıcı özelliği olmadığı için de oldukça güvenlidir ama bu güvenlik pahalı olduğu için bu madde pek kullanılmamaktadır. Pahalı olmasının nedeni evren de hidrojenden sonra en çok bulunan element olmasına ve dünya atmosferinde 1/200.000 oranında bulunmasına rağmen, sıvı havanın ayrımsal damıtılmasıyla elde edilemez. Bunun sebebi, Helyumun atmosferdeki diğer birçok gazın aksine Joul-Thompson katsayısının pozitif olmayışıdır. Bu da onun sıkıştırılmak suretiyle sıvılaştırılmasını engeller ve de havadan elde edilmesini imkânsız hale getirir. ABD’deki bazı doğal gaz yataklarında % 7′ye varan oranlarda He gazı bulunmaktadır ki bu Helyumun ticari olarak satılabilecek kadar üretilmesine imkân sağlamaktadır. Helyum inert gaz olması özelliğinden dolayı bazı metallerin inert atmosfer oluşturulmasına kullanılır. Ayrıca dalgıç tüpleri % 80 He ve % 20 O2′den oluşur. Sıvı hava yerine helyumla karıştırılmış oksijen kullanılmasının sebebi vurgun diye tabir edilen olayı önlemektir. Helyumun buradaki fonksiyonu, yukarıda bahsi geçen Joule-Thompson katsayısının negatif olması nedeniyle yüksek basınçta sıvılaşmayıp, dalgıçlar yukarı doğru çıkarırken yüksek basınçtan düşük basınca hızlı geçişte oluşan çözünürlük farkından dolayı kanda baloncuklar oluşturup felce neden olmamasıdır. Helyum ayrıca sıvı roket yakıtlarının basınç altında tutulmasında kullanılır. Sıvı helyum soğutma amaçlı da kullanılmaktadır (NMR cihazlarında) Helyum’un insan sesini inceltmesi hakkında Bu durum, sesin helyum içinde daha hızlı hareket etmesinden kaynaklanmaktadır. Bunun sebebi de gazlar içindeki sesin hızının, gazın yoğunluğunun karekökünün ters orantılı olmasıdır. Helyum da havadan çok daha az yoğun bir gaz olmasından dolayı (uçan balonlar gibi), helyum içinde sesin hızı havadakine göre birkaç kat daha fazladır. Ses tellerini hava yerine helyumun titreşmesi ve sesin helyum içinde daha hızlı ilerlemesi nedeniyle, insan sesi tiz bir şekilde çıkar. Alınan helyum, tekrar verildikten sonra bu ses incelmesi etkisini kaybeder. Benzer şekilde yine, inert ve zehirsiz olan SF6 gazını solumanız durumunda ise, bu kez bu gazın havadan yaklaşık altı kat daha yoğun olması ve bu nedenle sesin SF6 içinde havadakinden çok daha yavaş ilerlemesinden dolayı, bu kez insan sesi kalın çıkmaktadır SOY GAZLAR YAPAY BİLEŞİK OLUŞTURUR Soy gazlardan He (helyum), Ne (neon), Ar (argon) elementlerinin hiçbir bileşiği yoktur. Kr (kripton), Xe (ksenon) ve Rn (radon) elementleri ise özel şartlarda O2 (oksijen) gazı ve F2 (flor) gazıyla bileşik oluştururlar. • Neden soy gazlardan ilk üçü bileşik yapmıyor da son üçü bileşik yapıyor? • Neden yalnız O2 ve F2 elementleriyle bileşik oluşturuyorlar? • Elektronegatiflik; bağ elektronlarını çekme kabiliyetidir. • Elektronegatiflik, periyodik tabloda soldan sağa doğru artar. Soy gazların elektronegatifliği diğer gruplara göre yüksektir. Bununla beraber O ve F elementlerinin elektronegatifliği; Kr, Xe ve Rn’dan daha fazladır. He, Ne ve Ar elementleri için elektronegatiflik söz konusu değildir. Oksijenin elektronegatifliği 3,5, florun 4, kriptonun 3, ksenonun 2,6, radonun ise 2,4’tür. • Oksijen ve florun elektronegatifliği ile son üç soy gazın elektronegatiflikleri arasında fark azdır. Bu nedenle oluşan bileşik, kovalent özelliktedir. Elektronegatifliği az olan Kr, Xe ve Rn kısmi pozitif konumunda; elektronegatifliği fazla olan O ve F ise kısmi negatif konumundadır. • Soy gaz bileşikleri, yapaydır. Araştırma amaçlı üretilmiştir. • Kullanım yerleri yoktur. • Oluşturulma reaksiyonları, endotermik olduğundan masraflıdır. • Tabloda görüldüğü gibi çok farklı bileşik oluştururlar. İki element arasında çok sayıda bileşiğin meydana gelmesi; kararsızlığın ve zorla oluşturulmanın göstergesidir. • Kararsız bileşik, hemen bozunan bileşik anlamına gelir. • Soy gaz bileşikleri, ametal– ametal bileşikleri gibi adlandırılır. • Soy gazlar, havada elementel bulunan elementlerdir. • Soy gaz bileşikleri, 1964 yılında üretilmiştir. Soygaz ya da asil gaz, periyodik tablonun en son grubunu oluşturan, tümü tek atomlu ve renksiz gaz halinde bulunan elementlerdir. En dış yörüngeleri elektronlarla tamamen dolu olduğu için son derece kararlıdırlar ve tepkimelere eğilimleri de çok düşüktür. Bu davranışları nedeniyle de "soygaz" adını almışlardır.
18. grubun bir sonraki üyesi ununoktiyum muhtemelen bir soy gaz değildir. Bunun yerine 14. grup üyesi olan ununkuadyum soy gaz benzeri özellikler gösterir. Soy gazların niteliği, en iyi atomik yapının modern teorileri ile açıklanır. Soy gazların en dış elektron kabuğu tamamen elektronlarla doludur, dolayısıyla kimyasal tepkime eğilimleri düşüktür. Bu sebeple sadece birkaç yüz tane soy gaz bileşiği elde edilebilmiştir. Her bir soy gazın erime ve kaynama noktaları birbirine çok yakındır (fark sadece 10 °C veya 18 °F mertebesindedir), bu nedenle bu gazlar küçük sıcaklık aralıklarında sıvı halde bulunurlar. Neon, argon, kripton ve ksenon gazların sıvılaştırılması ve ayrımsal damıtma yöntemleri kullanılarak havadan elde edilir. Helyum genellikle doğal gazdan ayrıştırılır ve radon da genellikle çözünmüş radyum bileşiklerinin radyoaktif bozunumundan izole edilerek elde edilir. Soy gazlar aydınlatma, kaynak ve uzay keşfi gibi endüstri alanlarında önemli bir kullanıma sahiptir. Bir helyum oksijen solunum gazı, derin su dalıcıları tarafından, 180 fit (55 m)'nin üzerindeki derinliklerde, dalıcıları oksijen zehirlenmesi, yüksek basınçlı oksijenin ölümcül etkisi ve derinlik sarhoşluğu gibi tecrübelerden sakınmak amacıyla kullanılır. Hidrojenin yanıcılığından dolayı meydana gelen riskler belirgin olduğunda balonlarda ve zeplinlerde bu gazın yerini helyum aldı. Almanca Edelgas sözcüğünün çevirisi olan soy gaz terimi ilk kez 1898'de Hugo Erdmann tarafından bu elementlerin son derece düşük kimyasal tepkimeye girme eğilimlerini belirtmek için kullanıldı. Bu isim, düşük kimyasal tepkime eğilimine sahip olmasının yanı sıra refah ve soylulukla ilişkilendirilen altın gibi metallerin dahil olduğu "soy metaller" adıyla benzerlik gösterir. Soy gazlar ayrıca inert gazlar (atıl, durgun ya da ölü gaz) olarak da anılır, ancak birçok soy gaz bileşiğinin tanınmasından sonra bu yakıştırma uygun bulunmamaktadır. Nadir gazlar bu elementler için kullanılmış olan bir başka terimdir, ancak bu da doğru olmayan bir isimdir, çünkü argon gazı Dünya atmosferinin dikkate değer bir kısmını (hacimde %0.94 ve kütlede %1.3) oluşturur. Bir asır sonra, 1895'te, Lord Rayleigh, havadaki azot örneklerinin yoğunluğunun, kimyasal reaksiyonlar sonucunda oluşan azotun yoğunluğundan farklı olduğunu keşfetti. University College, London'da William Ramsay ile birlikte Lord Rayleigh havadan çıkarılan azotun başka bir gaz ile karışık olduğunu kuramsallaştırdı. Ardından yapılan deney sonucunda yeni bir element başarılı bir şekilde izole edildi ve elemente Yunanca αργός (argós, "inaktif") sözcüğünden argon ismi verildi. Bu keşifle birlikte periyodik tabloda bütün bir sınıf gazın noksan olduğunu fark ettiler. Argon üzerindeki çalışmalarını sürdürürken Ramsay, bir taraftan da kleveyit mineralini ısıtırken helyumu ilk kez izole etmeyi başardı. 1902'de helyum ve argon elementleri için kanıtların kabul edilmesiyle Dmitri Mendeleev, bu gazları daha sonra periyodik tablo olacak olan element dizilimine 0. grupta yer alacak şekilde yerleştirdi. Ramsay bu gazlar üzerindeki çalışmalarına, sıvı havayı birçok bileşene ayırdığı ayrımsal damıtma yöntemini kullanarak devam etti. 1898'de kripton, neon ve ksenon elementlerini keşfetti ve onlara sırasıyla Yunancadaki κρυπτός (kryptós, "saklı"), νέος (néos, "yeni") ve ξένος (xénos, "yabancı") isimlerini verdi. Radon ilk kez Friedrich Ernst Dorn tarafından 1898'de tanımlandı, ve radyum emanasyonu şeklinde isimlendirildi, ancak özelliklerinin diğer soy gazlara benzediğinin bulunduğu 1904 yılına kadar soy gaz olarak kabul edilmedi. Rayleigh ve Ramsay 1904'te soy gaz keşiflerinden dolayı sırasıyla fizik ve kimya dallarında Nobel Ödülü kazandılar. Soy gazların keşfi atomun yapısının anlaşılması yönündeki gelişmelere yardım etti. 1895'te Fransız kimyager Henri Moissan en elektronegatif element olan flor ve bir soy gaz olan argon arasında kimyasal tepkime yaratmaya çalıştı, ancak başarısız oldu. Bilim insanları 20. yüzyılın sonlarına kadar argon bileşiği hazırlamakta başarısız oldu, ancak bu denemeler atomun yapısı ile ilgili yeni kuramların geliştirilmesine yardım etti. 1913'te Danimarkalı fizikçi Niels Bohr bu deneylerden öğrendikleriyle bir atomdaki elektronların, atomun çekirdeğini çevreleyen kabuklarda (yörüngelerde) dizildiğini ve helyumun dışındaki bütün soy gazların en dış elektron kabuğunun her zaman için sekiz elektron barındırdığını öne sürdü. 1916'da Gilbert N. Lewis oktet kuralını formüle etti. Buna göre atomlar en dış kabuklarındaki elektron sayısını sekize tamamlama eğilimindedir. Bu düzenlemeyle en dış kabukları tamamen dolu olan atomlar, daha fazla elektrona ihtiyaç duymayacakları için diğer elementlere karşı tepkisizleşirler.
Aralık 1998'de Dubna, Rusya'daki Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü çalışanı bilim insanları, geçici olarak Ununkuadyum (Uuq) ismi verilen 114. elementi üretebilmek için plütonyumu (Pu), kalsiyum (Ca) ile bombardıman etti. Başlangıç deneyleri, bu elementin periyodik tablonun 14. grubunda yer almasına rağmen anormal soy gaz benzeri yapıya sahip olan ilk süper ağır element olabileceğini gösterdi. Ekim 2006'da Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü ve Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim insanları kaliforniyumu (Cf) kalsiyum (Ca) ile bombardıman ederek 18. gruptaki yedinci element ununoktiyumu (Uuo) sentetik olarak elde etti. Soy gazlar zayıf atomlar arası kuvvete sahiptir, bu nedenle erime ve kaynama noktaları oldukça düşüktür. Normalde katı olan elementlerin çoğundan daha büyük atom kütlesine sahip olanlar da dahil olmak üzere soy gazların tamamı standart koşullar altında tek atomlu gazlardır. Helyum diğer elementlerle karşılaştırıldığında birçok eşsiz niteliğe sahiptir. Erime noktası, bilinen diğer bütün maddelerin erime noktasından daha düşüktür. Süper akışkanlık gösteren tek elementtir. Standart şartlar altında soğutularak katılaştırılamayan tek elementtir. (helyumu katılaştırmak için 25 atm (2,500 kPa; 370 psi), 0.95 K (−272.200 °C; −457.960 °F) sıcaklıkta uygulanmalıdır). Ksenona kadarki soy gazlar birden çok kararlı izotopa sahiptir. Radonun kararlı izotopu bulunmamaktadır; bu soy gazın en uzun ömürlü izotopu olan 222Rn'nin yarı ömrü 3,8 gündür ve helyum ve polonyuma, nihayetinde de kurşuna bozunur. 
Bu çizelge atom numaralarına göre iyonlaşma enerjilerini göstermektedir. İşaretlenmiş olan soy gazların her periyotta oldukça yüksek iyonlaşma enerjisine sahip olduğu görülmektedir. Soy gaz atomlarının, diğer çoğu gruplardaki atomlarda olduğu gibi, elektron sayısındaki artışa bağlı olarak bir periyottan diğerine geçişte atom yarıçapı yükselir. Atomun büyüklüğü birkaç niteliğe bağlıdır. Örneğin iyonizasyon potansiyeli yarıçapla birlikte artar çünkü büyük soy gazların valans elektronları çekirdekten çok uzaktadırlar ve bu yüzden atom tarafından sıkıca tutulamazlar. Soy gazlar her bir periyottaki elementler içerisinde en büyük iyonizasyon potansiyeline sahiptirler. Bu durum onların elektron konfigürasyonlarının kararlılığını yansıtır ve soy gazların göreli düşük kimyasal tepkimeye girme eğilimleriyle bağlantılıdır. Yine de bazı ağır soy gazlar, diğer elementler ve moleküllerle karşılaştırılmalarına yetecek kadar küçük iyonizasyon potansiyeline sahiptir. Ksenonun iyonizasyon potansiyelinin oksijen molekülününki ile benzer olduğunu fark eden Bartlett, oksijenle çok güçlü bir şekilde tepkimeye girdiği bilinen bir oksitleyici ajan, platinyum heksaflorür kullanarak ksenonu oksitleme denemesinde bulundu. Soy gazlar kararlı anyonlar oluşturacak bir elektronu kabul edemezler; yani onlar negatif elektron ilgisine sahiptir. Soy gazların makroskobik fiziksel özelliklerinde atomlar arasındaki zayıf van der Waals kuvvetleri hâkimdir. Kutuplanabilirlikteki artış ve iyonizasyon potansiyelindeki düşüşün sonucu olarak atomun boyutu ve çekici kuvvet artar. Bu sistematik grup eğilimiyle sonuçlanır: 18. gruptan aşağı gidilirken atom yarıçapıyla atomlar arası kuvvetler artar ve sonuçta erime ve kaynama noktaları, buharlaşma entalpisi ve çözünürlük yükselir. Atom kütlesinin artmasıyla da yoğunluk artar. Soy gazlar standart koşullar altında, neredeyse ideal gazlardır, ancak bu gazların ideal gaz yasasından sapması moleküller arası etkileşimlerin araştırılmasında önemli ipuçları sağlar. Ancak sonra bazılarının bileşik oluşturabildiği bulunduğunda bu isimlendirme kullanımdan kalktı. 18. grubun en yeni üyesi ununoktiyumun (Uuo) özellikleri hakkında bilinenler çok kısıtlıdır. Valans elektronları bir atomun en dış elektronlarıdır ve normal olarak kimyasal bağa iştirak eden yegâne elektronlardır. Tamamen dolu valans elektron kabuğuna sahip atomlar son derece kararlıdır. Bu yüzden kimyasal bağ oluşturma eğilimi göstermezler ve elektron kaybetmeye ya da kazanmaya az meyillidirler. Ancak radon gibi ağır soy gazlarda, helyum gibi daha hafif soy gazlardakine oranla, elektromanyetik kuvvet elektronları sıkıca bir arada tutamaz, bu sayede ağır soy gazların en dış elektronlarının çıkarılması daha kolaydır. Dolu kabuğun sonucu olarak, soy gazlar elektron konfigürasyonu notasyonu ile birlikte soy gaz notasyonunu oluşturabilirler. Bunu yapmak için söz konusu elementten önce gelen soy gaz önce yazılır ve sonrasında elektron konfigürasyonu bu noktadan ileriye doğru devam ettirilir. Örneğin karbonun elektron notasyonu 1s²2s²2p² şeklindedir ve soy gaz notasyonu da [He]2s²2p²'dir. Bu notasyon elementlerin tanımlanmasını kolaylaştırır ve bütün atomik yörüngelerin yazılmasından daha kısadır. Soy gazlar son derece düşük kimyasal reaktiflik gösterir; bundan dolayı sadece birkaç yüz tane soy gaz bileşiği oluşmuştur. Ksenon, kripton ve argon sadece küçük düzeylerde reaktiflik gösterirken, helyum ve neonun dahil olduğu kimyasal bağlarda yüksüz bileşik oluşmaz (yine de birkaç helyum bileşiğinin varlığına dair kuramsal kanıtlar mevcuttur). Soy gazların reaktiflik sıralaması Ne < He < Ar < Kr < Xe < Rn şeklindedir. 1933'te Linus Pauling, ağır soy gazların flor ve oksijen ile bileşik oluşturabileceğini tahmin etti. Pauling kripton heksaflorür (KrF6) ve ksenon heksaflorür (XeF6) bileşiklerinin var olduğunu ve XeF8'nin kararsız bir bileşik olabileceğini öngördü ve ksenik asitin perxenate tuzları olşturabileceğini ortaya attı. Şimdilerde hem termodinamik olarak hem de kinetik olarak kararsız olduğu düşünülen XeF8 dışındaki bu öngörülerin genel olarak doğru olduğu gösterildi. Ksenon bileşikleri, soy gaz bileşiklerinin en kalabalık grubudur. Bu (ksenon diflorür (XeF2), ksenon tetraflorür (XeF4), ksenon heksaflorür (XeF6), ksenon tetroksit (XeO4), ve sodyum perxenate (Na4XeO6) gibi) bileşiklerin çoğunda oksidasyon seviyesi +2, +4, +6 veya +8 olan ve oksijen ve flor gibi son derece elektronegatif atomlarla bağ oluşturan ksenon atomu bulunur. Bu bileşiklerin bazıları kimyasal sentezde oksitleyici ajan olarak kullanılır. Özellikle florinasyon ajanı olarak kullanılan XeF2 piyasada mevcuttur. 2007'ye kadar, organoksenon bileşikleri (bunlar karbona bağlıdır) ve azot, klor, altın, cıva, ksenonun kendisine bağlı olanları da içeren diğer elementlere bağlı halde yaklaşık beş yüz ksenon bileşiği belirlendi. Ksenonun bor, hidrojen, brom, iyot, berilyum, sülfür, titanyum, bakır ve gümüşe bağlandığı bileşikler de görülmüştür ancak sadece düşük sıcaklıklarda soy gaz matrislerinde veya süpersonik soy gaz jetlerinde kullanılmıştır. Teoride radon ksenondan daha reaktif olduğundan ksenonun yaptığından daha kolay kimyasal bağ oluşturması beklenir. Ancak radon izotoplarının yüksek radyoaktivitesi ve kısa ömrü olması sebebiyle radon pratikte sadece birkaç florür ve oksit oluşturabilir. Kripton ksenondan daha az reaktiftir, ancak +2 oksidasyon durumunda birkaç kriptonlu bileşik bildirilmiştir. Kripton diflorür, en bilinen ve kolayca karakterize edilebilen bileşiktir. Kriptonun azot ve oksijen ile tek bağ oluşturduğu da bilinmektedir. Ancak bunlar sadece −60 °C (−76.0 °F) ve −90 °C (−130.0 °F) sıcaklıklarının altında kararlıdır. Kripton atomlarının diğer ametallerle (hidrojen, klor, karbon) ve bazı geçiş metalleriyle (bakır, gümüş, altın), kimyasal bağları gözlendi ancak sadece ya düşük sıcaklıklarda soy gaz matrikslerinde ya da süpersonik soy gaz jetlerinde gözlendi. Benzer koşullar 2000'de argon florohidrür (HArF) gibi argonun ilk birkaç bileşiğinin ve bazı geçiş metalleriyle oluşturduğu bağların elde edilmesinde kullanıldı. 2007 itibarı ile bilinen helyum ve neonun dahil olduğu kovalent bağlı herhangi bir kararlı nötral molekül bulunmamaktadır. Helyum da dahil olmak üzere soy gazlar kararlı moleküler iyonlar oluşturabilir. Bunun en basiti 1925'te keşfedilen helyum hidrit moleküler iyonudur (HeH+). Evrendeki en bol iki elementin (hidrojen ve helyum) bileşiminden oluştuğu için bu iyonun, henüz saptanmamış olsa da, yıldızlararası ortamda doğal olarak bulunabileceğine inanılıyor. Bu iyonlara ek olarak soy gazların bilinen birçok nötr eksimeri bulunmaktadır. Bunlar sadece uyarılmış elektron durumunda kararlı olan ArF ve KrF gibi bileşiklerdir. Bu bileşiklerden bazıları eksimer lazerlerde kullanılır. Soy gazlar kovalent bağ oluşturdukları bileşiklere ek olarak non-kovalent bağla da bileşik oluşturabilirler. İlk kez 1949'da tanımlanan kafes bileşikleri, belli başlı organik ve inorganik maddelerin kristal kafeslerindeki boşluklarda (kavite) tuzaklanmış soy gazlar içerir. Bunların oluşumu için gerekli şart, ziyaretçinin (soy gaz) ev sahibi kristal kafesin boşluğuna yerleşebilmesi için uygun boyutta olmasıdır. Örneğin argon, kripton ve ksenon, hidrokuinon ile klatrat oluşturabilir. Ancak helyum ve neon çok küçük olduğundan veya tutulabilmesi için yeterince kutuplanabilir olmadığından, oluşturamaz. Neon, argon, kripton ve ksenon soy gazın buz içinde tuzaklandığı klatrat hidratlar da oluşturabilir. Soy gazlar, soy gaz atomunun fulleren molekülü içinde tuzaklandığı endohedral fulleren bileşikleri oluşturabilir. 1993'te 60 karbon atomu içeren bir küresel molekül C60 yüksek basınç altında soy gazlara maruz bırakıldığında He@C60 gibi koordinasyon bileşiklerinin (kompleks) oluşabileceği keşfedildi (@ notasyonu He'nin C60 içerdiğini ancak ona kovalent olarak bağlanmadığını belirtir). 2008 itibarı ile helyum, neon, argon, kripton ve ksenonlu endohedral kompleksler elde edildi. Bu bileşikler, soy gaz atomunun nükleer manyetik rezonansı vasıtasıyla fullerenlerin yapısı ve reaktivitesinin incelenmesinde kullanım bulmuştur.
3-merkez-4-elektron bağ modeline göre XeF2'deki bağ. Ksenon diflorür (XeF2) gibi soy gaz bileşikleri, oktet kuralını ihlal ettikleri için hipervalent olarak kabul edilirler. Bu bileşiklerdeki bağlanma bir 3-merkez-4-elektron bağ modeli kullanılarak açıklanabilir. İlk olarak 1951'de önerilen bu model üç doğrudaş (kolineer) atomun bağlanmasını göz önünde bulundurur. Örneğin XeF2'deki bağlanma her atomun p-orbitalinden kaynaklanan üç moleküler orbital (MOs) ile tanımlanır. Bağlanma Xe'den gelen dolu bir p-orbitali ve her bir F atomundan gelen yarı dolu bir p-orbitalinden ileri gelir, bu da dolu bir bağ orbitali, dolu bir bağ yapmayan orbital ve bir bağ önler orbital ile sonuçlanır. En yüksek dolu moleküler orbital (HOMO) iki uç atomda lokalize olmuştur. Soy gazların atom numaraları arttıkça, evrendeki bollukları azalır. Yaklaşık %24'lük kütle kesri ile helyum, hidrojenden sonra evrendeki en yaygın elementtir. Evrendeki helyumun büyük kısmı Büyük Patlama nükleosentezi sırasında oluşmuştur ancak yıldız nükleosentezindeki hidrojen füzyonu sebebiyle helyum miktarı durmadan artmaktadır. Dünya'daki bolluk farklı eğilimlere bağlıdır. Örneğin helyum, atmosferdeki yalnızca üçüncü en bol soy gazdır. Bunun sebebi, atmosferde hiç ilkel helyumun bulunmamasıdır. Atomunun küçük kütleli olması nedeniyle helyum, Dünya'nın yer çekim alanında tutulamamıştır. Dünya'daki helyum, yerkabuğunda bulunan uranyum ve toryum gibi ağır elementlerin alfa bozunumundan gelir ve doğal gaz birikintilerinde toplanma eğilimindedir. Diğer taraftan argonun bolluğu, yine Dünya'nın kabuğunda bulunan potasyum-40'ın, Güneş Sistemi'nde göreli olarak seyrek bulunmasına rağmen Dünya'daki en bol argon izotopu olan argon-40'ı beta bozunum ile oluşturmasına bağlı olarak artar. Bu süreç, potasyum-argon tarihlendirmesi yönteminin temelidir. Beklenmedik bir şekilde ksenonun atmosferdeki bolluğu düşüktür. Kayıp ksenon problemi olarak anılan bu olay bir teoriye göre ksenonun yerkabuğunda bulunan minerallerce tuzaklanmasından kaynaklanmaktadır. Radon litosferde radyumun alfa buzunumu yapması sonucunda oluşur. Binaların temelindeki yarıklardan içeri sızabilen radon iyi havalandırılmayan alanlarda birikebilir. Yüksek radyoaktifliği dolayısı ile önemli bir sağlık tehdidi olan radon sadece ABD'de yılda yaklaşık 21,000 akciğer kanseri kaynaklı ölüme sebep olmaktadır. Neon, argon, kripton ve ksenon gazların sıvılaştırılması yöntemi kullanılarak havadan elde edilir. Böylece elementler sıvı hale getirilir ve ayrımsal damıtma yöntemi ile de karışım bileşenlere ayrılır. Helyum genellikle doğal gazdan ayrılarak üretilir ve radon radyum bileşiklerinin radyoaktif bozunumundan izole edilir. Soy gazların fiyatı doğal bulunuşlarından etkilenmiştir. Argon en ucuzu iken ksenon en pahalı soy gazdır. Sıvı helyum modern MRI tarayıcılarında süper iletken mıknatısların soğutulması için kullanılır. Sıvı neon, sıvı helyum kadar düşük sıcaklıklara ulaşamamasına rağmen kriyojenikte kullanılır çünkü sıvı helyumdan 40 kat ve sıvı hidrojenden üç kattan fazla soğutma kapasitesine sahiptir. Helyum, sıvılardaki özellikle de lipitlerdeki düşük çözünürlüğü sebebiyle solunum gazı bileşeni olarak azotun yerine kullanılır. Gazlar, aletli dalışta olduğu gibi basınç altında kan ve doku tarafından absorbe edilir ve derinlik sarhoşluğu (azot narkozu) olarak bilinen anestezik etkiye sebep olur. Düşük çözünürlüğü nedeniyle az miktarda helyum hücre zarlarından içeri alınır ve helyum trimix (helyum-oksijen-nitrojen) ve heliox'ta (helyum-oksijen) olduğu gibi solunum gazı parçası olarak kullanılırsa gazın derindeki narkotik etkisinde düşme olur. Helyumun düşük çözünürlüğünun bunlardan başka bir getirisi de dekompresyon hastalığı olarak bilinen durumda ek avantajlar sağlamasıdır. Vücutta çözünmüş gazın küçük miktarda bulunması, yükselme sırasında basınçtaki düşüşle birlikte daha az gazın kabarcık şekline dönüşmesi anlamına gelir. Diğer bir soy gaz argonun ise aletli dalış için kuru elbisede şişirme gazı olarak kullanımının en iyi seçenek olduğu kabul edilir. Birçok uygulamada soy gazlar inert atmosfer (nötr veya yansız atmosfer) sağlamak amacıyla kullanılır. Argon, azota hassas olan havaya hassas bileşiklerin sentezinde kullanılır. Katı argon ayrıca, reaksiyon ara ürünleri gibi çok kararsız bileşiklerin araştırılmasında da kullanılır. Bu araştırmalarda bileşikler çok düşük sıcaklıklarda bir inert matrikste tuzaklanır. Helyum gaz kromatografisinde taşıyıcı ortam olarak, termometrelerde gaz dolgusu olarak ve kabarcık odası ve Geiger sayacı gibi radyasyon ölçmeye yarayan aletlerde kullanılır. Helyum ve argon genellikle ark kaynaklarında koruma oluşturması için kullanılır. Kaynak ve kesme esnasında ana metalin etrafını sarar. Ayrıca diğer metalurjik süreçlerde ve yarı iletken endüstrisindeki silisyum ve germanyum üretiminde koruyucu soy gaz olarak kullanılır. Soy gazlar düşük kimyasal reaksiyon ilgisi nedeniyle aydınlatmada sıkça kullanılır. Bu lambalar neredeyse sürekli spektrumları sayesinde gün ışığını andırır ve film projektörleri ve otomobil farları gibi uygulamalarda kullanılır. Soy gazlar, eksimer olarak bilinen kısa ömürlü, elektronik olarak uyarılmış molekkülleri temel alan eksimer lazerlerde kullanılır. Lazerler için kullanılan eksimerler Ar2, Kr2 veya Xe2 gibi soy gaz dimerleri olabilir veya daha yaygını soy gazlar ArF, KrF, XeF veya XeCl gibi eksimerlerde bir halojenle birleşebilir. Bu lazerler kısa dalgaboyu sebebiyle (ArF için 193 nm ve KrF için 248 nm) yüksek hassasiyetli görüntülemeye fırsat veren morötesi ışık üretir. Bunlar, tümleşik devre imalatında ve lazer anjiyoplasti ve göz cerrahisi gibi lazer ameliyatlarında temel gereksinim olan mikrolitografi ve mikrofabrikasyon için kullanılır. Bazı soy gazlar tıpta doğrudan kullanıma sahiptir. Helyum bazen astım hastalarının solunumunu kolaylaştırmak için kullanılır. Ksenon, azot oksitten daha etkili olmasını sağlayan yağdaki yüksek çözünürlüğü ve daha hızlı geri dünüşüm sağlayan vücuttan çabucak çıkabilmesi sebebiyle, anestezik olarak kullanılır. Yüklə 138,03 Kb. Dostları ilə paylaş:
|
