Nemesgázok

Nemesgázok
Hélium
A hélium a periódusos rendszer második kémiai eleme. Vegyjele He, rendszáma 2. Normálállapotban a hélium egyatomos gáz. Kizárólag nagy nyomáson szilárdul meg – eközben a sűrűsége jelentősen megnő.
Története

A Nap görög neve (helios) után Edward Frankland vegyész kollegájával a hélium nevet adta neki. 1895-ben egy brit vegyésznek, William Ramsay-nek sikerült először a Földön héliumot kivonnia nyers uránércből ásványi savakkal. A mintákat Lockyer és William Crookes azonosította héliumként. Tőlük függetlenül Pet Teodor Cleve és Nils Langlet svéd kémikusoknak is sikerült nyers uránércből kivonnia héliumot.

Fizikai tulajdonságai
Színtelen, szagtalan nemesgáz, tehát kémiailag közömbös. Minden elem közül a hélium forráspontja a legalacsonyabb.
Kémiai reakciói

A hélium normális körülmények között nem lép reakcióba más elemekkel. Elektromos kisülésekben, illetve ha elektronokkal bombázzuk, egyes elemekkel: a volfrámmal, a jóddal, a fluorral, a kénnel, illetve a foszforral alkothat vegyületeket.

Előállítása

• 
  Mivel a legnehezebb elemek radioaktív bomlásakor keletkezik, urán és tórium tartalmú kőzetek hevítésével felszabadítható a bennük elnyelődött hélium.
  
• 
  Földgázból vonható ki úgy, hogy cseppfolyósításakor a hélium kivételével minden gáz lecsapódik.
  
• 
  A héliumot részecskegyorsítókban úgy is előállíthatjuk, ha lítiumot vagy bórt bombázunk gyors protonokkal.
  

Előfordulása

A hidrogén után a második leggyakoribb elem a világegyetemben, de a Föld légkörében csak nyomokban fordul elő. Gazdaságosan a földgázból vonható ki. Felhasználják léggömbök és léghajók töltőanyagaként és hűtőanyagként, például szupravezető mágnesekben. Földünk légkörében a hélium részaránya csak 1:200 000 – leginkább azért, mert rendkívül könnyű, és ezért a Föld gravitációja nem tudja huzamosan megtartani. Mivel a földi hélium radioaktív bomlástermék, ezért elsődlegesen az urán és a tórium érceiben található meg. Csekély mennyiségben ásványvizekben, vulkáni gázokban, meteorvasban is megtalálható, de leginkább a földgázban oldva (egyes földgázokban 1,6-1,8%-ig is felszaporodhat), ezért az iparban is főképp földgázból állítják elő. A világ fő héliumforrásai a texasi, oklahomai és kansasi földgázlelőhelyek.

Felhasználása

• 
  Mivel könnyebb a levegőnél, léghajók és léggömbök töltőanyaga lehet. Előnyösebb a hidrogénnél, mert nem gyúlékony, és a hidrogén emelőerejének 92,64%-át nyújtja.
  
• 
  A héliumot belélegzett személy hangja időlegesen magasabb lesz, mivel a hang a héliumban a levegőnél háromszor gyorsabban terjed, és ilyen arányban magasabbak lesznek a gégében a rezonáns frekvenciák. Bár ez jó szórakozás, a koncentrált hélium használata az oxigénhiány miatt halált is okozhat.
  
• 
  A mélytengeri búvárok trimixet, azaz hélium, nitrogén és oxigén keverékét használják légzőberendezéseikben, hogy csökkentsék a nagy nyomáson, normál levegő használatával fellépő nitrogén-narkózis (a nitrogén nagy parciális nyomása okozta eufórikus állapot), a keszonbetegség és az oxigén-toxicitás esélyét.
  
• 
  Különlegesen alacsony olvadás- és forrpontja miatt hűtőanyagként használják MRI-berendezéseknél, nukleáris reaktoroknál, szupravezető mágneseknél és a kriogenikában.
  
• 
  Folyékony üzemanyagú rakétákban a túlnyomás elérésére használják.
  
• 
  A nagyfeszültségű kisülési csövekben (fénycső) töltőgázként alkalmazzák.
  
• 
  Héliumot alkalmaznak szivárgások tesztelésre akár olyan termékek összeszerelésénél, amelyek szivárgása nem engedhető meg (például üzemanyagszivattyúk), akár csővezetékek szivárgásának ellenőrzésére is. A hélium azért különösen alkalmas a szivárgás ellenőrzésére, mert egyrészt kis viszkozitása miatt könnyen átjut minden lyukon, továbbá, másrészt kvadrupol tömegspektrométerrel könnyen és igen érzékenyen mérhető.
  
• 
  Használják élelmiszerek konzerválására is.
  
• 
  Érdekessége,hogy cseppfolyós állapotban erősen felkeverve akár 1 hónapig is képes mozgásban lenni a rendkívül kicsi viszkozitása miatt.
  

Neon

A neon egy kémiai elem, nemesgáz. A rendszáma 10, a vegyjele Ne. Vegyértékelektron-szerkezete 2s²2p⁶.

Története

1898-ban a levegő cseppfolyósításával állították először elő, a kriptonnal és a xenonnal együtt. Neve görög eredetű, azt jelenti hogy "új". Felfedezői: William Ramsay és M. W. Travers .

Tulajdonságai

Standard körülmények között színtelen és szagtalan, íztelen, gáz halmazállapotú. Atomos szerkezetű, megszilárdulva molekularácsban kristályosodik ki. Elektronszerkezete rendkívül stabil, ezért kémiai reakcióba nagyon nehezen lép, gyakorlatilag inert gáz. Kovalens kötés kialakítására telített vegyértékhéja miatt gyakorlatilag képtelen.

Előfordulása

A világegyetemben rendkívül gyakori, az ötödik leggyakoribb elem. Ennek ellenére a Földön csak igen kis mennyiségben fordul elő, az atmoszféra kb. 0,002%-át alkotja. A természetben három stabil izotópja van: ²⁰Ne; ²¹Ne; ²²Ne

Felhasználása

Neon gázkisüléses-csövek ("neoncsövek"), fényreklámok skarlátvörös színét adja. Gázlézerekben használják. Hűtőtechnikában is alkalmazzák. Egységnyi térfogatra vonatkozó hűtőkapacitása több, mint 40-szerese a folyékony héliuménak és több, mint háromszorosa a hidrogénének. További előnye, hogy jóval olcsóbb a héliumnál.

Argon

Nemesgáz, rendszáma 18, vegyjele: Ar.

Története

Előfordulását a levegőben már Henry Cavendish is feltételezte 1785-ben. Az argont 1894-ben fedezte fel Lord Rayleigh és William Ramsay. A nemesgázok közül az argont fedezték fel elsőként. Neve görög eredetű, jelentése "inaktív". A név alacsony reakciókészségére utal.

Izotópjai

Az argonnak a természetben három stabil izotópja fordul elő: ⁴⁰Ar (99,6%), ³⁶Ar (0,34%), és ³⁸Ar (0,06%). A természetben előforduló, hosszú (1,25x10⁹ év) felezési idejű ⁴⁰K radioaktív bomlásakor 11,2% valószínűséggel ⁴⁰Ar is keletkezik. (Mellette 88,8% eséllyel ⁴⁰Ca). Ezt kőzetek kormeghatározásakor használják.

Tulajdonságai

Az argon a levegőnél nehezebb, színtelen, szagtalan. Legfontosabb kémiai tulajdonsága csekély reakcióképessége (inert). Egyatomos szerkezetű nemesgáz, kémiai reakcióba nem lép, ismert vegyülete nincs.

Előállítása

Cseppfolyósított levegő frakcionált lepárlásával állítják elő.

Előfordulása

A Föld légkörének 0,93%-át alkotja, ezzel a légkörben előforduló harmadik leggyakoribb gáz. Ez a tulajdonsága teszi az argont ideális védőgázzá például a fémkohászatban és az ívhegesztésben szokásos hőmérsékleti értékek esetében. Az argon nem mérgező, mégis – a nitrogénhez hasonlóan – kiszorítja a levegőből a légzéshez szükséges oxigént, és fulladást okozhat. Mivel nehezebb, mint a levegő, a talaj közelében és mélyedésekben koncentrálódhat.

Felhasználása

Az argon és az argontartalmú hegesztési védőgáz-keverékek legfontosabb felhasználási területe a fémfeldolgozó iparban alkalmazott védőgázos hegesztési, illetve plazmatechnológiák. E technológiáknál rendkívül fontos az ívfény és a fémolvadék környezeti atmoszférától (levegőtől) való védelme, elválasztása, amit védőgázok biztosítanak. Búvárkodás: Szárazruhák töltésére, remek hőszigetelő képessége miatt. Építkezés: Hőszigetelt üveg készítésénél a két üvegréteg közé. Élelmiszeriparban: Csomagológázként, kódja: E 938. Reklám/dekoráció: Fénycsövek töltésére. Az argonnal töltött fénycső kék színnel világít.

Kripton

A kripton egy nemesgáz, a periódusos rendszer 36. eleme. A vegyjele Kr.

Története

1898-ban fedezte fel William Ramsay és Morris William Travers. A neve a görög eredetű kryptosz szóra vezethető vissza, melynek jelentése rejtőzködő.

Fizikai tulajdonságai

Szobahőmérsékleten gáz halmazállapotú. A kripton a többi nemesgázhoz hasonlóan egyatomos gázként létezik, színe, íze nincsen, a hőt és az elektromosságot nem vezeti. Fénycsőben (kisülési csőben) halvány ibolya színű fényt áraszt. 19 izotópja közül 6 stabil.

Vegyületei

A kripton nemesgáz, így inert, azaz semleges gáz. Ez azt jelenti, hogy nem lép semmilyen más anyaggal reakcióba. 1962-ben azonban sikerült laboratóriumban kripton-vegyületeket előállítani. A kripton gerjesztett állapotban képes vegyületeket alkotni a fluorral, az oxigénnel és a fluorral együtt, a fluorral és a platinával együtt, illetve a fluorral és az antimonnal együtt. A 6 fluor és 1 kriptonból álló 7 atomos molekula stabilabbnak bizonyult, így ennek van gyakorlati felhasználása is (lézertechnológiában).

Felhasználása

A kripton a levegő 1/10000-ed részét alkotja (pontosan: 0,000114%-a), ami azt jelenti, hogy 1000 liter levegőből 1,1 ml kripton állítható elő. A levegő hűtésekor -150 Celsiusnál a kripton folyékonnyá válik, így állítják elő. Ezt szobahőmérsékletre visszamelegítve már tiszta kriptonként izzólámpákba töltik bele. A kriptonnal töltött égő Bródy Imre találmánya, gyártása a TUNGSRAM-nál kezdődött el. A kripton fluorral alkotott vegyületét alkalmazzák lézeres tisztítási eljárásokban. Reklám és dekorációs célokra szolgáló fénycső töltésére is használatos. A kriptontöltésű "neoncső" törtfehér fényt bocsát ki.

Xenon

A xenon egy kémiai elem, vegyjele Xe, rendszáma 54.

Története

A xenont William Ramsay és Morris Travers fedezte fel, nem sokkal az után, hogy felfedezték a kriptont és a neont. A cseppfolyósított levegő elpárologtatása után visszamaradt anyagban találták meg. Ramsay azt javasolta, hogy az idegen, külföldi vagy vendég jelentésű, görög eredetű xenos semleges nemű változata után xenonnak nevezzék el az új elemet.

Az 1930-as években Harold Edgerton mérnök elkezdte felkutatni a villódzó fény technológiáját, ami a gyors fényképezéshez elengedhetetlen volt. Így jutott el a xenon vaku feltalálásáig, amiben úgy hoz létre fényt, hogy egy xenon gázzal töltött csövön keresztül elektromosságot vezet keresztül. Ezzel a technológiával 1934-ben Edgerton már egy mikromásodperces hosszúságú villanást is képes volt előállítani.

1939-ben ifjabb Albert R. Behnke elkezdte a mélytengeri búvároknál a merüléssel összefüggésben kialakuló „részegség” okait kutatni. Alanyain úgy kísérletezett, hogy különböző levegőkeverékeket kellett belélegezniük, és felfedezte, hogy ez okozza a búvárok mélységérzetének változását. Eredményeiből azt a következtetést vonta le, hogy a xenon gázt lehet érzéstelenítőként alkalmazni.

Izotópjai

A természetben előforduló xenonnak kilenc stabil izotópja van. Ezen felül további 40 nem stabil, radioaktív izotópja létezik. A xenon izotópjainak aránya fontos eszköz a naprendszer történetének vizsgálatakor. A xenon-135 maghasadás következtében jön létre, és az atomreaktorokban neutronelnyelőként viselkedik.

Tulajdonságai

Standard hőmérsékleten és nyomáson a közönséges xenongáz sűrűsége 5,761 kg/m³, ami nagyjából négy és félszerese a földi légkör felszíni 1,217 kg/m³-es sűrűségének. A xenon nem rendelkezik szabad vegyértékelektronnal, ezért nemesgáznak vagy inert gáznak hívják. Habár inert gáz, ez mégsem a megfelelő kifejezés, ugyanis a xenonnak legalább 80 vegyülete ismert. Egy gázzal töltött csőben a xenon kék fénnyel sugároz, amikor a gáz részecskéi elektromosság által gerjesztve vannak. A xenon fluorral és klórral molekularácsos vegyületeket képez. Ilyen például a xenon-diklorid, XeCl₂, a xenon-difluorid, XeF₂, a xenon-tetrafluorid, XeF₄, és a xenon-hexafluorid XeF₆. A xenon-fluoridok közönséges körülmények között színtelen, szilárd vegyületek.

Előállítása

A xenont általában a levegő oxigénre és nitrogénre történő szétválasztásának melléktermékeként állítják elő. Miután a forráspontok eltérését kihasználva külön edényekben összegyűjtötték a nitrogént és a folyékony oxigént, az utóbbiban kis mennyiségű kriptont és xenont lehet találni. Egy újabb, hasonló hátterű szétválasztás során az oxigént fel lehet úgy dúsítani, hogy 0,1–0,2% kripton/xenon együttes koncentrációt lehessen kimutatni. A világ xenontermelését 1998-ban 5000–7000 m³-re becsülték. Alacsony koncentrációjának köszönhetően a xenon sokkal drágább mint a nála könnyebb nemesgázok. 1999-ben Európában 1 liter xenon ára 10, míg a kriptoné 1, a neoné pedig 0,2 € volt.

Előfordulása

A xenon a Föld légkörében nyomgáznak számít, aránya 0,087±0,001 ppm (μl/l), vagy nagyjából 1/11 500 000 arányban fordul elő, és megtalálták forrásokból kijövő gázok között is. A xenon a Nap, a Föld atmoszférájában valamint az aszteroidákban és az üstökösökben viszonylag ritka. A többi, kisebb tömegű nemesgázzal ellentétben a csillagokban lejátszódó megszokott nukleoszintézis során xenon nem jön létre. Az 56-os rendszámú vasnál nehezebb atomok fúziós előállításához olyan sok energia szükséges, hogy abból a csillag nem jut energiához, ha xenont hoz létre. Ezzel ellentétben szupernova robbanás után nagy mennyiségben lehet xenont mérni.

Felhasználása

Ezt a gáz a legszélesebb körben xenonlámpa töltőgázaként alkalmazzák. Ilyen berendezést tartalmaznak többek között egyes vakuk és stroboszkópok. A xenonívlámpák színhőmérséklete megközelítőleg azonos a déli napéval, ezért napszimulátorokban, és például IMAX filmvetítő rendszerekben is használatosak.

Radon

A radon a periódusos rendszer 86. eleme (jele: Rn).

Izotópjai

Legstabilabb és egyben leggyakoribb izotópja a ²²²Rn, az ²³⁸U bomlási sorának tagja. A jóval ritkább ²²⁰Rn (toron) a ²³³Th, a ²¹⁹Rn (aktinon) pedig az ²³⁵U bomlási sorának terméke. A radioaktív háttérsugárzás körülbelül 40%-át a radon és rövid felezési idejű bomlástermékei okozzák, melyek mindig jelen vannak a lakóhelyiségek légterében és kisebb koncentrációban a szabad levegőben is: a szabad levegőn mért radon aktivitás-koncentráció mérsékelt égövi világátlaga 5 Bq/m³, a lakóhelyiségekben mért radon-koncentráció világátlaga 50 Bq/m³.

Tulajdonságai

Színtelen, szagtalan és radioaktív (egészségre ártalmas) nemesgáz; az egyik legnehezebb gáz.

Élettani hatásai

A belélegzett radont általában ki is lélegezzük; közvetlen élettani szerepe elhanyagolható. Különösen veszélyessé akkor válik, ha bomlástermékei megtapadnak a levegőben található aeroszol részecskéken, majd a tüdő falán. A tüdőrákot okozó tényezők sorában a radon a cigaretta után a második helyen áll. A gyógyászatban (radioterápiában) használják.