Referat Predmet: Kemija z gradivi Avtor: Nejc Trlep Mentor: Urška Rački

Šolski center Novo mesto

Srednja strojna šola

Šegova ulica 112

8000 Novo mesto

Referat

Predmet: Kemija z gradivi	Avtor: Nejc Trlep
Mentor: Urška Rački	Razred: 1.bS

Selce, 21.12.05

Kazalo vsebine

1. UVOD 3

2. PRIDOBIVANJE ŽLAHTNIH PLINOV 4

3. ODKRITJE ŽLAHTNIH PLINOV 5

4. SKUPNE LASTNOSTI ŽLAHTNIH PLINOV 6

6

5. HELIJ 7

5.1. NASTANEK 7

5.2. ODKRITJE 7

5.3. UPORABA 7

6. NEON 8

6.1. UPORABA 8

7. ARGON 9

7.1. ODKRITJE 9

7.2. UPORABA 9

8. KRIPTON 10

8.1. UPORABA 10

9. KSENON 11

9.1. UPORABA 11

10. RADON 12

10.1. ODKRITJE 12

10.2. IZOTOPI 12

10.3. UPORABA 12

1.UVOD

Ker žlahtni plini ponavadi niso reaktivni, ne tvorijo veliko spojin z drugimi elementi. Najdemo jih tudi v zraku, ampak v zelo majhnem deležu (78,08% dušika, 20,95 % kisika, 0,03% ogljikovega dioksida, 0,93% argona, 1,8^.10^-3 % helija, 1,1^.10^-4% kriptona, 9^.10^-6 % ksenona in 6^.10^-18% radona). Odkrili so jih na prehodu iz 19. stol. v 20. stol. Ernest Rutherford, Friderick Soddy, William Ramsay in John William Rayleigh. Nahajajo se v osmi skupini periodnega sistema elementov.

2.PRIDOBIVANJE ŽLAHTNIH PLINOV

Žlahtne pline, razen helija, pridobivamo s frakcionirano destilacijo utekočinjenega zraka. Helij, ki nastaja pri radioaktivnih procesih v notranjosti Zemlje, je mogoče izolirati iz zemeljskih plinov z zamrzovanjem ostalih sestavin, ali pa iz raznih mineralov, v katerih je okludiran (vključen), z raztapljanjem ali mletjem mineralov.

Zanimivo je, da obstaja tekoči helij v dveh modifikacijah, od katerih je ena superfluidna: ima tisočkrat manjšo viskoznost od plina. Skozi drobne kapilare izteka z veliko hitrostjo praktično brez trenja. Helij je pomemben pri tehniki priprave nizkih temperatur.

Topnost žlahtnih plinov v vodi narašča v skladu z van der Waalsovimi radiji. V nepolarnih topilih so žlahtni plini nekoliko bolj topni kot v vodi.

3.ODKRITJE ŽLAHTNIH PLINOV

Leta 1785 je Henry Cavendish eksperimetiral z zrakom. Pomešal ga je s kisikom in z električnim oblokom pretvoril v dušikov dioksid, ki ga je raztopil v kalijevem hidroksidu. Ugotovil je, da približno 1/120 prvotne prostornine zraka ne zreagira. Ta del zraka ni niti kisik niti dušik. Rezultati tega eksperimenta pa so kmalu zatonili v pozabo.

Dobrih 100 let pozneje, leta 1894, je Lord John William Rayleigh določeval normalno gostoto dušika iz zraka (1,2567 g/l) in dušika, ki ga je pridobil iz amonijevega nitrata(lll) (1,2505 g/l). Razlike v gostoti ni mogel pojasniti. Na osnovi teh eksperimentov je v istem letu William Ramsay predpostavil, da vsebuje dušik iz zraka neko gostejšo primes in skupaj z Rayleighom iz zraka izoliral argon (grško argos- len, imenovan tako zaradi nereaktivnosti), potem ko je kisik vezal na ugret baker, dušik pa na magnezij.

V naslednjem letu, 1895, je nato Ramsay identificiral plin, ki se je sproščal pri raztapljanju uranovih mineralov. Ta plin so poimenovali helij (grško helios- sonce), saj so s spektralno analizo ugotovili njegovo prisotnost na Soncu že 30 let prej.

Z vero v periodni sistem je Ramsay nadaljeval poskuse in leta 1898 s frakcionirano destilacijo utekočinjenega zraka izoliral še tri žlahtne pline: neon, (grško neos - novi). kripton, (grško kryptos - skriti), in ksenon (grško xenos – tuji, redek).

Leta 1900 sta Ernest Rutherford in Frederick Soddy ugotovila. da nastane pri radioaktivnem razpadu radija žlahtni plin radon.

4.SKUPNE LASTNOSTI ŽLAHTNIH PLINOV

Žlahtni plini se nahajajo v VIII. skupini periodnega sistema. So nereaktivni in tvorijo le malo spojin z drugimi elementi. Njihovi atomi imajo zelo stabilno zunanjo lupino, v kateri je maksimalno število elektronov. Imajo visoke ionizacijske energije.

V plinastem stanju imajo žlahtni plini enoatomne molekule. Vsi žlahtni plini so v plinastem agregatnem stanju in so z izjemo radona, ki je neobstojen radioaktivni element, obstojni.

5.HELIJ

Simbol	He
Ime (slovensko-angleško)	Helij – Helium
Vrstno št.	2
Molska masa	4,0026 g/mol
Gostota	0,1785 g/l
Temperatura tališča	0,95 K
Temperatura vrelišča	4,216 K

Helij je plin brez barve in vonja. V naravi se nahaja v atomarnem stanju. Njegovo jedro je sestavljeno iz dveh protonov in dveh nevtronov, okoli pa krožita dva elektrona v 1s orbitali. Helij postane tekočina pri šele 4,2 K in trdna snov pri 0,95 K. Helij ni strupen in nima negativnih bioloških učinkov.

5.1.NASTANEK

Helij je nastal približno 100 sekund po velikem poku, ko je bila temperatura približno milijardo stopinj Celzija. Zaradi visoke temperature so se začele molekule devterija združevati in tako je nastajal helij. Po 200 sekundah se je vzpostavilo stalno razmerje med številom atomov vodika in helija, ki je 40:3 (glede na maso je to razmerje 40:12).

5.2.ODKRITJE

Helij je bil prvič opažen v drugi polovici 19. stoletja pri opazovanju popolnega sončnega mrka v Indiji. Čez eno leto sta kemik Edward Frankland in astronom Joseph Norman Lockyer ugotovila, da se na soncu nahaja do tedaj neznani element. Poimenovala sta ga z grško besedo za sonce- helios.

Angleški kemik Wililam Ramsaly je pri segrevanju minerala cleveita odkril, da se pri segrevanju sprošča helij. Hkrati je tudi odkril, da nastaja helij pri radioaktivnem razpadu radija, za kar je dobil leta 1904 Nobelovo nagrado.

5.3.UPORABA

Za polnjenje zračnih ladij in balonov (za razliko od vodika namreč ni vnetljiv)

Za doseganje nizkih temperatur

Za globokomorske dihalne naprave

Kot zaščitni plin pri varjenju

6.NEON

Simbol	Ne
Slovensko – angleško ime	Neon – Neon
Vrstno število	10
Molska masa	20,1797 g/mol
Gostota	0,9 g/l
Temperatura tališča	24,55 K
Temperatura vrelišča	27,10 K
Oksidacijsko število	8

Je drugi najlažji žlahtni plin. Odkrila sta ga Ramsley in Travers 30. maja 1898. Njegov delež v zraku je zelo majhen-znaša namreč 0,001538461%.

6.1.UPORABA

• Cenejše zamrzovalno sredstvo kot helij

• Za polnjenje neonskih svetilk (svetilke, napolnjene z neonom dajejo rdečkasto-oranžno barvo, če pa mu dodamo živosrebrne pare, oddaja svetlobo, ki je podobna dnevni)

• Kot indikator za visoke napetosti

7.ARGON

Simbol	Ar
Slovensko – Angleško ime	Argon – Argon
Vrstno število	18
Molska masa	39,948 g/mol
Gostota	1,784 g/l
Temperatura tališča	83,95 K
Temperatura vrelišča	87,45 K
Oksidacijsko število	8

Argon je plin brez barve in vonja in predstavlja 0,934% atmosfere.

7.1.ODKRITJE

Argon sta odkrila Ramslay in lord Rayleigh, ko sta ugotovila, da je gostota dušika, ki sta ga dobila iz zraka večja od gostote dušika, ki sta ga pridobila iz amoniaka. Z magnezijem sta izločila ves dušik (nastal je magnezijev nitrit) in tako sta izolirala nov plin. Poimenovala sta ga argon, kar v grščini pomeni len. Da zrak vsebuje še en plin, ki ni reaktiven, je ugotovil že Cavedenish okoli leta 1790, vendar mu ga ni uspelo izolirati iz zraka.

7.2.UPORABA

• Kot zaščitni plin pri varjenju

• Kot inertna atmosfera pri reakcijah, kjer kisik ne sme biti navzoč

• Za polnjenje svetilk (ker ne reagira z volframom, iz katerega so narejene žarilne nitke žarnic)

8.KRIPTON

Simbol	Kr
Slovensko – Angleško ime	Kripton – Krypton
Vrstno število	38
Molska masa	83,8 g/mol
Gostota	1,784 g/l
Temperatura tališča	116 K
Temperatura vrelišča	120,85 K
Oksidacijsko število	0, 2, 4

Kryptos pomeni v grščini skrit, Kripton pa ima tako ime, ker se nahaja v zraku le v zelo majhnih količinah (1,1 ppm ). Čeprav ga je v zraku malo, ga pridobivamo s frakcionirano destilacijo utekočinjenega zraka. Je eden od produktov fizije urana. Kripton je v trdnem stanju bel in ima ploskovno središčno kristalno zgradbo.

8.1.UPORABA

• Definicija metra (kripton uporabljajo za določitev dolžine enega metra. En meter je definiran kot 1.650.763,73 valovnih dolžin oranžno-rdeče oddajne črte, ki jo oddajajo atomi kriptona-86.)

• V kriptonskih laserjih kot izvor svetlobe

9.KSENON

Simbol	Xe
Slovensko – Angleško ime	Ksenon – Xenon
Vrstno število	54
Molska masa	131,29 g/mol
Gostota	5,9 g/l
Temperatura tališča	161,39 K
Temperatura vrelišča	165,39 K
Oksidacijsko število	0, 2, 4, 6, 8

Ksenon je kemijski element, ki ima v periodnem sistemu simbol Xe in atomsko število 54. Ta zelo težek žlahtni plin, brez barve in vonja, se pojavlja v ozračju v sledovih. Ksenon je vsebovala prva sintetizirana spojina z žlahtnim plinom (to je bil XePtF6).

9.1.UPORABA

• Kot sredstvo za anestezijo

• V ionskih pogonih

• V jedrski energiji

10.RADON

Simbol	Rn
Slovensko – Angleško ime	Radon – Radon
Vrstno število	86
Molska masa	222 g/mol
Gostota	9,73 g/l
Temperatura tališča	202 K
Temperatura vrelišča	211,4 K
Oksidacijsko število	0, 2

Je radioaktiven in ker se nahaja v zemlji, predstavlja probleme za okolje. V starejših stanovanjih lahko hitro pride do prevelike količine, če je zračenje nezadostno. Med najbolj ogroženimi s sevanjem radona so skandinavske države, saj so tam koncentracije radona v tleh zelo velike. V večini držav veljajo zakoni, ki določajo največjo količino radona v življenjskih prostorih. Povečano koncentracijo lahko povzroči tudi neustrezen gradbeni material, kot je žlindrina opeka, ki je ni dovoljeno proizvajati. Pri dolgotrajnem vdihovanju lahko povzroči pljučnega raka.

10.1.ODKRITJE

Radon sta odkrila Ruthersfor in Soddy, ki sta ugotovila, da nastane radon pri radioaktivnem razpadu radija. Poimenovala sta ga nitens (v grščini pomeni bleščeč), vendar se od leta 1923 imenuje po radiju, iz katerega nastane.

10.2.IZOTOPI

Poznamo dvajset vrst radonovih izotopov, vendar je najpogostejši radon-222 (222Rn). Njegova razpolovna doba je 3,8 dneva, oddaja pa žarke alfa. Drugi bolj razširjen izotop je radon-220, ki ga imenujemo tudi toron (nastane namreč iz torija). Razpolovna doba znaša malo manj kot minuto, oddaja pa le žarke alfa. Poleg tega je med bolj razširjenimi tudi radon-219, ki nastane iz aktinija. Oddaja žarke alfa in gama, razpolovna doba pa znaša le 3,9 sekunde.

10.3.UPORABA

• V medicini za obsevanje

• V bioloških raziskavah se ga uporablja za označevanje (ker je inerte