Tauriosios dujos: apibrėžimas, savybės ir panaudojimas

Tauriosios dujos: supraskite jų apibrėžimą, chemines savybes, rūšis (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) ir praktinį panaudojimą pramonėje bei apšvietime.

Tauriosios dujos — tai cheminių elementų grupė, kurių sąlyginė savybė yra ypač maža reakcija su kitais elementais. Visos jos yra dujos esant įprastoms temperatūroms ir slėgiams, ir priklauso periodinės elementų lentelės 18 grupėje. Šių elementų molekulės yra monoatominės: kiekvieną molekulę sudaro vienas atomas. Dėl uždaros išorinės elektronų sluoksnio sandaros dauguma tauriųjų dujų praktiškai nereaguoja su kitais elementais. Išskyrus helį (kurio išorinis sluoksnis užpildytas 2 elektronais), daugumos likusiųjų išorinis sluoksnis atitinka „aštuoneto“ principą — jie turi stabilų elektronų išsidėstymą.

• Helis
• neoninis
• argonas
• kriptonas
• Ksenonas
• radonas

Savybės ir fizikiniai parametrai

Tauriosios dujos yra bespalvės, bekvapės ir netoksiškos (išskyrus radioaktyvų radoną, kuris kelia specifinę grėsmę sveikatai). Jos turi žemą virimo ir lydymosi temperatūrą; virimo temperatūros paprastai didėja judant žemyn grupe (nuo helio iki radono). Kitos svarbios savybės:

• Monatominė struktūra ir maža reaktyvumas dėl pilnų išorinių elektronų sluoksnių.
• Maži tarpusavio tarpinės sąveikos (silpnos Van der Waals jėgos), todėl mažos skystėjimo temperatūros.
• Skirtingos atominės masės ir tankiai: helis yra labai lengvas, argonas daug sunkesnis už azotą ir deguonį.

Atsiradimas, gausa atmosferoje ir izoliacijos šaltiniai

Visos šios dujos randamos ore, tačiau jų gausa labai skiriasi. Pavyzdžiui, argonas sudaro aplink ~0,934 % Žemės atmosferos tūrio (kitaip sakant, apie 0,96 % — priklausomai nuo matavimo), tuo tarpu helis, neonas, kriptonas ir ksenonas yra tik labai mažomis dalimis (daugiausia ppm arba ppb lygiu). Radonas susidaro radioaktyviųjų skilimų grandinėse žemės plutoje ir paprastai pasirodo kaip vietinis taršos šaltinis pastatų patalpose.

Panaudojimas

Tauriosios dujos turi daug praktinių panaudojimų, kuriuose pasinaudojama jų inertiškumu, fiziologinėmis savybėmis arba spinduliavimo spektrinėmis savybėmis:

• Helis: aušinimas superlaidžių magnetų (pvz., MRT aparatuose), šaldymas iki labai mažų temperatūrų, balionai ir oro pagalvės, kvėpavimo mišiniai giluminiam nardymui, nuotėkių aptikimas dėl mažo molekulinio dydžio.
• Neonas: naudojamas šviesos reklamos lemputėse (neoniniai ženklai) — jonizuotas neonas spinduliuoja ryškią oranžinę raudoną šviesą.
• Argonas: plačiai naudojamas suvirinime kaip inertiška dujų aplinka, pramoniniuose procesuose, apsaugo metalus nuo oksidacijos; taip pat pildomas į kaitrines lemputes, kad sulėtintų volframo garavimą.
• Kriptonas: naudojamas specializuotose lempose ir fotografijos blykstėse, taip pat tam tikruose lazeriuose.
• Ksenonas: stiprios šviesos šaltiniai (automobilių prožektoriai, kino projektoriai, fotografijos žibintai), blykstės, excimer lazeriai ir kosminiai joninių variklių tyrimai (kuriose naudojami didesnio svorio inertiniai dujos). Ksenonas taip pat turi narkozines savybes ir medicinėje praktikoje tirta kaip anestezijos agentas.
• Radonas: dėl radioaktyvumo naudojimas ribotas; jis buvo naudojamas ankstyvojoje radioterapijoje, tačiau dabar dažniausiai laikomas pavojingu taršos šaltiniu ir stengiamasi mažinti jo koncentracijas patalpose — radonas didina plaučių vėžio riziką.

Tauriųjų dujų junginiai

Nors tauriosios dujos ilgą laiką laikytos visiškai inertinėmis, XX a. antroje pusėje atrasta, kad sunkieji nariai (ypač Ksenonas, taip pat kiti) gali sudaryti junginius su labai elektronegiškais reagentais (pvz., fluorais, oksidais). Tokie junginiai pakeitė supratimą apie visišką inertumą, tačiau daugiausia sintezuojami laboratorijose ir pramoniniu mastu yra reti.

Viršutinio grupės elemento (118) pastaba

Ununokcis (118 elementas, dabar pavadintas oganesonu) greičiausiai priskirtinas kitai tauriųjų dujų porai, nes jis užima tos pačios grupės vietą po radono. Tačiau jo pusėjimo trukmė yra labai trumpa (apie 0,89 ms pagal kai kuriuos matavimus), po kurios jis skyla į ununheksį (116 elementas). Dėl tokio trumpo gyvavimo laiko praktinis jo naudojimas yra labai ribotas.

Istorija ir atradimas

Tauriąsias dujas atrado lordas Rayleigh ir seras Williamas Ramsay pabaigoje XIX a. — pradžioje XX a. Jų tyrimai atskleidė atmosferos komponentus, kurie nesutapo su žinomų dujų savybėmis. Už tyrimus apie tauriąsias dujas 1904 m. Rayleigh gavo Nobelio fizikos premiją, o Williamas Ramsay tais pačiais metais buvo apdovanotas Nobelio chemijos premija už savo indėlį atrandant naujus cheminius elementus ir tyrinėjant juos.

Saugos ir aplinkos aspektai

Tauriosios dujos, išskyrus radoną, paprastai nelaikomos tiesiogiai toksiškomis ir neturi cheminio toksiškumo, tačiau jų kaupimasis uždaroje erdvėje gali sukelti dusulį dėl deguonies atstūmimo. Radonas yra reikšminga sveikatos grėsmė: ilgalaikis radono poveikis didina plaučių vėžio riziką ir todėl būtina matuoti bei mažinti radono koncentracijas gyvenamosiose ir darbo patalpose.

Apibendrinant, tauriosios dujos yra unikalus grupės elementų rinkinys, kurio savybės — cheminis stabilumas, monatominė struktūra ir specifiniai fizikiniai parametrai — suteikia joms daug naudingų pritaikymų pramonėje, moksluose ir medicinoje, kartu reikalaujant atsižvelgti į saugumo ir aplinkos aspektus.

Klausimai ir atsakymai

Klausimas: Kas yra tauriosios dujos?

K: Kiek yra tauriųjų dujų?

K: Kur galima rasti šių tauriųjų dujų?

K: Ar iš tauriųjų dujų gali susidaryti junginiai?

K: Kas atsitinka, kai tauriosios dujos naudojamos šaltojo katodo vamzdžiuose šviesai gaminti?

K: Kas atrado tauriąsias dujas?

Klausimas: Koks elementas Periodinėje lentelėje yra 18 grupės elementas po radono?

Paieška pagal raidę