گازهای نجیب جدول تناوبی عناصر
گروه 18 جدول تناوبی شامل گازهای نجیب یا گازهای بی اثر می‌شود:
- هلیوم (He)
- نئون (Ne)
- آرگون (Ar)
- کریپتون (Kr)
- زنون (Xe)
- رادون (Rn)
این عناصر نسبت به عناصر یا ترکیبات دیگر واکنش نشان نمی‌دهند و به همین دلیل به مقدار کمی در جو یافت می‌شوند (در واقع، یک درصد از اتمسفر آرگون است). در دمای اتاق، تمامی عناصر گازهای نجیب جدول تناوبی بی رنگ، بی بو و تک اتمی هستند.
اولین گاز نجیب جدول تناوبی: هلیوم (He)
هلیوم گازی بی رنگ، بی بو و غیر فعال است که در دمای 268.97- درجه سانتی‌گراد (4.18 کلوین) به هلیوم مایع تبدیل می‌شود. نام هلیوم از کلمه یونانی خورشید، یعنی هلیوس گرفته شده است.
غلظت گاز هلیوم در پوسته زمین حدود ppt 8 است که آن را به هفتاد و یکمین عنصر از لحاظ فراوانی تبدیل می‌کند. این عنصر در اتمسفر نیز با غلظت 5 ppm یافت می‌شود.
به طور کلی، هلیوم دومین عنصر فراوان در کیهان است که 23 درصد جرم آن را تشکیل می‌دهد؛ به طوری که هیدروژن و هلیوم روی هم رفته، 99 درصد ماده جهان را تشکیل می‌دهند. سه عنصر هیدروژن، هلیوم و مقادیر کمی از لیتیوم در آغاز جهان در انفجار بیگ بنگ تولید و پخش شدند. در ادامه، این عناصر با نیروی گرانش به ستاره تبدیل شدند که ادغام اتم‌های هیدروژن در ستارگان برای تولید هلیوم مقادیر زیادی انرژی تولید کرد. این انرژی که از نور خورشید نیز ساطع می‌شود، توسط گیاهان در فرآیند فتوسنتز مصرف شده و زندگی بیشتر موجودات زنده را هدایت می‌کند.
همچنین گاز هلیوم در برخی از مواد معدنی یافت می‌شود؛ جایی که توسط عناصر رادیواکتیو و تجزیه آن به ذرات آلفا تولید می‌شود.
دومین گاز نجیب جدول تناوبی: نئون (Ne)
گاز نئون بی رنگ، بی بو و غیر واکنشی است که در دمای -246.1 درجه سانتی‌گراد (27.1 کلوین) به نئون مایع تبدیل می‌شود. این عنصر در پوسته زمین با غلظت 70 ppt یافت می‌شود که آن را به هشتادمین عنصر فراوان تبدیل می‌کند. همچنین نئون در اتمسفر با غلظت 18 ppm یافت می‌شود. گاز نئونی که به صورت تجاری استفاده می‌شود، از هوای مایع با روش تقطیر جز به جز استخراج و جداسازی می‌شود.
سومین گاز نجیب جدول تناوبی: آرگون (Ar)
آرگون گازی بی رنگ، بی بو و غیر فعال است که در دمای 185.8- درجه سانتی‌گراد (87.3 کلوین) به آرگون مایع تبدیل می‌شود. این عنصر در پوسته زمین با غلظت 1.2 ppm (که در اثر تجزیه رادیواکتیو پتاسیم 40 تولید شده است) یافت می‌شود که آن را به پنجاه و ششمین عنصر از لحاظ فراوانی تبدیل می‌کند. همچنین گاز آرگون در اتمسفر با غلظت 0.93 درصد (حجمی) یافت می‌شود. آرگونی که به صورت تجاری استفاده قرار می‌گیرد، از هوای مایع با روش تقطیر جز به جز استخراج و جداسازی می‌شود. برای آشنایی بیشتر با گاز آرگون، این مقاله از سایت پارس هوای البرز را بخوانید.
چهارمین گاز نجیب جدول تناوبی: کریپتون (Kr)
کریپتون گازی بی رنگ، بی بو و غیر فعال است که در دمای 153.2- درجه سانتی‌گراد (119.9 کلوین) به کریپتون مایع تبدیل می‌شود. این عنصر در پوسته زمین با غلظت 10 ppt یافت می‌شود که آن را به هشتاد و یکمین عنصر فراوان در پوسته زمین تبدیل می‌کند. همچنین این گاز در اتمسفر با غلظت 1 ppm (بر حسب حجم) یافت می‌شود. کریپتون که به صورت تجاری مورد استفاده قرار می‌گیرد، از هوای مایع با روش تقطیر جز به جز استخراج و جداسازی می‌شود.
پنجمین گاز نجیب جدول تناوبی: زنون (Ze)
زنون گازی بی رنگ، بی بو و غیر واکنشی است که در 111.7- درجه سانتی‌گراد (161.4 کلوین) به زنون مایع تبدیل می‌شود. این عنصر در پوسته زمین با غلظت 2 ppt پیدا می‌شود که آن را به هشتاد و سومین عنصر فراوان پوسته زمین تبدیل می‌کند. همچنین زنون در اتمسفر با غلظت 90 ppm (بر حسب حجم) یافت می‌شود. گاز زنونی که به صورت تجاری استفاده می‌شود از هوای مایع با روش تقطیر جزئی استخراج و جداسازی می‌شود.
ششمین گاز نجیب جدول تناوبی: رادون (Rn)
رادون گازی بی رنگ، بی بو و رادیواکتیو است که در -61.8 درجه سانتی‌گراد (211.3 کلوین) به رادون مایع تبدیل می‌شود. این عنصر در پوسته زمین تنها به مقدار کمی یافت می‌شود و یکی از ده عنصر کمیاب است؛ به طوری که در اتمسفر با غلظت 9 تا 10 ppt (بر حسب حجم) یافت می‌شود.
رایج‌ترین ایزوتوپ‌های رادون، رادون-220 و رادون-222 هستند که نیمه عمر آنها به ترتیب 55.6 ثانیه و 3.82 روز است. اگرچه رادون از نظر شیمیایی غیر فعال است، اما وقتی رادون تولید می‌شود، می‌تواند به شکل گاز از زمین خارج شود و یا در زیرزمین‌ها یا سایر مناطق محصور جمع شود.
رادون می‌تواند ذره آلفا تولید و تابش کند. نکته مهم و قابل توجه این است که اگر گاز رادون استنشاق شود و در ریه‌ها دچار فروپاشی و تولید ذرات آلفا شود، ایزوتوپی از پولونیوم تولید می‌کند که به شکل جامد است. این ایزوتوپ از پولونیوم مانند تمام محصولات حاصل از تجزیه رادون، دارای نیمه عمر است.
وجود ذرات آلفا بیش از 20 سال در داخل ریه‌ها، منجر به افزایش خطر ابتلا به سرطان ریه می‌شود که حدود 10 درصد از موارد گزارش شده سرطان ریه ناشی از همین عنصر رادیواکتیو هستند.
کاربردهای گازهای نجیب جدول تناوبی عناصر
کاربردهای هلیوم (He)
- هلیوم به دلیل حلالیت کمی که در مایعات و لیپیدها دارد، به عنوان بخشی از گازهای تنفسی به کار برده می‌شود؛ زیرا گازهای دیگر در هنگام غواصی و یا هنگامی که تحت فشار هستند، توسط خون و بافت‌های بدن جذب می‌شوند. هنگامی که هلیوم جایگزین بخشی از مخلوط تنفسی شود، باعث کاهش مقدار اثر مخدر گاز در بدن می‌شود؛ این به این معناست که حباب‌های گاز کمتری تشکیل شده و فشار را کاهش می‌دهد.
- از این گاز برای محافظت از قوس‌های جوشکاری و فلز پایه اطراف آن در برابر جو استفاده می‌شود.
- هلیوم در دمای بسیار پایین، برای نگهداری ابررساناها استفاده می‌شود.
- گاز هلیوم رایج‌ترین گاز حامل در کروماتوگرافی گازی است.
کاربردهای نئون (Ne)
نئون کاربردهای رایج و آشنای زیادی دارد:
- چراغ‌های نئون
- چراغ‌های مه شکن
- دوربین‌های تلویزیونی
- لیزرها
- آشکارسازهای ولتاژ
- علائم تبلیغاتی
محبوب‌ترین کاربرد نئون لامپ‌های نئونی است که در تبلیغات و تزئینات استفاده می‌شود. این لامپ‌ها با فشار کمی با نئون، هلیوم یا آرگون پر می‌شوند و در معرض تخلیه الکتریکی قرار می‌گیرند. رنگ نور ساطع شده از آنها به ترکیب مخلوط گازی و رنگ شیشه لوله بستگی دارد.
نئون خالص درون یک لوله بی رنگ، نور قرمز را جذب کرده و نور آبی را منعکس می‌کند. این نور منعکس شده به عنوان نور فلورسنت نیز شناخته می‌شود.
کاربردهای آرگون (Ar)
آرگون کاربردهای زیادی دارد و در صنایع مختلفی از کپسول گاز آرگون استفاده می‌شود. از این کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- الکترونیک: آرگون در الکترونیک برای ایجاد یک محیط انتقال حرارت محافظ برای نیمه هادی‌های کریستال، سیلیکون خالص و رشد ژرمانیوم استفاده می‌شود.
- نورپردازی: آرگون همچنین می‌تواند لامپ‌های فلورسنت و رشته‌ای را پر کرده و نور آبی را ایجاد کند.
- ساخت شیشه: سازندگان پنجره با استفاده از رسانایی حرارتی کم آرگون، سد گازی مورد نیاز برای تولید پنجره‌های عایق دو جداره را فراهم می‌کنند. این مانع عایق، باعث بهبود بازدهی پنجره‌ها می‌شود.
- ساخت فلز: آرگون همچنین در حین جوشکاری یک محافظ گاز بی اثر ایجاد می‌کند.
کاربردهای کریپتون (Kr)
- مشابه آرگون، کریپتون را می‌توان در پنجره‌های عایق دو جداره به کار برد. این عنصر به دلیل راندمان حرارتی بالا، گاهی اوقات به جای آرگون برای عایق انتخاب می‌شود.
- کریپتون در منابع سوخت نیز یافت می‌شود.
- در لیزرها، این گاز به عنوان کنترل کننده طول موج نوری عمل می‌کند.
- از کریپتون برای لامپ‌هایی که دما و کارایی بالاتری دارند استفاده می‌شود؛ زیرا سرعت تبخیر رشته را کاهش می‌دهد.
کاربردهای زنون (Xe)
زنون کاربردهای مختلفی در لامپ‌های رشته‌ای، اشعه ایکس، پنل‌های نمایش پلاسما و غیره دارد.
- لامپ‌های رشته‌ای: در لامپ‌های رشته‌ای از زنون استفاده می‌شود؛ زیرا با استفاده از آن، انرژی کمتری برای به دست آوردن نور خروجی مشابه یک لامپ رشته‌ای معمولی مصرف می‌شود.
- اشعه ایکس: زنون همچنین امکان به دست آوردن اشعه ایکس با مقادیر کم تابش را نیز فراهم کرده است. هنگامی که این عنصر با اکسیژن مخلوط می‌شود، می‌تواند کنتراست را در تصویربرداری CT افزایش دهد. این کاربر تاثیر زیادی در صنایع مراقبت‌های بهداشتی داشته است.
- پنل‌های نمایش پلاسما: از زنون به عنوان یکی از گازهای پرکننده در پنل‌های نمایش پلاسما استفاده می‌کنند. این گاز در آینده می‌تواند جایگزین لامپ‌ها در تلویزیون و صفحه نمایش کامپیوتر شود.
کاربردهای رادون (Rn)
گاز رادون به عنوان دومین عامل شایع سرطان ریه، پس از استعمال سیگار گزارش شده است. با این حال این گاز نجیب کاربردهای مفیدی در رادیوتراپی، درمان آرتریت و حمام کردن نیز دارد.
- در رادیوتراپی، رادون در دانه‌های قابل کاشت، ساخته شده از شیشه یا طلا، که عمدتاً برای درمان سرطان استفاده می‌شود، استفاده شده است.
- گفته شده است که قرار گرفتن در معرض رادون باعث کاهش ابتلا به بیماری‌های خودایمنی مانند آرتریت می‌شود. همچنین برخی از مبتلایان به آرتریت به دنبال قرار گرفتن در معرض آب‌های رادیواکتیو معدن و رادون برای تسکین درد خود هستند. اسپاهای رادون مانند Bad Gastern در اتریش و Onsen در ژاپن این گونه درمان‌ها را ارائه می‌دهند که در آن افراد برای دقیقه تا ساعت‌ها در فضایی حاوی رادون بالا می‌نشینند و معتقدند که دوزهای کم تابش این گاز، باعث افزایش انرژی آنها می‌شود.
دیدگاه تان را بنویسید