background image

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

15

HELOWCE    (GAZY  SZLACHETNE) 

 
 Ogólna charakterystyka 
 

Symbol Nazwa 

Walenc. 
Konfig. 
Elektr. 

Temp. 
wrzenia 
(około) 

zawartość w 
powietrzu 
   ( % obj.) 

  He 
 

  hel 

 1s

2

 

  4,2 K    0,0005 

  Ne 
 

neon  

2s

2

p

  27 K 

  0,0016 

  Ar 
 

argon  

3s

2

p

  87 K 

  0,9325 
 

  Kr 
 

krypton  4s

2

p

6

   120 K    0,0001 

  Xe 
 

ksenon  

5s

2

p

6

  165 K 

  

  8 

x

 10

-6 

  Rn 
 

radon  

6s

2

p

6

    211 K   

                          Bardzo  trwałe  konfiguracje  elektronowe 
 

Powietrze:    N

2

             77,4 K       78,09 % 

                      O

2

             90,2 K       20,95 % 

inne (CO

2

,  H

2

)                          ok.   0,03 % 

 
 

Wszechświat:  Hel  jest  2-gim   po wodorze  
pod względem rozpowszechnienia 

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

16

 

Właściwości fizyczne helowców 

Są to gazy bezbarwne, bez smaku i zapachu. 

Hel wykazuje najniższą temperaturę wrzenia:  4,2 K  

 
(=  temp. skroplenia pod normalnym ciśnieniem),   
dlatego ciekły hel stosowany jest do otrzymywania najniższych 
temperatur, tzw.  helowych w kriotechnice). 

 
 
Skroplony hel występuje w 2 odmianach: 
 
hel I – własności cieczy (poniżej 4K) 
 
hel II – „ nadciekły”   
 
powstaje w temp. 2,17 K i  p = ok.  5 000

 

Pa   

ma bardzo małą  lepkość   i   bardzo dobre 
przewodnictwo cieplne 
(1000  razy większe od przewodnictwa miedzi)   
- stan nadciekły helu 

 

 

 

 

 

background image

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

17

Helowce  występują  w postaci  cząsteczek 

                        jednoatomowych 

          cząsteczka  He

2

  jest  nietrwała 

 

 

         He

2

                       He

2

+

                      HeH

+

 

jest mniej trwały               trwalszy                     trwalszy  

niż dwa atomy                  niż He i He

+

                niż He i H

+

 

helu  oddzielnie 

 

Jony He

2

+

  i HeH

 powstają w czasie wyładowań 

atmosferycznych.  

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

18

Otrzymywanie  helowców  

a)  frakcjonowana destylacja powietrza 

-  wszystkie helowce z wyjątkiem radonu 

 
b)  He   uzyskuje się też z gazu ziemnego 
 
c)  He  i Ar  powstają wskutek naturalnych 

przemian promieniotwórczych, np.  

 

226 

Ra  →  

222

Rn  +  

4

He    przemiana  

α (

4

He) 

                                                     

   40 

K  →  

40

Ar  +  

0

β

+

 

 
Radon (Rn) jest naturalnym pierwiastkiem 
promieniotwórczym. Znane są 23 izotopy Rn  
 
3 główne izotopy   radonu: 
                                                                    T

1/2 

                                                                                                                  ------------ 

radon     

222

Rn       (z szeregu U-Ra)       3,8 dnia 

toron      

220

Rn       (Th - torowy)             56 s 

aktynon  

219

Rn      (U-Ac aktynowy)         4 s 

background image

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

19

 

Radon  dyfunduje z podłoża  (ze skorupy ziemskiej) 

-  najwięcej:  w skałach granitowych 
                       i  w starych kopalniach rud uranu 
 
-  najmniej w skałach wapiennych 

 

Jest 7,5 razy cięższy od powietrza 
- akumuluje się w pomieszczeniach zamkniętych 
 

 
wg zarządzenia  Państwowej Agencji Atomistyki (1995 r)  
dopuszczalne średnie roczne stężenie  

222

Rn   

w budynkach    
                       

 do 200 Bq/m

3

     

 

(Bq = bekerel, jednostka aktywności ciała promieniotwórczego).  

 
(nowe budynki muszą mieć atest radonowy) 

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

20

Właściwości  chemiczne  helowców 
 
a)  Rayleigh   i   Ramsey   odkryli helowce  

 

(1894-1898) ale nie udało im się wykryć żadnej reakcji 
chemicznej tych pierwiastków – nieaktywne? 

 
 
b)  Bartlett, 1960: 
 

                +6                 +1  +5 

Xe  +  PtF

6

  = XePtF

6

                 

heksafluoro- 

                                                                      platynian(V) 
                                                                      ksenonu 
 
                                          Związek o barwie czerwono-pomarańcz. 

Xe

+

 [PtF

6

]

-

                

stały i trwały w temp. pokojowej.  

                                          Budowa jonowa w stanie stałym.

 

 
 

c)  w latach 1960-64 otrzymano ponad  

40 związków ksenonu,   kryptonu   i   radonu 

       

      nadal nieznane są żadne związki He  i  Ne 

background image

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

21

Związki  Xe,  Kr  i Rn  z fluorowcami 

najważniejsze są   fluorki ksenonu – z nich otrzymywane są inne  
związki ksenonu  

 

fluorki:  XeF

2

,   XeF

4

,   XeF

6           

 KrF

4

 

powstają  w czasie ogrzewania  lub podczas wyładowań 
elektrycznych : 
 

              Xe      +  F

2

   =   XeF

2

           

bezbarwne 

                                                            

ciała 

              XeF

2

  +  F

2

   =   XeF

4

           

krystaliczne

 

 
              XeF

4

  +  F

2

   =   XeF

6

 

 

                         

         F                       Xe                       F 

                                                     F 

 

Struktura kwadratowa 

 

 

 

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

22

Związki  Xe  z tlenem             

Tritlenek ksenonu:    XeO

3

    

 

 

 
bezbarwne ciało stałe 
struktura piramidy trygonalnej

  

 

powstaje:  XeF

6

 +  3H

2

O  =  XeO

3

  +  6HF 

 
(XeO

3

  w r-rze wodnym jest silnym utleniaczem: 

                  Mn

2+ 

ÆMnO

4

-

 

 

Oxofluorki:    XeOF

4

     XeO

2

F

2

 

Powstają:     np.  XeF

6

  +  H

2

O  =  XeOF

4

  +  2HF 

background image

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

23

Klatraty   

(od łacińskiego słowa clathratus –  

                               zamknięty w klatce  

 

Niektóre związki chemiczne, np. 
 

  

OH

OH

OH

NH

2

 

   hydrochinon           fenol                     anilina 

podczas krzepnięcia    OKLUDUJĄ 

we wnękach swej  sieci przestrzennej takie 

cząsteczki  obce jak:   SO

2

,  H

2

S,  HCl,    Ar,   Xe. 

( i inne gazy szlachetne z wyjątkiem He). 

              Wnęki mają średnicę do kilkuset pm 

Cząsteczki obce zostają we wnękach uwięzione w 

sposób mechaniczny, bez wiązań chemicznych. 

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

24

np. klatraty   hydrochinonu – substancji 
macierzystej   
z ksenonem i argonem: 
 

[C

6

H

4

(OH)

2

]

3

 · 0,88 Xe       [C

6

H

4

(OH)

2

]

3

 · 0,8 Ar 

 
Gazy: Ar i Xe można odzyskać rozpuszczając 
klatrat np. w alkoholu metylowym  
lub ogrzewając  w 390 K  
 

Klatraty:   hydraty helowców 

Y · 5,75 H

2

O            (Y – atom helowca) 

Cząsteczki wody krzepną w obecności helowców. 

 

Komórka elementarna zawiera 46 cząsteczek 

wody, między którymi jest 8 wnęk (luk) – 

wypełnianych przez helowce. 

Stosunek liczby cząsteczek H

2

O : cząsteczek Y= 

          46/8 = 5,75  

background image

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www.ch.pwr.wroc.pl/~d.michalska

 

 

25

Zastosowanie helowców 

a)  He:            do napełniania balonów   (nie jest  
        palny  i nie przenika przez powłokę balonu) 

 

b)  mieszanina O

2

 i He 

  - gaz, którym oddychają 

nurkowie  przy podwyższonym ciśnieniu. 
 
He rozpuszcza się we krwi w znacznie mniejszym 
stopniu niż N

2

, który może wydzielić się w postaci 

pęcherzyków zamykających naczynie krwionośne 
(kiedy gwałtownie zmniejszy się ciśnienie).    
 

c)  skroplony He 

  (4 K) – w laboratoriach 

naukowych 
 

d)   Kr,   Xe    

- do napełniania żarówek (są trwalsze, 

bo ograniczają  powolne parowanie metalu (W)  
z rozżarzonego włókna wolframowego). 

 

e)  Produkcja barwnych świateł „neonów” : 
 
Rozrzedzone gazy szlachetne podczas 
wyładowań elektrycznych emitują barwne 
światło:  Ne - 

c

c

z

z

e

e

r

r

w

w

o

o

n

n

e

e

,   He - 

ż

ż

ó

ó

ł

ł

t

t

e

e

,  

                He + Hg

(gaz)

 - 

n

n

i

i

e

e

b

b

i

i

e

e

s

s

k

k

i

i

e

e