الغازات النبيلة

خصائص الغازات النبيلة :

الغازات النبيلة غير متفاعلة نسبيًا. في الواقع، فهي العناصر الأقل تفاعلًا في الجدول الدوري. وذلك لأن لديهم غلاف التكافؤ كامل . لديهم ميل ضئيل لكسب أو فقدان الإلكترونات.

 في عام 1898، صاغ هوغو إردمان عبارة “الغاز النبيل ” ليعكس التفاعل المنخفض لهذه العناصر، بنفس الطريقة التي تكون بها المعادن النبيلة أقل تفاعلاً من المعادن الأخرى. تحتوي الغازات النبيلة على طاقات تأين عالية وسالبية كهربية لا تذكر. تتميز الغازات النبيلة بنقاط غليان منخفضة، وتكون جميعها غازات في درجة حرارة الغرفة.

كيف تم اكتشاف الغازات الخاملة؟

الغازات الخاملة غير مرئية وغير متفاعلة، مما يجعل من الصعب جدًا اكتشافها عند اختلاطها بغازات أخرى في الهواء. وفي عام 1894، لم يكن هناك سبب للشك في وجودها على الإطلاق.

في تلك السنة قام السير ويليام رامزي بتجربة مثيرة للاهتمام. أراد أن يرى ما حدث عندما تمت إزالة جميع الغازات من الهواء. لقد فعل ذلك عن طريق تمرير الهواء فوق النحاس الساخن والماغنيسيوم الساخن.

ويتوقع ألا يتبقى له شيء في النهاية. ورأى أن كل شيء في الهواء سوف يتفاعل، إما مع النحاس الساخن أو مع الماغنيسيوم الساخن. في الواقع، وجد أنه من كل 100 سم 3 من الهواء يبقى حوالي 1 سم 3 دائمًا في الخلف.

كان ويليام رامزي عالمًا جيدًا لدرجة أنه كان يعلم أنه لم يرتكب أي خطأ. بغض النظر عن عدد المرات التي كرر فيها التجربة، كان لديه دائمًا نفس نسبة الغاز المتبقية. لقد أجرى الكثير من التجارب على الغاز المتبقي لمحاولة جعله يتفاعل مع شيء ما.

لقد جرب المادة الأكثر تفاعلية التي يعرفها، بما في ذلك الفلور والفوسفور والبوتاسيوم، لكنها لم تفعل أي شيء. لذلك أطلق على هذا الغاز الجديد اسم “الأرجون“، من كلمة يونانية تعني “كسول” أو “خامل”.

استخدامات الغازات النبيلة:

• في العمليات المعدنية، يستخدم الأرجون على نطاق واسع من أجل توفير الجو الخامل اللازم. يلعب هذا الجو الخامل دورًا مهمًا في لحام التيتانيوم.والألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ والماغنيسيوم . كما أنها تستخدم في إنتاج التيتانيوم.
• يتم استخدام كمية محدودة من الأرجون في بلورات الجرمانيوم والسيليكون التي تستخدم في المصابيح الكهربائية والترانزستورات وغيرها.
• درجة غليان الهيليوم هي الأقل مقارنة بأي سائل آخر. يتم استخدامه للحصول على أدنى درجات الحرارة المطلوبة في الليزر.
• يستخدم الهيليوم في المفاعلات النووية كغاز تبريد ويستخدم كغاز متدفق في تحليل كروماتوجرافيا الغاز السائل. يجد تطبيقه في المناطيد وبالونات الهيليوم.

  

• تستخدم بالونات الهيليوم للتحقق من الطقس في منطقة معينة. ويفضل الهيليوم على الهيدروجين على الرغم من أن الهيدروجين أرخص، حيث أن الهيليوم متاح بسهولة والهيدروجين شديد الاشتعال. ومن ثم، نظرًا لقضايا السلامة، يُفضل استخدام الهيليوم في الطائرات.
• يتم استخدام الهيليوم من قبل الغواصين لتخفيف الأكسجين على النيتروجين في أسطوانات الغاز التي يستخدمونها حيث يمكن أن يذوب النيتروجين بسهولة في الدم مما يؤدي إلى حالة مؤلمة تسمى الانحناءات. إن خطر الهيليوم الذي يسبب الانحناءات أقل قليلاً من خطر النيتروجين.
• يستخدم النيون في أنابيب التفريغ وهو السبب وراء التوهج البرتقالي المحمر الذي تنتجه أضواء النيون.
• يتم استخدام الزينون والكريبتون في وحدات فلاش التصوير الفوتوغرافي بسبب توليد ضوء ساطع جدًا . كما أنها تستخدم في المنارات.
• يستخدم النيون والزينون والكريبتون لإنتاج أضواء ملونة مختلفة .

المفاهيم الخاطئة حول الغازات النبيلة

على الرغم من أن الغازات النبيلة تسمى الغازات النادرة، إلا أنها ليست غير شائعة بشكل خاص على الأرض أو في الكون. 

في الواقع، يعتبر الأرجون ثالث أو رابع أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي  (1.3% من حيث الكتلة أو 0.94% من حيث الحجم)، في حين أن النيون والكريبتون والهيليوم والزينون هي عناصر ضئيلة ملحوظة.

لفترة طويلة، اعتقد الكثير من الناس أن الغازات النبيلة غير متفاعلة تمامًا وغير قادرة على تكوين مركبات كيميائية. على الرغم من أن هذه العناصر لا تشكل مركبات بسهولة، فقد تم العثور على أمثلة لجزيئات تحتوي على الزينون والكريبتون والرادون. 

عند الضغط العالي، حتى الهيليوم والنيون والأرجون يشاركون في التفاعلات الكيميائية.

مركبات الغاز النبيلة:

في السنوات الأخيرة، تم اكتشاف عدد من التفاعلات باستخدام عناصر الغازات النبيلة. على الرغم من أن الحكمة التقليدية كانت أن الأغلفة الخارجية الكاملة لهذه العناصر لن تسمح لها بالتفاعل،

إلا أن بعض العلماء اعتقدوا أن الإلكترونات الخارجية للعناصر الأكبر (مثل Rn وXe وKr) كانت بعيدة بما يكفي عن النواة لدرجة أنها ينبغي أن تكون قادرة على النزوح في ظل مجموعة من الظروف المناسبة.

تم تصنيع أول مركب (XePtF 6 ) باستخدام الزينون في عام 1962. ومنذ ذلك الحين، تم تصنيع العديد من المركبات باستخدام الرادون والزينون والكريبتون والأرجون.فقط الهيليوم والنيون لم يشكلا مركبات في هذا الوقت.

في الختام، يظل الاستكشاف والاستفادة من الغازات النبيلة في الكيمياء والصناعة موضوعًا مذهلاً ومثيرًا. إن هذه العناصر النادرة تجسد الثبات والثقة في عالم الكيمياء، وتشكل جزءًا لا يتجزأ من العديد من التطبيقات التي نعتمدها يوميًا.

من الهيليوم الذي يجعل البالونات تعلو في السماء إلى الزينون الذي يمكنه تحسين أداء الأجهزة الإلكترونية، ومن الأرجون المفيد في لحام المعادن إلى النيون الذي يضفي لمسة من الإبداع على الإعلانات، تظل هذه الغازات أدوات حيوية للإبداع والابتكار.

نحن نعيش في عصر تقني يتسم بالتطور السريع، والغازات النبيلة تلعب دورًا مهمًا في دفع هذا التقدم إلى الأمام. إن قصة هذه العناصر الكيميائية تعبر عن التحديات والإمكانيات التي توفرها العلوم الطبيعية والتكنولوجيا في تغيير حياتنا وجعلها أفضل.

المراجع:

1- موقع www.byjus.com/chemistry/uses-and-applications-of-the-noble-gases أطلعت عليه بتاريخ 21/9/2023.

2- موقع www.thoughtco.com/noble-gases-properties-and-list-of-elements أطلعت عليه بتاريخ 21/9/2023.

3- موقع www.owlcation.com/stem/What-is-so-noble-about-Noble-Gases أطلعت عليه بتاريخ 21/9/2023.

4-موقع www.chem.libretexts.org/Bookshelves/Introductory_Chemistry أطلعت عليه بتاريخ 21/9/2023.