Ποιο είναι το βαρύτερο ευγενές αέριο;

Τα ευγενή αέρια αποτελούν την ομάδα 18 στοιχείων του περιοδικού πίνακα (πρώην ομάδα VIII-A). Αυτά τα στοιχεία χαρακτηρίζονται από το ότι έχουν μια ηλεκτρονική διαμόρφωση γεμάτη με κέλυφος στην οποία το τελευταίο ενεργειακό επίπεδο έχει τα τροχιακά του syp πλήρως γεμάτα. Αυτή η ηλεκτρονική διαμόρφωση είναι ιδιαίτερα σταθερή, γι’ αυτό και αυτά τα στοιχεία δεν έχουν την ανάγκη να σχηματίσουν χημικούς δεσμούς για να μοιράζονται ηλεκτρόνια που αναζητούν περισσότερη σταθερότητα. Στην πραγματικότητα, οι περισσότερες χημικές αντιδράσεις που υφίστανται τα άλλα στοιχεία του περιοδικού πίνακα το κάνουν για να περιβληθούν με τα ίδια 8 ηλεκτρόνια που περιβάλλουν τα ευγενή αέρια. Αυτό είναι γνωστό ως κανόνας οκτάδας.

Από το γεγονός ότι είναι τόσο σταθερά, τα στοιχεία της ομάδας 18 είναι επίσης εξαιρετικά αδρανή και δεν συνδυάζονται ουσιαστικά με κανένα άλλο στοιχείο. Επιπλέον, αυτά τα στοιχεία δεν έχουν καν την τάση να συνδέονται μεταξύ τους και οι μόνες αλληλεπιδράσεις που συμβαίνουν μεταξύ δύο ατόμων είναι οι ασθενείς δυνάμεις διασποράς του Λονδίνου. Για το λόγο αυτό, αυτά τα στοιχεία έχουν πολύ χαμηλά σημεία βρασμού και γενικά βρίσκονται σε αέρια κατάσταση υπό κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης. Και τα δύο φυσικοχημικά χαρακτηριστικά έχουν κερδίσει αυτά τα στοιχεία το όνομα ευγενών αερίων.

Εν ολίγοις, αυτό που κάνει τα ευγενή αέρια ευγενή αέρια είναι ότι βρίσκονται σε αέρια κατάσταση και ότι είναι χημικά αδρανή. Αυτό είναι ένα σημαντικό σημείο όταν προσδιορίζεται ποιο είναι το βαρύτερο ευγενές αέριο.

Τι σημαίνει να είσαι το βαρύτερο ευγενές αέριο;

Ας ορίσουμε πρώτα τι εννοούμε με τον όρο «το πιο βαρύ ευγενές αέριο». Αυτός ο προσδιορισμός μπορεί στην πραγματικότητα να έχει μία από τις δύο ερμηνείες: αφενός, μπορεί να αναφέρεται στο αέριο στοιχείο με το υψηλότερο ατομικό βάρος. Από την άλλη, θα μπορούσαμε να αναφερθούμε στο πιο πυκνό αέριο.

Αν και η πυκνότητα είναι ανάλογη με τη μοριακή μάζα ενός αερίου και η μοριακή μάζα των αερίων αυξάνεται καθώς κατεβαίνετε μια ομάδα στον περιοδικό πίνακα, η απάντηση στο ερώτημα ποιο αέριο είναι βαρύτερο δεν είναι τόσο απλή όσο η κύλιση προς τα κάτω στη λίστα το τελευταίο στοιχείο στην ομάδα.

Μάλιστα, δύο είναι οι υποψήφιοι για το βαρύτερο ευγενές αέριο και κανένα δεν είναι το τελευταίο στοιχείο της ομάδας.

Το ογάνιο δεν είναι το βαρύτερο ευγενές αέριο.

Όπως αναφέραμε πριν από λίγο, σε αντίθεση με την αρχική διαίσθηση, το βαρύτερο ευγενές αέριο δεν είναι το τελευταίο μέλος της ομάδας, δηλαδή το oganeson, το χημικό σύμβολο Og. Αυτό οφείλεται σε διάφορους λόγους. Αρχικά, το oganeson είναι ένα συνθετικό τρανσακτινιδικό στοιχείο, που σημαίνει ότι αυτό το στοιχείο δεν υπάρχει στη φύση, αλλά συντέθηκε σε έναν επιταχυντή σωματιδίων μέσω της πυρηνικής σύντηξης.

Το πρόβλημα με το oganeson, και ο κύριος λόγος που δεν μπορούμε να του δώσουμε τον τίτλο του βαρύτερου ευγενούς αερίου, είναι ότι έχει πολύ μικρή διάρκεια ζωής. λιγότερο από 1 ms. Επιπλέον, τα συνθετικά στοιχεία παράγονται σε εξαιρετικά μικρές ποσότητες. Και για τους δύο λόγους, είναι σχεδόν αδύνατο να συσσωρευτούν αρκετά άτομα ογανεσονίου για αρκετό χρόνο για να μετρηθούν οι φυσικοχημικές του ιδιότητες. Κατά συνέπεια, τίποτα δεν είναι γνωστό με βεβαιότητα για τη φυσική κατάσταση αυτού του στοιχείου σε κανονική θερμοκρασία και πίεση.

Μάλιστα, υπολογίζεται ότι, αν διαρκούσε αρκετά, το στοιχείο αυτό θα ήταν στερεό σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτό από μόνο του το αποκλείει ως το βαρύτερο «ευγενές αέριο», παρά το γεγονός ότι είναι το βαρύτερο στοιχείο που γνωρίζει ο άνθρωπος.

Από την άλλη πλευρά, έχουν γίνει επίσης πολλαπλοί θεωρητικοί υπολογισμοί σχετικά με την ηλεκτρονική δομή που θα είχε αυτό το στοιχείο και τα αποτελέσματα είναι πραγματικά απροσδόκητα. Υποτίθεται ότι το μεγάλο πυρηνικό φορτίο θα επιτάχυνε τα ηλεκτρόνια σχεδόν στην ταχύτητα του φωτός, αναγκάζοντάς τα να συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά από άλλα γνωστά στοιχεία. Η πιο ξεκάθαρη συνέπεια αυτού είναι ότι δεν ξέρουμε καν αν θα είχε τα ίδια αδρανή χαρακτηριστικά με τα άλλα μέλη της ομάδας.

Υπό ορισμένες προϋποθέσεις, το xenon μπορεί να πάρει το τρόπαιο

Δεδομένου ότι τα αέρια, ειδικά τα ευγενή αέρια, συμπεριφέρονται σαν ιδανικά αέρια υπό κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης, μπορεί εύκολα να επιτευχθεί μια σχέση μεταξύ της πυκνότητας και της μοριακής μάζας ενός αερίου. Αυτή η σχέση δίνεται από:

όπου ρ είναι η πυκνότητα του αερίου σε g/L, P είναι η πίεση σε ατμόσφαιρες, T είναι η απόλυτη θερμοκρασία, R είναι η ιδανική σταθερά αερίου και MM είναι η μοριακή μάζα του αερίου. Όπως μπορείτε να δείτε, η πυκνότητα είναι ευθέως ανάλογη της μοριακής μάζας. Αν θεωρήσουμε ότι όλα τα ευγενή αέρια έχουν τη μορφή μονατομικών στοιχείων, το πιο πυκνό στοιχείο θα πρέπει να είναι το ραδόνιο.

Ωστόσο, κάτω από ορισμένες πολύ ειδικές συνθήκες (εφαρμογή ηλεκτρικών εκκενώσεων σε υπερηχητικό πίδακα αέριου ξένου), είναι δυνατή η μετατροπή του ξένου σε ιονισμένα διμερή ή σε διατομικά μοριακά ιόντα του τύπου Xe ₂ ⁺ . Αυτό το νέο αέριο θα έχει μοριακή μάζα 263 g/mol, που είναι μεγαλύτερη από τη μοριακή μάζα του ραδονίου, που είναι 222 g/mol. Έχοντας μεγαλύτερη μοριακή μάζα, αυτή η αέρια μορφή Xe θα ήταν πιο πυκνή από το αέριο ραδόνιο, κλέβοντας έτσι το στέμμα.

Ωστόσο, αυτό θα ήταν πολύ εικαστικό, καθώς οι συνθήκες στις οποίες σχηματίζονται τα διμερή είναι δύσκολο να διατηρηθούν, επομένως τα μοριακά είδη διαρκούν για πολύ μικρό χρονικό διάστημα.

Το βαρύτερο ευγενές αέριο είναι το ραδόνιο (Rn)

Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω επιχειρήματα, συμπεραίνουμε ότι το βαρύτερο ευγενές αέριο είναι το ραδόνιο. Αυτό το στοιχείο είναι ένα αδρανές, άχρωμο και άοσμο αέριο που είναι επίσης ραδιενεργό.

Από όλα τα στοιχεία της ομάδας 18, το ραδόνιο έχει το υψηλότερο ατομικό βάρος (222 u) και, εκτός από την αμφισβητήσιμη εξαίρεση του Xe ₂ , είναι επίσης το πυκνότερο από τα ευγενή αέρια, με πυκνότητα 9,074 g/L σε θερμοκρασία 25 °C και πίεση 1 atm.

βιβλιογραφικές αναφορές

Dubé, P. (1991, 1 Δεκεμβρίου). Υπερηχητική ψύξη διεγερτών σπανίων αερίων που διεγείρονται σε εκκενώσεις συνεχούς ρεύματος . Οπτική Εκδοτική Ομάδα. https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-16-23-1887

Jerabek, P. (2018, 31 Ιανουαρίου). Λειτουργίες εντοπισμού ηλεκτρονίων και νουκλεονίων του Oganesson: Προσεγγίζοντας το όριο Thomas-Fermi . Physical Review Letters 120, 053001. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053001

Lomaev, MI, Tarasenko, V., & Schitz, D. (2006, Ιούνιος). Ένα διμερές ξένον υψηλής ισχύος excilamp . Επιστολές Τεχνικής Φυσικής 32(6):495–497. https://www.researchgate.net/publication/243533559_A_high-power_xenon_dimer_excilamp

Εθνικό Ινστιτούτο Προτύπων και Τεχνολογίας. (2021). Xenon dimming . NIST. https://webbook.nist.gov/cgi/inchi/InChI%3D1S/Xe2/c1-2

Oganessian, YT, & Rykaczewski, KP (2015). Μια παραλία στο νησί της σταθερότητας. Physics Today 68, 8, 32. https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.2880