Mikä on raskain jalokaasu?

Jalokaasut muodostavat jaksollisen järjestelmän elementtien ryhmän 18 (entinen ryhmä VIII-A). Näille elementeille on tunnusomaista, että niillä on kuoren täytetty elektroninen konfiguraatio, jossa viimeisen energiatason syp-orbitaalit ovat täysin täytettyinä. Tämä elektroninen konfiguraatio on erityisen vakaa, minkä vuoksi näiden elementtien ei tarvitse muodostaa kemiallisia sidoksia jakaakseen elektroneja, jotka etsivät lisää vakautta. Itse asiassa suurin osa kemiallisista reaktioista, jotka muut jaksollisen järjestelmän elementit käyvät läpi, ympäröivät itsensä samoilla 8 elektronilla, jotka ympäröivät jalokaasuja. Tämä tunnetaan oktettisääntönä.

Jo sen tosiasian vuoksi, että ryhmän 18 elementit ovat niin stabiileja, ne ovat myös erittäin inerttejä eivätkä yhdisty käytännöllisesti katsoen minkään muun elementin kanssa. Lisäksi näillä elementeillä ei ole edes taipumusta sitoutua toisiinsa, ja ainoat kahden atomin väliset vuorovaikutukset ovat heikot Lontoon dispersiovoimat. Tästä syystä näillä alkuaineilla on erittäin alhaiset kiehumispisteet ja ne ovat yleensä kaasumaisessa tilassa normaaleissa lämpötila- ja paineolosuhteissa. Molemmat fysikaalis-kemialliset ominaisuudet ovat ansainneet nämä alkuaineet jalokaasujen nimen.

Lyhyesti sanottuna, mikä tekee jalokaasuista jalokaasuja, on se, että ne ovat kaasumaisessa tilassa ja että ne ovat kemiallisesti inerttejä. Tämä on tärkeä seikka määritettäessä, mikä on raskaampaa jalokaasua.

Mitä tarkoittaa olla raskain jalokaasu?

Määritellään ensin, mitä tarkoitamme ”raskaimmalla jalokaasulla”. Tällä tarkentimella voi itse asiassa olla toinen kahdesta tulkinnasta: toisaalta se voi viitata kaasumaiseen alkuaineeseen, jonka atomipaino on suurin. Toisaalta voisimme viitata tiheämpään kaasuun.

Vaikka tiheys on verrannollinen kaasun moolimassaan ja kaasujen moolimassa kasvaa jaksollisessa taulukossa ryhmää alaspäin, vastaus kysymykseen, kumpi kaasu on raskaampaa, ei ole niin yksinkertaista kuin selata luetteloa alaspäin ryhmän viimeinen kohde.

Itse asiassa raskaimman jalokaasun ehdokkaita on kaksi, eikä kumpikaan ole ryhmän viimeinen elementti.

Oganesi ei ole raskain jalokaasu.

Kuten hetki sitten mainitsimme, vastoin alkuperäistä intuitiota raskain jalokaasu ei ole ryhmän viimeinen jäsen, eli oganeson, kemiallinen symboli Og. Tämä johtuu useista syistä. Ensinnäkin oganesoni on synteettinen transaktinidialkuaine, mikä tarkoittaa, että tätä alkuainetta ei ole luonnossa, vaan se syntetisoitiin hiukkaskiihdyttimessä ydinfuusion avulla.

Oganesonin ongelma ja tärkein syy, miksi emme voi antaa sille raskaimman jalokaasun titteliä, on se, että sillä on hyvin lyhyt käyttöikä; alle 1 ms. Lisäksi synteettisiä alkuaineita tuotetaan erittäin pieniä määriä. Molemmista syistä on lähes mahdotonta kerätä tarpeeksi oganesoniatomeja riittävän pitkän ajan kuluessa sen fysikaalis-kemiallisten ominaisuuksien mittaamiseksi. Tämän seurauksena tämän alkuaineen fysikaalisesta tilasta normaalissa lämpötilassa ja paineessa ei tiedetä varmasti mitään.

Itse asiassa on arvioitu, että jos se kestäisi tarpeeksi kauan, tämä alkuaine olisi kiinteä huoneenlämmössä. Tämä itsessään hylkää sen raskaimpana ”jalokaasuna”, vaikka se on raskain ihmisen tuntema alkuaine.

Toisaalta tämän elementin elektroniselle rakenteelle on tehty useita teoreettisia laskelmia ja tulokset ovat todella odottamattomia. Oletetaan, että suuri ydinvaraus kiihdyttäisi elektroneja lähes valonnopeuteen, jolloin ne käyttäytyisivät hyvin eri tavalla kuin muut tunnetut alkuaineet. Selkein seuraus tästä on, että emme oikeastaan ​​edes tiedä, olisiko sillä samat inertit ominaisuudet kuin muilla ryhmän jäsenillä.

Tietyissä olosuhteissa ksenon voi viedä palkinnon

Koska kaasut, erityisesti jalokaasut, käyttäytyvät ihanteellisten kaasujen tavoin normaaleissa lämpötila- ja paineolosuhteissa, voidaan helposti saada suhde kaasun tiheyden ja moolimassan välillä. Tämän suhteen antaa:

missä ρ on kaasun tiheys g/l, P on paine ilmakehissä, T on absoluuttinen lämpötila, R on ihanteellinen kaasuvakio ja MM on kaasun moolimassa. Kuten näet, tiheys on suoraan verrannollinen moolimassaan . Jos ajatellaan, että kaikki jalokaasut ovat monoatomisten alkuaineiden muodossa, tiheimmän alkuaineen tulisi olla radon.

Tietyissä hyvin erityisissä olosuhteissa (kohdistamalla sähköpurkauksia kaasumaisen ksenonin yliäänisuihkulle) on kuitenkin mahdollista muuntaa ksenoni ionisoituneiksi dimeereiksi tai diatomisiksi molekyyli-ioneiksi, joilla on kaava _Xe2 ⁺ . Tämän uuden kaasun moolimassa olisi 263 g/mol, mikä on suurempi kuin radonin moolimassa, joka on 222 g/mol. Suuremman moolimassan ansiosta tämä Xe:n kaasumainen muoto olisi tiheämpi kuin kaasumainen radon, mikä varastaisi kruunun.

Tämä olisi kuitenkin erittäin spekulatiivista, koska olosuhteita, joissa dimeerit muodostuvat, on vaikea ylläpitää, joten molekyylilajit kestävät hyvin lyhyen ajan.

Raskain jalokaasu on radon (Rn)

Yllä olevien väitteiden perusteella päättelemme, että raskain jalokaasu on radon. Tämä alkuaine on inertti, väritön ja hajuton kaasu, joka on myös radioaktiivinen.

Kaikista ryhmän 18 alkuaineista radonilla on suurin atomipaino ( 222 u) ja kiistanalaista Xe ₂ -poikkeusta lukuun ottamatta se on myös jalokaasuista tihein, tiheydellä 9,074 g/l lämpötilassa 25 °C ja paine 1 atm.

Viitteet

Dubé, P. (1991, 1. joulukuuta). Tasavirtapurkauksissa virittyneiden harvinaisten kaasujen eksimeerien yliäänijäähdytys . Optinen julkaisuryhmä. https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-16-23-1887

Jerabek, P. (2018, 31. tammikuuta). Oganessonin elektronien ja nukleonien lokalisointifunktiot: Thomas-Fermin rajan lähestyminen . Physical Review Letters 120, 053001. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053001

Lomaev, MI, Tarasenko, V., & Schitz, D. (2006, kesäkuu). Tehokas xenon dimeeri excilamp . Technical Physics Letters 32(6):495–497. https://www.researchgate.net/publication/243533559_A_high-power_xenon_dimer_excilamp

National Institute of Standards and Technology. (2021). Xenon himmennys . NIST. https://webbook.nist.gov/cgi/inchi/InChI%3D1S/Xe2/c1-2

Oganessian, YT ja Rykaczewski, KP (2015). Rantapää vakauden saarella. Physics Today 68, 8, 32. https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.2880