Mi a legnehezebb nemesgáz?

A nemesgázok a periódusos rendszer elemeinek 18. csoportját alkotják (korábban VIII-A csoport). Ezeket az elemeket az jellemzi, hogy héjjal töltött elektronikus konfigurációjuk van, amelyben az utolsó energiaszint szippályái teljesen feltöltve vannak. Ez az elektronikus konfiguráció különösen stabil, ezért ezeknek az elemeknek nincs szükségük kémiai kötések kialakítására a nagyobb stabilitásra törekvő elektronok megosztásához. Valójában a legtöbb kémiai reakció, amelyen a periódusos rendszer többi eleme megy keresztül, ugyanazzal a 8 elektronnal veszi körül magukat, mint a nemesgázok. Ezt oktettszabálynak nevezik.

A 18. csoportba tartozó elemek azáltal, hogy ilyen stabilak, rendkívül inertek, és gyakorlatilag semmilyen más elemmel nem kombinálódnak. Ráadásul ezek az elemek nem is hajlamosak egymáshoz kötődni, és az egyetlen kölcsönhatás, amely két atom között lép fel, a gyenge londoni diszperziós erők. Emiatt ezeknek az elemeknek nagyon alacsony forráspontjuk van, és normál hőmérsékleti és nyomási körülmények között általában gáz halmazállapotúak. Mindkét fizikai-kémiai jellemző miatt ezek az elemek nemesgázok elnevezést kapták.

Röviden, a nemesgázokat az teszi nemesgázzá, hogy gáz halmazállapotúak és kémiailag semlegesek. Ez fontos szempont a nehezebb nemesgáz meghatározásakor.

Mit jelent a legnehezebb nemesgáznak lenni?

Először is határozzuk meg, mit értünk „a legnehezebb nemesgáz” alatt. Ennek a minősítőnek tulajdonképpen két értelmezése lehet: egyrészt utalhat a legnagyobb atomtömegű gáznemű elemre. Másrészt utalhatnánk a sűrűbb gázra.

Bár a sűrűség arányos a gáz moláris tömegével, és a gázok moláris tömege növekszik, ahogy a periódusos rendszer egy csoportjával lejjebb megyünk, a válasz arra a kérdésre, hogy melyik gáz nehezebb, nem olyan egyszerű, mint lefelé görgetni a listát. a csoport utolsó eleme.

Valójában két jelölt van a legnehezebb nemesgázra, és egyik sem az utolsó elem a csoportban.

Az ogán nem a legnehezebb nemesgáz.

Ahogy egy pillanattal ezelőtt említettük, a kezdeti megérzésekkel ellentétben nem a legnehezebb nemesgáz a csoport utolsó tagja, vagyis az oganeson, az Og vegyjele. Ennek több oka is van. Kezdetnek az oganezon egy szintetikus transzaktinid elem, ami azt jelenti, hogy ez az elem nem létezik a természetben, hanem egy részecskegyorsítóban szintetizálták magfúzióval.

Az oganeson problémája, és a fő ok, amiért nem adhatjuk neki a legnehezebb nemesgáz címet, az, hogy nagyon rövid az élettartama; kevesebb, mint 1 ms. Ezenkívül a szintetikus elemeket rendkívül kis mennyiségben állítják elő. Mindkét okból szinte lehetetlen elegendő oganezon atomot felhalmozni elég hosszú idő alatt ahhoz, hogy mérni lehessen fizikai-kémiai tulajdonságait. Következésképpen semmit sem tudunk biztosan ennek az elemnek a fizikai állapotáról normál hőmérsékleten és nyomáson.

Valójában a becslések szerint, ha elég sokáig tartana, ez az elem szobahőmérsékleten szilárd halmazállapotú lenne. Ez önmagában kizárja a legnehezebb „nemesgáz” közé, annak ellenére, hogy az ember által ismert legnehezebb elem.

Másrészt számos elméleti számítást is végeztek az elektronikus szerkezettel, amivel ez az elem rendelkezne, és az eredmények valóban váratlanok. Feltételezik, hogy a nagy magtöltés közel fénysebességre gyorsítaná fel az elektronokat, ami miatt nagyon eltérően viselkednek más ismert elemektől. Ennek legegyértelműbb következménye, hogy nem is igazán tudjuk, hogy ugyanolyan inert tulajdonságokkal rendelkezne-e, mint a csoport többi tagjának.

Bizonyos feltételek mellett a xenon átveheti a trófeát

Mivel a gázok, különösen a nemesgázok, ideális gázként viselkednek normál hőmérsékleti és nyomási körülmények között, könnyen megállapítható összefüggés a gáz sűrűsége és moláris tömege között. Ezt a kapcsolatot a következő adja:

ahol ρ a gáz sűrűsége g/l-ben, P a nyomás atmoszférában, T az abszolút hőmérséklet, R az ideális gázállandó és MM a gáz moláris tömege. Mint látható, a sűrűség egyenesen arányos a moláris tömeggel. Ha figyelembe vesszük, hogy minden nemesgáz egyatomos elem formájában van, a legsűrűbb elemnek a radonnak kell lennie.

Azonban bizonyos nagyon speciális körülmények között (elektromos kisülések alkalmazása szuperszonikus xenon gázsugáron) lehetséges a xenon ionizált dimerekké vagy Xe 2 + képletű kétatomos _{molekulaionokká} ^alakítani . Ennek az új gáznak a moláris tömege 263 g/mol lenne, ami nagyobb, mint a radon moláris tömege, amely 222 g/mol. Nagyobb moláris tömegével a Xe gáznemű formája sűrűbb lenne, mint a gáznemű radon, így ellopná a koronát.

Ez azonban erősen spekulatív lenne, mivel a dimerek képződésének körülményei nehezen tarthatók fenn, így a molekulafajták nagyon rövid ideig tartanak fenn.

A legnehezebb nemesgáz a radon (Rn)

A fenti érvek alapján arra a következtetésre jutunk, hogy a legnehezebb nemesgáz a radon. Ez az elem inert, színtelen és szagtalan gáz, amely szintén radioaktív.

A 18. csoportba tartozó összes elem közül a radonnak a legnagyobb atomtömege (222 u), és a vitatható Xe ₂ kivételtől eltekintve a nemesgázok közül a legsűrűbb is, sűrűsége 9,074 g/l hőmérsékleten. 25 °C és 1 atm nyomás.

Hivatkozások

Dubé, P. (1991, december 1.). Egyenáramú kisülésekben gerjesztett nemesgáz-excimerek szuperszonikus hűtése . Optikai Kiadói Csoport. https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-16-23-1887

Jerabek, P. (2018, január 31.). Az Oganesson elektron- és nukleonlokalizációs funkciói: A Thomas-Fermi-határ megközelítése . Physical Review Letters 120, 053001. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053001

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

Nemzeti Szabványügyi és Technológiai Intézet. (2021). Xenon fényerőszabályzó . NIST. https://webbook.nist.gov/cgi/inchi/InChI%3D1S/Xe2/c1-2

Oganessian, YT és Rykaczewski, KP (2015). Tengerpart a stabilitás szigetén. Physics Today 68, 8, 32. https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.2880