К благородным газам относятся гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон и недавно полученный искусственно унуноктий. По своим свойствам они не похожи на другие элементы периодической системы.
Молекулы благородных газов одноатомны. Соответствующие простые вещества не имеют цвета и запаха, характеризуются очень низкими температурами плавления и кипения (существенно ниже, чем у других веществ сопоставимой молекулярной массы). При прохождении через них электрического разряда, инертные газы демонстрируют характерное свечение.
Долгое время считалось, что благородные газы не способны вступать в химические реакции. Этому способствовало и развитие теорий строения атома и химической связи на начальном их этапе. Благородным газам приписывали нулевую валентность и даже саму группу химических элементов называли нулевой, объясняя химическую инертность устойчивой восьмиэлектронной конфигурацией валентного электронного слоя. Но уже в 1940-е годы с позиций квантовой механики было предсказано, что криптон и ксенон должны образовывать устойчивые соединения с фтором. Первые эксперименты не подтвердили эту гипотезу, и о ней на время забыли.
Сейчас известно множество реакций с участием благородных газов и их соединений. Вот некоторые из них:
Хe + F2 = XeF2
XeF2 + F2 = XeF4
XeF4 + F2 = XeF6
2XeF6 + SiO2 = 2XeOF4 + SiF4
XeF6 + RbF = RbXeF7
2MXeF7 = XeF6 + M2XeF8 (M – Na, K, Rb, Cs)
XeF7 + H2O = XeOF4 + 2HF
3XeF4 + 6H2O = XeO3 + 2Xe + 3/2O2 + 12HF
XeF6 + 3H2O = XeO3 + 6HF
Xe + PtF6 = XePtF6
2XePtF6 + 6H2O = 2Xe + O2 + 2PtO2 + 12HF
Kr + 2F2 = KrF4
Несмотря на высокую химическую инертность, благородные газы обладают выраженной биологической активностью. Вдыхание инертных газов в смеси с кислородом приводит человека в состояние, сходное с наркозом. Этот эффект объясняют растворением газа в нервных тканях, и выражен он тем сильнее, чем тяжелее инертный газ (гелий же, растворимость которого низка, напротив, используют в смеси с кислородом для предотвращения опьянения азотом при глубоком погружении при занятиях дайвингом).
Основным источником благородных газов является атмосфера. Получают их как полезный побочный продукт при ректификационном разделении воздуха на кислород и азот. Гелий получают иначе. Он медленно выделяется из некоторых минералов и накапливается в месторождениях природного газа, откуда выделяется после сжижения метана. Вследствие своих свойств атомы практически всех инертных газов рано или поздно возвращаются в атмосферу. Во Вселенной лёгкие благородные газы (He, Ne, Ar) широко представлены в материи звёзд и планет.
Применение благородных газов обусловлено их свойствами. Так, гелий используют для получения и поддержания сверхнизких температур, для наполнения воздушных шаров. Его же применяют в дыхательных смесях для работ под давлением (водолазы, дайверы), поскольку при использовании гелия декомпрессия менее выражена, чем для азота, и кессонная болезнь не развивается. В смеси с кислородом гелий применяют для терапии заболеваний дыхательных путей. Его также используют в газовых термометрах и как инертную среду для плазменной дуговой сварки.
Аргон используется для заполнения ламп накаливания и люминесцентных ламп; для создания инертной атмосферы в химических лабораториях и на производствах. Значительная доля производимого аргона идёт на нужды металлургии, включая продувку расплава, резку, обработку и электросварку металла (Mg, Ti, Zr, Ta, W) в инертной среде.
Ксенон используется в лампах высокого давления и медицине – для рентгеноскопии и исследований функциональной деятельности мозга, сердца, лёгких. Наконец, все благородные газы используют в красочных газоразрядных трубках («неоновые витрины»).
Александр Коньков, основатель проекта по видео-онлайн подготовке к ЦТ – «Your System education».