Честные-Благородные газы! | Пикабу

Что такое инертные газы?

Благородные газы, известные в химии благодаря своему уникальному свойству не смешиваться с другими веществами, также часто называют инертными. Как можно судить из названия, “благородство” инертных газов не позволяет им взаимодействовать с более простыми субстанциями и даже друг с другом.

Такая избирательность благородных газов вызвана их атомным строением, которое проявляется в замкнутой внешней электронной оболочке, не позволяющей радону, гелию, ксенону, аргону, криптону и неону обмениваться своими электронами с атомами других газов.

Самым распространенным инертным газом в природе считают аргон, который занимает почетное третье место по содержанию в атмосфере Земли после азота и кислорода. У аргона нет вкуса, запаха и цвета, однако именно этот газ считается одним из самых распространенных во Вселенной. Так, наличие этого газа наблюдается даже в некоторых планетарных туманностях и в составе некоторых звезд.

Самым редким благородным газом в природе считают ксенон, который несмотря на свою редкость, содержится в атмосфере Земли наряду с аргоном. Ксенон обладает наркотическими свойствами и часто применяется в медицине в качестве анестезирующего средства. Кроме того, согласно данным Всемирного антидопингового агентства, ингаляции этого редкого газа имеют допинговый эффект, влияющий на физическое состояние применяющих его спортсменов.

Четверо остальных благородных газов — Радон, Гелий, Неон и Криптон — также обладают своими уникальными свойствами. Все они не имеют какого-либо специфического вкуса, запаха или цвета, однако присутствуют в атмосфере Земли в небольших количествах и важны для нашего дыхания.

Если вам нравится данная статья, приглашаю вас присоединиться к нашему каналу на Яндекс.Дзен, где вы сможете найти еще больше полезной информации из мира популярной науки и техники.

Неон, светящийся при нагревании красноватым оттенком, получается из воздуха при его глубоком охлаждении. Из-за сравнительно небольшой концентрации этого инертного газа в атмосфере планеты, неон чаще всего получают в качестве побочного продукта при добыче аргона.

Радон — радиоактивный инертный газ, который может представлять опасность для человеческого здоровья. Газообразный радон способен светиться голубым или синим светом, постепенно облучая человека и даже приводя к онкологическим заболеваниям. Несмотря на это, в медицине часто применяются так называемые радоновые ванны, которые позволяют добиться положительного эффекта при лечении болезней центральной нервной системы.

И наконец, последний благородный газ, который можно найти в природе — криптон. Это один из самых редких благородных газов во Вселенной. В отличии от остальных инертных газов, этот газ при определенных условиях может испускать резкий запах, схожий с запахом хлороформа. Воздействие криптона на человека и животных крайне мало изучено из-за невероятной редкости этого газа.

Активные газы

Углекислый газ (двуокись углерода) — бесцветен, не ядовит, тяжелее воздуха. При нормальных условиях (760 мм рт. ст. и 0°С) плотность углекислого газа в 1,5 раза выше плотности воздуха. Углекислый газ хорошо растворяется в воде. Жидкая углекислота — бесцветная жидкость, плотность которой сильно изменяется с изменением температуры.

Двуокись углерода нетоксична и невзрывоопасна. Однако при концентрациях более 5% (92 г/м3) двуокись углерода оказывает вредное влияние на здоровье человека. Так как двуокись углерода в 1,5 раз тяжелее воздуха она может накапливаться в слабопроветриваемых помещениях у пола.

Основными примесями углекислого газа, отрицательно влияющими на процесс сварки и свойства швов, являются воздух (азот воздуха) и вода. Воздух скапливается над жидкой углекислотой в верхней части баллона, а вода – под углекислотой в нижней части баллона.

Повышенное содержание воздуха и водяных паров в углекислоте может при сварке привести к образованию пор в швах, которые чаще всего появляются в начале и конце отбора газа из баллона. Чтобы снизить содержание влаги в поступающем на сварку углекислом газе до безопасного уровня, на его пути устанавливают осушитель. Для улавливания влаги осушитель заполнен хлористым кальцием, силикагелем или другими поглотителями влаги.

При выпуске газа из баллона вследствие эффекта дросселирования и поглощения теплоты при испарении жидкой углекислоты газ значительно охлаждается. При интенсивном отборе газа возможна закупорка редуктора замерзшей влагой, содержащейся в углекислоте, а также сухим льдом.

Углекислый газ оказывает на металл сварочной ванны окисляющее, а также науглероживающее действие. Из легирующих элементов ванны наиболее сильно окисляются алюминий, титан и цирконий, менее интенсивно — кремний, марганец, хром, ванадий и др.

Кислород — это бесцветный нетоксичный газ без запаха. Является сильным окислителем. Накопление кислорода в воздухе помещений создает опасность возникновения пожаров. Поэтому объемная доля кислорода в рабочих помещениях не должна превышать 23 %.

В сварочном производстве кислород широко применяют для газовой сварки и резки, а также при дуговой сварке как составную часть защитной газовой смеси. Кислород уменьшает поверхностное натяжение металла, и поэтому с увеличением его содержания в смеси на основе аргона критический ток (перехода крупнокапельного переноса в мелкокапельный, см.

Сварка плавящимся металлическим электродом в защитных газах (МIG/МАG)) уменьшается. Обычно содержание кислорода в смеси с аргоном не превышает 2-5%. В такой среде дуга горит стабильно. Перенос металла мелкокапельный с минимальным разбрызгиванием.

Азот — бесцветный газ, без запаха, не горит и не поддерживает горение. В сварочном производстве азот находит ограниченное применение. Азот не растворяется в расплавленной меди и не взаимодействует с ней, и поэтому может быть использован при сварке меди в качестве защитного газа.

По отношению к большинству других металлов азот является активным газом, часто вредным, и его концентрацию в зоне плавления стремятся ограничить. Азот также применяется при плазменной резке и как компонент газовой смеси при сварке аустенитной нержавеющей стали.

Водород — не имеет цвета, запаха и является горючим газом. Водород редко используют в в качестве защитного газа. Так как смеси водорода с воздухом или кислородом взрывоопасны, при работе с ним необходимо соблюдать правила пожарной безопасности и специальные правила техники безопасности.

Все тесты

История их открытия

История открытия благородных газов драматична и могла бы послужить основой для хорошего химического детектива. А началась она довольно банально. Английский физик Джон Уильям Рэлей не предполагал совершить никакого открытия.

Опытный, педантичного склада экспериментатор, он в 1888 г. решил определить плотности и молекулярные массы различных газов с очень высокой для того времени степенью точности – до сотых долей процента. Однако азот, выделенный им из воздуха, неизменно оказывался тяжелее, чем полученный при разложении нитрита аммония.

Через научный журнал «Nature» («Природа») Рэлей в апреле 1894 г. обратился к учёным с просьбой помочь в решении проблемы. Откликнулся только один человек — заведующий кафедрой химии Лондонского университета Уильям Рамзай (1852— 1916). Он высказал неожиданную идею: вероятно, в азоте, выделенном из воздуха, есть небольшая примесь какого-то другого, более тяжёлого газа. Мысль была смелая, даже дерзкая — ведь до этого состав воздуха изучали сотни исследователей.

Но вот, анализируя лабораторные записи Г. Кавендиша, Рэлей и Рамзай обратили внимание на старый, забытый уже опыт, выполненный в 1785 г. Пропуская через воздух, содержащий избыток кислорода, электрические разряды, Кавендиш превращал азот в оксид NО2, который поглощал раствором щелочи.

В итоге примерно сотая по объёму часть воздуха не вступала в реакцию, оставаясь неизменной. Это был уже четкий ориентир. Рамзай изменил этот опыт, связав кислород с помощью меди в оксид меди(II), а азот магнием в нитрид магния.

Газ вёл себя парадоксально: он не вступал в реакции с хлором, металлами, кислотами, щелочами, т. е. был абсолютно химически инертен. И ещё одна неожиданность: Рамзай доказал, что его молекула состоит из одного атома, а до той поры одноатомные газы были неизвестны.

12 августа 1894 г. Рэлей выступил с докладом о новом газе в Британской ассоциации содействия науке. А позже новый элемент был назван аргоном (от греч. «аргос» — «ленивый», «безразличный»).

Этому сообщению поверили далеко не все химики, усомнился в нём и сам Менделеев. Периодическая система элементов являла собой удивительно целостное строение: открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все её «здание» рухнет. Атомная масса газа (39,9) указывала ему место между калием (39,1) и кальцием (40, 1).

Но в этой части таблицы все клети были давно заняты. Авторы открытия, горячие сторонники периодического закона, тоже не испытывали особого торжества. Аргон не имел в таблице аналогов, и вообще ему не находилось места в периодической системе: ну куда можно поместить элемент, лишенный химических свойств?

Ответ на этот вопрос пришёл не сразу. Прежде всего, вспомнили об открытии, которое сделали почти одновременно, в 1868 г., два астронома — француз Пьер Жюль Сезар Жансен и англичанин Джозеф Норман Локьер. Эти ученые с помощью недавно изобретённого прибора — спектроскопа изучали спектр солнечных протуберанцев и обнаружили в нём жёлтую линию, принадлежащую новому элементу.

В 1895 г. Рамзай при обработке очень редкого минерала клевеита nUО3 • mUО2 • хРbО серной кислотой обнаружил газ, спектральный анализ которого показал, что это «земной» гелий. Как установили позже, гелий непрерывно образуется в минерале в результате радиоактивного распада урана.

Теперь уже двум элементам не было места в периодической системе: аргону и гелию. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай пришли к выводу, что инертным, т. е. лишенным химических свойств, газам надо отвести отдельную, так называемую нулевую группу между галогенами и щелочными металлами.

В надежде отыскать остальные инертные газы Рамзай вернулся к изучению воздуха. Следующий инертный газ выделили в 1898 г. «методом исключения», после того как кислород, азот и все тяжёлые компоненты воздуха были превращены в жидкость. Оставшийся газ собрали, поместили в разрядную трубку, пропустили через неё электрический ток, и трубка вспыхнула ярким красно-оранжевым светом. Элементу дали незамысловатое название «неон», что в переводе с греческого означает «новый».

В том же году Рамзай выделил из жидкого воздуха (предварительно удалив кислород, азот и аргон) смесь, в которой спектральным методом были открыты ещё два газа: криптон («скрытый», «секретный») и ксенон («чуждый», «необычный»). Таким образом, к лету 1898 г. оказались известны пять благородных газов.

За исследования в области инертных газов Рэлей и Рамзай были удостоены Нобелевской премии.

Рамзая, открывшего пять элементов, вполне можно сравнить с золотоискателем, которому фантастически повезло — он напал на «золотую жилу». Однако этот великий ученый вложил в ее разработку колоссальный труд и ювелирное искусство. За два года работы он получил всего 300 мл ксенона, для чего пришлось переработать 77,5 млн литров воздуха, т. е. 100 тонн!

В 1899 г. тогда еще молодой английский физик Эрнест Резерфорд обнаружил, что радиоактивный распад тория сопровождается выделением неизвестного газа. Это оказался последний представитель «благородного семейства». Впоследствии новый элемент получил название «радон», в честь непосредственного «ядерного предтечи» радия.

Чтобы дать наглядное представление о содержании благородных газов в земной атмосфере, отметим, что 1 м3 (1000 л)воздуха включает 9,3 л Ar, 18 мл Ne, 4,6 мл Не, 1,1 мл Kr, 0,086 мл Хе и лишь 6 • 10-16 мл радиоактивного радона. Если бы молекулы воздуха были видимы и проходили перед наблюдателем по одной в секунду, то молекула аргона появлялась бы в среднем каждые две минуты, криптона — один раз в десять дней, молекулу ксенона пришлось бы дожидаться четыре месяца, а молекулу радона — 50 триллионов лет! Однако абсолютное количество благородных газов в атмосфере огромно. Только ксенона в ней содержится 430 млн тонн.

Применение

Широкое промышленное применение кислорода началось в середине XX века, после изобретения турбодетандеров — устройств для сжижения и разделения жидкого воздуха.

Конвертерный способ производства стали или переработки штейнов связан с применением кислорода. Во многих металлургических агрегатах для более эффективного сжигания топлива вместо воздуха в горелках используют кислородно-воздушную смесь.

Кислород в баллонах голубого цвета широко используется для газопламенной резки и сварки металлов.

В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и другие богатые кислородом соединения. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива (удельный импульс смеси водород — озон превышает удельный импульс для пары водород-фтор и водород-фторид кислорода).

Медицинский кислород хранится в металлических газовых баллонах высокого давления голубого цвета различной ёмкости от 1,2 до 10,0 литров под давлением до 15 МПа (150 атм) и используется для обогащения дыхательных газовых смесей в наркозной аппаратуре, при нарушении дыхания, для купирования приступа бронхиальной астмы, устранения гипоксии любого генеза, при декомпрессионной болезни, для лечения патологии желудочно-кишечного тракта в виде кислородных коктейлей. 

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948, как пропеллент и упаковочный газ.

В химической промышленности кислород используют как реактив-окислитель в многочисленных синтезах, например, — окисления углеводородов в кислородсодержащие соединения (спирты, альдегиды, кислоты), аммиака в оксиды азота в производстве азотной кислоты. Вследствие высоких температур, развивающихся при окислении, последние часто проводят в режиме горения.

В тепличном хозяйстве, для изготовления кислородных коктейлей, для прибавки в весе у животных, для обогащения кислородом водной среды в рыбоводстве.

Большинство живых существ (аэробы) дышат кислородом. Широко используется кислород в медицине. При сердечно-сосудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене и других серьёзных заболеваниях.

Кислород – О2 –Окисляет вещества:Железо, серу, углерод –Вот такой он Кислород!О кислороде знают все,Даже дети,Потому что дышат имВсе на свете.

Аляпкина А.

*****

Номер 8 элемента,Период которого второй.Необходим для аэроба,И для живности любой.

Молекула сим веществеДвухатомна сама.Но есть молекула одна:Озон, 3 атома в молекуле.

Мы вдыхаем кислород,А выдыхаем оксид углерода.Даже растения в полной тьмеПоглощают кислород.

Он везде, даже в земле.Даже в воде, даже в тебе.Он в спиртах, он в альдегиде,Он находится в любом оксиде.

Но если вдохнутьКислород чистейший,То тогда скажи «прощай»,Твои легкие сгорят.

Более рассказыватьЯ о нем не стану.Пропаганда, жизнь и школаСкажут больше Вам.*****

Это знают все на свете:Кислород нужен планете.Это знают даже дети:Без него не жить на свете.И животные, и люди –Все вдыхают кислород.Без него и у растенийФотосинтез не идет.И в больнице дядя доктор,Чтоб микробы одолеть,Кислород дает больному,Чтоб болезнь преодолеть.А электрогазосварщик,Чтобы трубы заварить,Кислород дает в горелку,Чтобы дырку победить.Тайны есть у кислорода,Чтобы их узнать, дружок,Ты бери скорей учебник,И в припрыжку на урок!

Березина М.

*****

От нужды, порой от скуки, были созданы науки.Век за веком пролетали — люди многое познали,Тем не менее, народ знать не знал про кислород.Да и как о том узнать, что не можешь в руки взять?!Газ без запаха, без вкуса, не заметен на просвет,На весах его не взвесить, и нужды в нем вроде нет.Были, правда, рассужденья — для дыханья нужен он,При горении, в металлах «обнаружен» ФЛОГИСТОН…Англичанин ДЖОЗЕФ ПРИСТЛИ свойства газов изучал.Взявши линзу, жаром солнца все что видел, нагревал.Над окалиною ртути ставил опыт в этот разПолучилась капля ртути, и еще какой-то газ.В нем свеча горела ярче, дольше мышь могла дышать,При нагреве в этом газе ртуть окислилась опять.Воздух, взятый для сравненья, меньше пользы принесетТак, попутно, в атмосфере обнаружили азот!Шведский химик КАРЛ ШЕЕЛЕ раньше кислород открылНо об опытах в журнале чуть позднее сообщил.Но и Пристли и Шееле оплошали в этот раз,Не сумев ни дать оценку, ни пристроить к делу газ.АНТУАН ЛАВУАЗЬЕ эти опыты проверил,Все старательно измерил и научно доказал:ФЛОГИСТОНА нет в природе, а все дело в кислороде!И дыханье, и горенье — это просто ОКИСЛЕНЬЕ!Производство кислорода возрастает каждый год.К металлургам, в газорезку, в медицину газ идет,К водолазам, космонавтам, в производство кислоты,Окислителем в ракете, словом, всюду встретишь ты.Как сильнейший окислитель часто может навредитьРядом с ним самоубийца не решится закурить!При искре, нагреве малом с ним органика горит,Кислород с обычным углем заменяет динамит.По запасам в целом Мире нет богаче никого —Газ, оксиды, руды, соли — всюду мы найдем его.Можно только удивляться, как смогла Природа — МатьИз космических просторов кислорода столько взять.В общей массе, половина оболочки кислород,А в ГАЛАКТИКЕ процента никогда не наберет.Можно нагревать селитру, марганцовку прокалить,Сунув в банку электроды воду током разложить,При реакциях обменных удается отделить,Но гораздо проще воздух охладить и разделить.Так тогда и поступали.

Сдавят воздух в сотни раз,И холодною водою охладят горячий газ.Поднимая поршень, сильно СЖАТЫЙ ВОЗДУХ охладятИ, по физики законам, в ЖИДКИЙ ВОЗДУХ превратят.Оставалось по составу жидкий воздух разделить —Кислород, кипящий позже, от азота отделить.Внешне метод прост, НО сложным получался агрегат,Здесь на литр кислорода тратим много киловатт!Академик ПЕТР КАПИЦА этот способ изменил —Сжатым воздухом ТУРБИНУ у ДЕТАНДЕРА крутил!Расширяясь, сжатый воздух ей напор свой отдавал,Охлаждался и по трубам в виде жидкости стекал.Для турбины можно воздух сжать в десятки раз слабей,Меньше станет установка и мороки меньше с ней.КПД гораздо выше, ниже уровень затрат,Золотой звездой Капицу за работу наградят.Это «море» кислорода в дело сразу же идетТратя меньше денег, газа больше стали, льет завод.Сварка стали, резка стали, лучше обжиг руд идет…С пользой в деле применяют и полученный азот.Кислород в разрядах тока превращается в ОЗОНТак за свой особый запах получил названье он.В малых дозах и приятен, и полезен нам озон,Доза больше — все живое беспощадно травит он.Это свойство эффективно удается применитьОЗОНИРУЯ квартиру можно вирусы убить.На работе, дома ставят неприметнейший прибор,Дым табачный, вирус вредный исчезают с этих пор.Если врезать озонатор в городской водопроводХЛОР становится излишним — всех врагов озон убьет.Слой озона в стратосфере поглощает вредный свет,А разрушим слои озона то и жизнь сойдет на нет!Кислород — восьмой по счету, если вес за меру брать,Если ж мера место в жизни — номер надо б поменять!

Прасолов Ю.

*****

Без молекул кислородаНе возникла бы природа!Всех веществ круговоротОбусловил кислород:Синтез и распад едины,Окисленье — их причина!

*****

Гордый важный КислородГоворит: «Живой народ –Птицы, ящерки и звери –Дышат мною, кислородом.Открывайте окна, двери,Дайте воздуху свободу!И растениям зелёным,Кактусам, цветам и клёнамТоже очень нужен яДля дыхания, друзья!А ещё не загорятсяБез меня костёр и газ!Всем теперь понятно, братцы,Как стараюсь я для вас?»

*****

В чем горят дрова и газ,Фосфор, водород, алмаз?Дышит чем любой из насКаждый миг и каждый час?Без чего мертва природа?Правильно, без…(Кислорода)

*****

Множество людейПо свету ходит,Но только с меня,Взгляд никто не сводит.Я невидим никому,Только богу одному.Без меня и жизни нетИ мне жутко много лет.

Кислород! О Кислород!При вдохе в лёгкие идёт.Пролетая через нос,Он здоровье нам донёс.Вроде бы обычный газ,Но убеждаюсь каждый раз,Самый важный он для нас!Нас пробудив, нам сил придаст!

Отблагодарить,Увы не можем.Поваленных лесов,Лишь числа множим.Если вырубим лесаИ повалим все деревья,Кислород диван не даст,Убьёт нас — Углекислый газ!!!

Кислород! О Кислород!При вдохе в лёгкие идёт.Пролетая через нос,Он здоровье нам донёс.Вроде бы обычный газ,Но убеждаюсь каждый раз,Самый важный он для нас!Нас пробудив, нам сил придаст!

Кусов А.

Артем Пивоваров — Кислород текст песни

Так скованны мы в чувствах, Так тяжело проснуться нам. Засыпаю, засыпаю, засыпаю… Ты кусаешь свои губы, Ты любишь, когда грубый я. Закипаю, закипаю, закипаю…

Кругом голова, задыхаюсь я, Не хватает мне. Кругом голова, задыхаюсь я, Не хватает мне тебя, тебя!

Ты меня найди, я здесь один, И ты мой кислород, я твой кислород. Тысячи причин, я ведь здесь один, И ты мой кислород, я твой кислород.

Как? Как ты так танцуешь? Ты движениями рисуешь. Я залипаю, залипаю, залипаю… Кусаешь мои губы, Ты любишь, когда плавно я. Закипаю, закипаю, закипаю…

Кругом голова, задыхаюсь я, Не хватает мне. Кругом голова, задыхаюсь я, Не хватает мне тебя, тебя!

Ты меня найди, я здесь один, И ты мой кислород, я твой кислород. Тысячи причин, я ведь здесь один, И ты мой кислород, я твой кислород.

Найди, найди, меня найди. Ты мой кислород и всё наоборот. Найди, найди, меня найди. Ты мой кислород, весь Мир наоборот.

Ты меня найди, ты меня найди, Ты меня найди, ты меня найди.

Ты меня найди, я здесь один, И ты мой кислород, я твой кислород. Тысячи причин, я ведь здесь один, И ты мой кислород, я твой кислород.

Найди, найди, меня найди. Ты мой кислород и всё наоборот. Найди, найди, меня найди. Ты мой кислород, весь Мир наоборот.

Смеси защитных газов

Иногда является целесообразным употребление газовых смесей. За счет добавок активных газов к инертным удается повысить устойчивость дуги, увеличить глубину проплавления, улучшить формирование шва, уменьшить разбрызгивание, повысить плотность металла шва, улучшить перенос металла в дуге, повысить производительность сварки. Существенное значение при выборе состава защитного газа имеют экономические соображения.

Смесь аргона и гелия. Газовые смеси гелий-аргон применяются в основном для сварки цветных металлов: алюминий, медь, никелевых и магниевых сплавов, а также химически активных металлов. Оптимальным является соотношение 35 — 40% аргона и 60 — 65% гелия.

Смеси аргона с кислородом или углекислым газом. Благодаря добавке окислительных газов обеспечивается существенное снижение поверхностного натяжения жидкого металла расплавляемой электродной проволоки, уменьшение размеров образующихся и отрывающихся от электрода капель.

Расширяется диапазон токов при сохранении стабильного ведения процесса сварки. Обеспечивается лучшее формирование металла шва и меньшее разбрызгивание, лучшая форма провара и меньшее излучение дуги, по сравнению со сваркой в чистом аргоне, а также в чистом углекислом газе.

В таблице ниже приводятся основные характеристики газовых смесей для сварки МИГ/МАГ.