معلومات عن الغازات النبيلة

ما هي الغازات النبيلة؟

تعرف الغازات النبيلة (بالإنجليزية: Noble Gases) أيضًا باسم الغازات الخاملة Inert Gases، حيث اكتسبت أسماءها هذه بسبب كونها سامية لا تتفاعل مع المواد الأخرى، وتشمل الغازات النبيلة كلًا من؛ الهيليوم، النيون، الآرجون، الكريبتون، الزنون، والرادون، وتتواجد هذه الغازات في الغلاف الجوي بنسب قليلة، حيث لا تستخلص هذه الغازات من مصادر أخرى، باستثناء الهيليوم الذي يستخلص أيضًا من نواتج التحلل الإشعاعي^[١]، ومن الجدير بالذكر أن الفضل في اكتشاف الغازات النبيلة يعودي إلى العالمين ويليام رامزي وجون ويليام ستروت، حيث استطاعوا الإعلان عن اكتشافهم للآرجون كأول عنصر غازي نبيل عام 1894^[٢]، في حين قام هوجو إيردمان بتسميتها بالغازات النبيلة عام 1898.^[٣]

تعرف الغازات النبيلة بأنها الغازات التي لا تتفاعل مع غيرها من المركبات، والتي تمت تسميتها من قبل العالم هوجو إيردمان.

كم عدد الغازات النبيلة؟

يبلغ عدد الغازات النبيلة 6 غازات طبيعية وغاز واحد صناعي، حيث تنتهي جميع أسماء هذه الغازات بالحرفين "ون" باستثناء الهيليوم.^[٤]

الهيليوم

يرمز له بالرمز He في الجدول الدوري، حيث تم اكتشافه عام 1895، وتشمل خصائصه:^[٥]

• عدده الذري يساوي 2.
• عديم اللون والرائحة.
• منخفض الكثافة.
• له نظيرين.
• ثاني أكثر العناصر وفرة في الكون.
• غير سام.

النيون

يرمز له بالرمز Ne في الجدول الدوري، حيث تم اكتشافه عام 1898، وتشمل خصائصه:^[٦]

• عدده الذري يساوي 10.
• عديم اللون والرائحة.
• له ثلاثة نظائر.
• خامس أكثر العناصر وفرة في الكون.
• غير سام.

الآرجون

يرمز له بالرمز Ar في الجدول الدوري، حيث تم اكتشافه عام 1894، وتشمل خصائصه:^[٧]

• عدده الذري يساوي 18.
• عديم اللون والرائحة.
• له ثلاثة نظائر.
• ثالث أكثر الغازات وفرة في الغلاف الجوي.
• أحد نواتج التحلل الإشعاعي للبوتاسيوم-40.

الكريبتون

يرمز له بالرمز Kr في الجدول الدوري، حيث تم اكتشافه عام 1898، وتشمل خصائصه:^[٨]

• عدده الذري يساوي 36.
• عديم اللون والرائحة.
• له ستة نظائر.
• قادر على التفاعل وإنشاء بعض المركبات كفلوريد الكريبتون.
• عنصر نادر الوجود في الغلاف الجوي.

الزينون

يرمز له بالرمز Xe في الجدول الدوري، حيث تم اكتشافه عام 1898، وتشمل خصائصه:^[٩]

• عدده الذري يساوي 54.
• عديم اللون والرائحة.
• له تسعة نظائر.
• مركباته سامة لأنها تشكل عوامل أكسدة قوية.
• موجود بنسب قليلة في الغلاف الجوي تعادل ما يقارب 0.086 جزء من مليون من حجم الغلاف.

الرادون

يرمز له بالرمز Rn في الجدول الدوري، حيث تم اكتشافه عام 1900، وتشمل خصائصه:^[١٠]

• عدده الذري يساوي 86.
• عديم اللون والرائحة.
• له ثلاثة نظائر.
• أحد نواتج التحلل الإشعاعي للراديوم-226
• موجود بنسب قليلة في الغلاف الجوي.

الأوغانيسون

يرمز له بالرمز Og في الجدول الدوري، حيث تم اكتشافه عام 2006، وتشمل خصائصه:^[١١]

• عدده الذري يساوي 118.
• عديم اللون والرائحة.
• صلب عند درجة حرارة الغرفة.
• شديد الإشعاع
• غير موجود في الطبيعة، ولم يتم تصنيع سوى عدة ذرات منه.

تتشكل مجموعة الغازات النبيلة من 6 غازات طبيعية وهي؛ الهيليوم، النيون، الآرجون، الكريبتون، الزينون، والرادون، كما يتم تصنيف العنصر المصنع الأوغانيسون ضمن هذه المجموعة.

موقع الغازات النبيلة في الجدول الدوري

تقع الغازات النبيلة في المجموعة 18 من الجدول الدوري، حيث تترتب فيه تبعًا لدرجات غليانها، إذ تتشارك هذه الغازات بعدد من الخصائص عند الظروف المعيارية، فهي عديمة اللون والرائحة والطعم، وهي غازات أحادية ذات نشاط كيميائي قليل، كما أن قوى ترابط ذراتها ضعيفة، مما يجعلها تمتلك درجات غليان وانصهار منخفضة، بالإضافة إلى كون الغلاف الخارجي لذرات هذه الغازات ممتلئة بالإلكترونات مما يقلل من قابليتها للتفاعل مع العناصر الأخرى، إذ لا يمكن تكوين إلا بضع مئات من مركباتها، ومن الجدير بالذكر أيضًا أن هذه الغازات غير قابلة للاشتعال عند الظروف المعيارية.^[١٢]

تقع الغازات النبيلة في المجموعة 18 من الجدول الدوري وتترتب فيه تبعًا لدرجات غليانها.

خصائص الغازات النبيلة

تتواجد الغازات النبيلة في حالة حرة في الغلاف الجوي، وتعد مصادر الغازات النبيلة قليلة، بحيث تتواجد هذه الغازات جميعها في الغلاف الجوي باستثناء الرادون، كما تتواجد غازات النيون والهيليوم والآرجون في بعض ينابيع المياه، بينما يمكن الحصول على الرادون نتيجة اضمحلال كل من الراديوم والثوريوم^[١٣]، ويلاحظ وجود نزعات في الخصائص الذرية للغازات النبيلة:^[١٤]

• لا تميل هذه الغازات إلى اكتساب الإلكترونات كونها عناصر مستقرة.
• يزداد نصف قطر نواة الذرة لهذه الغازات عند الاتجاه من الأعلى إلى الأسفل في هذه المجموعة، أي من الهيليوم باتجاه الرادون.
• تنخفض قدرة هذه الغازات على التأين عند الاتجاه من الأسفل إلى الأعلى في هذه المجموعة، أي من الرادون باتجاه الهيليوم.

يعد التوزيع العام لإلكترونات التكافؤ في الغازات النبيلة هو (ns(2) np(6، وذلك باستثناء الهيليوم الذي يمتلك التوزيع (1s(2، ونظرًا لتحقيقها قاعدة الثمانية فإن هذه الغازات خاملة^[١٣]، وفيما يأتي أبرز الخصائص الفيزيائية والكيميائية للغازات النبيلة مجتمعة:

الخصائص الفيزيائية

تمتلك الغازات النبيلة التي تنتمي إلى المجموعة 18 في الجدول الدوري عددًا من الخصائص الفيزيائية التي تميزها عن غيرها، والتي يمكن تلخيصها بما يأتي:^[١٣]

• توجد عناصر المجموعة 18 على شكل غازات أحادية الذرة في حالة حرة، وذلك نظرًا لطبيعة هذه الغازات المستقرة.
• تعد عناصر المجموعة 18 عديمة اللون والطعم والرائحة.
• تربط جزيئات عناصر المجموعة 18 قوى فان دير فالس الضعيفة، بحيث تزداد هذه القوة عند الاتجاه من الأعلى إلى الأسفل بسبب ازدياد القدرة على استقطاب الجزيئات.
• تمتلك غازات المجموعة 18 درجات غليان وانصهار منخفضة، وذلك بسبب ضعف قوى فان دير فال الضعيفة، ولكن تزداد هذه الدرجات عند الاتجاه إلى أسفل هذه المجموعة.
• يمكن تكثيف غازات المجموعة 18 عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا، وكلما زاد حجم الذرات عند الاتجاه إلى أسفل المجموعة كلما زادرات سهولة التميع.

الخصائص الكيميائية

تمتلك الغازات النبيلة التي تنتمي إلى المجموعة 18 في الجدول الدوري عددًا من الخصائص الكيميائية التي تميزها عن غيرها، والتي يمكن تلخيصها بما يأتي:

• تعد عناصر المجموعة 18 خاملة كيميائيًا.
• تميل عناصر المجموعة 18 إلى اكتساب الإلكترونات.
• يستطيع عنصر الزينون التفاعل مع سداسي فلوريد البلاتين، كما يستطيع التفاعل مع الفلوريدات والأكاسيد والأوكسي فلوريدات.
• تزداد قدرة عناصر المجموعة 18 على التفاعل مع العناصر والمركبات الأخرى عند الاتجاه إلى الأسفل، وذلك بسبب النقصان في قيمة المحتوى الحراري للتأين.
• لا يستطيع الهيليوم والنيون والآرجون التفاعل مع العناصر والمركبات الأخرى.
• لا يستطيع الكريبتون التفاعل مع العناصر والمركبات الأخرى باستثناء قدرته على تكوين ثنائي فلوريد الكريبتون.
• يستطيع الرادون تشكيل عدد قليل من المركبات مثل ثنائي فلوريد الرادون، وذلك بسبب امتلاكه لنظائر غير مستقرة.
• يستطيع الزينون تكوين أكبر عدد من المركبات مقارنةً بالغازات النبيلة الأخرى.

تمتلك الغازات النبيلة خصائص عديدة تميزها عن مجموعات العناصر الأخرى، إذ إنها مستقرة وعديمة اللون وتمتلك درجات انصهار وغليان منخفضة، كما تعد هذه العناصر خاملة ولا تشكل العديد من المركبات، حيث يعد الزينون أكثرها نشاطًا كيميائيًا.

استخدامات الغازات النبيلة

يدخل استخدام الغازات النبيلة في العديد من المجالات، حيث يمكن استخدامها كعناصر خاملة تساعد في حماية العينات وتثبيط التفاعلات الكيميائية، كما يمكن استخدامها كمبردات بسبب درجات انصهارها وغليانها المنخفضة^[١٥]، وفيما يأتي بعض التطبيقات التي يدخل استخدام الغازات النبيلة فيها:^[١٦]

• استخدامات الهيليوم: يعد الهيليوم عنصر من مكونات غازات التنفس، كما يتم استخدامه في حماية المعادن من تأثيرات الغلاف الجوي، بالإضافة إلى استخدامه في حماية الموصلات عند درجات الحرارة المنخفضة جدًا.
• استخدامات النيون: يتم استخدام النيون في العديد من التطبيقات؛ كالليزر، أضواء النيون، مصابيح الضباب، كاشفات الجهد، التحذيرات المضيئة، العلامات الإعلانية والنطاقات السينمائية التلفزيونية، وتعد أنابيب النيون المستخدمة في الإعلان والزخارف المتقنة من أكثر التطبيقات التي يدخل استخدام النيون فيها.
• استخدامات الآرجون: يتم استخدام الآرجون في نقل الحرارة لأشباه الموصلات في الإلكترونيات، كما يستخدم في المصابيح الفلورية المتوهجة، ويدخل استخدامه أيضًا في تصنيع زجاج النوافذ وحماية المعادن المنصهرة، بالإضافة إلى استخدامه في عمليات تدوير المعادن والسبائك.
• استخدامات الكريبتون: يستخدم الكريبتون في عزل النوافذ، كما يمكن إيجاد الكريبتون في مصادر الوقود والليزر والمصابيح، ومن الجدير بالذكر أن الكريبتون يعمل كعنصر مهم للتحكم في الطول الموجي البصري المرغوب.
• استخدامات الزينون: يستخدم الزينون في العديد من التطبيقات؛ كالإضاءة المتوهجة وتطوير الأشعة السينية ولوحات عرض البلازما، كما يدخل استخدام الزينون في عمليات الانشطار النووي وذلك للتحكم في المفاعلات النووية.
• استخدامات الرادون: يستخدم الرادون في العلاج الإشعاعي لعلاج السرطانات، كما يساعد التعرض للرادون في تخفيف أمراض المناعة الذاتية مثل التهاب المفاصل.

يتم استخدام الغازات النبيلة في العديد من التطبيقات؛ كالإلكترونيات، حماية المعادن، صناعة أضواء النيون، عزل النوافذ، تطوير الأشعة السينية، الانشطار النووي والعلاج الإشعاعي.

المراجع

1. ↑ "Noble gases", open, Retrieved 2020-11-17. Edited.
2. ↑ "Sir William Ramsay", britannica, Retrieved 2020-11-17. Edited.
3. ↑ "The Group 18 Elements- The Noble Gases", libretexts, Retrieved 2020-11-17. Edited.
4. ↑ "Noble Gases List", thoughtco, Retrieved 2020-11-17. Edited.
5. ↑ "Helium", rsc, Retrieved 2020-11-17. Edited.
6. ↑ "Neon", rsc, Retrieved 2020-11-17. Edited.
7. ↑ "Argon", rsc, Retrieved 2020-11-17. Edited.
8. ↑ "Krypton", rsc, Retrieved 2020-11-17. Edited.
9. ↑ "Xenon", rsc, Retrieved 2020-11-17. Edited.
10. ↑ "Radon", rsc, Retrieved 2020-11-17. Edited.
11. ↑ "Oganesson", rsc, Retrieved 2020-11-17. Edited.
12. ↑ "The Noble Gases (Group 18)", lumenlearning, Retrieved 2020-11-17. Edited.
13. ^ ^{أ ب ت} "Group 18 Elements", toppr, Retrieved 2020-11-17. Edited.
14. ↑ "Group 18 Elements", toppr, Retrieved 2020-11-17. Edited.
15. ↑ "What Are Noble Gases? Definition and Properties", sciencenotes, Retrieved 2020-11-17. Edited.
16. ↑ "Group 18: Properties of Nobel Gases", libretexts, Retrieved 2020-11-17. Edited.