Propiedades físicas y químicas de los gases nobles
El aire contiene aproximadamente 65438±0 (porcentaje en volumen) de gases nobles, la mayoría de los cuales son argón. Los gases raros son incoloros, inodoros e insípidos, ligeramente solubles en agua y su solubilidad aumenta con el peso molecular. Las moléculas de los gases nobles están compuestas de átomos individuales y tienen puntos de fusión y ebullición muy bajos. A medida que aumenta el peso atómico, aumentan el punto de fusión y el punto de ebullición. Pueden licuarse a bajas temperaturas. La estructura electrónica más externa de los átomos de los gases nobles es ns2np6 (el helio es 1s2), que es la estructura más estable. Por lo tanto, en condiciones normales no interactúa con otros elementos y durante mucho tiempo se ha considerado un elemento inerte con propiedades químicas extremadamente inactivas y que no puede formar compuestos. Hasta 1962, el químico británico N. Balet utilizó el oxidante fuerte PtF6 para reaccionar con el xenón y preparar el primer compuesto de gas inerte Xe [PtF6]. Posteriormente se sintetizaron otros compuestos de gas inerte que fueron rebautizados como gases nobles.
El aire es la principal materia prima para la preparación de gases raros. La mezcla de gases raros se puede obtener fraccionando el aire líquido y luego los gases raros se pueden separar utilizando el método de adsorción selectiva a baja temperatura con carbón activado.
El helio es el gas más ligero además del hidrógeno. Puede instalarse en la nave espacial en lugar del hidrógeno y no se incendiará ni explotará.
El punto de ebullición del helio líquido es de -269 °C y se pueden obtener temperaturas ultrabajas cercanas al cero absoluto (-273,5438 05 °C) utilizando helio líquido. El helio también se utiliza para reemplazar el nitrógeno como aire artificial para que respiren los buzos, porque en las profundidades del mar a alta presión, respirar con aire normal disolverá más nitrógeno en la sangre. Cuando un buceador asciende desde las profundidades del mar y poco a poco vuelve a la presión normal, el nitrógeno disuelto en la sangre se liberará para formar burbujas, bloqueando los capilares y provocando un "bloqueo de aire". La solubilidad del helio en la sangre es mucho menor que la del nitrógeno. Si se utiliza una mezcla de helio y oxígeno (aire artificial) en lugar de aire normal, no se producirá el fenómeno anterior.
El argón se ioniza cuando se expone a rayos cósmicos de alta energía. Utilizando este principio, se puede instalar un contador lleno de argón en un satélite terrestre artificial. Cuando los satélites vuelan en el espacio, el argón queda expuesto a los rayos cósmicos. Cuanto más fuerte es la radiación, más fuerte es la ionización del argón. La radio del satélite enviará automáticamente estas señales de ionización a la Tierra, para que la gente pueda juzgar la ubicación y la intensidad de los cinturones de radiación cósmica en el espacio en función del tamaño de las señales.
El gas criptón puede absorber rayos X y puede usarse como material protector contra la luz cuando los rayos X están funcionando.
Las lámparas de xenón también tienen altos niveles de radiación ultravioleta y se utilizan en tecnología médica. El xenón puede disolverse en los lípidos del citoplasma, provocando anestesia y expansión de las células, deteniendo así temporalmente las terminaciones nerviosas. Se ha intentado utilizar una mezcla de 80% de xenón y 20% de oxígeno como anestésico sin efectos secundarios. En la industria de la energía atómica, el xenón se utiliza para detectar la presencia de partículas, partículas y mesones de alta velocidad.
El radón es el único gas radiactivo que se encuentra de forma natural en la naturaleza. Después de que el radón actúa sobre el cuerpo humano, rápidamente se descompondrá en descendientes de radón, que serán absorbidos por el cuerpo y entrarán en el sistema respiratorio humano, causando daños por radiación e induciendo cáncer de pulmón.
La radiación externa se refiere principalmente a un efecto biológico producido por los radiadores de piedra natural que irradian directamente el cuerpo humano, lo que puede causar daños a los órganos hematopoyéticos, sistema nervioso, sistema reproductivo, sistema digestivo, etc. del cuerpo humano.
Sin embargo, el radón también tiene sus usos. El polvo de berilio y el radón están sellados en un tubo. Cuando el radón se desintegra, las partículas alfa liberadas reaccionan con el núcleo de berilio y los neutrones producidos pueden usarse como fuente de neutrones en el laboratorio. El radón también se puede utilizar como rastreador de gas para detectar fugas en tuberías y estudiar el movimiento del gas.
El xenón, como anestésico, es muy valorado en medicina. El xenón puede disolverse en los lípidos del citoplasma, provocando anestesia y expansión de las células, deteniendo así temporalmente las terminaciones nerviosas. La gente ha intentado utilizar una mezcla de 80% de xenón y 20% de oxígeno como anestésico sin ningún efecto secundario.
El helio es el gas más ligero además del hidrógeno. Puede instalarse en la nave espacial en lugar del hidrógeno y no se incendiará ni explotará.
El punto de ebullición del helio líquido es de -269 °C y se pueden obtener temperaturas ultrabajas cercanas al cero absoluto (-273,5438 05 °C) utilizando helio líquido. El helio también se utiliza para reemplazar el nitrógeno como aire artificial para que respiren los buzos, porque en las profundidades del mar a alta presión, respirar con aire normal disolverá más nitrógeno en la sangre. Cuando un buceador asciende desde las profundidades del mar y poco a poco vuelve a la presión normal, el nitrógeno disuelto en la sangre se liberará para formar burbujas, bloqueando los capilares y provocando un "bloqueo de aire". La solubilidad del helio en la sangre es mucho menor que la del nitrógeno. Si se utiliza una mezcla de helio y oxígeno (aire artificial) en lugar de aire normal, no se producirá el fenómeno anterior.
Con el desarrollo de la producción industrial y la ciencia y la tecnología, los gases raros se utilizan cada vez más en la industria, la medicina, la tecnología de punta e incluso en la vida diaria.
Debido a las propiedades químicas extremadamente inactivas de los gases raros, algunos departamentos de producción los utilizan a menudo como gases protectores. Por ejemplo, el argón se utiliza a menudo como gas protector durante la soldadura de piezas de precisión o metales reactivos como el magnesio y el aluminio, así como en la fabricación de transistores semiconductores. El plutonio, el combustible nuclear para los reactores de energía atómica, también se oxida rápidamente en el aire y necesita ser procesado bajo la protección de gas argón. Llenar la bombilla con gas argón puede reducir la vaporización del filamento de tungsteno y evitar la oxidación del filamento de tungsteno, extendiendo así la vida útil de la bombilla.
Los gases raros emiten luz cuando se energizan. La primera luz de neón del mundo estaba hecha de gas neón (el significado original en inglés de luz de neón es "luz de neón"). La luz roja emitida por las luces de neón tiene una fuerte transmitancia en el aire y puede atravesar una densa niebla. Por ello, las luces de neón se utilizan a menudo en la iluminación de aeropuertos, puertos y líneas de transporte terrestre y acuático. La lámpara está llena de argón o helio y emite una luz azul o roja clara cuando se enciende. Algunas lámparas están llenas de una mezcla de cuatro gases (tres o dos), como neón, argón, helio y vapor de mercurio. Debido a que los contenidos relativos de varios gases son diferentes, se fabrican luces de neón de colores. Las lámparas fluorescentes de uso común se llenan con una pequeña cantidad de mercurio y argón en el tubo de la lámpara, y la pared interior está recubierta con sustancias fluorescentes (como el halofosfato de calcio). Cuando se energiza, la lámpara produce luz ultravioleta debido a la descarga de vapor de mercurio, que excita el material fluorescente y hace que emita luz visible similar a la luz solar, por eso también se le llama lámpara fluorescente.
El helio es el gas más ligero además del hidrógeno. Puede instalarse en naves espaciales o globos en lugar del hidrógeno y no se incendia ni explota.
También se utiliza helio en lugar de nitrógeno como aire artificial para que respiren los buceadores. Los buzos no pueden respirar con aire normal porque la solubilidad de los gases aumenta con la presión, por lo que al respirar con aire normal en las profundidades del mar a alta presión, se disolverá más nitrógeno en la sangre. Cuando un buzo asciende a la presión normal, el nitrógeno disuelto en la sangre se liberará para formar burbujas, bloqueando los capilares y provocando un "bloqueo de aire". La solubilidad del helio en la sangre es mucho menor que la del nitrógeno. Si se utiliza una mezcla de helio y oxígeno (aire artificial) en lugar de aire normal, no se producirá el fenómeno anterior.
El helio líquido se puede utilizar para obtener temperaturas bajas cercanas al cero absoluto (-273,15°C).
El argón se ioniza cuando se expone a rayos cósmicos de alta energía. Utilizando este principio, se puede instalar un contador lleno de argón en un satélite terrestre artificial. Cuando los satélites vuelan en el espacio, el argón queda expuesto a los rayos cósmicos. Cuanto más fuerte es la radiación, más fuerte es la ionización del argón. La radio del satélite enviará automáticamente estas señales de ionización a la Tierra, para que la gente pueda juzgar la ubicación y la intensidad de los cinturones de radiación cósmica en el espacio en función del tamaño de las señales.
El gas criptón puede absorber rayos X y puede usarse como material protector contra la luz cuando los rayos X están funcionando.
Las lámparas de xenón también tienen altos niveles de radiación ultravioleta y se utilizan en tecnología médica. El xenón puede disolverse en los lípidos del citoplasma, provocando anestesia y expansión de las células, deteniendo así temporalmente las terminaciones nerviosas. Se ha intentado utilizar una mezcla de 80% de xenón y 20% de oxígeno como anestésico sin efectos secundarios.
En la industria de la energía atómica, el xenón se utiliza para detectar la presencia de partículas, partículas y mesones de alta velocidad.