ما هي الغازات النبيلة
تتألف الغازات النبيلة أو الغازات الخاملة من عدد من العناصر الكيميائية التي تنتمي إلى المجموعة الثامنة عشر في الجدول الدوري، وتتمثل الستة غازات النبيلة الطبيعية في الهيليوم (He) والنيون (Ne) والأرجون (Ar) والكريبتون (Kr) والزينون (Xe) والرادون (Rn).
الغازات النبيلة تختلف عن الغازات الأخرى بأنها عديمة اللون والرائحة وتحمل عددا صغيرا من الذرات وتفاعل كيميائي منخفض للغاية، وتتميز جميع الغازات النبيلة بخصائص متشابهة في الظروف القياسية.
كانت الغازات النبيلة في الأصل تشار إليها بالغازات الخاملة، حيث كان يعتقد أنها لا تتفاعل مع العناصر الأخرى لتكوين مركبات. ولكن هذا الاسم لم يعد مناسبا في الوقت الحالي، فلماذا سميت الغازات النبيلة بهذا الاسم .
كيف تم اكتشاف الغازات النبيلة
نتفق على أنه لا يمكن خلق شيء من العدم، وأن الله سبحانه وتعالى خلق أشياء لم تتمكن العلوم من اكتشافها بعد، وبعد الكثير من المحاولات والدراسات لفهم أهمية الغازات، تم اكتشاف العناصر التي تشكل الغازات النبيلة
اكتشاف الأرجون
لاحظ العالم الكيميائي والفيزيائي الإنجليزي هنري كافنديش في عام 1785 نسبة قليلة من مادة النيتروجين الأقل نشاطًا كيميائيًا في الهواء.
بعد مرور قرن من الزمن على حدوث هذا، عزل العالم الفيزيائي لورد رايلي غازًا من الهواء، ظنًا منه أنه غاز النتروجين النقي، لكنه كان أكثر كثافة من النتروجين. واستنتج بأن النتروجين الجوي الخاص به يجب أن يحتوي على كمية صغيرة من غاز أكثر كثافة.
في عام 1849، قام رايلي بعزل هذا الغاز بالتعاون مع السير ويليام رامزي، العالم الكيميائي الاسكتلندي، وتبين بعد ذلك أن هذا الغاز هو عنصر جديد يسمى الأرجون.
اكتشاف الهيليوم
بعد اكتشاف الأرجون وتحفيزه من قبل العلماء الكيميائيين، درس السير ويليام رامزي الغاز الناتج عن تسخين الكليفيت المعدني، والذي كان يُعَتَقَدُ أنه مصدر لعنصر الأرجون.
تم اكتشاف أن الغاز المنبعث هو الهيليوم، وذلك في العام 1868 من خلال طيف الشمس، ولكن لم يتم العثور عليه على الأرض.
اكتشاف العناصر الأخرى: في عام 1898، قام العالم الكيميائي السير ويليام رامزي، بمساعدة أصدقائه، بتقطير الهواء السائل الجزئي، مما أدى إلى اكتشاف عناصر الكربتون والنيون والزينون. وفي عام 1900، اكتشف العالم الكيميائي الألماني فريدريش إيه دورن عنصر الرادون لأول مرة.
خصائص الغازات النبيلة
تتضمن كل مجموعة من العناصر في الجدول الدوري بعض الخصائص العامة التي تجمعها، وفيما يلي الخصائص العامة للغازات النبيلة: ،
التكوين الإلكتروني
تتزايد ذرات الغازات النبيلة مثل أغلبية عناصر المجموعات الأخرى في الجدول الدوري بشكل مطرد في نصف القطر الذري من فترة إلى أخرى، وذلك بسبب زيادة عدد الإلكترونات.
نظرًا لارتباط حجم الذرة بعدة خصائص، مثل انخفاض إمكانيات التأين مع زيادة نصف قطرها، حيث تكون إلكترونات التكافؤ في الغازات النبيلة الأكبر بعيدة عن النواة، فإنه لا يتم ربطها ببعضها البعض بشكل قوي عن طريق الذرة.
وبسبب ثبات تكوين إلكترونات الغازات النبيلة، فإنها تمتلك أكبر إمكانيات التأين بين عناصر كل مجموعة، وهذا يعكس استقرار تكوينهم الإلكتروني ويُشير مرة أخرى إلى افتقارهم النسبي للتفاعل الكيميائي.
نصف القطر الذري
تحتوي الغازات النبيلة على أنصاف قطرات ذرية صغيرة جدًا ، حيث يزداد نصف القطر الذري للغازات النبيلة أسفل المجموعة مع زيادة العدد الذري بسبب إضافة قذائف جديدة.
المحتوى الحراري للتأين
باحتوائها على ثمانية إلكترونات في المدار الخارجي، تظهر المجموعة الثامنة عشر من العناصر محتوى حراري تأين عالي جدًا، ويجدر الإشارة إلى أن المحتوى الحراري للتأين يقلل من حجم الغازات النبيلة لأنها تزداد حجمًا ذريًا.
المحتوى الحراري لكسب الإلكترون
باحتواء المجموعة الثامنة عشر على ثمانية إلكترونات تكافؤ، وبتمثيلها للتكوين الثماني، تظهر هذه العناصر قيم موجبة كبيرة لمحتوى الحراري للاكتساب الإلكترون.
فيما تستخدم الغازات النبيلة
تستخدم الغازات النبيلة بناء على خواصها الكيميائية، حيث تتميز بنقاط غليان منخفضة للغاية ونقاط انصهار خاصة، مما يجعلها مفيدة في دراسة المواد في درجات حرارة منخفضة جدا.
تؤدي درجة ذوبان الهيليوم المنخفضة في السوائل إلى اختلاطهبالأكسجين أثناء التنفس من قبل غواصين أعماق البحار، ويرجع ذلك إلى عدم ذوبان الهيليوم في الدم، مما يمنع تكون فقاعات عند تخفيف الضغط.
تم استخدام عنصر الزينون كمخدر، وعلى الرغم من كلفته العالية، إلا أنه لا يشتعل ويمكن التخلص منه بسهولة من الجسم.
نظرًا لشدة نشاط الإشعاع الرادون، فإن الاستخدامات الممكنة له محدودة إلى تلك التي تستغل هذه الخاصية، مثل العلاج الإشعاعي.
تتميز الغازات النبيلة بألوان متميزة عند استخدامها في مصابيح تفريغ الغاز مثل مصابيح النيون، ولذلك يتم استخدام الزينون في مصابيح قوس الزينون الموجودة في أجهزة عرض الأفلام والمصابيح الأمامية للسيارات، نظرًا لإضاءتها المستمرة الناعمة تقريبًا الشبيهة بضوء النهار.
كما يتم استخدام الغازات النبيلة أيضًا في ليزر الإكسيمر ، الذي يعتمد على جزيئات مُثارة إلكترونيًا قصيرة العمر تُعرف باسم الإكسيمر ، حيث أن الإكسيمرات المستخدمة في الليزر قد تكون عبارة عن ثنائيات غاز نبيل مثل الأرجون ، والكريبتون ، والزينون ، أو بشكل أكثر شيوعًا ، يتم دمج الغاز النبيل مع الهالوجين في الإكسيمرات مثل ArF أو KrF أو XeF أو XeCl ، وتنتج هذه الليزرات ضوءًا فوق بنفسجي ، الذي يسمح بالتصوير عالي الدقة ، نظرًا لطوله الموجي القصير.