لماذا تستخدم الغازات النبيلة في الإضاءة

لماذا تستخدم الغازات النبيلة فى الاضاءة

تتميز بأنها نشطة كيميائيا وتنبعث منها ألوان براقة

يتم استخدام النيون لأنه يتسبب في توهج أحمر، ويتم استخدام الأرجون لإنتاج اللون الأزرق داخل الأنبوب، ولأنه حتى عندما يكون موجودًا داخل الأنبوب (مثل البلازما) فإنه لا يتفاعل مع الخيوط داخل الأنبوب أو الجدران الزجاجية لأنه غاز خامل، وهذا يؤدي إلى عمر أطول للمصباح.

كيف تستخدم الغازات النبيلة فى الاضاءة

في هذه المصابيح، يتم تمرير التفريغ الكهربائي ذو الجهد العالي من خلال أنبوب غاز النيون ذو الضغط المنخفض، ويتسبب هذا التفريغ الكهربائي في إثارة الإلكترونات في ذرات النيون، حيث تقفز إلى مستوى أعلى من المستوى المنخفض والثابت، وهذا الأمر يخالف قاعدة “لويس” التي تحتم وجود ثمانية إلكترونات في القشرة الخارجية. وبالتالي، يدخل الإلكترون النشط في المستوى الأخير في حالة “الاسترخاء” مرة أخرى، ويستعيد الاستقرار

ينتقل إلى مستوى أدنى، وعند ذلك يفقد بعض الطاقة على شكل حزمة أو فوتون من الضوء. يتوازن طول الموجة لهذا الضوء مع لونه، وذلك بناء على الفرق في الطاقة بين المستويات العليا والسفلى. وبالتالي، يصدر كل عنصر طاقة ضوءية مميزة عندما تكون الإلكترونات نشطة ويتم الانتقال بين المستويات المختلفة التي تقفز إليها الإلكترونات. هذا هو السبب في أن أضواء النيون تكون لونها الأحمر والبرتقالي المشع، بينما تكون مصابيح الأرجون لونها أزرق خزامى. يمكن أن تكون مصابيح النيون زرقاء وخضراء، وتشير جميع تلك الألوان إلى كيفية قدرة الإلكترونات النشطة في كل ذرة على العودة إلى حالتها الأصلية واستعادة مستواها الأول.

الغازات النبيلة هي

الغازات النبيلة هي أي من العناصر الكيميائية السبعة التي تشكل مجموعة 18 (VIIIa) في الجدول الدوري، وتشمل (الهيليوم، النيون، الأرجون، الكريبتون، الزينون، الرادون، والأوغانيسون). وتتميز الغازات النبيلة بأنها عديمة اللون والرائحة والطعم ولا يمكن نفخها، وقد تم تصنيفها تقليديا في المجموعة 0 في الجدول الدوري، لأنه كان يعتقد في السابق أنها لا يمكن أن ترتبط بذرات أخرى وتشكل مركبات كيميائية.

تم اكتشاف الغازات النبيلة في نهاية القرن التاسع عشر، وهي المجموعة الأكثر استقرارا من العناصر الكيميائية. لديها عدد لا يحصى من الاستخدامات الحديثة. عندما تم اكتشافها لأول مرة، كانت خصائصها الغريبة لغزا محيرا للعلماء. عندما تم اكتشاف عناصر المجموعة والتعرف عليها، كان يعتقد أنها عناصر نادرة جدا وخاملة كيميائيا، ولذلك أطلق عليها اسم “الغازات النادرة” أو “الخاملة” أو “النبيلة”. ومع ذلك، من المعروف الآن أن العديد من هذه العناصر وفيرة جدا على الأرض وفي بقية الكون. لذلك، تسميتها بالغازات النادرة تسمية خاطئة ومضللة. بالمثل، استخدام مصطلح الغاز الخامل له عيب في أنه يعني السلبية الكيميائية، مما يشير إلى أنه لا يمكن تشكيل مركبات من عناصر المجموعة 18. في الكيمياء، كلمة “نبيلة” تدل على تردد المعادن، وقد تم استخدامها منذ فترة طويلة مثل الذهب والبلاتين.

خصائص الغازات النبيلة

العناصر النبيلة الغازية غير نشطة نسبيا، فهي في الواقع أقل العناصر تفاعلية في الجدول الدوري وذلك بسبب اكتمال طاقة التكافؤ الخارجية لها بالإلكترونات، مما يجعلها تفتقر إلى ميلا كبيرا للكسب أو الفقدان الإلكتروني. في عام 1898، صاغ “هوغو إردمان” عبارة “الغاز النبيل” لوصف هذه العناصر واستخدم هذا المصطلح للإشارة إلى تفاعلها المنخفض بنفس الطريقة التي تتم بها تفاعلات المعادن النبيلة والتي تكون أقل تفاعلا من المعادن الأخرى. تتميز الغازات النبيلة بنقاط غليان منخفضة وتكون درجات حرارتها في نفس درجة حرارة الغرفة.

ما هي الغازات النبيلة الموجودة فى المصابيح

على الرغم من أن هذه المصابيح تسمى عادةً بـ”مصابيح النيون” الا أنه يمكن إنشاء هذه الأضواء لهذه المصابيح باستخدام غازات أخرى، وتستخدم خمسة من الغازات السبع النبيلة بسبب قدرتها على إنتاج الضوء الملون عندما تتدفق الكهرباء من خلالها والنيون والأرجون هما الغازان الأكثر استخدامًا لأنهما أقل تكلفةً والأكثر توافرًا.

استخدام كل غاز من الغازات النبيلة

الاستقرار هو الذي يجعل استخدام الغازات النبيلة عمليا، حيث يستخدم الأرجون كغاز تدريع في اللحام، ويستخدم الهيليوم كمبرد في آلات التصوير بالرنين المغناطيسي والموصلات الفائقة، وبسبب عدم احتراق الهيليوم، يمكن استخدامه لملء البالونات الهوائية دون المخاطرة بأي حوادث. وعلى الرغم من ذلك، فإن أكثر استخدامات الغازات النبيلة شيوعا هو في مصابيح تفريغ الغاز مثل أضواء النيون.

لماذا سميت الغازات النبيلة بهذا الاسم

تعتبر عناصر مجموعة 18 غير تفاعلية، وتسمى الغازات النبيلة بهذا الاسم لأن مستوى تكافؤها الأخير مكتمل بالإلكترونيات، وبسبب تكوينها الإلكتروني المستقر فهي لا تتفاعل مع العناصر الأخرى.

كيف اكتشفت الغازات النبيلة

الغازات النبيلة ثابتة بشكل فريد ولا تشارك في أي تفاعلات كيميائية، ولكن فهم استقرارها أتاح للفيزيائيين فهم الترابط الكيميائي واكتشاف مفتاحه، حيث قام “ديمتري منديليف” باكتشاف الغازات النبيلة وإضافتها إلى الجدول الدوري في عام 1902، وقام بترتيب العناصر الخاملة في الصفوف والأعمدة وفقا لوزنها الذري، واكتشف أن الغازات النبيلة تظهر بانتظام في الجدول الدوري في الموضع الثامن على الأقل بين العناصر الأخف وزنا، وكافح الفيزيائيون للعثور على نموذج يفسر هذه الملاحظة الغريبة وأهمية الرقم ثمانية ولماذا وضعها منديليف في الموضع الثامن بالذات؟

في عام 1912 جاء عالم فيزياء دنماركي شاب يدعى “نيلز بور” بتفسير جديد غير فهمنا للذرة إلى الأبد فبعد أن أكمل للتو دراسات الدكتوراه في الدنمارك انتقل إلى إنجلترا للعمل مع عالم فيزياء يدعى “إرنست روثرفورد” الذي كان قد اقترح للتو أن الإلكترونات تدور حول النواة الكثيفة للذرة وتشبه إلى حد كبير الكواكب التي تدور حول النجم، فأدرك “بور” أن نموذج “روثرفورد” كان على الطريق الصحيح لكنه لم يتناسب تمامًا مع البيانات التجريبية واقترح بدلا من ذلك أن الإلكترونات تدور بالفعل حول نواة الذرة المشحونة بشكل إيجابي ولكنها لا تستطيع الدوران إلا على مسافات معينة من النواة

وكان نموذج `بور` نجاحا كبيرا وخطوة رئيسية في تطوير ميكانيكا الكم. باستخدام نموذج `بور`، قام العالم الفيزيائي “جيلبرت لويس” بتفسير استقرار الغازات النبيلة بشكل مدهش. ووفقا لـ `لويس`، يصبح كل مستوى إلكتروني حول الذرة أكثر استقرارا عندما يحتوي على ثمانية إلكترونات، ما عدا المستوى الأول الذي يمكن استيعاب اثنين فقط من الإلكترونات. تسعى الذرات جاهدة لضمان وجود ثمانية إلكترونات في المستوى الخارجي، وعندما تكون هذه المستويات غير مكتملة، فإن الذرات تسعى لملء القشرة الخارجية عن طريق الاقتراض أو التبرع أو تبادل الإلكترونات مع الذرات الأخرى، وهذا يؤدي إلى حدوث الروابط الكيميائية وتكوين المركبات. ونظرا لأن الغازات النبيلة لديها قشرة خارجية كاملة تحتوي على ثمانية إلكترونات (باستثناء الهيليوم الذي يحتوي على اثنين فقط)، فإنها تقاوم بشدة تشكيل الروابط.