благородные газы

БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ (инертные газы, редкие газы)

хим. элементы VIII гр. периодической системы: гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe), радон (Rn). В природе образуются в результате разл. ядерных процессов. Воздух содержит 5,24∙10⁻⁴% по объему Не, 1,82∙10⁻³% Ne, 0,934% Ar, 1,14-10-⁴% Кг, 8,6∙10⁻⁶% Xe, 6∙10⁻²⁰% Rn. Космос более богат Б. г., чем атмосфера Земли. Б. г. содержатся также в прир. газах и некоторых минералах.

Атомы Б. г. имеют полностью заполненные внеш. электронные оболочки (s² для Не и s²p⁶ для всех остальных), что обусловливает их низкую реакционную способность. Б.г. — одноатомные газы без цвета и запаха (некоторые их характеристики приведены в таблице; см. также статьи об отдельных представителях). Они относительно трудно сжижаются, но тем легче, чем больше их атомная масса. Кристаллизуются в кубич. гранецентрированной решетке; пространственная группа Рт3т. Значения C⁰_p не зависят от температуры до 6000 К и выше. Б. г. адсорбируются на активном угле и цеолитах при низких температурах; энтальпия адсорбции на угле (кДж/моль): Ne 4,72 (91 К), Ar 16,43 (168 К), Kr 22,24 (223 К), Xe 36,53 (248 К), Не 2,26 (ниже 50 К). Это свойство используется для разделения Б. г. и их очистки. Б. г. — хорошие диэлектрики (р 10¹⁸∙10²⁰ Ом∙см). Они диамагнитны. Степень сжимаемости для Не и Ne больше 1, для Ar, Kr, Xe — меньше 1 (273 К; 0,1–30 МПа). Относительно хорошо раств. в воде (растворимость быстро возрастает от Не к Rn), лучше-во многих органических растворителях (бензин, толуол, спирт, бензол и др.). Жидкий Не — единств. вещество, затвердевающее только под давлением выше 2,5 МПа. Он обладает уникальным свойством — образует квантовую жидкость, т. е. жидкость, в которой в макроскопическом объеме проявляются квантовые свойства составляющих ее атомов.

Б. г. (кроме He) образуют неустойчивые соед. включения (клатраты) с водой и орг. растворителями. Степень заполнения атомами Б. г. полостей кристаллич. решеток соответствующих соединений определяет состав образующегося клатрата, напр. Ar*4У, Kr*5,6У, Хе*3У (У = C₆H₅OH). Получены гидраты типа Х*5,75H₂O, У*2Х*17H₂O, где Х — атом Б.г. (кроме Не), У-CH₃COCH₃, CHCl₃, CH₃COOH, CCl₄ и др. С фенолом и гидрохиноном выше 313 К образуются клатраты, близкие по составу к Х*3У [X = Ar, Kr, Хе; У = = C₆H₄(OH)₂]. Разработан метод получения клатратов при невысоких давлениях газа — изоморфное соосаждение Б. г. с его аналогами в кристаллохим. отношении — H₂S, HBr, CO₂, HCl, SO₂, CH₄. Таким путем получены Х*6H₂O (X = Ne, Ar, Rn), X*2C₆H₅CH₃ (X = Хе, Rn), Rn -3C1C₆H₄OH и др. Различная способность Б. г. к образованию клатратов м. б. использована для их разделения и выделения из смесей.

^{ХАРАКТЕРИСТИКА БЛАГОРОДНЫХ ГАЗОВ}

К соед. включения относятся также т. наз. криптонаты, образующиеся при бомбардировке ряда твердых веществ (металлов, стекол, каучуков, пластиков, белков и др.) ионизованными атомами Б. г. при высоких температурах и давлениях; атомы Б. г. диффундируют в твердое вещество на глубину 10²–10³ нм.

Способность Б. г. к образованию хим. соед. понижается от Xe к Ar (самым активным должен быть Rn, однако из-за высокой радиоактивности его свойства изучены мало; известны лишь фториды). Наиб. число соед. получено для Xe (фториды, хлориды, оксиды, оксофториды, фосфаты, перхлораты, фторсульфонаты, ксенаты, перксенаты и др.) В присут. катализаторов (кислот Льюиса) Xe энергично взаимод. уже при нормальных условиях с F₂. Криптон реагирует только с элементарным фтором при низких температурах. Различная реакционная способность Б. г. по отношению к F₂ и некоторым фторсодержащим окислителям м. б. использована для их разделения, утилизации радиоактивных изотопов и очистки. Например, Xe с SbO₂F₆ взаимод. с образованием твердого нелетучего соед. XeF₂*2SbF₅, а Kr такого вещества не образует. Аналогичную реакцию с Rn предложено использовать для очистки атмосферы урановых рудников. Газы Rn и Xe окисляются также с помощью K₂ [NiF₆], Cs₂ [CoF₆], K₃ [CuF₆] и др. Для улавливания радиоактивных изотопов благородных газов, в основном ¹³³Хе и ⁸⁵Kr — продуктов деления U в ядерных реакторах, наряду с наиб. эффективными методами криогенной дистилляции и адсорбции на активном угле перспективны также избирательное поглощение хладонами, диффузионные методы, образование клатратов и других химических соединений.

Б. г. образуют эксимеры под действием пучка электронов, УФ-излучения или электрич. разряда на их смеси с галогенами, O₂, фторсодержащими соед. Молекулы эксимеров существуют только в электронно-возбужденном состоянии. Переход из возбужденного состояния в несвязанное сопровождается когерентным излучением в широкой области спектра (100–600 нм), что используется для генерации лазерного излучения. Лазерное действие получено для KrF* (248 нм), Kr₂F* (420 нм), ХеС1* (308 нм), KrCl* (222 нм) и др.

Б. г. (кроме Не) получают как побочные продукты при производстве N₂ и O₂ из воздуха. Гелий выделяют из подземных гелионосных газов. Используют Б. г. в качестве инертной среды в металлургии, атомной и ракетной технике, в производстве полупроводниковых материалов и др., как наполнитель в электронике, электротехнике и др., рабочее вещество в лазерной технике.

При повышенных давлениях Б. т. оказывают вредное действие на нервную систему (усиливающееся с увеличением атомной массы элемента), которое быстро проходит при вдыхании чистого воздуха.

^{Лит.: Фастовский В. Г., Ровинский А. Е., Петровски и Ю. В., Инертные газы, 2 изд., М., 1972; Нейдинг А. Б., Соколов В. Б., "Успехи химии", 1974, т. 43, № 12, с. 2146–94; Легасов В. А., "Вестник АН СССР", 1976, в. 12, с. 3–16; Елецкий А. В., "Успехи физических наук", 1978, т. 125, в. 2, с. 279–314; Смирнов Б. М., "Успехи физических наук", 1983, т. 139, а 1, с. 53–81; Bartlett N., Sladky F. О., The chemistry of krypton, xenon and radon, в кн.: Comprehensive inorganic chemistry, v. 1, Oxf.-[a.o.], 1973.}

_{В. Б. Соколов}