Инертные газы 2(б)

                Адсорбция - способность газов концентрироваться на поверхности твердых тел - выражена у инертных газов также слабо. Но с понижением температуры  она возрастает. Но гелий  и неон мало склонны адсорбироваться  даже на активированном  угле и при -100 ⁰ С. Только при –185 ⁰ С гелий начинает  проявлять эту способность.  Нет другого газа, столь ничтожно растворимого в жидкостях, особенно полярных, и так мало склонного к адсорбции, как гелий. Чем выше атомная масса инертного газа и соответственно температура его кипения, тем  значительнее его способность к адсорбции. Если принять адсорбцию гелия активированным углем  при 0 ⁰С за единицу, то для аргона  она будет равна 6, а для криптона и ксенона - соответственно  36 и 160  единиц. А склонность радона к адсорбции не имеет себе равных среди всех газов. Некоторые твердые вещества-жиры, каучук, парафин, кварц, платина - энергично поглощают радон. Особенно хорошо его адсорбируют силикагель и активированный уголь. Последний уже при обычной температуре поглощает практически весь радон  и выделяет его обратно лишь при  300 ⁰ С.

                 К особенностям инертных газов  относится еще одно свойство - одноатомность их молекул.

              Все инертные газы  диамагнитны.  Они оказывают сопротивление  прохождению сквозь них  магнитных силовых линий в большей степени, чем пустота, так как все электроны, входящие в атом, спарены и результирующий магнитный момент атома равен нулю. У ксенона диамагнитная  восприимчивость в 22 раза больше, чем у гелия, так как она пропорциональна числу электронов в атоме и квадратам их расстояний от  ядра. Таким образом, рассмотренные физические свойства инертных газов меняются монотонно от гелия к радону, так как  из-за увеличения  радиуса атомов и увеличения количества электронов ослабевает связь внешних электронов с ядром. А это усиливает способность  атома деформироваться. А деформация повышает поляризацию атомов и способствует образованию в ней диполей, что проводит к усилению межмолекулярных связей и появлению слабой химической связи.

          Причиной  газообразного состояния   инертных газов, так же как  и полное отсутствие у них  цвета, запаха и вкуса, являются  все те же насыщенные, симметрично  построенные электронные оболочки. На отсутствие вкуса у инертных  газов сказывается и малая  растворимость их в воде и жирах, так как на пути к нервным окончаниям слизистой оболочки носа молекулы пахучих веществ должны преодолеть два барьера: водную пленку на нервной клетке и мембрану клетки, содержащую жировые вещества. Может быть,  исключением в отношении цвета является твердый радон: некоторые исследователи наблюдали у него  оранжево-красную  окраску. Но существует вероятность того, что окраска вызвана присутствием  примесей продуктов распада.

                    По  плотности инертные газы  делятся на легкие и тяжелые. К первым относятся гелий и неон, ко вторым  все прочие . Аргон самый легкий из подгруппы тяжелых газов .Они тяжелы не только в газообразном состоянии , но и в жидком. Жидкий гелий в 8 раз легче воды, тогда как жидкий криптон тяжелее воды в 2,4 раза, а ксенон в 3 раза, то есть жидкий ксенон  в 24 раза тяжелее жидкого гелия. Гелий не только очень легкий газ, но  и прекрасно проводит тепло. А инертные  газы, начиная с криптона, не имеют себе равных среди простых газов по тяжести и малой теплопроводности .

              Наилучшая среди газов электропроводность  гелия сменяется на относительно  слабую электропроводность ксенона.  Рентгеновские лучи проходят  сквозь гелий или неон, но тонкий  слой криптона или ксенона   их полностью поглощает не хуже тяжелых металлов. Если гелий – самый летучий компонент воздуха, то наименее летучими являются криптон и ксенон

            Ближе всех к гелию стоит  неон. Он почти так же легок  и так же трудно поддается   сжижению и адсорбции. Ему присущи  также высокая электропроводность и яркая эмиссия света  при пропускании электрических разрядов. Неон образует наиболее холодную после гелия  и водорода жидкость, но это уже обычная жидкость в отличие от гелия. Радиус атома неона  (0,162 нм) достаточно мал, чтобы он смог в тысячи раз быстрее большинства других газов диффундировать через тонкие перегородки из тефлона, кварцевого или борсиликатного стекла. Если принять  проницаемость гелия за 100 , то проницаемость неона  составит 2, а аргона, азота, кислорода  будет меньше 10 ^–5. Поэтому при очистке неона от следов тяжелых газов прибегают к диффузионному способу, подобно тому, как очищают гелий.

             Тяжелые инертные газы, как   и неон, в твердом виде имеют  кубическую гранецентрированную  решетку в отличие от  гексагональных кристаллов гелия. Поэтому ни неон, ни другие инертные газы  не дают смешанных кристаллов с гелием.. Из смеси с гелием неон кристаллизуется  в чистом виде . И это используется в технике для их разделения. Зато прочие инертные газы способны совместно кристаллизоваться, образуя  смешанные изоморфные кристаллы.

             Весьма характерны оптические  спектры этой группы газов.  Именно с помощью спектров  проще всего обнаружить и отличить  их друг от друга.  Пропуская  ток  умеренного напряжения  через трубку  с аргоном, можно наблюдать красное свечение, при снижении давления и усилении напряжения разряда оно сменится на сине-фиолетовое. Для неона характерен красный цвет свечения. Криптон в обычных условиях светится зелено- голубым цветом, а при высоком давлении – розоватым. А цвет свечения ксенона – голубой.

           Гелий обладает некоторыми особенностями. В 1908 году голландскому ученому Х. Камерлинг-Оннесу удалось перевести гелий в жидкое состояние при температуре –269⁰С. Температура кипения гелия отстояла от абсолютного нуля всего на 4,2 градуса.  Но вот заморозить гелий при его дальнейшем охлаждении никак не удавалось.  В конце 20-х годов  ХХ века эту задачу выполнил другой голландский  физик В. Кеезом, применив давление до 100 кгс /см³ и охлаждая жидким гелием. Он получил первые кристаллы твердого гелия – прозрачные гексагональной формы.

            Жидкий гелий ведет себя удивительно.  До температуры –271 ⁰С - это ординарная жидкость. Это состояние назвали гелий-1. Гелий-1 бурно кипит, выделяя невероятно холодные пузырьки газа, без специальной изоляции он немедленно испарился бы. Ниже –271⁰С свойства гелия, который назвали гелий-2, волшебно менялись, кипение прекращалось, поверхность жидкости казалась ровной и застывшей. Необычайно высокая теплопроводность гелия-2 не позволяла проявляться классическому эффекту вскипания. Гелий-2 совершенно лишен вязкости. Он способен проникать через любые сколь угодно малые отверстия (диаметром 5·10 ^–5 см ) Вязкость  гелия-2 была  в 1000 раз меньше, чем у воды. Он образует исключительно тонкие пленки, толщиной в несколько сот атомов, скользящие как бы без трения. У гелия-2   есть еще одно удивительное свойство - ползти по стенкам сосуда  при более высоких температурах. Налитый в сосуд гелий-2  способен перемещаться вверх по стенкам  сосуда и переливаться через край без внешних воздействий. Сначала предполагали, что это свойство только гелия-4  ⁴Не. Если смесь жидких гелия-3 и гелия-4 налить в сосуд , то при соответствующих температурах благодаря сверхтекучести гелий-4 выльется из сосуда, а гелий-3 останется в этом сосуде . А гелий-3 тоже оказался  сверхтекучим, но переход его в сверхтекучее состояние наступал при более низких  температурах . Гелий-3 можно перевести в твердое состояние при еще большем давлении, но когда температура гелия-3 становилась меньше –272,8 ⁰С, то переход из жидкого состояния в твердое сопровождался не выделением тепла, как у обычных жидкостей, а его  поглощением. Таким образом, если охладить гелий-3 до температуры меньшей –272,8⁰С и начать его адиабатически сжимать, то по мере увеличения  в жидкости доли твердого гелия температура жидкого гелия будет понижаться.

                ДЕЙСТВИЕ   ИНЕРТНЫХ   ГАЗОВ  НА  ОРГАНИЗМ.

            Химическая инертность газов,  однако, не  исключает возможность воздействия их на организм человека.  Инертные газы – сильные наркотики, действие которых  ослабляется их малой растворимостью  в воде и жидкостях организма. Но чем выше парциальное  давление  и атомная масса инертного газа, тем  значительнее его действие, так как возрастает растворимость их в тканях нервных клеток. Обнаружено, что смесь инертных газов с кислородом  является  наркотиком более сильным, чем алкоголь или некоторые широко известные снотворные средства. Более всего  эти свойства проявляются у ксенона, который высоко оценивается в хирургии как анестетик. Наркотическое действие аргона начинает проявляться при давлении 1220 мл рт. ст., криптона  - при  350 мл рт. ст., а ксенона – всего при 160 мл  рт. ст.. При вдыхании смеси из 69 % аргона, 11% азота и 20% кислорода под давлением 4 атм. возникает явление наркоза, которое мгновенно исчезает после прекращения подачи смеси. Благодаря хорошей растворимости в жидкостях организма криптон уже при парциальном давлении 3,5 атм оказывает наркотическое действие на человека.

             Практически безвреден только  гелий, так как он очень мало  растворим в лимфе, крови и  других  жидкостях организма.  Поэтому используется для дыхания  кислородно-гелиевая смесь водолазами при быстром подъеме с глубины, так как нет нужды в длительной декомпрессии, как при дыхании воздухом. Кроме того, в условиях повышенного давления азот оказывает наркотическое действие на животных и человека. Использование гелиевого воздуха не сопровождается симптомами наркоза, что позволяет работать на  большой глубине. Гелиевый воздух применяется  в медицине, когда нормальное дыхание затруднительно, потому что  им легче дышать и он быстрее выводит из организма  углекислый газ. Особый интерес гелиевый воздух представляет для космической медицины еще и по той причине, что в атмосфере космического корабля азот под действием космических излучений может образовать радиоизотопы, в то время как гелий – более радиационно  устойчивое вещество. Кроме того, человек, находящийся в кислородно-гелиевой атмосфере, может переносить более высокие температуры, не испытывая теплового дискомфорта. Было выяснено, что полная замена азота в воздухе гелием увеличила продолжительность жизни животных на 42 %. Но в гелиевой атмосфере скорость распространения  звука оказалась в 1,85 раз выше, чем в обычном воздухе, из-за чего спектр речи смещается в сторону более высоких частот, что приводило к ухудшению и разборчивости речи.

              Радон - чрезвычайно токсичен. Высокая  токсичность обусловлена не самим радоном, а интенсивным потоком  a-, b-,g- лучей (альфа-,бета-,гамма- лучей), возникающих  при распаде радона и его дочерних элементов. Наибольшее токсическое  действие оказывают  альфа-частицы из-за  большой плотности  альфа-излучения. Поражаются органы кроветворения, лимфатические узлы, селезенка, костный мозг. Предельно допустимая доза радона для человека не должна превышать 0,003 рентгена в сутки. Поражение радоном  вызывает кровоизлияние, рак легких, кожи. В воздухе населенных пунктов и в рабочих помещениях по переработке и по добыче  урано- радиевых ториевых руд  концентрация радона не должна  превышать 3·10^-11 кюри/ л.

             Но с незапамятных времен воды  некоторых источников использовались  для лечения, хотя отмечалось  и вредное воздействие таких  источников при длительном пребывании в их водах. Лишь в прошлом столетии стало известно, что они содержат радон и другие компоненты. Растворенный в воде радон проникает сквозь кожу и оказывает воздействие на центральную нервную систему, а через нее на многие функции организма.  Подавляющая масса излучаемых альфа- частиц не доходит до тела, так как поглощается водой. Основное лечебное действие оказывает активный налет продуктов распада радона, сохраняющийся на коже и после ее высыхания. Радон - самый редкий, самый рассеянный, самый тяжелый , самый токсичный из газов, созданных природой.

                  Для радона  характерно  придавать   всем соприкасающимся с ним   телам наведенную радиоактивность,  что является  следствием того, что в результате распада   его образуются твердые радиоактивные вещества, которые оседают  на поверхности тел.

            ХИМИЧЕСКИЕ   СВОЙСТВА  ИНЕРТНЫХ  ГАЗОВ.

      Уже  В. Рамзай  пытался получить  соединения  открытых им газов  с кислородом, водородом, хлором, металлами, применяя  высокие и низкие  температуры и давления, катализаторы, электрические разряды, световые импульсы. Но соединить их  не удавалось. Постепенно сложилось мнение  об их инертности. Однако никто не использовал в качестве реагента фтор, так как его токсичность и химическая агрессивность препятствовали его применению.