Где используется криптон и ксенон

Обновлено: 08.01.2025

Редкие газы

Редчайшим из инертных газов является радон, содержание которого в воздухе составляет ничтожную величину (в среднем 6×10-18 % по объему), хотя есть местности, где содержание радона превышает среднюю величину в сотни раз. Радон в промышленных объемах не производится, тем более что этот газ является радиоактивным с периодом полураспада чуть больше трех суток. Радон, используемый для научных исследований и в медицине, получают в лабораторных условиях путем продувания какого-либо газа через водные растворы солей радия.

Оставшиеся из рассматриваемых газов (неон, криптон и ксенон) производятся в несколько этапов из атмосферного воздуха. Объемное содержание неона в воздухе составляет 18×10-4 % , криптона – 1,14×10-4 % и ксенона – 0,086×10-4 %. Первый этап производства связан с переработкой огромных количеств воздуха на воздухоразделительных установках (ВРУ) большой производительности, работающих по циклу низкого давления П.Л.Капицы с турбодетандерами.

Получение чистого неона осуществляется в три этапа:

На втором этапе указанный концентрат подвергают дополнительной переработке в отдельных установках, где осуществляют каталитическое выжигание водорода, высокотемпературную адсорбционную очистку от продуктов реакции (воды и углекислого газа), дополнительную низкотемпературную дефлегмацию азота и низкотемпературную адсорбционную очистку потока с получением очищенной неоно-гелиевой смеси (60÷75 % неона и 25÷40 % гелия), содержащей также микропримеси азота, водорода, кислорода и, по мелочи, еще некоторые примеси.

На третьем этапе очищенную неоно-гелиевую смесь перерабатывают на специальных низкотемпературных установках, где осуществляют входную адсорбционную очистку смеси от вышеперечисленных микропримесей, после чего в процессах ректификации получают продукционный неон (с чистотой до 99,9998 %) и не очень чистый гелий (с примесью неона до 10÷15 %).

Годовой объем мирового производства чистого неона составляет 350÷400 тысяч нм3.

Производство криптона и ксенона, так же как и неона, тоже осуществляется в три этапа:

На нашей планете благородные газы преимущественно содержатся в воздухе, но они есть в небольших количествах в воде, горных породах, природных газах и нефти.

Много гелия в космическом пространстве, это второй по распространенности элемент после водорода. В Солнце его почти 10%. Судя по имеющимся данным, благородных газов много в атмосферах крупных планет Солнечной системы.

Все газы, кроме гелия и радона, добывают из сжиженного воздуха фракционным разделением. Гелий получают как сопутствующий продукт при добыче природного газа.

Свойства

Газы без цвета, запаха и вкуса. Они всегда есть в атмосферном воздухе, но их невозможно увидеть или почувствовать. Плохо растворяются в воде. Не горят и не поддерживают горение. Плохо проводят тепло. Хорошо проводят ток и при этом светятся. Практически не реагируют с металлами, кислородом, кислотами, щелочами, органическими веществами. Химическая активность растет по мере увеличения атомной массы.

Инертные газы не ядовиты, но способны вытеснять кислород из воздуха, понижая его концентрацию до смертельно низкого уровня.

Смеси тяжелых благородных газов с кислородом оказывают на человека наркотическое воздействие, поэтому при работе с ними следует использовать средства защиты и строго следить за составом воздуха в помещении.

Хранят газы в баллонах, вдали от источников пламени и горючих материалов, в хорошо проветриваемых помещениях. При транспортировке баллоны следует хорошо укрепить, чтобы они не бились друг о друга.

Применение

В газовой и газово-дуговой сварке в металлургии, строительстве, автостроении, машиностроении, коммунальной сфере и пр. Для получения сверхчистых металлов.
Нерадиоактивные благородные газы применяются в цветных газоразрядных трубках, часто используемых в уличных вывесках и рекламе, а также в лампах дневного света и лампах для загара.

Гелий

Жидкий гелий — самая холодная жидкость на планете (кипит при +4,2 °К), востребована для исследований при сверхнизких температурах, для создания эффекта сверхпроводимости в электромагнитах, например, ядерных ускорителей, аппаратов МРТ (магнитно-резонансной томографии).
Гелий-газ применяют в смесях для дыхания в аквалангах. Он не вызывает наркотического отравления на больших глубинах и кессонной болезни при подъеме на поверхность.
Так как он значительно легче воздуха, им заполняют дирижабли, воздушные шары, зонды. К тому же он не горит и гораздо безопаснее ранее использовавшегося водорода.
Гелий отличается высокой проницаемостью — на этом свойстве основаны приборы поиска течи в системах, работающих при низком или высоком давлении.
Смесь гелия с кислородом применяется в медицине для лечения болезней органов дыхания.

В сварке нередко применяются так называемые инертные газы. К ним относится группа химических элементов, у которых оказываются схожие свойства. Инертный газ благородный при нормальных условиях является одноатомным. Практически все они не обладают ни цветом, ни запахом. Характерной отличительной особенностью является очень низкая химическая реактивность. Они практически не вступают в реакцию с металлами, что и требуется для нормальной работы. Такие газы занимают первые 6 периодов и относятся к восьмой группе химических элементов в периодической таблице.

Свойства инертных газов можно объяснить по теории об атомных структурах. У них получаются полные электронные оболочки из валентных электронов. Это создает условия, в которых вещество может участвовать лишь в небольшом количестве химических реакций. Стоит отметить, что различия в температурах кипения и плавления практически у всех благородных газов менее 10 градусов Цельсия.

Что такое инертные газы?

Благородные газы, известные в химии благодаря своему уникальному свойству не смешиваться с другими веществами, также часто называют инертными. Как можно судить из названия, “благородство” инертных газов не позволяет им взаимодействовать с более простыми субстанциями и даже друг с другом. Такая избирательность благородных газов вызвана их атомным строением, которое проявляется в замкнутой внешней электронной оболочке, не позволяющей радону, гелию, ксенону, аргону, криптону и неону обмениваться своими электронами с атомами других газов.

Самым распространенным инертным газом в природе считают аргон, который занимает почетное третье место по содержанию в атмосфере Земли после азота и кислорода. У аргона нет вкуса, запаха и цвета, однако именно этот газ считается одним из самых распространенных во Вселенной. Так, наличие этого газа наблюдается даже в некоторых планетарных туманностях и в составе некоторых звезд.

При нагревании в газоразрядной трубке аргон приобретает розовый оттенок

Самым редким благородным газом в природе считают ксенон, который несмотря на свою редкость, содержится в атмосфере Земли наряду с аргоном. Ксенон обладает наркотическими свойствами и часто применяется в медицине в качестве анестезирующего средства. Кроме того, согласно данным Всемирного антидопингового агентства, ингаляции этого редкого газа имеют допинговый эффект, влияющий на физическое состояние применяющих его спортсменов. Заполнение ксеноном легких человека приводит к временному понижению тембра голоса, что является эффектом, обратным применению гелия.

При нагревании ксенон светится фиолетовым цветом

Четверо остальных благородных газов — Радон, Гелий, Неон и Криптон — также обладают своими уникальными свойствами. Все они не имеют какого-либо специфического вкуса, запаха или цвета, однако присутствуют в атмосфере Земли в небольших количествах и важны для нашего дыхания. Так, гелий считается одним из самых распространенных элементов в космосе, а его наличие в атмосфере Солнца, в составе других звезд Млечного Пути и некоторых метеоритов подтверждено научными данными.

Если вам нравится данная статья, приглашаю вас присоединиться к нашему каналу на Яндекс.Дзен, где вы сможете найти еще больше полезной информации из мира популярной науки и техники.

Неон, светящийся при нагревании красноватым оттенком, получается из воздуха при его глубоком охлаждении. Из-за сравнительно небольшой концентрации этого инертного газа в атмосфере планеты, неон чаще всего получают в качестве побочного продукта при добыче аргона.

Радон — радиоактивный инертный газ, который может представлять опасность для человеческого здоровья. Газообразный радон способен светиться голубым или синим светом, постепенно облучая человека и даже приводя к онкологическим заболеваниям. Несмотря на это, в медицине часто применяются так называемые радоновые ванны, которые позволяют добиться положительного эффекта при лечении болезней центральной нервной системы.

Радоновое озеро в селе Лопухинка Ленинградской области

И наконец, последний благородный газ, который можно найти в природе — криптон. Это один из самых редких благородных газов во Вселенной. В отличии от остальных инертных газов, этот газ при определенных условиях может испускать резкий запах, схожий с запахом хлороформа. Воздействие криптона на человека и животных крайне мало изучено из-за невероятной редкости этого газа.

Область применения

Свойства инертных газов делают их очень востребованными в сварочной сфере. Основными местами применения являются газовая и газово-дуговая сварка. Они выполняют роль защитной среды, которая отгораживает сварочную ванну с расплавленным металлом от негативного воздействия различных факторов, в том числе и воздушной среды. Как правило, они применяются вместе с техническим кислородом, так как он повышает температуру их горения. При использовании инертных газов швы получаются более надежными и качественными, так как снижается вероятность возникновения брака во время работы.

Вещества используются на строительных площадках при соединении металлоконструкций, в особенности, несущих частей. Ими удобнее работать с тонкими деталями, трубами и прочими объектами, которые сложно поддаются электрической сварке. В ремонтных мастерских по восстановлению автомобилей и прочей сложной техники именно сварка инертными газами является основным методом соединения деталей, так как она обладает деликатным отношением к материалу. В коммунальной сфере, где речь идет о ремонте труб и прочих вещей эти разновидности также используются. При производстве металлических изделий самого различного типа, особенно из цветных сложно свариваемых металлов, инертный газ благородный выступает основным сырьем для работы.

Открытие и список инертных газов

гелий (He);
неон (Ne);
аргон (Ar);
криптон (Kr);
ксенон (Xe);
радиоактивный радон (Rn).

Они довольно широко представлены во вселенной. По современным подсчетам космическая масса вселенной состоит на 76% из водорода, на 23% из гелия и только 1% приходится на другие элементы.

Водород и гелий ученые относят к элементам первичной материи вселенной. В атмосфере Земли благородных газов около одного процента. В основном это аргон. Их открытие — одна из увлекательнейших страниц истории науки.Содержание инертных газов в природе:

В космосе особенно много гелия, образующегося там из водорода в результате термоядерной реакции. После водорода, это самый распространенный элемент. На Земле гелий можно обнаружить в составе природных горючих газов.

Неон присутствует в атмосфере и в земной коре — 0,00005 г/т.
Аргон — это самый распространенный на планете инертный газ. (в земной коре его ничтожно мало, а в атмосфере почти один процент).
Криптон, ксенон и радон обнаруживается в земной атмосфере и в отдельных минералах, содержащих уран.
Радон относится к радиоактивным элементам, среди всех он один из самых тяжелых, он определяет степень естественной радиоактивности воздуха.

Благородные (инертные) газы

При обычных условиях — это газы без цвета, вкуса и запаха, плохо растворимые в воде, не возгораются при нормальных условиях, с очень низкой химической реактивностью. Их температуры плавления и кипения закономерно увеличиваются с увеличением атомного номера.

Среди всех благородных газов лишь у Rn нет стабильных изотопов и только он является радиоактивным химическим элементом.

Редкими (инертными) газами являются:

гелий (He) (атомный номер 2),
неон (Ne) (10),
аргон (Ar) (18),
криптон (Kr) (36),
ксенон (Xe) (54)
радиоактивный радон (Rn) (86).

В последнее время к этой группе также причисляют унуноктий (Uuo) (118).

Все инертные газы собой завершают соответствующий период в Периодической системе и имеют полностью завершенный, устойчивый внешний электронный уровень.

У инертных газов электронная конфигурация ns2np6 (у гелия 1s2) и они образуют VIIIА группу. С возрастанием порядкового номера увеличиваются радиусы атомов и их способность к поляризуемости, что приводит к увеличению межмолекулярных взаимодействий, к увеличению Тпл и Ткип, к улучшению растворимости газов в воде и других растворителях. Для инертных газов существуют такие известные группы соединений: молекулярные ионы, соединения включения, валентные соединения.

Почему благородные газы так названы?

В период открытия этих элементов для их обозначения употреблялось понятие инертные и благородные газы. Последнее понятие предложил Рамзай.

Оно образовалось по аналогии с названием металлов, входящих в группу семейства платины, которые в то время образовывали 8 группу.

На сегодняшний день 0 группа в периодической таблице расформирована, а ее представители перенаправлены в главную подгруппу 8 группы.

Чаще всего таким способом получают производные ксенона, радона и криптона.

Где применяются благородные газы?

Самыми применяемыми человеком инертными газами считаются аргон, гелий и неон, которые используются повсеместно от физики до медицины. Так, гелий используется при сварке металлов и в качестве хладоносителя при проведении лабораторных экспериментов. Неон и аргон часто применяются при изготовлении ламп накаливания и в металлургии, при изготовлении алюминиевых сплавов.

Благодаря своим уникальным свойствам, благородные газы нашли свое применение в разных отраслях науки

Остальные благородные газы чаще всего используются в медицине. Как уже упоминалось выше, радон находит свое применение в медицине, а ксенон и криптон используются в качестве наполнителя осветительных ламп.

Невидимость — как и путешествие во времени, телепортация, левитация и сверхскорость — является предметом обсуждения научной фантастики с самого ее появления….

Вселенная — волшебное окно времени, позволяющее нам заглянуть в прошлое. Чем дальше мы смотрим, тем дальше назад во времени мы видим. В отличие от наших мозг…

На сегодняшний день 21% воздуха, которым мы дышим, состоит из молекулярного кислорода. Но этот газ не всегда был в таком количестве, не всегда мог поддержива…

Цвета и спектры инертных газов

Цвета и спектры благородных газов. В первой строке таблицы изображены благородные газы в колбах, через которые пропущен ток, во второй — сам газ в трубке, в третьей — в трубках, которые изображают обозначение элемента в периодической таблице Менделеева.

Гелий	Неон	Аргон	Криптон	Ксенон

Распространенность инертных (редких) газов в природе

Из-за того, что инертные газы обладают химической инертностью, их довольно долго не получалось обнаружить, и их открытие состоялось лишь во 2-й половине XIX века.

Гелий – является вторым (после водорода) по распространенности элементом во Вселенной, в земной коре содержание гелия составляет лишь 1 · 10-6 масс. %. Гелий является продуктом радиоактивного распада и содержится в пустотах горных пород и в природном газе.

Все благородные газы являются составляющими воздуха. В 1 3м воздуха находится 9,3 л аргона, 18 мл неона, 5 мл гелия, 1 мл криптона и 0,09 мл ксенона. Солнце приблизительно на 10% состоит из гелия, образующийся из водорода по реакции ядерного синтеза:

(β+ — позитрон, — антинейтрино). В спектре излучения Солнца довольно интенсивно проявляются линии гелия, которые были впервые обнаружены в 1868 г. На Земле гелий был найден только в 1895 г. при спектральном анализе газов, выделяющихся при растворении в кислотах минерала клевеита U2О3. Уран, входящий в состав минерала, самопроизвольно распадается по уравнению:

238U → 234Th + 4He.

В небольшом количестве они присутствуют в воздухе и некоторых горных породах, а также в атмосферах некоторых планет-гигантов.

Промышленное использование инертных газов основано на их низкой химической активности или специфических физические свойствах.

Некоторые характеристики элементов VIIIА подгруппы (инертных газов)

Элемент	Радиус атома, нм	Первый потенциал ионизации, эВ	Tпл., K	Tкип., K	Относительная поляризуемость атома, усл. ед.	Энергия возбужденного электрона, эВ
Гелий, He	0,122	24,58	–	4,18	1	–
Неон, Ne	0,160	21,56	24	27,18	2	16,6
Аргон, Ar	0,192	15,76	34	97,29	3	11,5
Криптон, Kr	0,198	14,00	116	120,26	12	9,9
Ксенон, Xe	0,218	12,13	162	166,06	20	8,3

Уникальными физическими свойствами обладает гелий. Во первых, это — единственное из известных в природе веществ, которое остается жидким при самых низких температурах, вплоть до 0 К. Он кристаллизуется только под давлением 25 атм. Во-вторых, гелий имеет самую низкую из всех веществ температуру кипения. Наконец, самое интересное свойство гелия — сверхтекучесть. При температурах ниже 2,2 К жидкий 4Не существует в виде смеси двух жидкостей, одна из которых имеет обычные свойства, а другая — аномальные. Сверхтекучая компонента жидкого гелия имеет практически нулевую вязкость (в 10 млрд. раз меньше, чем у воды). Это вещество способно просачиваться через мельчайшие отверстия в пористом сосуде, оно самопроизвольно вытекает из непористого сосуда, поднимаясь вверх по его стенкам, и обладает сверхвысокой теплопроводностью.

Электронное строение благородных газов

Название	Электронная конфигурация	Радиус атома, нм	Потенциал ионизации, эВ	Степени окисления
Гелий Не	1s2	0,122	24,6
Неон Ne	[Не]2s22p6	0,160	21,6
Аргон Аr	[Nе]3s23p6	0,191	15,8
Криптон Кr	[Ar]3d104s24р6	0,198	14,0	+2,+4
Ксенон Хе	[Кr]4d105s25p6	0,209	12,1	+2,+4,+6,+8
Радон Rn	[Хе]4f145d106s26р6	—	10,8	+2,+4,+6

Какие благородные газы используются для светотехники?

В большей части конструкций, характеризующихся наличием источников света, имеются инертные газообразные элементы таблицы Менделеева. Во время прохождения по их верхним слоям электрического тока, масса начинает светиться. Оттенок свечения может быть разным:

неон обладает оранжево-красным свечением, из-за чего используется для создания световой рекламной продукции, газоразрядных лампочек;
криптон может окраситься в зеленоватый или грязно-белесый оттенок, а при высоком напряжении дает сине-белый свет: широкое применение получил у фото-художников с целью формирования специфического освещения;
гелий обладает синим, серым, зелено-голубым свечением, в некоторых ситуациях окрашивается в бело-оранжевый цвет: также применяется для создания освещения;
аргон дает фиолетовый голубой оттенок;
ксенон может давать серое, синеватое свечение: используется для фотовспышек, лампочек индикации;
радон характеризуется синим светом: не имеет применения в газосветильных приборах из-за отсутствия стабильных изотопов.

Указанные характеристики инертных элементов таблицы Менделеева позволяют их широко применять в практических целях.

Существует множество научных исследований, дающих возможность использования веществ в медицине, строительстве, промышленности, а также художественной деятельности.

В настоящее время инертные газы получили широкое распространение в самых различных сферах человеческой жизни. Не является исключением и газ ксенон – один из самых необычных химических элементов, известных науке. Он представляет собой так называемый благородный газ, состоящий из молекул с одним атомом, который не обладает каким-либо запахом, вкусом или цветом. Кроме того, он не горит, не приводим к взрывам и является относительно безопасным для человека.

В природе этот химический элемент представлен в крайне малых количествах. Очень незначительные запасы такого вещества сосредоточены в земной коре и атмосфере нашей планеты. Кроме того, как известно современным ученым, он занимает невысокие позиции по своей распространенности и в космосе. Возможно, именно по этой причине этот элемент долгое время оставался неизвестным науке и был открыт лишь в конце 19-го века.

Ключевой особенностью газа ксенона, которая отличает его от многих других инертных газов, является его способность вступать в химические реакции с образованием ковалентных связей. Это первый благородных газ, с помощью которого удалось получить химические соединения, например, такие как дифторид ксенона. Кроме того, он обладает и другими особенностями, которые позволяют применять его в самых различных направлениях деятельности.

Использование в источниках света

Различные виды ламп создаются с применением газообразных веществ, которые позволяют создать внутри такого изделия соответствующие условия. При создании источников света применяется и ксенон. Им наполняют некоторые виды ламп накаливания, а также высокомощные импульсные и газоразрядные лампы. Некоторые из них способны создавать по-настоящему мощное свечение, так как окруженная Xe электрическая дуга создает очень яркий свет.

Очень часто лампы с Xe применяются при создании кинопроекторов, а также софитов для концертного и театрального оборудования. Это вещество все чаще используется в качестве аналога ртути в лампах, предназначением которых является получение ультрафиолета. Еще одно его свойство заключается в том, что из-за высокой атомной массы он препятствует испарению вольфрама с поверхности нити накаливания (находясь внутри колбы лампы).

Применение в области медицины

В конце 20-го века впервые были проведены испытания медицинского ксенона, которые показали, что он является безопасным и эффективным средством для наркоза и обезболивания. Это связано с тем, что при правильной концентрации такой газ является полностью безопасным для человека. Он не вступает в какие-либо химические реакции и быстро выводится из организма.

В настоящее время его активно применяют в различных странах мира. Например, с конца 90-х годов он официально разрешен для использования в качестве анестезии на территории Российской Федерации, а в середине 2000-х годов получил разрешение и в странах-членах Европейского Союза. Если вас интересует возможность применения газов и их смесей в медицине, то предлагаем вам прочесть отдельную статью, посвященную этой теме.

Как газ ксенон применяется в сфере покорения космоса?

Обладая самой высокой стабильностью среди других тяжелых инертных газов, этот химический элемент применяется в качестве рабочего тела в:

ионных реактивных двигателях;
плазменных реактивных двигателях.

Для этих целей его используют преимущественно в чистом виде. При этом очищенные от различных посторонних добавок благородные газы могут обладать достаточно высокой стоимостью. Узнать с чем это связано вы можете в нашем материале, посвященном теме глубокой очистки газов.

Ионные и плазменные реактивные двигатели в настоящее время используются в современных и высокомощных космических кораблях, основным назначением которых является изучение планет Солнечной системы.

Кроме того, вас может заинтересовать и другой инертный газ – криптон, прочесть о применении которого вы можете здесь.

В чем заключается сложность получения ксенона?

Во-первых, в атмосфере Земли этот элемент является очень редким, поэтому его добыча в чистом виде невозможна. Во-вторых, технология его получения очень сложная и дорогостоящая. Его добывают как побочный продукт в процессе производства жидкого кислорода, а также при искусственном разделении воздуха на кислород и азот. Ученые ищут новые способы получения Xe, которые были бы более эффективными и безопасными в плане экологии.

Выводы

Xe – это инертный тяжелый газ, который обладает особыми качествами и широко применяется в различных сферах жизни, в том числе в медицине, науке и технике. Единственная сложность заключается в трудоемком процессе его получения, а, следовательно, высокой стоимости.

Для просмотра предприятий, которые занимаются продажей, производством или доставкой технических газов или газовых смесей - нажмите соответствующую кнопку.

Общие сведения

Использование криптона

Криптон применяют при изготовлении сверхмощных лазеров. Связь криптона с фтором (фторид криптона) используют как окислитель ракетного топлива и в боевых лазерах. В быту его используют для утепления и звукоизоляции пластиковых окон.

Общие сведения

Ксенон – газ, который относится к классу инертных газов. Он не обладает ни запахом, ни цветом, ни вкусом. Ксенон был открыт в конце девятнадцатого века учеными У. Рэлеем и У.Рамзаем. Ученые разложили жидкий воздух на составляющие и спектроскопическим методом изучили этот газ. Доля этого газа в атмосфере крайне мала. Ксенон встречается во вселенной довольно редко и на Земле его чаще всего получают искусственным путем.

Использование ксенона

Благодаря своим свойствам ксенон получил широкое применение в качестве газа для ламп накаливания, газоразрядных источников света и автомобильных фар. Радиоактивные изотопы ксенона используют в медицине в качестве источников излучения в радиографии, для обнаружения течи в вакуумных аппаратах и для ксенонового наркоза пациентов. Используют ксенон и для производства лазеров, в двигателях космических ракетоносителей.

Общие сведения

Неон – одноатомный инертный газ без цвета, запаха и вкуса. Как и другие элементы (ксенон, криптон) этот газ был получен ученым У.Рамзаем, который методом исключения выделил этот газ из воздуха и изучил его спектроскопическим методом. Этот газ довольно распространен во вселенной и занимает пятое место после кислорода, водорода, углерода и гелия.

Использование неона

Раньше главное применение неона заключалось в его использовании в качестве инертной среды, но со временем его вытеснил и заменил аргон, как наиболее дешевый. Сейчас главное свое применение неон нашел в качестве наполнителя газоразрядных ламп. Жидкий неон применяют в криогенных установках в качестве охладителя. Используют неон и в газовых лазерах.

Читайте также: