"Химия", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон образуют VIIIА-группу, которую в современной нумерации называют группой 18. Их атомы имеют завершённую внешнюю электронную оболочку, поэтому обычно малоактивны и существуют поодиночке. Все эти элементы — бесцветные газы; вниз по группе увеличиваются размеры и масса атомов, а также в целом растут температуры кипения. Благородные газы встречаются в воздухе, используются в технике и освещении, а некоторые из них, например ксенон, способны образовывать соединения.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Благородные газы — элементы главной подгруппы VIII группы, или современной группы 18, атомы которых обычно существуют поодиночке. К ним относятся гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Это название помогает выделить элементы со сходным строением атомов и малой химической активностью.
Завершённая внешняя электронная оболочка — устойчивое состояние внешнего электронного слоя атома. У гелия на первом слое два электрона, у остальных благородных газов внешний слой содержит восемь электронов. Это понятие объясняет, почему атомам группы обычно не требуется изменять число электронов.
Одноатомный газ — газ, частицы которого представлены отдельными атомами, а не молекулами. Например, частицу аргона обозначают Ar, а не Ar₂. Понятие помогает правильно записывать состав простых веществ благородных газов.
Соединения благородных газов — вещества, в которых атомы некоторых газов химически связаны с атомами других элементов. Наиболее известны соединения ксенона. Этот термин напоминает, что малая активность не означает абсолютную невозможность химических реакций.
В VIIIА-группу входят гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радиоактивный радон. Их располагают сверху вниз по возрастанию порядкового номера, то есть заряда ядра. При переходе к следующему элементу добавляется электронный слой: поэтому у атома радона слоёв больше, чем у атома гелия.
Причина малой активности благородных газов — завершённая внешняя оболочка. Атомам обычно выгодно вступать в реакцию, если так они приобретают устойчивую электронную конфигурацию. Но благородным газам не нужно отдавать электроны или присоединять их, а изменение уже устойчивой оболочки требует энергии. Поэтому при обычных условиях реакции для них малохарактерны.
По той же причине благородные газы не образуют прочных связей друг с другом и существуют в виде отдельных атомов. У многих других элементов атомы объединяются в молекулы или кристаллы, чтобы получить более устойчивое состояние. У благородных газов внешние оболочки уже завершены, так что объединение не даёт им такого преимущества. Поэтому их простые вещества называют одноатомными газами.
Все элементы группы при обычных условиях — бесцветные газы. От гелия к радону атомы становятся крупнее и тяжелее, а притяжение между соседними атомами усиливается. Чтобы разделить такие частицы при кипении, требуется всё больше энергии, поэтому температуры кипения в целом возрастают. По этой же причине в группе обычно увеличивается плотность газов.
Благородные газы содержатся в воздухе, хотя их доля и распространённость различаются. Аргон выделяют из воздуха и используют при сварке: он помогает защитить нагретый металл от реакций с окружающей средой. Гелий применяют в лёгких газовых смесях, а неон — в световых приборах. Несмотря на низкую активность группы, известны соединения ксенона: в подходящих условиях его атомы могут вступать в химические связи.
| Элемент | Символ | Число электронных слоёв | Характерная особенность | Применение или значение |
|---|---|---|---|---|
| Гелий | He | 1 | Первый слой заполнен двумя электронами | Используют в лёгких газовых смесях |
| Неон | Ne | 2 | Бесцветный одноатомный газ | Применяют в световых приборах |
| Аргон | Ar | 3 | Малоактивен при обычных условиях | Защитная среда при сварке |
| Криптон | Kr | 4 | Благородный газ с четырьмя электронными слоями | Входит в состав воздуха в малом количестве |
| Ксенон | Xe | 5 | Известны химические соединения | Пример того, что благородные газы не абсолютно инертны |
| Радон | Rn | 6 | Радиоактивный газ | Требует осторожного обращения |
Число электронных слоёв можно определить по номеру периода элемента в периодической системе. Сравнивая строки таблицы, проследи, как при движении вниз по группе растёт число слоёв и меняются характерные особенности. Применение газа связано прежде всего с его свойствами, а не только с его положением в таблице.
Условие. Электронная схема неона — 2, 8. Нужно объяснить его малую химическую активность. В записи первое число показывает количество электронов на первом слое, второе — на внешнем.
Ответ. Неон малоактивен, потому что его внешний электронный слой заполнен восемью электронами. Изменение такой устойчивой оболочки обычно энергетически невыгодно.
Условие. Расположите гелий, аргон и ксенон по возрастанию числа электронных слоёв и укажите, как в этом ряду изменяется температура кипения. Нужно опираться на положение элементов в периодической системе и общую закономерность группы.
Ответ. Гелий, аргон, ксенон. Температура кипения в этом порядке возрастает.
Условие. Объясните, почему аргон подходит для создания защитной среды при сварке, а кислород использовать нельзя. Сравним, вступают ли эти газы в реакции с нагретыми веществами.
Ответ. Аргон создаёт малоактивную защитную среду вокруг места сварки. Кислород может окислять нагретый металл, поэтому для такой защиты он не подходит.
Ошибка: называть благородные газы абсолютно инертными. Так говорят из-за их крайне низкой активности, но это слишком категорично: известны соединения ксенона. Проверь себя вопросом, существуют ли исключения; если да, используй формулировку «малоактивны».
Ошибка: считать, что у всех элементов группы на внешнем слое восемь электронов. Это обобщение не учитывает гелий, у которого заполнен первый слой с двумя электронами. Проверяй, какой электронный слой является внешним и сколько электронов он может вместить.
Ошибка: записывать благородные газы как двухатомные молекулы. По аналогии с некоторыми другими простыми веществами можно ошибочно написать, например, Ar₂, но при обычных условиях частицы благородных газов — отдельные атомы. Проверка проста: для такого газа указывай символ элемента, например He или Ar.
Ошибка: думать, что вниз по группе число электронных слоёв уменьшается. Путаница возникает, если не учитывать порядок элементов в периодической системе. Проверь себя по периодам: при движении сверху вниз номер периода и число электронных слоёв увеличиваются.
Для понимания строения благородных газов нужны знания о составе атома, электронных слоях и распределении электронов по оболочкам. Положение элементов в периодической системе помогает увидеть, почему число слоёв увеличивается вниз по группе и как меняются свойства. Малая химическая активность пригодится при изучении химической связи и окислительно-восстановительных реакций. Она также объясняет практическое применение газов, например использование аргона для защиты металла при сварке.
Почему благородные газы почти не вступают в химические реакции?
У атомов благородных газов внешняя электронная оболочка завершена, поэтому они устойчивы. Отдавать или присоединять электроны им энергетически невыгодно, и реакции происходят редко.
Почему гелий относят к благородным газам, если у него только два электрона?
Первый электронный слой вмещает не больше двух электронов, поэтому у гелия он заполнен полностью. Для устойчивости гелию не нужно восемь электронов.
Существуют ли соединения благородных газов?
Да, хотя такие вещества известны не для всех элементов группы. Например, ксенон образует соединения с другими элементами, поэтому благородные газы нельзя считать абсолютно инертными.
Почему благородные газы одноатомны?
Их внешние электронные оболочки уже завершены, поэтому атомам не нужно связываться друг с другом ради устойчивости. При обычных условиях частицы этих газов — отдельные атомы, а не молекулы.
Как используют аргон, гелий и неон?
Аргон создаёт защитную среду при сварке, поскольку почти не реагирует с веществами в зоне нагрева. Гелий применяют в лёгких газовых смесях, а неон — в световых приборах.
§ 41. Элементы VIIIА-группы*
