الوسم: الغازات

الغـازات النبيلـة

هي العناصر الكيميائية الموجودة في المجموعة الثامنة عشر من الجدول الدوري

وهذه السلسلة الكيميائية تحتوي العناصر الآتية : الأرجون Ar، الهيليوم He , الكربتون Kr , النيون Ne , الرادون Rn , الزينونXe , بالإضافة إلى عنصر جديد قيد الأبحاث ( لم يكتشف بعد ) وهو الأنون أوكتيوم وله الرمز المؤقت Uuo

وخلافًا لمعظم العناصر الغازية، فإن الغازات النبيلة أحادية الذرة، أي توجد في الطبيعة على شكل ذرات منفردة بدلاً من جزيئات من ذرتين أو أكثر

ويتميز تركيب هذه الغازات بوجود ثمانية إلكترونات في المستوى الخارجي لها باستثناء الهيليوم حيث يحتوى المستوى الخارجي فيه على إلكترونين فقط , وهذا ما يفسر خمول فاعليتها واستقرارها

كانت الغازات النبيلة تعرف إلى عهد قريب بالغازات الخاملة نظراً لأنه لم يكن يعرف – حتى قبل عام 1962 – أنها تدخل في أي تفاعل كيميائي نظراً لارتفاع جهود تأينها ولأنها أقل العناصر ألفة إلكترونية ولكن الآن أصبح هذا التعبير ليس دقيق نظرا لأن عدد منها يدخل في تفاعلات كيميائية , كما انه كان يطلق عليها أيضا الغازات النادرة على الرغم من أنها توجد في الهواء الجوي بنسبة 1 % بالحجم تقريباً

تاريخ الغازات النبيلة ووجودها في الطبيعة

نظراً لعدم نشاط الغازات النبيلة الكيميائي فإنها لم تكتشف حتى 1868, حينما تم اكتشاف الهيليوم بواسطة المطياف في الشمس .

في سنة 1868 حدث كسوف كلي للشمس وأمكن بذلك دراسة الجو الضوئي المحيط بها بواسطة المطياف . وقد لاحظ جانسن (Janssen ) وجود خط في المنطقة الصفراء من الطيف يختلف في طول موجته عن الخط المميز لعنصر الصوديوم وقد استنتج فرانكلاند ( Frankland ) ولوكير ( Lockyer ) أن الخط لابد أن يكون لعنصر جديد لايوجد على الأرض وسمي هيليوم اشتقاقاً من الكلمة اليونانية Helios ومعناه الشمس نظراً لوجوده في جو الشمس بكثرة

وفي عام 1894 درس ويليام رامزي( Ramsay)

الغازات الناتجة من تسخين معدن الكليفيت ( Cleveite ) ولاحظ أنها تحتوي على الهيدروجين والنيتروجين والأرجون كما لاحظ أن طيفها يحتوي على الخط المميز للهيليوم الذي سبق اكتشافه في جو الشمس وقد دل ذلك على وجود الهيليوم في الأرض كما أثبت كايزر ( Kayser ) وجود الهيليوم في الهواء الجوي المحيط بالكرة الأرضية في عام 1895

يعد الهيليوم من أخف الغازات المعروفة بعد الهيدروجين , وثاني أكثر الغازات وفرة في الكون

يوجد غاز الهيليوم بوفرة كبيرة جداً في النجوم , ويعود ذلك إلى الاندماج النووي للهيدروجين , إلا أن وجوده في الغلاف الجوي للأرض قليل حيث يصل إلى 0.0005 % حجماً . بسبب أن الجاذبية الأرضية لهذا الغاز ليست قوية بما فيه الكفاية لإعاقة انفلاته التدريجي باتجاه الفضاء , ويعود السبب في وجود الهيليوم في الغلاف الجوي الأرضي نتيجة للتفكك التلقائي لبعض النظائر المشعة الثقيلة مع إصدار جسيمات ألفا التي تتحول إلى غاز الهيليوم

كما تعد مكامن الغاز الطبيعي والحقول الغازية مصدراً لغاز الهيليوم حيث تبلغ نسبته 2 % وهي المصدر التجاري الرئيسي لهذا الغاز

النيون

أكتشف النيون عام 1898 بواسطة كلاً من رامزي( Ramsay) وموريس وليم ترافرس ( Travers )

عندما كانا يقومان بتقطير الهواء المسال تقطيراً تجزيئياً فعندما قاما بتقطير الجزء الذي يحتوي على الأرجون المسال تقطيراً تجزيئياً تبين أنه يحتوي على بعض الهيليوم وغاز آخر سمي نيون طبقًا للكلمة الإغريقية (Neos) والتي تعني الجديد , وقد تنبأ رامزي بوجود هذا الغاز قبل ذلك بعام

يوجد هذا الغاز بكميات قليلة في الغلاف الجوي للأرض ( بنسبة 0.0018 % حجماً ) , وفي صخور قشرة الأرض . وغاز النيون أخف من الهواء

الأرجون

في عام 1892 لاحظ البارون رايلي

أن كثافة النيتروجين المحضر من الهواء أكبر من كثافة النيتروجين المحضر من مركباته وقد استنتج من ذلك أن نيتروجين الجو يحتوي على غاز آخر أثقل منه وقد نجح رامزي عام 1894 في فصل هذا الغاز من الهواء بعد إزالة الأكسجين والنيتروجين منه ونظراً لأن هذا الغاز يتميز بخمول كيميائي فقد أطلق عليه اسم الأرجون ومعناه باليونانية خامل أو كسول

يوجد الأرجون طبيعياً في الصخورويتشكل في الهواء الجوي بنسبة 0.93 % حجماً , ويعتبر أعلى الغازات النبيلة في نسبة تواجده

يتم إطلاق الأرجون بصفة مستمرة في الغلاف الجوي من انحلال البوتاسيوم المشعّ في قشرة الأرض
ويوجد الأرجون في جو المريخ بنسبة 1.6%

الكريبتون

أكتشف الكريبتون من قبل الكيميائيان البريطانيان السير ويليام رامزي وموريس ترافرس عام 1898م عند إجراء عملية التقطير التجزيئي للهواء المسال
وسمي كريبتون ومعناها باليونانية الخفي

يوجد القليل من غاز الكريبتون في الغاز الطبيعي وفي البراكين , ولكن معظم وجوده يكون في الغلاف الجوي للأرض حيث يوجد بنسبة 0.0001 % حجماً

الزينون

اكتشف الزينون عالما الكيمياء البريطانيان السير ويليام رامزي وموريس ترافرس عام 1898م عندما كانا يدرسان الهواء السائل.
وسمي زينون وتعني باليونانية غريب

يوجد الزينون بكميات قليلة في الجو (بنسبة 0.0000087 % ) , ويعتبر أقل الغازات النبيلة في نسبة تواجده في الغلاف الجوي للأرض , كما يوجد في جو المريخ بحدود حوالي 0.08 جزء بالمليون

الرادون

الرادون غاز مشع اكتشف عام 1900 م بواسطة العالم فريديريتش إيرنست دورن (Fredrich Ernst Dorn)

اشتق اسم الرادون من الراديوم حيث أنه يتكون بسبب الانحلال الإشعاعي لعنصر الراديوم. ويتكون الراديوم بدوره نتيجة للانحلال الإشعاعي لليورانيوم. ينطلق الرادون إلى الجو من التربة والصخور ويتسرب إلى المنازل من خلال الشقوق الموجودة في أرضيات وجدران الدور السفلي من المبنى

يسبب الرادون الشديد التركيز، سرطان الرئة، إذا تمَّ استنشاقه بكميات كبيرة. أما خارج المنازل، فيكون الرادون مخفّفًا إلى المستويات الآمنة التي لا تضر بالصحة العامة

أنون أوكتيوم Ununoctium

في عام 1999 أفادت الأبحاث في معمل لورانس بيركيلي القومي عن اكتشاف كل من العناصر 116, 118 في بحث تم نشره في (خطابات مراجعة الفيزياء)

وفى العام التالي , أعلنوا تراجعهم عن الإفادة السابقة بعد عدم استطاعة الأبحاث الوصول لنفس النتائج مرة أخرى. وفى يونيو عام 2022, أعلن مدير المعمل أن الإدعاء الأصلي باكتشاف العنصرين كان عن طريق فيكتور نينوف . أنون أوكتيوم هو اسم مؤقت بمعرفة (IUPAC)

طرق استخلاص الغازات النبيلة

تحضر الغازات النبيلة عادةً بالتقطير التجزيئي للهواء المسال إذ يحتوي الجزء الأكثر تطايراً على غازات النيتروجين والهيليوم والنيون . ويمكن التخلص من النيتروجين بالإسالة أولاً ثم بامتزازه على الفحم المنشط

يستخلص غاز الهيليوم من الغاز الطبيعي والحقول الغازية , وتتلخص عملية الاستخلاص بإدخال الغاز تحت ضغط منخفض ( 0.3 إلى 0.5 ضغط جوي ) وينزع منه الماء والمركبات الهيدروكربونية القابلة للتكثف , ومن ثم يمرر في جهاز تنقية لإزالة الغبار , وبعد ذلك يمرر إلى أبراج الامتصاص لإزالة غاز ثاني أكسيد الكربون CO2 بواسطة محلول من أحادي إيثانول أمين ( MEA ) وثنائي إيثيلين جليكول , وأخيراً يمرر في طبقة من البوكسيت , ولفصل الهيليوم الخام يدخل الغاز المنقى إلى وحدات خاصة ويبرد إلى درجة حرارة -156 درجة مئوية بواسطة التبادل الحراري مع الهيليوم الخام والغاز الطبيعي المستنزف , ويتم تمدد التيار المبرد في عمود فاصل حيث يتم تسييل الغاز الطبيعي وفصله , وذلك بواسطة مبردات حلزونية يمر فيها نيتروجين بارد تحت ضغط منخفض ويكون الغاز المتبقي عبارة عن 75 % هيليوم و25 % نيتروجين

ولتنقية غاز الهيليوم يتم أولاً فصل آثار الهيدروجين في مفاعل مع كمية صغيرة من الهواء , حيث يتم أكسدته إلى ماء فوق محفز من البلاتين , أما النيتروجين فيتم فصله بالتبريد إلى درجة حرارة أقل من -193 درجة مئوية , ويتم تنقيته من الشوائب الأخرى بواسطة الإمتزاز في وحدات خاصة .
ينتج الهيليوم في معظم الوحدات بدرجة غليان -268.9 درجة مئوية تحت ضغط جوي واحد بالمقارنة مع الهيدروجين الذي يغلي عند درجة حرارة -252 درجة مئوية

أما غاز الأرجون وكذلك النيون والكريبتون والزنيون فيتم تحضيرها تجارياً كمنتجات ثانوية من وحدات فصل الهواء بالتبريد , ويتم تقطير الهواء باستخدام أعمدة وأبراج مضاعفة خاصة , ويتم بعد ذلك فصل الغازات النبيلة عن طريق عمود في جانب الوحدة , يتم فصل الأرجون لأنه يغلي عند درجة أقل من درجة حرارة غليان الأكسجين , وبعد ذلك يسحب الأرجون من الطرف العلوي للعمود عند نقطة أعلى من مستوى منتج الأكسجين , ويتم تنقيته الأرجون الخام من الشوائب , مثل الأكسجين والنيتروجين في وحدات خاصة , وتتم إزالة الأكسجين على هيئة بخار ماء بإضافة الهيدروجين مع مادة محفزة عند درجة حرارة عالية , يجفف الغاز من بخار الماء الناتج في وحدات تجفيف خاصة , كما تتم إزالة النيتروجين بواسطة التقطير بالتبريد للحصول على الأرجون بنقاوة 99.999 %

أما الأنون أوكتيوم فقدأكتشف بقصف أهداف ( Pb ) بشعاع حادّ من أيونات الكريبتون الغنية بالطاقة