Эрхэм хийн физик ба химийн шинж чанарууд
Гели (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe), радон (Rn) зэрэг язгуурт хийнүүд нь үелэх хүснэгтийн 18-р бүлгийг эзэлдэг. Эдгээр элементүүд нь онцгой тогтвортой байдал, стандарт нөхцөлд урвалд орох чадваргүй байдгаараа онцлог юм. Энэхүү өвөрмөц зан төлөв нь тэдгээрийн бүрэн валент электрон бүрхүүлүүдтэй холбоотой бөгөөд энэ нь тэдгээрийг химийн холбоо үүсгэхэд маш тэсвэртэй болгодог. Энэхүү нийтлэлд язгуурт хийнүүдийн өвөрмөц, ихэвчлэн сонирхолтой зан төлөвт нөлөөлдөг физик, химийн шинж чанаруудыг нарийвчлан авч үзэх болно.
Эрхэм хийн физик шинж чанарууд
1. Атом ба Ионы цацраг
Гелиэс радон руу бүлгээр доошлоход язгууртны хийнүүд атомын радиусын тогтмол өсөлтийг харуулдаг. Энэхүү өсөлтийг дараалсан элемент бүрт электрон бүрхүүл нэмэгдэж, атомын эзэлхүүн нэмэгдэхэд хүргэдэгтэй холбон тайлбарлаж болно.
2. Буцалгах ба хайлах цэгүүд
Эрдэмт хий нь бусад элементүүдтэй харьцуулахад буцлах болон хайлах цэг багатай байдаг. Тэдгээрийн дотроос гели нь хамгийн бага буцлах цэг (-268.9 °C) ба хайлах цэг (-272.2 °C)-тай тул лабораторид хамгийн бага температурт шингэн хэвээр үлддэг цорын ганц элемент юм. Буцлах болон хайлах цэгүүд нь атомын тоотой хамт нэмэгддэг. Жишээлбэл, ксенон нь -108.1 °C-д буцалж, -111.8 °C-д хайлдаг. Энэ хандлага нь голчлон хүнд эрхэмт хийд ван дер Ваалсын хүч ихэссэнтэй холбоотой бөгөөд төлөв хооронд шилжихэд илүү их энерги шаардагддагтай холбоотой юм.
3. Нягтрал
Эрдэмт хийнүүдийн нягтрал нь атомын тоотой хамт нэмэгддэг бөгөөд энэ нь голчлон гелийээс радон руу шилжих үед массын өсөлттэй холбоотой юм. Гели нь ялангуяа хөнгөн бөгөөд агаарын нягтралын долооны нэг орчим тул бөмбөлөг болон агаарын хөлгийг дүүргэхэд түгээмэл болгодог.
4. Уусах чадвар
Эрхэм хий нь усанд бага зэрэг уусдаг. Гели нь хамгийн бага уусах чадвартай бол ксенон нь хамгийн өндөр уусах чадвартай. Энэхүү уусах чадвар нь маш бага боловч мэдээгүйжүүлэлт зэрэг хэрэглээнд хамааралтай бөгөөд ксеноныг биологийн шингэнд уусгах чадвар нь мэдээгүйжүүлэлт болгон ашиглахад тохиромжтой болгодог.
5. Дулаан дамжуулалт
Гели нь бусад хийтэй харьцуулахад гайхалтай өндөр дулаан дамжуулалттай байдаг. Энэ шинж чанарыг криогеник болон MRI аппарат зэрэг тусгай хөргөлтийн хэрэглээнд ашигладаг. Бид бүлгээс доош шилжих тусам дулаан дамжуулалт мэдэгдэхүйц буурдаг.
Эрхэм хийн химийн шинж чанарууд
Эрхэм хийнүүд нь бүрэн валентын электрон бүрхүүлтэй тул удаан хугацаанд идэвхгүй гэж сурталчилж ирсэн бөгөөд энэ нь ерөнхийдөө тэдгээрийг урвалд орох нэгдлүүд үүсгэхээс сэргийлдэг. Гэсэн хэдий ч 20-р зууны дунд үед хийгдсэн нээлтүүд нь тодорхой нөхцөлд нэгдлүүд үүсгэж чаддаг болохыг харуулсан бөгөөд энэ нь химийн идэвхгүй байдлын нэр хүндэд нь сөргөөр нөлөөлсөн.
1. Урвалд орох чадвар
Эрдэмт хийнүүдийн урвалд орох идэвхжил нь бүлгээр буурдаг. Гели ба неон нь хэвийн нөхцөлд бараг урвалд ордоггүй. Гэсэн хэдий ч аргон, криптон, ксенон, радон нь голчлон фтор болон хүчилтөрөгчтэй нэгдлүүд үүсгэж чаддаг. Ялангуяа ксенон нь ксенон гексафторид (XeF6) болон ксенон тетроксид (XeO4) зэрэг янз бүрийн нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Хүнд эрхэмт хийнүүдийн туйлшрал нэмэгдэж, иончлолын энерги бага байгаа нь энэхүү урвалд орох идэвхжилийг нэмэгдүүлдэг.
2. Нийлмэл үүсэх
– Ксеноны нэгдлүүд: Ксенон нь хэд хэдэн фторид ба исэл үүсгэдэг бөгөөд эдгээр нь сонирхолтой химийн найрлага болон хэрэглээний боломжийн хувьд чухал ач холбогдолтой юм. Жишээлбэл, ксенон дифторид (XeF2)-ийг органик синтезд хүчтэй фторжуулагч бодис болгон ашигладаг.
– Криптоны нэгдлүүд: Криптон нь хүнд нөхцөлд эрхэм хийнүүдийн химийн холбоо үүсгэх чадварыг харуулдаг криптон дифторид (KrF2) үүсгэдэг гэдгээрээ алдартай.
3. Электроны хамаарал ба иончлолын энерги
Эрхэм хий нь гелиэс радон хүртэл буурдаг их хэмжээний ионжуулалтын энергитэй байдаг. Ионжуулалтын энерги нь хийн атом эсвэл ионоос электроныг салгахад шаардлагатай энерги юм. Энэхүү өндөр ионжуулалтын энерги нь тэдгээрийн электрон алдах нь энергийн хувьд таагүй тул урвалд орохгүй шинж чанарыг нь бататгадаг. Тиймээс эрхэм хий нь маш бага электрон хамааралтай, ихэвчлэн тэгтэй ойролцоо байдаг нь электрон авах хандлагагүй байгааг илтгэнэ.
Практик хэрэглээнд байгаа эрхэм хийнүүд
Тэдний дотоод шинж чанарыг ойлгохоос гадна эрхэм хий нь өвөрмөц шинж чанараасаа үүдэлтэй өргөн хүрээний хэрэглээтэй байдаг.
1. Гели
Гели нь буцалгах температур багатай тул криогеникт зайлшгүй шаардлагатай. Үүнээс гадна, идэвхгүй шинж чанар, бага нягтрал нь бөмбөлөг болон агаарын хөлгүүдэд ашиглахад тохиромжтой болгодог. Гүн далайн шумбалтын үед гелий нь азотын наркозоос зайлсхийхийн тулд амьсгалын хий дэх азотыг орлодог.
2. Неон
Неоныг ионжуулсан үед тод ялгаралтын спектртэй тул тод гэрэлтүүлэгтэй тэмдэглэгээнд түгээмэл ашигладаг. Түүнчлэн, энэ нь өндөр хүчдэлийн индикатор болон вакуум хоолойд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
3. Аргон
Аргоныг гагнуур болон бусад өндөр температурт үйлдвэрлэлийн процесст идэвхгүй уур амьсгалыг бүрдүүлэх, хүсээгүй химийн урвалаас урьдчилан сэргийлэх зорилгоор байнга ашигладаг. Улайсдаг болон флюресцент гэрэлтүүлэгт аргон хий нь утаслаг исэлдэлтээс урьдчилан сэргийлэхэд тусалдаг.
4. Криптон ба Ксенон
Криптон болон ксеноныг гэрэлтүүлэг болон гэрэл зурагт ашигладаг. Криптоныг зарим гэрэл зургийн гялбаанд ашигладаг бол ксеноныг гэрэлт цамхаг, кино проектор зэрэг өндөр эрчимтэй чийдэнгүүдэд ашигладаг. Ксеноны мэдээ алдуулах шинж чанарыг эмнэлгийн нөхцөлд ашигладаг боловч өндөр өртөг нь өргөн хэрэглээг хязгаарладаг.
5. Радон
Цацраг идэвхжил болон эрүүл мэндэд учирч болзошгүй эрсдэлээс үл хамааран радоныг хорт хавдрын эмчилгээнд хэрэглэхийг судалсан. Гэсэн хэдий ч уушгины хорт хавдар үүсгэх боломжтой тул хэрэглээ нь хязгаарлагдмал бөгөөд хатуу зохицуулалттай байдаг.
Дүгнэлт
Өвөрмөц физик, химийн шинж чанартай язгуурт хий нь шинжлэх ухааны сонирхол татахуйц, практик хэрэглээний сэдэв хэвээр байна. Урвалд орох чадвар нь хамгийн бага боловч хүнд язгуурт хий нь тодорхой нөхцөлд нэгдэл үүсгэх чадвар нь химийн судалгаанд сонирхолтой боломжийг нээж өгдөг. Эдгээр нууцлаг элементүүдийн талаарх бидний ойлголт өргөжихийн хэрээр тэдгээрийн хэрэглээ, үйлдвэрлэлийн процессоос эхлээд анагаах ухааны хэрэглээ хүртэл үргэлжилсээр байна. Үүний үр дүнд язгуурт хийн судалгаа нь чухал хэвээр байгаа бөгөөд шинжлэх ухаан, технологийн янз бүрийн салбарын хөгжилд тасралтгүй хувь нэмэр оруулж байна.
