گاز بی اثر یا گاز نجیب چیست؟

عناصری مثل هلیوم، نئون، آرگون، زنون، رادون و کریپتون از جمله گازهایی هستند که نسبت به برخی از فلزات واکنش شیمیایی نشان نمی‌دهند. به همین دلیل به آن‌ها گاز نجیب یا گاز بی‌اثر گفته می‌شود. این گازها واکنش‌پذیری ندارند و می‌توانند وزن سبک یا سنگین داشته باشند. همچنین از نظر مشخصاتی مثل انتقال حرارت یا سرما با یکدیگر متفاوت هستند. در اینجا سعی داریم در مورد گاز نجیب به طور مفصل با شما صحبت کنیم.

گاز نجیب یا گاز خنثی چیست؟

اگر به سراغ جدول تناوبی عناصر برویم، تعداد زیادی از گازها را مشاهده می‌کنیم که مهم‌ترین ویژگی آن‌ها عدم واکنش پذیری است و به آن‌ها گاز بی‌اثر می‌گویند. این عناصر در فشار و دمای معمولی به صورت گاز هستند و گاهی هم می‌توانند به مایع تبدیل شوند. از جمله گازهای نجیب می‌توان به آرگون، زنون، نئون، هلیوم، رادون و کریپتون اشاره کرد که مهم‌ترین وجه اشتراک آن‌ها نداشتن رنگ، بو و طعم است که تشخیصشان را در محیط دشوار می‌کنند.

دلیل نامگذاری

مهم‌ترین دلیلی که باعث می‌شود این عناصر با عنوان گاز خنثی یا نجیب شناخته شوند، نداشتن قدرت واکنش در برابر برخی از آلیاژهاست. برای مثال اگر هر یک از این گازها در معرض فلزاتی مثل طلا قرار بگیرند، هیچ تغییری در آن‌ها ایجاد نمی‌شود. در واقع این عناصر هیچ عکس‌العملی از خود نشان نمی‌دهند و خنثی هستند.

البته در سال 1962 آزمایشی صورت گرفت که در آن یک محقق به نام «مارسلین بارتلت» ترکیبی به فرمول O₂PtF₆ (بلورهای قرمز نارنجی) و XePtF₆ را ایجاد کرد. در نتیجه این آزمایش، بلورهای زرد رنگ بدست آورد که ترکیب ناپایدار است و می‌تواند به ترکیبات دیگری تبدیل شود.

تاریخچه پیدایش گازهای خنثی

اولین بار در سال 1784 یک شیمیدان انگلیسی به نام «هنری کاوندیش» متوجه شد که در محیط اطراف ما مقدار کمی از گازهایی وجود دارد که نسبت به نیتروژن هیچ واکنشی نشان نمی‌دهند یا میزان واکنش آن‌ها بسیار پایین است. کمی بعدتر یعنی در سال 1868، پیرجانسن و جوزف نورمون لاکر هم متوجه شدند یک عنصر خاص در رنگارنگ شدن خورشید موثر است که آن را هلیوم نامیدند.

لرد ریلی هم محقق دیگری بود که در سال 1895 متوجه شد هوا از عناصر مختلفی تشکیل شده است که هر یک چگالی متفاوتی دارند. ویلیام رامزی هم چهارمین تحقیقات خود را در زمینه پیدایش گاز خنثی انجام و این عناصر را در گروه گازهای نجیب و بی‌اثر قرار داد.

سرانجام هوگو اردمان در سال 1898 اصطلاح «گاز نجیب» را برای توصیف عناصری که انعکاس واکنش‌پذیری پایینی دارند، ابداع کرد. میزان واکنش این عناصر نسبت به فلزات کمتر است و به همین دلیل آن‌ها را از سایر عناصر موجود در فضا و محیط اطراف جدا کردند.

ویژگی ها و خواص کلی گاز نجیب

گازهای خنثی مشخصاتی دارند که آن‌ها را نسبت به سایر گازهای موجود متفاوت می‌کند. مهم‌ترین ویژگی این گازها عبارت است از:

غیرفعال بودن گاز نجیب

یکی از ویژگی‌های اصلی گاز نجیب یا بلااثر این است که نسبتا غیرفعال هستند و در عناصر جدول تناوبی، کمترین واکنش‌پذیری را به خود اختصاص داده‌اند. دلیل نجیب بودن این عناصر، پر بودن لایه ظرفیت آن‌هاست که تمایلشان را برای جابجایی الکترون (از دست دادن یا بدست آوردن الکترون) کاهش می‌دهد.

این گازها هیچ تمایلی برای حضور در واکنش‌های شیمیایی ندارد و آرایش الکترونی آن‌ها تکمیل شده است. به همین دلیلی در حالت پایدار قرار دارند و نمی‌خواهند الکترونی را از دست بدهند یا حتی بدست آورند. عدد اکسایش گازهای بی‌اثر صفر است و به همین دلیل همیشه در حالت پایدار قرار می‌گیرند.

انرژی یونیزاسیون بالا و الکترونگاتیویته پایین

از دیگر ویژگی‌های گازهای نجیب باید به بالا بودن انرژی یونیزاسیون آن‌ها اشاره کنیم. الکترونگاتیویته این گازهای بی‌اثر هم پایین است و از سوی دیگر، نقطه جوش پایینی دارند و در دمای معمولی محیط به صورت گاز هستند.

نداشتن رنگ، بو و طعم

گازهای نجیب در هر شرایطی که قرار بگیرند، هیچ رنگ، بو یا طعم مشخصی ندارند و همین امر باعث دشوارتر شدن تشخیص آن‌ها شده است. اما برخی از آن‌ها ممکن است باعث رنگی شدن جامدات یا مایعات شوند. برای مثال می‌توانیم به لامپ‌های فلورسنت اشاره کنیم که حاوی مقداری گاز نئون است که آن‌ها را به نارنجی نزدیک می‌کند.

غیرقابل اشتعال بودن

یکی از مشخصات گازهای بی‌اثر، نداشتن خاصیت اشتعال‌پذیری است. همچنین می‌توانند در فشار پایین، فلورسانس و انرژی الکتریکی را هم هدایت کنند.

کاربرد گازهای نجیب

از آنجایی که مجموعه گازهای بی‌اثر در چند مورد خلاصه می‌شود، هر کدام کاربرد متفاوتی دارند و از این نظر نمی‌توان گفت کاربرد همه آن‌ها یکسان است و قانون کلی برای آن‌ها درنظر گرفت. در ادامه کاربردهای هر یک از این گازها را به طور خلاصه ذکر کرده‌ایم:

کاربردهای گاز هلیوم

این گاز سبک و بی‌اثر بیشتر در کپسول‌های تنفسی و در کنار اکسیژن کاربرد دارد. دلیل این استفاده، حلالیت کم در مایعات و لیپیدهاست که مانع از جذب آن در خون و بافت بدن می‌شود و هیچ ضرری برای فرد مصرف‌کننده کپسول اکسیژن ندارد. هلیوم اثرات مخدر گاز در اعماق دریا را نیز کاهش می‌دهد و هنگام صعود، میزان فشار و تشکیل حباب‌های گاز را کمتر می‌کند.

از دیگر کاربردهای هلیوم، استفاده از آن برای محافظت از قوس‌های جوشکاری و دستگاه‌های برودتی (یخچال‌) است. در کروماتوگرافی هم از هلیوم استفاده زیادی می‌شود.

کاربردهای گاز نجیب زنون

از دیگر گازهای موجود در فهرست گازهای بی‌اثر، زنون است که برای پانل‌های نمایشگر پلاسما، توسعه اشعه ایکس و روشنایی رشته‌ای کاربرد دارد. از آنجایی که گاز زنون به انرژی کمتری برای ایجاد نور خروجی نیاز دارد، در تولید محصولات روشنایی و لامپ استفاده می‌شود.

زنون یک گاز پرکننده است و پیش‌بینی می‌شود در آینده جای لوله‌های تصویر بزرگ در کامپیوترها و صفحه‌های تلویزیون را بگیرد. در نوترون‌های هسته راکتور هسته‌ای نیز از این گاز استفاده می‌شود.

کاربردهای گاز نئون

نئون هم از جمله گازهای نجیب است که در ساخت لیزر، چراغ مه‌شکن، ردیاب ولتاژ، هشدارهای درخشان و حتی برخی از علائم تبلیغاتی به کار برده می‌شود. این گاز نور نارنجی رنگ از خود ساطع می‌کند و به همین دلیل است که از آن بیشتر برای ایجاد روشنایی استفاده می‌کنند. اگر در داخل یک لوله بی‌رنگ، گاز نئون قرار بگیرد، می‌تواند نور قرمز را جذب و به جای آن نور آبی ساطع کند.

کاربردهای گاز بی‌اثر آرگون

از دیگر گازهایی که در لیست گازهای نجیب قرار می‌گیرد، آرگون است که جوشکارها به خوبی با نام آن آشنا هستند. این گاز در تولید شیشه، فلز، محصولات روشنایی و صنعت الکترونیک استفاده می‌شود. از این گاز خنثی برای ایجاد محیط محافظ انتقال حرارت و توسعه ژرمانیم استفاده می‌شود. در لامپ‌های فلورسنت و رشته‌ای هم از مقداری گاز آرگون استفاده می‌شود که نور آبی تولید می‌کند.

از آنجایی که آرگون قدرت انتقال دما را ندارد، از آن برای پر کردن فضای بین شیشه‌های دوجداره استفاده می‌شود. کاربرد مهم دیگر گاز آرگون، استفاده در جوشکاری است تا فلزات ذوب شده را از بین ببرد و مانع از ایجاد حباب در ریخته‌گری شود.

کاربرد گاز کریپتون

کریپتون از جمله گازهایی است که کاربردی شبیه به آرگون دارد و از آن برای پر کردن لابه‌لای شیشه‌های دوجداره استفاده می‌شود. حدود 30 درصد از پنجره‌های دوجداره با استفاده از این گاز پر می‌شوند. از دیگر کاربردهای گاز کریپتون می‌توانیم به استفاده در منابع سوخت، چراغ‌های جلوی اتومبیل و حتی لیزرها اشاره کنیم.

این گاز طول موج نوری را کنترل می‌کند و برای تولید لیزرهای اکسایمر با هالوژن کاربرد دارد. از دیگر کاربردهای این گاز بی‌اثر باید به استفاده در صنعت تولید محصولات روشنایی اشاره کنیم. از آنجایی که سرعت تبخیر رشته را کاهش می‌دهد، برای افزایش طول عمر بیشتر لامپ، از این گاز استفاده می‌شود.

کاربرد گاز رادون

از دیگر گازهای معروف در مجموعه گاز نجیب، رادون است که در رادیوتراپی و درمان آرتروز کاربرد زیادی دارد. جالب است بدانید این گاز بعد از دخانیات، به عنوان دومین علت شایع سرطان شناخته شده است. در رادیوتراپی از این گاز برای ایجاد دانه‌های کاشت ساخته‌شده از طلا استفاده می‌شود.

اگر از دوز پایین رادون استفاده شود، به درمان آرتروز کمک زیادی می‌کند.

گازهای نجیب در کدام گروه قرار دارند؟

تمام گازهایی که به عنوان عناصر نجیب شناخته شدند و پیش‌تر به معرفی هر یک و کاربردهای آن‌ها پرداختیم، در گروه 18 جدول تناوبی گازها قرار می‌گیرند.

انواع گازهای نجیب با عدد اتمی

هر یک از گازهای خنثی دارای عدد اتمی مشخصی هستند که تعداد اتم‌ها در آن را مشخص می‌کند. هر چقدر عدد اتمی یک گاز نجیب بیشتر باشد، میزان فراوانی آن در هوا نیز کاهش می‌یابد. در جدول زیر می‌توانید عدد اتمی هر گاز را به همراه نام آن مشاهده کنید.

سبک ترین گاز نجیب

برخی از گازهای نجیب مثل هلیوم از نظر وزن، سبک‌تر هستند. ساده‌ترین مثال برای کاربرد هلیوم، پر کردن بادکنک‌هایی است که در جشن‌ها و مراسمات استفاده می‌شود. دلیل آن، سبک بودن گاز هلیوم است که باعث بالا رفتن بادکنک می‌شود و در دکوراسیون و تزئین محیط تاثیر زیادی دارد.

هلیوم ترکیبی از توریم و اورانیوم است و به دلیل سبک وزن بودن، در صنایع مختلفی از آن استفاده می‌کنند.

سنگین ترین گاز نجیب

در بین گازهای خنثی، برخی گازها مثل رادون وزن بالایی دارند. این گاز تراکم پایینی دارد و در هر سانتی‌متر مکعب تنها 4.4 گرم از آن یافت می‌شود. زنون هم از دیگر گازهای نجیب و سنگین محسوب می‌شود که تحت شرایط خاص قادر است پیوند شیمیایی Xe-Xe را ایجاد کند.

گاز بی اثر در جدول تناوبی

اگر به جدول تناوبی سر بزنید، در انتهای جدول متوجه گروهی از عناصر می‌شوید که در گروه 18 قرار می‌گیرند. گازهایی نظیر هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون و …. در این لیست قرار می‌گیرند. تصویری از این جدول را در زیر مشاهده می‌کنید:

نام دیگر گازهای بی اثر

از آنجایی که گازهای بی‌اثر هیچ واکنشی نسبت به اغلب فلزات نشان نمی‌دهند، به آن‌ها گاز خنثی یا گاز نجیب هم گفته می‌شود.

فراوانی و تولید گازهای نجیب

همانطور که گفتیم فراوانی گازهای نجیب با عدد اتمی آن‌ها رابطه معکوس دارد. هر چقدر عدد اتمی بیشتر باشد، مقدار آن گاز در هوا کمتر است. میزان فراوانی گازهایی مثل هلیوم، نئون و آرگون بیش از سایر گازهای بی‌اثر است. در این بین گاز اوگانسون هم به عنوان یک گاز نجیب شناخته شده که مقدار آن نسبت به سایر عناصر گروه 18 در جدول تناوبی، کمتر است.

به طور کلی به گازهای خنثی، گاز کمیاب هم گفته می‌شود که مقدار آن‌ها در فضا پایین است. برای مثال میزان گاز هلیوم در فضا تنها 7 درصد است.

ترکیبات گازهای بی اثر

تمامی گازهای خنثی (جز هلیوم) آرایش الکترونی خارجی ns2 np6 دارند. این ترکیب بسیار منظم و پایدار است و به طور کلی باید گفت، گازهای بی‌اثر تک اتمی هستند و به مقدار کم در اتمسفر یافت می‌شوند. حدود 1% از جو زمین به گازهای بی‌اثر اختصاص دارد.

آیا گاز نجیب کاملا بی اثر است؟

در گذشته تصور این بود که گازهای خنثی به طور کامل بی‌اثر هستند؛ چرا که آزمایشات متعدد صورت گرفته، نشان می‌داد لایه ظرفیت این گازها تکمیل شده و به همین دلیل تمایلی برای جابجایی الکترون ندارند. اما در سال‌های اخیر محققان به این نتیجه رسیده‌اند که این گازها به صورت 100% بی‌اثر و خنثی نیستند و اگر در شرایط کنترل شده قرار بگیرند، قادرند با عناصر نزدیک خود رابطه کنش – واکنش برقرار کنند.

گاز نجیب را از کجا تهیه کنم؟

با توجه به کاربردهای متعددی که از تمامی گازهای خنثی گفتیم، خرید آن‌ها در بازار صنعت و حتی کاربردهای خانگی رایج شده است. برای مثال برای پر کردن بادکنک‌ها در مهمانی قطعا به گاز هلیوم نیاز دارید. تمامی گازهای نجیب در قالب سیلندر یا کپسول گاز ارائه می‌شوند. جهت کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با نحوه خرید این گازها با ما تماس بگیرید. کارشناسان ما در پارس هوای البرز آماده پاسخگویی به سوالات شما هستند.