GAS MULIA: KARAKTERISTIK, KONFIGURASI, REAKSI, KEGUNAAN - KIMIA - 2024

The gas mulia adalah seperangkat unsur-unsur yang ditemukan oleh mengintegrasikan kelompok 18 dari tabel periodik. Selama bertahun-tahun mereka juga disebut gas langka atau lembam, keduanya nama yang tidak akurat; beberapa dari mereka sangat melimpah di luar dan di dalam planet bumi, dan mereka juga mampu, dalam kondisi ekstrim, untuk bereaksi.

Ketujuh unsurnya mungkin merupakan kelompok paling unik dalam tabel periodik, yang sifat dan reaktivitasnya yang rendah sama mengesankannya dengan logam mulia. Diantaranya parade elemen paling lembam (neon), paling berlimpah kedua dari Kosmos (helium), dan terberat dan paling tidak stabil (oganeson).

Pancaran lima gas mulia dalam botol kaca atau ampul. Sumber: Karya baru Alchemist-hp (talk) www.pse-mendelejew.de); gambar tunggal asli: Jurii, http://images-of-elements.com.

Gas mulia adalah zat terdingin di alam; tahan suhu yang sangat rendah sebelum kondensasi. Yang lebih sulit lagi adalah pembekuannya, karena gaya antarmolekulnya yang didasarkan pada hamburan London, dan polarisasi atomnya, terlalu lemah untuk hanya menjaganya tetap kohesif dalam kristal.

Karena reaktivitasnya yang rendah, gas ini relatif aman untuk disimpan dan tidak menimbulkan terlalu banyak risiko. Namun, mereka dapat memindahkan oksigen dari paru-paru dan menyebabkan mati lemas jika dihirup secara berlebihan. Di sisi lain, dua anggotanya adalah unsur yang sangat radioaktif dan, oleh karena itu, mematikan bagi kesehatan.

Reaktivitas rendah gas mulia juga digunakan untuk memberikan reaksi dengan atmosfer inert; sehingga tidak ada reagen atau produk yang berisiko teroksidasi dan mempengaruhi kinerja sintesis. Ini juga mendukung proses pengelasan busur listrik.

Di sisi lain, dalam keadaan cair, mereka adalah refrigeran kriogenik yang sangat baik yang menjamin suhu terendah, penting untuk pengoperasian yang benar dari peralatan yang sangat energik, atau untuk beberapa bahan untuk mencapai kondisi superkonduktivitas.

Karakteristik gas mulia

Di sebelah kanan (disorot dengan warna oranye), adalah kelompok gas mulia. Dari atas ke bawah: Helium (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), xenon (Xe) dan radon (Rn).

Mungkin gas mulia adalah unsur yang memiliki kesamaan kualitas yang paling banyak, baik fisik maupun kimiawi. Karakteristik utamanya adalah:

- Semuanya tidak berwarna, tidak berbau dan tidak berasa; tetapi ketika dibungkus dalam ampul dengan tekanan rendah, dan menerima sengatan listrik, mereka mengion dan mengeluarkan cahaya warna-warni (gambar atas).

- Setiap gas mulia memiliki cahaya dan spektrumnya sendiri.

- Mereka adalah spesies monatomik, satu-satunya dalam tabel periodik yang dapat eksis dalam keadaan fisiknya masing-masing tanpa partisipasi ikatan kimia (karena logam bergabung dengan ikatan logam). Oleh karena itu, mereka sempurna untuk mempelajari sifat-sifat gas, karena mereka beradaptasi dengan sangat baik pada model bola gas ideal.

- Mereka umumnya merupakan elemen dengan titik leleh dan titik didih terendah; sedemikian rupa, sehingga helium bahkan tidak dapat mengkristal pada nol absolut tanpa peningkatan tekanan.

- Dari semua unsur, mereka adalah yang paling tidak reaktif, bahkan lebih sedikit daripada logam mulia.

- Energi ionisasinya adalah yang tertinggi, begitu juga dengan keelektronegatifannya, dengan asumsi mereka membentuk ikatan kovalen murni.

- Jari-jari atomnya juga yang paling kecil karena berada di ujung paling kanan setiap periode.

7 gas mulia

Tujuh gas mulia, dari atas ke bawah, turun melalui golongan 18 dari tabel periodik:

-Helio, Dia

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Semuanya, kecuali oganeson yang tidak stabil dan buatan, telah dipelajari untuk sifat fisik dan kimianya. Oganeson, karena massa atomnya yang besar, diyakini bahkan bukan gas, melainkan cairan atau padatan mulia. Sedikit yang diketahui tentang radon, karena radioaktivitasnya, relatif terhadap helium atau argon.

Konfigurasi elektronik

Gas mulia dikatakan memiliki kulit valensinya yang terisi penuh. Sedemikian rupa, sehingga konfigurasi elektroniknya digunakan untuk menyederhanakan elemen lain dengan menggunakan simbolnya yang disertakan dalam tanda kurung (,,, dll.). Konfigurasi elektroniknya adalah:

-Helium: 1s ² , (2 elektron)

-Neon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ , (10 elektron)

-Argon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ , (18 elektron)

-Kripton: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ , (36 elektron)

-Xenon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁶ , (54 elektron)

-Radon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 4f ¹⁴ 5s ² 5p ⁶ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ⁶ , (86 elektron)

Hal yang penting bukanlah mengingatnya, tetapi untuk merinci bahwa mereka berakhir dengan ns ² np ⁶ : oktet valensi. Demikian pula, diketahui bahwa atom-atomnya memiliki banyak elektron, yang karena gaya nuklir efektifnya yang besar berada dalam volume yang lebih kecil dibandingkan dengan unsur-unsur lainnya; artinya, jari-jari atom mereka lebih kecil.

Oleh karena itu, jari-jari atom padat secara elektronik menunjukkan karakteristik kimiawi yang dimiliki oleh semua gas mulia: sulit untuk terpolarisasi.

Polarisasi

Gas mulia dapat dibayangkan sebagai bidang awan elektron. Ketika seseorang turun melalui golongan 18, jari-jarinya bertambah, dan dengan cara yang sama jarak yang memisahkan inti atom dari elektron valensi (ns ² np ⁶ ).

Elektron ini merasakan gaya yang kurang menarik oleh inti, mereka dapat bergerak lebih bebas; bola semakin mudah berubah bentuk jika semakin besar. Sebagai konsekuensi dari pergerakan tersebut, daerah dengan kerapatan elektron rendah dan tinggi muncul: kutub δ + dan δ-.

Ketika atom gas mulia terpolarisasi, ia menjadi dipol seketika yang mampu mendorong atom lain ke atom tetangga; artinya, kita berada di hadapan kekuatan dispersif London.

Itulah sebabnya gaya antarmolekul meningkat dari helium ke radon, tercermin dalam titik didihnya yang meningkat; dan tidak hanya itu, tetapi juga reaktivitasnya meningkat.

Ketika atom menjadi lebih terpolarisasi, ada kemungkinan yang lebih besar bahwa elektron valensinya berpartisipasi dalam reaksi kimia, setelah itu senyawa gas mulia dihasilkan.

Reaksi

Helium dan neon

Di antara gas mulia, yang paling tidak reaktif adalah helium dan neon. Faktanya, neon adalah unsur yang paling lembam, meskipun keelektronegatifannya (dari pembentukan ikatan kovalen) melebihi fluor.

Tak satu pun dari senyawanya diketahui dalam kondisi terestrial; namun, di Kosmos, keberadaan ion molekuler HeH ⁺ sangat mungkin . Demikian juga, ketika mereka tereksitasi secara elektronik, mereka mampu berinteraksi dengan atom gas dan membentuk molekul netral berumur pendek yang disebut eksimer; seperti HeNe, CsNe dan Ne ₂ .

Di sisi lain, meskipun mereka tidak dianggap senyawa dalam pengertian formal, atom He dan Ne dapat memunculkan molekul Van der Walls; yaitu, senyawa yang diikat "bersama" hanya dengan gaya dispersif. Contoh: Ag ₃ He, HeCO, HeI ₂ , CF ₄ Ne, Ne ₃ Cl ₂ dan NeBeCO ₃ .

Demikian pula, molekul Van der Walls dapat eksis berkat interaksi dipol yang diinduksi ion lemah; misalnya: Na ⁺ He ₈ , Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ dan Cu ⁺ Ne ₁₂ . Perhatikan bahwa bahkan mungkin molekul-molekul ini menjadi aglomerat atom: gugus.

Dan akhirnya, atom He dan Ne dapat "terperangkap" atau diselingi dalam kompleks endohedral fullerene atau klatrat, tanpa bereaksi; misalnya: ₆₀ , (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , He (H ₂ O) ₆ dan Ne • NH ₄ Fe (HCOO) ₃ .

Argon dan kripton

Gas mulia argon dan kripton, karena lebih mudah terpolarisasi, cenderung menghadirkan lebih banyak "senyawa" daripada helium dan neon. Namun, sebagian dari mereka lebih stabil dan dapat dikarakterisasi, karena mereka memiliki masa hidup yang lebih lama. Di antara beberapa di antaranya adalah HArF, dan ion molekuler ArH ⁺ , hadir di nebula melalui aksi sinar kosmik.

Dari kripton dimulai kemungkinan mendapatkan senyawa dalam kondisi ekstrim, tetapi berkelanjutan. Gas ini bereaksi dengan fluor menurut persamaan kimia berikut:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Perhatikan bahwa kripton memperoleh bilangan oksidasi +2 (Kr ²⁺ ) berkat fluor. KrF ₂ sebenarnya dapat disintesis dalam jumlah yang dapat dipasarkan sebagai agen pengoksidasi dan fluorinasi.

Argon dan kripton dapat membentuk repertoar klatrat yang luas, kompleks endohedral, molekul Van der Walls, dan beberapa senyawa yang menunggu penemuan setelah keberadaannya yang diprediksi.

Xenon dan radon

Xenon adalah raja reaktivitas di antara gas mulia. Ini membentuk senyawa yang benar-benar stabil, dapat dipasarkan dan dapat dikarakterisasi. Faktanya, reaktivitasnya menyerupai oksigen dalam kondisi yang tepat.

Senyawa pertama yang disintesis adalah "XePtF ₆ ", pada tahun 1962 oleh Neil Bartlett. Garam ini sebenarnya, menurut literatur, terdiri dari campuran kompleks garam berfluorinasi lain dari xenon dan platina.

Namun, ini lebih dari cukup untuk menunjukkan afinitas antara xenon dan fluor. Di antara beberapa senyawa ini kami memiliki: XeF ₂ , XeF ₄ , XeF ₆ dan ^{+ -} . Ketika XeF ₆ larut dalam air, ia menghasilkan oksida:

XeF ₆ + 3 H ₂ O → XeO ₃ + 6 HF

XeO _{3 ini} dapat menghasilkan spesies yang dikenal sebagai xenatos (HXeO ₄ ^- ) atau asam xenic (H ₂ XeO ₄ ). Xenates tidak proporsional dengan perxenates (XeO ₆ ^4- ); dan jika medianya kemudian diasamkan, dalam asam peroksenat (H ₄ XeO ₆ ), yang didehidrasi menjadi xenon tetroksida (XeO ₄ ):

H ₄ XeO ₆ → 2 H ₂ O + XeO ₄

Radon seharusnya merupakan gas mulia yang paling reaktif; Tapi itu sangat radioaktif sehingga hampir tidak punya waktu untuk bereaksi sebelum hancur. Senyawa yang berhasil disintesis hanyalah fluoride (RnF ₂ ) dan oksida (RnO ₃ ).

Produksi

Pencairan udara

Gas mulia menjadi lebih melimpah di alam semesta saat kita turun melalui kelompok 18. Namun, di atmosfer, helium langka, karena medan gravitasi bumi tidak dapat menahannya tidak seperti gas lainnya. Itulah mengapa tidak terdeteksi di udara tetapi di Matahari.

Di sisi lain, di udara terdapat sejumlah besar argon, yang berasal dari peluruhan radioaktif radioisotop ⁴⁰ K. Udara adalah sumber alami terpenting dari argon, neon, kripton, dan xenon di planet ini.

Untuk memproduksinya, udara harus terlebih dahulu dicairkan sehingga mengembun menjadi cairan. Kemudian, cairan ini mengalami distilasi fraksional, sehingga memisahkan setiap komponen campurannya (N ₂ , O ₂ , CO ₂ , Ar, dll.).

Tergantung pada seberapa rendah suhu dan kelimpahan gas, harga naik, peringkat xenon sebagai yang paling mahal, sedangkan helium sebagai yang termurah.

Distilasi gas alam dan mineral radioaktif

Helium, pada bagiannya, diperoleh dari distilasi fraksional lainnya; tapi bukan dari udara, tapi dari gas alam, diperkaya dengan helium berkat pelepasan partikel alfa dari mineral thorium dan uranium radioaktif.

Demikian pula, radon "lahir" dari peluruhan radioaktif radium dalam mineralnya masing-masing; tetapi karena kelimpahannya yang lebih rendah, dan waktu paruh atom Rn yang pendek, kelimpahannya merendahkan dibandingkan dengan kelimpahannya (gas mulia lainnya).

Dan akhirnya, oganeson adalah "gas" yang sangat radioaktif, ultramassic, dan mulia buatan manusia, yang hanya bisa ada sebentar di bawah kondisi yang terkendali di dalam laboratorium.

Bahaya

Resiko utama dari gas mulia adalah bahwa mereka membatasi penggunaan oksigen oleh manusia, terutama jika dihasilkan atmosfir dengan konsentrasi tinggi. Itulah mengapa tidak disarankan untuk menghirupnya secara berlebihan.

Di Amerika Serikat, konsentrasi radon yang tinggi telah terdeteksi di tanah yang kaya uranium, yang karena karakteristik radioaktifnya dapat menimbulkan risiko kesehatan.

Aplikasi

Industri

Helium dan argon digunakan untuk menciptakan atmosfer inert untuk perlindungan selama pengelasan dan pemotongan. Selain itu, mereka digunakan dalam pembuatan semikonduktor silikon. Helium digunakan sebagai gas pengisi di termometer.

Argon, dalam kombinasi dengan nitrogen, digunakan dalam pembuatan lampu pijar. Kripton yang dicampur dengan halogen, seperti brom dan yodium, digunakan dalam lampu pelepasan. Neon digunakan dalam tanda cahaya, dicampur dengan fosfor dan gas lain untuk mewarnai warna merahnya.

Xenon digunakan pada lampu busur yang memancarkan cahaya yang menyerupai siang hari, yang digunakan pada lampu depan dan proyektor mobil. Gas mulia dicampur dengan halogen untuk menghasilkan ArF, KrF atau XeCl, yang digunakan dalam produksi laser excimer.

Jenis laser ini menghasilkan sinar ultraviolet gelombang pendek yang menghasilkan gambar presisi tinggi dan digunakan dalam pembuatan sirkuit terpadu. Helium dan neon digunakan sebagai gas refrigeran kriogenik.

Balon dan tangki pernapasan

Helium digunakan sebagai pengganti nitrogen dalam campuran gas pernapasan, karena kelarutannya yang rendah dalam tubuh. Ini untuk menghindari pembentukan gelembung selama fase dekompresi selama pendakian, selain menghilangkan narkosis nitrogen.

Helium telah menggantikan hidrogen sebagai gas yang memungkinkan pengangkatan kapal udara dan balon udara panas, karena merupakan gas yang ringan dan tidak mudah terbakar.

Obat

Helium digunakan dalam pembuatan magnet superkonduktor yang digunakan dalam peralatan resonansi magnetik nuklir - alat multiguna dalam pengobatan.

Kripton digunakan dalam lampu halogen yang digunakan dalam operasi mata laser dan angioplasti. Helium digunakan untuk memfasilitasi pernapasan pada pasien asma.

Xenon digunakan sebagai obat bius karena kelarutan lemaknya yang tinggi, dan dianggap sebagai anestesi masa depan. Xenon juga digunakan dalam pencitraan medis paru-paru.

Radon, gas mulia radioaktif, digunakan dalam terapi radiasi untuk beberapa jenis kanker.

Lainnya

Argon digunakan dalam sintesis senyawa yang menggantikan nitrogen sebagai atmosfer inert. Helium digunakan sebagai gas pembawa dalam kromatografi gas, serta penghitung Geiger untuk mengukur radiasi.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (06 Juni 2019). Properti, Penggunaan, dan Sumber Gas Mulia. Diperoleh dari: thinkco.com
4. Wikipedia. (2019). Gas mulia. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
5. Philip Ball. (2012, 18 Januari). Kimia yang tidak mungkin: Memaksa gas mulia bekerja. Diperoleh dari: newscientist.com
6. Profesor Patricia Shapley. (2011). Kimia Gas Mulia. Diperoleh dari: butane.chem.uiuc.edu
7. Gary J. Schrobilgen. (28 Februari 2019). Gas mulia. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com