Tabla de Contenidos
비활성 가스는 주기율표의 18족 원소(이전 VIII-A족)를 구성합니다. 이러한 요소는 마지막 에너지 수준의 syp 오비탈이 완전히 채워진 껍질로 채워진 전자 구성을 갖는 것이 특징입니다. 이 전자 구성은 특히 안정적이며, 이것이 이러한 요소가 더 많은 안정성을 추구하는 전자를 공유하기 위해 화학 결합을 형성할 필요가 없는 이유입니다. 사실, 주기율표의 다른 원소들이 겪는 대부분의 화학 반응은 비활성 기체를 둘러싸고 있는 동일한 8개의 전자로 둘러싸여 있습니다. 이것을 옥텟 규칙이라고 합니다.
18족 원소는 매우 안정적이라는 바로 그 사실 때문에 매우 비활성이며 사실상 다른 원소와 결합하지 않습니다. 게다가, 이 원소들은 서로 결합하려는 경향조차 없으며, 두 원자 사이에서 일어나는 유일한 상호작용은 약한 런던 분산력입니다. 이러한 이유로 이러한 원소는 끓는점이 매우 낮고 일반적으로 정상적인 온도 및 압력 조건에서 기체 상태입니다. 두 가지 물리 화학적 특성으로 인해 이러한 요소는 비활성 가스라는 이름을 얻었습니다.
요컨대, 비활성 기체를 비활성 기체로 만드는 것은 기체 상태이고 화학적으로 불활성이라는 것입니다. 이것은 더 무거운 비활성 가스를 결정할 때 중요한 포인트입니다.
가장 무거운 비활성 가스라는 것은 무엇을 의미합니까?
먼저 “가장 무거운 비활성 가스”가 의미하는 바를 정의해 봅시다. 이 한정자는 실제로 두 가지 해석 중 하나를 가질 수 있습니다. 한편으로는 원자량이 가장 높은 기체 원소를 나타낼 수 있습니다. 반면에 밀도가 더 높은 가스를 참조할 수 있습니다.
밀도는 기체의 몰질량에 비례하고 기체의 몰질량은 주기율표에서 족을 내려갈수록 증가하지만 어떤 기체가 더 무거운가에 대한 답은 목록을 아래로 스크롤하여 그룹의 마지막 항목입니다.
사실, 가장 무거운 비활성 가스에는 두 가지 후보가 있으며 그룹의 마지막 요소도 아닙니다.
오간은 가장 무거운 비활성 가스가 아닙니다.
조금 전에 언급했듯이 초기 직관과 달리 가장 무거운 비활성 가스는 그룹의 마지막 구성원, 즉 화학 기호 Og인 오가네손이 아닙니다. 이것은 몇 가지 이유 때문입니다. 우선 오가네손은 합성 트랜스액티나이드 원소로, 이 원소는 자연계에 존재하지 않고 핵융합을 통해 입자가속기에서 합성됐다는 뜻이다.
오가네손의 문제점과 가장 무거운 비활성 가스라는 제목을 붙일 수 없는 주된 이유는 수명이 매우 짧다는 것입니다. 1ms 미만. 또한 합성 요소는 극히 소량 생산됩니다. 두 가지 이유 때문에 물리화학적 특성을 측정하기에 충분한 오가네손 원자를 오랜 시간 동안 축적하는 것은 거의 불가능합니다. 결과적으로 상온 및 상압에서 이 원소의 물리적 상태에 대해 확실히 알려진 것은 없습니다.
실제로 이 원소가 충분히 오래 지속된다면 실온에서 고체가 될 것으로 추정됩니다. 이것은 그 자체로 인간에게 알려진 가장 무거운 원소임에도 불구하고 가장 무거운 “비활성 기체”로서의 자격을 상실합니다.
한편, 이 요소가 가질 전자 구조에 대해 여러 가지 이론적 계산이 수행되었으며 그 결과는 정말 예상치 못한 것입니다. 큰 핵 전하는 전자를 거의 빛의 속도로 가속시켜 다른 알려진 원소와 매우 다르게 행동하게 할 것이라는 가설이 있습니다. 이것의 가장 분명한 결과는 그룹의 다른 구성원과 동일한 비활성 특성을 가질지 여부조차 실제로 알지 못한다는 것입니다.
특정 조건에서 크세논이 트로피를 차지할 수 있습니다.
기체, 특히 비활성 기체는 정상적인 온도와 압력 조건에서 이상 기체처럼 거동하기 때문에 기체의 밀도와 몰 질량 사이의 관계를 쉽게 얻을 수 있습니다. 이 관계는 다음과 같이 제공됩니다.
여기서 ρ는 기체의 밀도(g/L), P는 대기압, T는 절대 온도, R은 이상 기체 상수, MM은 기체의 몰 질량입니다. 보시 다시피 밀도는 몰 질량에 정비례합니다 . 모든 비활성 기체가 단원자 원소의 형태라고 생각하면 가장 밀도가 높은 원소는 라돈이어야 합니다.
그러나 특정 매우 특수한 조건(기체 크세논의 초음속 제트에 전기 방전 적용)에서는 크세논을 이온화된 이량체 또는 화학식 Xe 2 + 의 이원자 분자 이온으로 변환하는 것이 가능 합니다 . 이 새로운 가스의 몰 질량은 263g/mol이며, 이는 222g/mol인 라돈의 몰 질량보다 큽니다. 더 높은 몰 질량을 갖는 이 기체 형태의 Xe는 기체 라돈보다 밀도가 높아 왕관을 훔칠 것입니다.
그러나 이것은 이량체가 형성되는 조건을 유지하기 어렵기 때문에 분자 종은 매우 짧은 시간 동안 지속되기 때문에 매우 추론적입니다.
가장 무거운 비활성 기체는 라돈(Rn)입니다.
위의 주장을 감안할 때 가장 무거운 비활성 가스는 라돈이라는 결론을 내립니다. 이 원소는 불활성, 무색, 무취의 기체이며 방사성이기도 합니다.
18족의 모든 원소 중에서 라돈은 가장 높은 원자량 (222u)을 가지며 논쟁의 여지가 있는 예외인 Xe 2 를 제외 하고는 비활성 가스 중에서 가장 밀도가 높으며 밀도는 9.074g/L입니다. 25 °C 및 1 atm의 압력.
참조
Dubé, P. (1991년 12월 1일). DC 방전에서 여기된 희가스 엑시머의 초음속 냉각 . 광학 출판 그룹. https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-16-23-1887
Jerabek, P. (2018년 1월 31일). Oganesson의 전자 및 핵자 국소화 기능: Thomas-Fermi 한계에 접근 . 물리적 검토 편지 120, 053001. https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053001
Lomaev, MI, Tarasenko, V., & Schitz, D. (2006년 6월). 고출력 크세논 다이머 엑스실램프 . 기술 물리학 편지 32(6):495–497. https://www.researchgate.net/publication/243533559_A_high-power_xenon_dimer_exciamp
국립 표준 기술 연구소. (2021). 크세논 디밍 . NIST. https://webbook.nist.gov/cgi/inchi/InChI%3D1S/Xe2/c1-2
Oganessian, YT, & Rykaczewski, KP (2015). 안정의 섬에 있는 교두보. 오늘의 물리학 68, 8, 32. https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.2880
