ผลต่างระหว่างรุ่นของ "แก๊สมีสกุล"

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
เนื้อหาที่ลบ เนื้อหาที่เพิ่ม
PlatongPlatong (คุย | ส่วนร่วม)
syntax error
PlatongPlatong (คุย | ส่วนร่วม)
เพิ่มอ้างอิง
บรรทัด 1: บรรทัด 1:
{{periodic table (noble gases)}}
{{periodic table (noble gases)}}


'''แก๊สมีตระกูล''' (ในอดีตเรียกว่า '''แก๊สเฉื่อย''' หรือบางครั้งใช้ชื่อว่า '''aerogens'''<ref>{{cite journal |last1=Bauzá |first1=Antonio |last2=Frontera |first2=Antonio |date=2015 |title=Aerogen Bonding Interaction: A New Supramolecular Force? |journal=Angewandte Chemie International Edition |volume=54 |issue=25 |pages=7340–3 |doi=10.1002/anie.201502571|pmid=25950423}}</ref>) เป็นกลุ่มของ[[ธาตุทางเคมี]]ซึ่งมีสมบัติคล้ายกัน ภายใต้[[ภาวะมาตรฐานสำหรับอุณหภูมิและความดัน|ภาวะมาตรฐาน]]ธาตุเหล่านี้ต่างไม่มีกลิ่น ไม่มีสี เป็นแก๊สอะตอมเดี่ยวซึ่งไม่มีความว่องไวต่อปฏิกริยาเคมี แก๊สมีตระกูลที่เกิดในธรรมชาติทั้งหกธาตุ ได้แก่ [[ฮีเลียม]] (He), [[นีออน]] (Ne), [[อาร์กอน]] (Ar), [[คริปทอน]] (Kr), [[ซีนอน]] (Xe) และ[[เรดอน]] (Rn)
'''แก๊สมีตระกูล''' (ในอดีตเรียกว่า '''แก๊สเฉื่อย''' หรือบางครั้งใช้ชื่อว่า '''aerogens'''<ref>{{cite journal |last1=Bauzá |first1=Antonio |last2=Frontera |first2=Antonio |date=2015 |title=Aerogen Bonding Interaction: A New Supramolecular Force? |journal=Angewandte Chemie International Edition |volume=54 |issue=25 |pages=7340–3 |doi=10.1002/anie.201502571|pmid=25950423}}</ref>) เป็นกลุ่มของ[[ธาตุทางเคมี]]ซึ่งมีสมบัติคล้ายกัน ภายใต้[[ภาวะมาตรฐาน|ภาวะมาตรฐานสำหรับอุณหภูมิและความดัน]]ธาตุเหล่านี้ต่างไม่มีกลิ่น ไม่มีสี เป็นแก๊สอะตอมเดี่ยวซึ่งไม่มีความว่องไวต่อปฏิกริยาเคมี แก๊สมีตระกูลที่เกิดในธรรมชาติทั้งหกธาตุ ได้แก่ [[ฮีเลียม]] (He), [[นีออน]] (Ne), [[อาร์กอน]] (Ar), [[คริปทอน]] (Kr), [[ซีนอน]] (Xe) และ[[เรดอน]] (Rn)


แก๊สมีตระกูลมีคุณสมบัติดังนี้
แก๊สมีตระกูลมีคุณสมบัติดังนี้
บรรทัด 139: บรรทัด 139:


== การใช้ประโยชน์ ==
== การใช้ประโยชน์ ==
[[ไฟล์:Modern 3T MRI.JPG|thumb|ฮีเลียมเหลวถูกใช้ลดอุณหภูมิของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ในเครื่องสแกน MRI สมัยใหม่]]
[[ไฟล์:Modern 3T MRI.JPG|thumb|left|ฮีเลียมเหลวถูกใช้ลดอุณหภูมิของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ในเครื่องสแกน MRI สมัยใหม่]]

<!-- อติสีตศาสตร์ (cyrogenics) -->
แก๊สมีตระกูลมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวที่ต่ำมาก ซึ่งทำให้แก๊สเหล่านี้ใช้เป็น[[สารทำความเย็น]]ในเชิง[[อติสีตศาสตร์]] โดยเฉพาะ[[ฮีเลียมเหลว]]<ref>{{cite encyclopedia|title=Neon|encyclopedia=[[Encarta]]|year=2008}}</ref> ซึ่งเดือดที่ 4.2 เคลวิน (−268.95 องศาเซลเซียส; −452.11 องศาฟาเรนไฮต์) ถูกนำไปใช้สร้าง[[แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด]] สำหรับการสร้างภาพด้วย[[เรโซแนนซ์แม่เหล็ก (MRI)]] และ[[นิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์สเปกโทรสโกปี (NMR)]]<ref>{{cite journal|title=Demountable coaxial gas-cooled current leads for MRI superconducting magnets|author1=Zhang, C. J. |author2=Zhou, X. T. |author3=Yang, L. |journal=IEEE Transactions on Magnetics|publisher=[[IEEE]]|volume=28|issue=1|year=1992|pages=957–959|doi=10.1109/20.120038|bibcode= 1992ITM....28..957Z }}</ref> นีออนเหลวถึงแม้จะไม่สามารถลดอุณหภูมิจนเท่าฮีเลียมเหลว นีออนเหลวยังถูกใช้ในงานด้านอติสีตศาสตร์เนื่องจากมีวิสัยสามารถทำความเย็นมากกว่าฮีเลียมเหลว 40 เท่าและมากกว่าไฮโดรเจนเหลว 3 เท่า<ref name=ullmann/>
แก๊สมีตระกูลมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวที่ต่ำมาก ซึ่งทำให้แก๊สเหล่านี้ใช้เป็น[[สารทำความเย็น]]ในเชิง[[อติสีตศาสตร์]] โดยเฉพาะ[[ฮีเลียมเหลว]]<ref>{{cite encyclopedia|title=Neon|encyclopedia=[[Encarta]]|year=2008}}</ref> ซึ่งเดือดที่ 4.2 เคลวิน (−268.95 องศาเซลเซียส; −452.11 องศาฟาเรนไฮต์) ถูกนำไปใช้สร้าง[[แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด]] สำหรับการสร้างภาพด้วย[[เรโซแนนซ์แม่เหล็ก (MRI)]] และ[[นิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์สเปกโทรสโกปี (NMR)]]<ref>{{cite journal|title=Demountable coaxial gas-cooled current leads for MRI superconducting magnets|author1=Zhang, C. J. |author2=Zhou, X. T. |author3=Yang, L. |journal=IEEE Transactions on Magnetics|publisher=[[IEEE]]|volume=28|issue=1|year=1992|pages=957–959|doi=10.1109/20.120038|bibcode= 1992ITM....28..957Z }}</ref> นีออนเหลวถึงแม้จะไม่สามารถลดอุณหภูมิจนเท่าฮีเลียมเหลว นีออนเหลวยังถูกใช้ในงานด้านอติสีตศาสตร์เนื่องจากมีวิสัยสามารถทำความเย็นมากกว่าฮีเลียมเหลว 40 เท่าและมากกว่าไฮโดรเจนเหลว 3 เท่า<ref name=ullmann/>


<!-- การดำน้ำ -->
ฮีเลียมถูกใช้เป็นองค์ประกอบของ[[แก๊สสำหรับหายใจ]]แทนที่ไนโตรเจน เนื่องจากมีความสามารถใน[[การละลาย]]ในของไหลต่ำโดยเฉพาะ[[ไขมัน]] แก๊สทั่วไปมักถูกดูดซึมโดย[[เลือด]]และ[[เนื้อเยื่อ]]ภายใต้ความดันเช่น[[การดำน้ำลึก]] ทำให้เกิด[[ภาวะเซื่องซึม]]เรียกว่า[[ภาวะเมาไนโตรเจน]]<ref name=Fowler>{{cite journal |last1=Fowler |first1=B. |last2=Ackles |first2=K. N. |last3=Porlier |first3=G. |title=Effects of inert gas narcosis on behavior—a critical review |journal=Undersea Biomed. Res. |volume=12 |issue=4 |pages=369–402 |year=1985 |issn=0093-5387 |oclc=2068005 |pmid=4082343 |url=http://archive.rubicon-foundation.org/3019 |access-date=8 April 2008 |archive-url=https://web.archive.org/web/20101225052236/http://archive.rubicon-foundation.org/3019 |archive-date=25 December 2010 |url-status=usurped }}</ref> แต่ด้วยที่ฮีเลียมมีความสามารถในการละลายต่ำ ฮีเลียมจึงซึมเข้า[[เยื่อหุ้มเซลล์]]ได้น้อย เมื่อใช้ฮีเลียมเป็นส่วนผสมของแก๊สสำหรับหายใจเช่นใน [[trimix]] หรือ [[heliox]] จึงช่วยลดอาการเซื่องซึมของนักประดาน้ำภายใต้ความลึก<ref>{{harvnb|Bennett|1998|p=176}}</ref> ความสามารถในการละลายของฮีเลียมที่น้อยมีประโยชน์ในการรักษา[[โรคลดความกด]]หรือ ''the bends''<ref name="brit"/><ref>{{cite journal |editor-last=Vann|editor-first=R. D. |title=The Physiological Basis of Decompression|journal=38th Undersea and Hyperbaric Medical Society Workshop |volume=75(Phys)6-1-89 |year=1989 |pages=437 |url=http://archive.rubicon-foundation.org/6853 |archive-url=https://web.archive.org/web/20081007192913/http://archive.rubicon-foundation.org/6853 |url-status=usurped |archive-date=7 October 2008 |access-date=31 May 2008}}</ref> เมื่อมีปริมาณแก๊สละลายในร่างกายลดลงหมายความว่าจะเกิดฟองแก๊สจำนวนน้อยลงที่ความดันที่ต่ำลง นอกจากนี้อาร์กอนยังเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการดำน้ำลึกแบบ [[drysuit]]<ref>{{cite web |last=Maiken |first=Eric |title=Why Argon? |url=http://www.decompression.org/maiken/Why_Argon.htm |access-date=26 June 2008|publisher=Decompression|date=1 August 2004}}</ref> และฮีเลียมยังใช้เป็นแก๊สเติมแกนของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์
ฮีเลียมถูกใช้เป็นองค์ประกอบของ[[แก๊สสำหรับหายใจ]]แทนที่ไนโตรเจน เนื่องจากมีความสามารถใน[[การละลาย]]ในของไหลต่ำโดยเฉพาะ[[ไขมัน]] แก๊สทั่วไปมักถูกดูดซึมโดย[[เลือด]]และ[[เนื้อเยื่อ]]ภายใต้ความดันเช่น[[การดำน้ำลึก]] ทำให้เกิด[[ภาวะเซื่องซึม]]เรียกว่า[[ภาวะเมาไนโตรเจน]]<ref name=Fowler>{{cite journal |last1=Fowler |first1=B. |last2=Ackles |first2=K. N. |last3=Porlier |first3=G. |title=Effects of inert gas narcosis on behavior—a critical review |journal=Undersea Biomed. Res. |volume=12 |issue=4 |pages=369–402 |year=1985 |issn=0093-5387 |oclc=2068005 |pmid=4082343 |url=http://archive.rubicon-foundation.org/3019 |access-date=8 April 2008 |archive-url=https://web.archive.org/web/20101225052236/http://archive.rubicon-foundation.org/3019 |archive-date=25 December 2010 |url-status=usurped }}</ref> แต่ด้วยที่ฮีเลียมมีความสามารถในการละลายต่ำ ฮีเลียมจึงซึมเข้า[[เยื่อหุ้มเซลล์]]ได้น้อย เมื่อใช้ฮีเลียมเป็นส่วนผสมของแก๊สสำหรับหายใจเช่นใน [[trimix]] หรือ [[heliox]] จึงช่วยลดอาการเซื่องซึมของนักประดาน้ำภายใต้ความลึก<ref>{{harvnb|Bennett|1998|p=176}}</ref> ความสามารถในการละลายของฮีเลียมที่น้อยมีประโยชน์ในการรักษา[[โรคลดความกด]]หรือ ''the bends''<ref name="brit"/><ref>{{cite journal |editor-last=Vann|editor-first=R. D. |title=The Physiological Basis of Decompression|journal=38th Undersea and Hyperbaric Medical Society Workshop |volume=75(Phys)6-1-89 |year=1989 |pages=437 |url=http://archive.rubicon-foundation.org/6853 |archive-url=https://web.archive.org/web/20081007192913/http://archive.rubicon-foundation.org/6853 |url-status=usurped |archive-date=7 October 2008 |access-date=31 May 2008}}</ref> เมื่อมีปริมาณแก๊สละลายในร่างกายลดลงหมายความว่าจะเกิดฟองแก๊สจำนวนน้อยลงที่ความดันที่ต่ำลง นอกจากนี้อาร์กอนยังเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการดำน้ำลึกแบบ [[drysuit]]<ref>{{cite web |last=Maiken |first=Eric |title=Why Argon? |url=http://www.decompression.org/maiken/Why_Argon.htm |access-date=26 June 2008|publisher=Decompression|date=1 August 2004}}</ref> และฮีเลียมยังใช้เป็นแก๊สเติมแกนของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์
[[ไฟล์:Goodyear-blimp.jpg|thumb|เรือเหาะ Goodyear]]
ตั้งแต่[[วินาศภัย''ฮินเดินบวร์ค'']]ใน ค.ศ. 1937 ฮีเลียมถูกใช้ทดแทนไฮโดรเจนสำหรับ[[แก๊สลอยตัว]]ใน[[เรือเหาะ]]และ[[ลูกโป่ง]] เนื่องจากความเบาและความไม่ติดไฟ แม้ว่าจะมีแรงลอยตัวลดลง 8.6%


<!-- การยกตัว -->
ในการประยุกต์ใช้ แก๊สมีตระกูลถูกใช้ในบรรยากาศเฉื่อย อาร์กอนถูกใช้ในการสังเคราะห์[[สารประกอบที่ไวต่ออากาศ]]นั่นคือไวต่อไนโตรเจน อาร์กอนแข็งถูกใช้ในการศึกษาสารประกอบที่ไม่เสถียรมากเช่น[[สารมัธยันตร์]]ที่ไวต่อปฏิกิริยา โดยการกักใน[[เมทริกซ์ (การวัดค่าทางเคมี)|เมทริกซ์]]เฉื่อยที่อุณหภูมิต่ำมาก ฮีเลียมถูกใช้เป็นตัวกลางนำพาในเทคนิค[[แก๊สโครมาโทกราฟี]] เป็นแก๊สเติมใน[[เทอร์โมมิเตอร์]]และในอุปกรณ์ตรวจวัดการแผ่รังสีเช่น[[เครื่องนับไกเกอร์–มึลเลอร์]]และ[[ห้องฟอง]] ฮีเลียมและอาร์กอนมักถูกใช้เป็นกำบังสำหรับ[[การเชื่อมอาร์ก]]และการกระจายของ[[โลหะไร้สกุล]]ในบรรยากาศขณะเชื่อมหรือตัดโลหะ รวมถึงกระบวนการทางโลหการและการผลิตซิลิคอนในอุตสาหกรรมสารกึ่งตัวนำ
[[ไฟล์:Goodyear-blimp.jpg|thumb|right|เรือเหาะ Goodyear]]
[[ไฟล์:Xenon short arc 1.jpg|thumb|หลอดไฟซีนอนกำลัง 15,000 วัตต์ที่ใช้ในเครื่องฉายภาพยนตร์ IMAX]]
ตั้งแต่[[วินาศภัยฮินเดินบวร์ค|วินาศภัย''ฮินเดินบวร์ค'']]ในปี ค.ศ. 1937<ref>{{cite news|title=Disaster Ascribed to Gas by Experts|work=[[The New York Times]]|date=7 May 1937|page=1}}</ref> ฮีเลียมถูกใช้ทดแทนไฮโดรเจนสำหรับ[[แก๊สลอยตัว]]ใน[[เรือเหาะ]]และ[[ลูกโป่ง]] เนื่องจากความเบาและความไม่ติดไฟ แม้ว่าจะมีแรงลอยตัวลดลง 8.6%<ref>{{cite web
แก๊สมีตระกูลมักถูกใช้ใน[[การสร้างแหล่งกำเนิดแสง]]เพราะมีความไวต่อปฏิกิริยาเคมีต่ำ อาร์กอนจะผสมกับไนโตรเจนใช้เติมใน[[หลอดไส้ร้อนแบบธรรมดา]] คริปทอนถูกใช้ในหลอดไฟประสิทธิภาพสูง ซึ่งให้[[อุณหภูมิสี]]และประสิทธิภาพสูงกว่า เนื่องจากสามารถลดอัตราการขาดของแกนหลอดไฟได้ดีกว่าอาร์กอน [[หลอดแฮโลเจน]]ใช้คริปทอนประสมกับสารประกอบของ[[ไอโอดีน]]หรือ[[โบรมีน]]ปริมาณน้อย แก๊สมีตระกูลเรืองแสงให้สีที่โดดเด่นเมื่อใช้ใน[[หลอดแก๊สคายประจุ]]เช่น [[หลอดไฟนีออน]] แม้ว่าหลอดไฟจะเรียกชื่อตามแก๊สนีออนแต่ก็ประกอบด้วยแก๊สชนิดอื่นและ[[สารเรืองแสง]] ซึ่งทำให้เกิดเฉดสีหลากหลายได้เป็นสีส้มอมแดงของนีออน ซีนอนมักใช้ใน[[หลอดไฟซีนอนอาร์ค]] เนื่องจาก[[สเปกตรัมต่อเนื่อง|สเปกตรัมที่เกือบต่อเนื่อง]]คล้ายกับแสงอาทิตย์ จึงมักประยุกต์ในเครื่องฉายภาพยนตร์และไฟหน้ารถ
|last=Freudenrich|first=Craig|year=2008
|url=http://science.howstuffworks.com/blimp2.htm
|title=How Blimps Work|publisher=HowStuffWorks
|access-date=3 July 2008}}</ref><ref name="brit"/>

<!-- งานด้านวิทยาศาสตร์และประยุกต์อื่น -->
ในการประยุกต์ใช้ แก๊สมีตระกูลถูกใช้ในบรรยากาศเฉื่อย อาร์กอนถูกใช้ในการสังเคราะห์[[สารประกอบที่ไวต่ออากาศ]]นั่นคือไวต่อไนโตรเจน อาร์กอนแข็งถูกใช้ในการศึกษาสารประกอบที่ไม่เสถียรมากเช่น[[สารมัธยันตร์]]ที่ไวต่อปฏิกิริยา โดยการกักใน[[เมทริกซ์ (การวัดค่าทางเคมี)|เมทริกซ์]]เฉื่อยที่อุณหภูมิต่ำมาก<ref>{{cite journal |journal=Chem. Soc. Rev. |year=1980 |volume=9 |pages=1–23 |doi=10.1039/CS9800900001 |title=The matrix isolation technique and its application to organic chemistry |author=Dunkin, I. R.}}</ref> ฮีเลียมถูกใช้เป็นตัวกลางนำพาในเทคนิค[[แก๊สโครมาโทกราฟี]] เป็นแก๊สเติมใน[[เทอร์โมมิเตอร์]]และในอุปกรณ์ตรวจวัดการแผ่รังสีเช่น[[เครื่องนับไกเกอร์–มึลเลอร์]]และ[[ห้องฟอง]]<ref name=kirk/> ฮีเลียมและอาร์กอนมักถูกใช้เป็นกำบังสำหรับ[[การเชื่อมอาร์ก]]และการกระจายของ[[โลหะไร้สกุล]]ในบรรยากาศขณะเชื่อมหรือตัดโลหะ รวมถึงกระบวนการทางโลหการและการผลิตซิลิคอนในอุตสาหกรรมสารกึ่งตัวนำ<ref name="ullmann" />

<!-- การจัดแสง -->
[[ไฟล์:Xenon short arc 1.jpg|thumb|left|หลอดไฟซีนอนกำลัง 15,000 วัตต์ที่ใช้ในเครื่องฉายภาพยนตร์ IMAX]]
แก๊สมีตระกูลมักถูกใช้ใน[[การจัดแสง]]เพราะมีความไวต่อปฏิกิริยาเคมีต่ำ อาร์กอนจะผสมกับไนโตรเจนใช้เติมใน[[หลอดไส้ร้อนแบบธรรมดา]]<ref name=ullmann>{{cite book |author1=Häussinger, Peter |author2=Glatthaar, Reinhard |author3=Rhode, Wilhelm |author4=Kick, Helmut |author5=Benkmann, Christian |author6=Weber, Josef |author7=Wunschel, Hans-Jörg |author8=Stenke, Viktor |author9=Leicht, Edith |author10=Stenger, Hermann |chapter=Noble gases |title=Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry |publisher=Wiley |year=2002 |doi=10.1002/14356007.a17_485|isbn=3-527-30673-0 }}</ref> คริปทอนถูกใช้ในหลอดไฟประสิทธิภาพสูง ซึ่งให้[[อุณหภูมิสี]]และประสิทธิภาพสูงกว่า เนื่องจากสามารถลดอัตราการขาดของแกนหลอดไฟได้ดีกว่าอาร์กอน [[หลอดแฮโลเจน]]ใช้คริปทอนประสมกับสารประกอบของ[[ไอโอดีน]]หรือ[[โบรมีน]]ปริมาณน้อย<ref name=ullmann/> แก๊สมีตระกูลเรืองแสงให้สีที่โดดเด่นเมื่อใช้ใน[[หลอดแก๊สคายประจุ]]เช่น [[หลอดไฟนีออน]] แม้ว่าหลอดไฟจะเรียกชื่อตามแก๊สนีออนแต่ก็ประกอบด้วยแก๊สชนิดอื่นและ[[สารเรืองแสง]] ซึ่งทำให้เกิดเฉดสีหลากหลายได้เป็นสีส้มอมแดงของนีออน ซีนอนมักใช้ใน[[หลอดไฟซีนอนอาร์ค]] เนื่องจาก[[สเปกตรัมต่อเนื่อง|สเปกตรัมที่เกือบต่อเนื่อง]]คล้ายกับแสงอาทิตย์ จึงมักประยุกต์ในเครื่องฉายภาพยนตร์และไฟหน้ารถ<ref name=ullmann/>


<!-- การทำเลเซอร์ -->
แก๊สมีตระกูลถูกใช้ใน[[เอ็กไซเมอร์เลเซอร์]] ซึ่งสร้างจากโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและคงสภาพในระยะเวลาสั้นเรียกว่า[[เอ็กไซเมอร์]] โมเลกุลเอ็กไซเมอร์ที่ถูกใช้ในเลเซอร์อาจเป็นไดเมอร์ของแก๊สมีตระกูลเช่น Ar<sub>2</sub>, Kr<sub>2</sub> หรือ Xe<sub>2</sub> หรือที่นิยมใช้คือแก๊สมีตระกูลที่รวมตัวกับธาตุฮาโลเจนในรูปโมเลกุลเอ็กไซเมอร์เช่น ArF, KrF, XeF หรือ XeCl เลเซอร์เหล่านี้สร้างรังสี[[อัลตราไวโอเล็ต]] ซึ่งเนื่องจาก[[ความยาวคลื่น]]ที่สั้น (193 [[นาโนเมตร]]สำหรับ ArF และ 248 นาโนเมตรสำหรับ KrF) ทำให้ใช้ในงานภาพถ่ายรังสีแม่นยำสูงได้ เอ็กไซเมอเลเซอร์ถูกใช้ในด้านอุตสาหกรรม การแพทย์และวิทยาศาสตร์อย่างหลากหลาย นอกจากนี้ยังใช้ในงานด้าน[[ไมโครลิโธกราฟี]]และด้าน[[การสร้างชิ้นส่วนจุลภาค]] ซึ่งมีความสำคัญในการผลิต[[วงจรรวม]] และ[[การผ่าตัดด้วยเลเซอร์]]ได้แก่[[การขยายหลอดเลือดด้วยเลเซอร์]]และ[[การผ่าตัดตา]]
แก๊สมีตระกูลถูกใช้ใน[[เอ็กไซเมอร์เลเซอร์]] ซึ่งสร้างจากโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและคงสภาพในระยะเวลาสั้นเรียกว่า[[เอ็กไซเมอร์]] โมเลกุลเอ็กไซเมอร์ที่ถูกใช้ในเลเซอร์อาจเป็นไดเมอร์ของแก๊สมีตระกูลเช่น Ar<sub>2</sub>, Kr<sub>2</sub> หรือ Xe<sub>2</sub> หรือที่นิยมใช้คือแก๊สมีตระกูลที่รวมตัวกับธาตุฮาโลเจนในรูปโมเลกุลเอ็กไซเมอร์เช่น ArF, KrF, XeF หรือ XeCl เลเซอร์เหล่านี้สร้างรังสี[[อัลตราไวโอเล็ต]] ซึ่งเนื่องจาก[[ความยาวคลื่น]]ที่สั้น (193 [[นาโนเมตร]]สำหรับ ArF และ 248 นาโนเมตรสำหรับ KrF) ทำให้ใช้ในงานภาพถ่ายรังสีแม่นยำสูงได้ เอ็กไซเมอเลเซอร์ถูกใช้ในด้านอุตสาหกรรม การแพทย์และวิทยาศาสตร์อย่างหลากหลาย นอกจากนี้ยังใช้ในงานด้าน[[ไมโครลิโธกราฟี]]และด้าน[[การสร้างชิ้นส่วนจุลภาค]] ซึ่งมีความสำคัญในการผลิต[[วงจรรวม]] และ[[การผ่าตัดด้วยเลเซอร์]]ได้แก่[[การขยายหลอดเลือดด้วยเลเซอร์]]และ[[การผ่าตัดตา]]<ref>{{cite book |title=Excimer Laser Technology |author1=Basting, Dirk |author2=Marowsky, Gerd |publisher=Springer |year=2005 |isbn=3-540-20056-8}}</ref>


<!-- การแพทย์ -->
แก๊สมีตระกูลบางชนิดมีการประยุกต์ใช้โดยตรงในทางการแพทย์ บางครั้งฮีเลียมจะถูกใช้ช่วยผู้ป่วย[[หอบหืด]]ให้หายใจดีขึ้น ซีนอนถูกใช้เป็น[[ยาสลบ]]เพราะความสามารถในการละลายในไขมันที่สูง ทำให้เกิดฤทธิ์มากกว่า[[ไนตรัสออกไซด์]]ที่ใช้โดยทั่วไปและเนื่องจากมันถูกกำจัดจากร่างกายโดยทันที ทำให้เกิดการฟื้นตัวรวดเร็วขึ้น ซีนอนถูกประยุกต์ในการถ่ายภาพรังสีทางการแพทย์ของปอดด้วยเทคนิค hyperpolarized MRI เรดอนซึ่งไวต่อปฏิกิริยามากและมีปริมาณน้อยถูกใช้ใน[[การรังสีบำบัด]]
แก๊สมีตระกูลบางชนิดมีการประยุกต์ใช้โดยตรงในทางการแพทย์ บางครั้งฮีเลียมจะถูกใช้ช่วยผู้ป่วย[[หอบหืด]]ให้หายใจดีขึ้น<ref name=ullmann/> ซีนอนถูกใช้เป็น[[ยาสลบ]]เพราะความสามารถในการละลายในไขมันที่สูง ทำให้เกิดฤทธิ์มากกว่า[[ไนตรัสออกไซด์]]ที่ใช้โดยทั่วไปและเนื่องจากมันถูกกำจัดจากร่างกายโดยทันที ทำให้ผู้ป่วยฟื้นตัวเร็วขึ้น<ref>{{cite journal|author1=Sanders, Robert D. |author2=Ma, Daqing |author3=Maze, Mervyn |title=Xenon: elemental anaesthesia in clinical practice|journal=British Medical Bulletin|year=2005|volume=71|issue=1|pages=115–135|doi= 10.1093/bmb/ldh034|pmid=15728132|doi-access=free}}</ref> ซีนอนถูกประยุกต์ในการถ่ายภาพรังสีทางการแพทย์ของปอดด้วยเทคนิค hyperpolarized MRI<ref>{{cite journal|last1=Albert|first1=M. S.|last2=Balamore|first2=D.|title=Development of hyperpolarized noble gas MRI |journal=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A|year=1998|volume=402|pages=441–453|doi= 10.1016/S0168-9002(97)00888-7|pmid=11543065|issue=2–3|bibcode= 1998NIMPA.402..441A }}</ref> เรดอนซึ่งไวต่อปฏิกิริยามากและมีปริมาณน้อยถูกใช้ใน[[การรังสีบำบัด]]<ref name=brit />


<!-- เครื่องยนต์ไอออน -->
แก๊สมีตระกูลโดยเฉพาะซีนอนถูกใช้มากใน[[เครื่องยนต์ไอออน]]เนื่องจากความเฉื่อยของมัน เนื่องจากเครื่องยนต์ไอออนไม่ได้ขับเคลื่อนด้วยปฏิกิริยาเคมี เชื้อเพลิงที่เฉื่อยเชิงเคมีถูกใช้ป้องกันการเกิดปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์ระหว่างเชื้อเพลิงรวมถึงสิ่งอื่นในเครื่องยนต์
แก๊สมีตระกูลโดยเฉพาะซีนอนถูกใช้มากใน[[เครื่องยนต์ไอออน]]เนื่องจากความเฉื่อยของมัน เนื่องจากเครื่องยนต์ไอออนไม่ได้ขับเคลื่อนด้วยปฏิกิริยาเคมี เชื้อเพลิงที่เฉื่อยเชิงเคมีถูกใช้ป้องกันการเกิดปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์ระหว่างเชื้อเพลิงรวมถึงสิ่งอื่นในเครื่องยนต์



รุ่นแก้ไขเมื่อ 20:19, 9 สิงหาคม 2566

แก๊สมีสกุล
Hydrogen Helium
Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon
Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon
Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon
Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
เลขหมู่ตาม IUPAC 18
ชื่อตามธาตุ หมู่ฮีเลียมหรือ
หมู่นีออน
ชื่อสามัญ แก๊สมีสกุล
เลขหมู่ตาม CAS
(อเมริกัน, รูปแบบ A-B-A)
VIIIA
เลขเดิมตาม IUPAC
(ยุโรป, รูปแบบ A-B)
0

↓ คาบ
1
Image: หลอดการคายประจุของฮีเลียม
ฮีเลียม (He)
2
2
Image: หลอดการคายประจุของนีออน
นีออน (Ne)
10
3
Image: หลอดการคายประจุของอาร์กอน
อาร์กอน (Ar)
18
4
Image: หลอดการคายประจุของคริปทอน
คริปตอน (Kr)
36
5
Image: หลอดการคายประจุของซีนอน
ซีนอน (Xe)
54
6 เรดอน (Rn)
86
7 โอกาเนสซอน (Og)
118

คำอธิบาย

ธาตุดั้งเดิม [en]
ธาตุโดยการแผ่รังสี
สีของเลขอะตอม แดง=แก๊ส

แก๊สมีตระกูล (ในอดีตเรียกว่า แก๊สเฉื่อย หรือบางครั้งใช้ชื่อว่า aerogens[1]) เป็นกลุ่มของธาตุทางเคมีซึ่งมีสมบัติคล้ายกัน ภายใต้ภาวะมาตรฐานสำหรับอุณหภูมิและความดันธาตุเหล่านี้ต่างไม่มีกลิ่น ไม่มีสี เป็นแก๊สอะตอมเดี่ยวซึ่งไม่มีความว่องไวต่อปฏิกริยาเคมี แก๊สมีตระกูลที่เกิดในธรรมชาติทั้งหกธาตุ ได้แก่ ฮีเลียม (He), นีออน (Ne), อาร์กอน (Ar), คริปทอน (Kr), ซีนอน (Xe) และเรดอน (Rn)

แก๊สมีตระกูลมีคุณสมบัติดังนี้

  • เป็นแก๊สที่ไม่ทำปฏิกิริยากับธาตุอื่น ๆ เพราะอิเล็กตรอนชั้นนอกสุด (valence electron) ครบ 8 ตัว (ยกเว้น He ที่มี 2 ตัว)
  • มีสถานะเป็นแก๊สทั้งหมด (1 โมเลกุล ประกอบด้วยอะตอม 1 อะตอม) ได้แก่ He, Ar, Kr, Rn
  • ปัจจุบันพบแก๊สเฉื่อยบางชนิด เช่น Kr และ Xe สามารถทำปฏิกิริยากับ F และ O ได้ เช่น KrF2, XeF2, XeF4, XeF6, XeO3, XeO4
  • แก๊สเฉื่อยมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเป็น "วันเดอร์วาลส์" จึงทำให้มีจุดเดือดจุดหลอมเหลวต่ำ

ประวัติ

แก๊สมีตระกูล ถูกแปลมาจากคำว่า Edelgas ในภาษาเยอรมัน คำดังกล่าวถูกใช้ครั้งแรกในปี ค.ศ. 1898 โดยฮิวโก้ เอิร์ดแมนน์[2] เพื่อบ่งบอกถึงระดับความว่องไวต่อปฏิกิริยาที่ต่ำ ชื่อนี้ถูกตั้งด้วยเหตุผลเดียวกับ "โลหะมีสกุล" ซึ่งมีค่าความว่องไวต่อปฏิกิริยาที่ต่ำเช่นเดียวกัน อีกชื่อของแก๊สมีตระกูลอย่างแก๊สเฉื่อยไม่ได้รับความนิยมแล้ว เนื่องจากสารประกอบของก๊าซมีตระกูลเป็นที่รู้จักมากกว่าเดิม[3] และ แก๊สหายาก ซึ่งเป็นอีกชื่อที่เคยถูกใช้[4] ถูกตั้งอย่างไม่ถูกต้อง เพราะการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีโพแทสเซียม-40 ทำให้อาร์กอนเป็นส่วนประกอบของบรรยากาศของโลกมากถึง 0.94% โดยปริมาตร และ 1.3% โดยมวล[5]

แผนภูมิของเส้นสเปกตรัมที่มองเห็นได้แสดงเส้นที่คมชัดด้านบน
ฮีเลียมถูกพบครั้งแรกในชั้นบรรยากาศรอบดวงอาทิตย์ เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของมันเส้นสเปกตรัมs.

ปีแยร์ ฌ็องซ็อง และนอร์แมน ล็อกเยอร์ค้นพบธาตุใหม่ในวันที่ 18 สิงหาคม ค.ศ. 1868 ขณะมองไปที่ชั้นโครโมสเฟียร์ของดวงอาทิตย์ และตั้งชื่อมันว่าฮีเลียม จากคำว่า ἥλιος (hḗlios)[6] ซึ่งมีความหมายในภาษากรีกว่าดวงอาทิตย์ การวิเคราะห์ทางเคมีที่สามารถพิสูจน์ว่าฮีเลียมเป็นแก๊สมีตระกูลเกิดขึ้นในภายหลัง ก่อนการพิสูจน์ดังกล่าว เมื่อ ค.ศ. 1784 นักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เฮนรี คาเวนดิชค้นพบสารจำนวนน้อยในอากาศที่มีความว่องไวต่อปฏิกิริยาต่ำกว่าไนโตรเจน[7] ต่อมาในปี ค.ศ. 1895 จอห์น วิลเลียม สตรัทท์ หรือ ลอร์ดเรย์ลี่ ค้นพบว่าสารไนโตรเจนตัวอย่างจากอากาศมีความหนาแน่นต่างจากไนโตรเจนที่ได้จากปฏิกิริยาเคมี ร่วมกันกับนักวิทยาศาสตร์ชาวสกอตแลนด์ วิลเลียม แรมซีย์จากยูนิเวอร์ซิตีคอลลิจลันเดิน เรย์ลี่ได้ตั้งทฤษฎีขึ้นว่าไนโตรเจนที่สกัดได้จากอากาศถูกปนเปื้อนกับแก๊สอื่น นำไปสู่การทดลองที่ประสบความสำเร็จในการสกัดธาตุใหม่อย่างอาร์กอน ซึ่งถูกตั้งชื่อจากคำภาษากรีกว่า ἀργός (argós ซึ่งมีความหมายว่า "ไม่ได้ใช้งาน" หรือ "ขี้เกียจ")[7] การค้นพบใหม่ทำให้พวกเขาตระหนักว่ามีแก๊สจำนวนมากหายไปจากตารางธาตุ ในการทดลองเพื่อหาธาตุอาร์กอน แรมซีย์ก็ยังพบวิธีสกัดฮีเลียมเป็นครั้งแรก ขณะให้ความร้อนแก่แร่ธาตุชื่อ คลีเวตหลังได้รับหลักฐานการมีอยู่ของธาตุฮีเลียมและอาร์กอน ในปี ค.ศ. 1902 ดมีตรี เมนเดเลเยฟได้เพิ่มแก๊สมีตระกูลทั้งสองลงในกลุ่มที่ 0 ของลำดับการเรียงธาตุของเขา ภายหลังรู้จักในชื่อตารางธาตุ[8]

แรมซีย์ทำการทดลองหาแก๊สมีตระกูลต่อไป ด้วยการใช้วิธีการกลั่นแบบลำดับส่วนในการแยกอากาศเหลวกลายเป็นส่วนประกอบต่างๆ จนปี ค.ศ. 1898 เขาได้ค้นพบธาตุ คริปทอน, นีออน, และ ซีนอน ซึ่งถูกตั้งชื่อตามคำภาษากรีกว่า κρυπτός (kryptós, "หาย"), νέος (néos, "ใหม่") และ ξένος (ksénos, "แปลก") ตามลำดับ เรดอนถูกค้นพบตั้งแต่ ค.ศ. 1898 โดยฟรีดริช เอิร์นสท์ ดอร์น[9] และ ถูกตั้งชื่อจากการแผ่รังสีเรเดียม แต่เรดอนเพิ่งถูกจัดเป็นแก๊สมีตระกูลหลังปี ค.ศ. 1904 เมื่อคุณสมบัติต่าง ๆ ถูกค้นพบว่ามีลักษณะเหมือนกับแก๊สมีตระกูลอื่นๆ [10] เรย์ลี่และแรมซีย์ได้รับรางวัลโนเบล ประจำปี ค.ศ. 1904 ในสาขาฟิสิกส์และเคมี จากการค้นพบการมีอยู่ของแก๊สมีตระกูล[11][12] เจ. อี. เซเดอร์บลอม ประธานกลุ่มราชบัณฑิตยสภาวิทยาศาสตร์แห่งสวีเดน กล่าวไว้ว่า "การค้นพบกลุ่มของธาตุใหม่ทั้งหมด โดยที่ยังไม่มีธาตุใดเป็นต้นแบบของกลุ่มอยู่เลย นับเป็นสิ่งที่ยิ่งใหญ่และมีเอกลักษณ์มากในประวัติศาสตร์ของเคมีวิทยา สิ่งนี้จะเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญต่อการค้นคว้า"[12]

การค้นคว้าเกี่ยวกับแก๊สมีตระกูลมีส่วนช่วยอย่างมากในการพัฒนาองค์ความรู้ด้านโครงสร้างอะตอม ในปี ค.ศ. 1895 นักเคมีวิทยาชาวฝรั่งเศส อองรี มอยส์ซานได้พยายามสร้างปฏิกิริยาเคมีระหว่างฟลูออรีนที่มีคุณสมบัติอิเล็กโตรเนกาทิวิตีสูง และอาร์กอน หนึ่งในแก๊สมีตระกูล แต่การทดลองกลับล้มเหลว การเตรียมสารประกอบอาร์กอนยังเป็นไปไม่ได้จนจบคริสต์ศตวรรษที่ 20 แต่การท้าทายความเป็นไปได้ดังกล่าวทำให้เกิดทฤษฎีของโครงสร้างอะตอมใหม่ ๆ ตามมา ด้วยความรู้จากการทดลองที่ผ่านมา เมื่อปี ค.ศ. 1913 นักฟิสิกส์ชาวเดนิช นิลส์ โปร์เสนอทฤษฎีโครงสร้างอะตอมว่า อิเล็กตรอนในอะตอมต่างถูกเรียงอยู่ภายในชั้นพลังงานรอบนิวเคลียส และธาตุทั้งหมดในแก๊สมีตระกูลยกเว้นฮีเลียม ล้วนมีอิเล็กตรอนในระดับพลังงานวงนอกครบ 8 อิเล็กตรอนเสมอ[13] ต่อมาในปี ค.ศ. 1916 กิลเบิร์ต เอ็น ลูอิสได้คิดค้นกฎออกเตตซึ่งสามารถสรุปได้ว่าการจับตัวครบแปดของอิเล็กตรอนในระดับพลังงานวงนอกเป็นการจัดเรียงตัวที่เสถียรที่สุดสำหรับอะตอมใดๆ โดยธาตุที่มีการจัดรูปแบบนี้จะไม่ตอบสนองต่อธาตุอื่น ๆ เนื่องจากไม่ต้องการอิเล็กตรอนมารวมในระดับพลังงานวงนอกอีกแล้ว[14]

ในปี ค.ศ. 1962 นักเคมี นีล บาร์ตเลตต์ค้นพบซีนอนเฮกซะฟลูออโรแพลทิเนต[15] สารประกอบของก๊าซมีตระกูลที่ถูกค้นพบเป็นครั้งแรก สารประกอบของแก๊สมีตระกูลชนิดอื่นถูกค้นพบในเวลาต่อมา เช่น สารประกอบของธาตุเรดอนอย่างเรดอนไดฟลูออไรด์ (RnF
2
) [16] ถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1962 จากรอยสารกัมมันตภาพรังสี สารประกอบของธาตุคริปทอนอย่างคริปทอนไดฟลูออไรด์ (KrF
2
)[17]ถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1963 ส่วนสารประกอบอาร์กอนตัวแรกที่เสถียรถูกบันทึกไว้ในปี ค.ศ. 2000 เมื่ออาร์กอนฟลูออโรไฮไดรด์ (HArF) เกิดการจับตัวที่อุณหภูมิ 40 เคลวิน (−233.2 องศาเซลเซียส; −387.7 องศาฟาเรนไฮต์)[18]

ในเดือนตุลาคม ปี ค.ศ. 2006 นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันร่วมเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์ และห้องปฏิบัติการแห่งชาติ ลอว์เรนซ์ ลิเวอร์มอร์สามารถสังเคราะห์โอกาเนสซอนซึ่งเป็นธาตุที่ 17 ในกลุ่มที่ 18 ของตารางธาตุ[19]ได้สำเร็จ ด้วยการรวมตัวของแคลิฟอร์เนียมกับแคลเซียม[20]

สมบัติทางกายภาพและอะตอม

สมบัติ[13][21] ฮีเลียม นีออน อาร์กอน คริปทอน ซีนอน เรดอน โอกาเนสซอน
ความหนาแน่น (g/dm3) 0.1786 0.9002 1.7818 3.708 5.851 9.97 7200 (ค่าทำนาย)[22]
จุดเดือด (K) 4.4 27.3 87.4 121.5 166.6 211.5 450±10 (ค่าทำนาย)[22]
จุดหลอมเหลว (K) [23] 24.7 83.6 115.8 161.7 202.2 325±15 (ค่าทำนาย[22]
ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ (kJ/mol) 0.08 1.74 6.52 9.05 12.65 18.1
การละลาย ในน้ำที่อุณหภูมิ 20 °C (cm3/kg) 8.61 10.5 33.6 59.4 108.1 230
เลขอะตอม 2 10 18 36 54 86 118
รัศมีอะตอม (จากการคำนวณ) (pm) 31 38 71 88 108 120
พลังงานไอออไนเซชัน (kJ/mol) 2372 2080 1520 1351 1170 1037 839 (ค่าทำนาย)[24]
อิเล็กโตรเนกาทิวิตี[25] 4.16 4.79 3.24 2.97 2.58 2.60 2.59[26]

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม ดูต่อที่ Noble gas (data page)

แก๊สมีตระกูลมีแรงระหว่างอะตอมที่อ่อน ส่งผลให้มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวที่ต่ำมาก แก๊สมีตระกูลเป็นแก๊สอะตอมเดี่ยว [en]ภายใต้ภาวะมาตรฐาน รวมถึงเป็นธาตุที่มีมวลอะตอมสูงกว่าธาตุที่เป็นของแข็งทั่วไป[27] ฮีเลียมมีปริมาณที่เป็นเอกลักษณ์กว่าธาตุอื่น โดยมีจุดเดือดที่ 1 บรรยากาศมาตรฐานต่ำกว่าสสารอื่น ฮีเลียมเป็นธาตุเดียวที่แสดงสมบัติของของไหลยวดยิ่งและเป็นธาตุเดียวที่ไม่สามารถทำให้เป็นของแข็งด้วยการลดอุณหภูมิที่ความดันบรรยากาศ[28] (ปรากฏการณ์นี้สามารถอธิบายด้วยกลศาสตร์ควอนตัมว่าพลังงานจุดศูนย์มากเกินไปที่จะเกิดการเยือกแข็ง)[29] – ต้องให้ความดัน 25 บรรยากาศมาตรฐาน (2,500 กิโลปาสกาล; 370 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) ที่อุณหภูมิ 0.95 เคลวิน (−272.200 องศาเซลเซียส; −457.960 องศาฟาเรนไฮต์) เพื่อเปลี่ยนให้ฮีเลียมเป็นของแข็ง[28] ในขณะที่ต้องใช้ความดันประมาณ 115 kbar สำหรับอุณหภูมิห้อง[30] แก๊สมีตระกูลจนถึงซีนอนมีไอโซโทปที่เสถียรหลายไอโซโทป เรดอนไม่มีไอโซโทปเสถียร โดยไอโซโทปที่คงตัวได้นานที่สุดคือ 222Rn ด้วยครึ่งชีวิต 3.8 วันและสลายเป็นฮีเลียมกับพอโลเนียม ซึ่งจะสลายต่อเป็นตะกั่ว จุดหลอมเหลวและจุดเดือดจะเพิ่มขึ้นไล่จากบนลงล่างของหมู่

This is a plot of ionization potential versus atomic number. The noble gases, which are labeled, have the largest ionization potential for each period.

อะตอมของแก๊สมีตระกูลเช่นเดียวกันกับอะตอมในหมู่ส่วนใหญ่ มีรัศมีอะตอมเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจากคาบหนึ่งไปอีกคาบหนึ่งเนื่องจากการเพิ่มจำนวนของอิเล็กตรอน ขนาดของอะตอมสัมพันธ์กับสมบัติหลายประการ ตัวอย่างเช่นพลังงานไอออไนเซชันกลับกันกับรัศมีที่เพิ่มขึ้น เนื่องจากเวเลนซ์อิเล็กตรอนในแก๊สมีตระกูลที่ใหญ่กว่าจะห่างจากนิวเคลียสทำให้อิเล็กตรอนไม่ได้กระจุกตัวอย่างแน่นในอะตอมเท่ากับแก๊สมีตระกูลที่เล็กกว่า แก๊สมีตระกูลมีพลังงานไอออไนเซชันมากที่สุดเมื่อเทียบกับธาตุในคาบเดียวกัน ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเสถียรของการจัดเรียงอิเล็กตรอนและสัมพันธ์กับความไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยาเคมี[31] แต่อย่างไรก็ตาม แก๊สมีตระกูลที่หนักบางธาตุมีพลังงานไอออไนเซชันน้อยพอที่จะเปรียบเทียบกับธาตุและโมเลกุลอื่น ข้อมูลเชิงลึกระบุว่าซีนอนมีพลังงานไอออไนเซชันเท่ากับโมเลกุลออกซิเจน ทำให้บาร์ทเล็ตพยายามออกซิไดส์ซีนอนด้วย platinum hexafluoride ซึ่งเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงมากพอให้เกิดปฏิกิริยากับออกซิเจน[32] แก๊สมีตระกูลไม่สามารถรับอิเล็กตรอนจากแอนไอออน เนื่องจากมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนน้อยกว่าศูนย์[33]

สมบัติทางกายภาพของแก๊สมีตระกูลถูกกำหนดโดยแรงแวนเดอร์วาลส์ระหว่างอะตอมที่อ่อน แรงดึงดูดเพิ่มขึ้นตามขนาดของอะตอมเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของสภาพมีขั้วได้ และการลดลงของพลังงานไอออนไนเซชัน นั่นส่งผลให้เกิดแนวโน้มของค่าต่าง ๆ ไล่จากบนลงล่างตามธาตุหมู่ 18 โดยรัศมีอะตอมและแรงระหว่างอะตอมจะเพิ่มขึ้น ทำให้จุดเดือด จุดหลอมเหลว ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอและความสามารถในการละลาย ส่วนการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นเกิดจากการเพิ่มของมวลอะตอม[31]

แก๊สมีตระกูลมีสมบัติใกล้เคียงแก๊สอุดมคติภายใต้ภาวะมาตรฐาน แต่เมื่อพิจารณาค่าเบี่ยงเบนจากกฎของแก๊สอุดมคติจะนำไปสู่การศึกษาเกี่ยวกับแรงระหว่างโมเลกุล ศักย์เลนนาร์ด-โจนส์มักถูกใช้ในการจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล เป็นโมเดลที่เสนอใน ค.ศ. 1924 โดย John Lennard-Jones จากข้อมูลที่ทดลองกับอาร์บอนก่อนที่กลศาสตร์ควอนตัมจะให้เครื่องมือสำหรับการทำความเข้าใจเรื่องแรงระหว่าโมเลกุลด้วยหลัก first principles[34] การวิเคราะห์เชิงทฤษฎีของปฏิสัมพันธ์เหล่านี้สามารถทำได้ง่ายเพราะแก๊สมีตระกูลเป็นแก๊สอะตอมเดี่ยวและเป็นทรงกลม หมายความว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างอะตอมไม่ขึ้นกับทิศทางหรือมีสมบัติเป็นไอโซทรอปิก

สมบัติทางเคมี

ก๊าซมีตระกูลไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส และไม่ติดไฟภายใต้สภาวะมาตรฐาน[32] ครั้งหนึ่งพวกมันถูกระบุว่าเป็นหมู่ 0 ในตารางธาตุเพราะเชื่อว่าพวกมันมีวาเลนซ์เป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าอะตอมของพวกมันไม่สามารถรวมตัวกับธาตุอื่นเพื่อสร้างสารประกอบได้ อย่างไรก็ตาม มีการค้นพบในภายหลังว่าบางชนิดก่อตัวเป็นสารประกอบ ทำให้ฉลากนี้เลิกใช้ไป[11]

การจัดเรียงอิเล็กตรอน

สารประกอบ

การมีอยู่ธรรมชาติและการผลิต

การใช้ประโยชน์

ฮีเลียมเหลวถูกใช้ลดอุณหภูมิของแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด ในเครื่องสแกน MRI สมัยใหม่

แก๊สมีตระกูลมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวที่ต่ำมาก ซึ่งทำให้แก๊สเหล่านี้ใช้เป็นสารทำความเย็นในเชิงอติสีตศาสตร์ โดยเฉพาะฮีเลียมเหลว[35] ซึ่งเดือดที่ 4.2 เคลวิน (−268.95 องศาเซลเซียส; −452.11 องศาฟาเรนไฮต์) ถูกนำไปใช้สร้างแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด สำหรับการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก (MRI) และนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์สเปกโทรสโกปี (NMR)[36] นีออนเหลวถึงแม้จะไม่สามารถลดอุณหภูมิจนเท่าฮีเลียมเหลว นีออนเหลวยังถูกใช้ในงานด้านอติสีตศาสตร์เนื่องจากมีวิสัยสามารถทำความเย็นมากกว่าฮีเลียมเหลว 40 เท่าและมากกว่าไฮโดรเจนเหลว 3 เท่า[37]

ฮีเลียมถูกใช้เป็นองค์ประกอบของแก๊สสำหรับหายใจแทนที่ไนโตรเจน เนื่องจากมีความสามารถในการละลายในของไหลต่ำโดยเฉพาะไขมัน แก๊สทั่วไปมักถูกดูดซึมโดยเลือดและเนื้อเยื่อภายใต้ความดันเช่นการดำน้ำลึก ทำให้เกิดภาวะเซื่องซึมเรียกว่าภาวะเมาไนโตรเจน[38] แต่ด้วยที่ฮีเลียมมีความสามารถในการละลายต่ำ ฮีเลียมจึงซึมเข้าเยื่อหุ้มเซลล์ได้น้อย เมื่อใช้ฮีเลียมเป็นส่วนผสมของแก๊สสำหรับหายใจเช่นใน trimix หรือ heliox จึงช่วยลดอาการเซื่องซึมของนักประดาน้ำภายใต้ความลึก[39] ความสามารถในการละลายของฮีเลียมที่น้อยมีประโยชน์ในการรักษาโรคลดความกดหรือ the bends[13][40] เมื่อมีปริมาณแก๊สละลายในร่างกายลดลงหมายความว่าจะเกิดฟองแก๊สจำนวนน้อยลงที่ความดันที่ต่ำลง นอกจากนี้อาร์กอนยังเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการดำน้ำลึกแบบ drysuit[41] และฮีเลียมยังใช้เป็นแก๊สเติมแกนของเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เรือเหาะ Goodyear

ตั้งแต่วินาศภัยฮินเดินบวร์คในปี ค.ศ. 1937[42] ฮีเลียมถูกใช้ทดแทนไฮโดรเจนสำหรับแก๊สลอยตัวในเรือเหาะและลูกโป่ง เนื่องจากความเบาและความไม่ติดไฟ แม้ว่าจะมีแรงลอยตัวลดลง 8.6%[43][13]

ในการประยุกต์ใช้ แก๊สมีตระกูลถูกใช้ในบรรยากาศเฉื่อย อาร์กอนถูกใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบที่ไวต่ออากาศนั่นคือไวต่อไนโตรเจน อาร์กอนแข็งถูกใช้ในการศึกษาสารประกอบที่ไม่เสถียรมากเช่นสารมัธยันตร์ที่ไวต่อปฏิกิริยา โดยการกักในเมทริกซ์เฉื่อยที่อุณหภูมิต่ำมาก[44] ฮีเลียมถูกใช้เป็นตัวกลางนำพาในเทคนิคแก๊สโครมาโทกราฟี เป็นแก๊สเติมในเทอร์โมมิเตอร์และในอุปกรณ์ตรวจวัดการแผ่รังสีเช่นเครื่องนับไกเกอร์–มึลเลอร์และห้องฟอง[45] ฮีเลียมและอาร์กอนมักถูกใช้เป็นกำบังสำหรับการเชื่อมอาร์กและการกระจายของโลหะไร้สกุลในบรรยากาศขณะเชื่อมหรือตัดโลหะ รวมถึงกระบวนการทางโลหการและการผลิตซิลิคอนในอุตสาหกรรมสารกึ่งตัวนำ[37]

หลอดไฟซีนอนกำลัง 15,000 วัตต์ที่ใช้ในเครื่องฉายภาพยนตร์ IMAX

แก๊สมีตระกูลมักถูกใช้ในการจัดแสงเพราะมีความไวต่อปฏิกิริยาเคมีต่ำ อาร์กอนจะผสมกับไนโตรเจนใช้เติมในหลอดไส้ร้อนแบบธรรมดา[37] คริปทอนถูกใช้ในหลอดไฟประสิทธิภาพสูง ซึ่งให้อุณหภูมิสีและประสิทธิภาพสูงกว่า เนื่องจากสามารถลดอัตราการขาดของแกนหลอดไฟได้ดีกว่าอาร์กอน หลอดแฮโลเจนใช้คริปทอนประสมกับสารประกอบของไอโอดีนหรือโบรมีนปริมาณน้อย[37] แก๊สมีตระกูลเรืองแสงให้สีที่โดดเด่นเมื่อใช้ในหลอดแก๊สคายประจุเช่น หลอดไฟนีออน แม้ว่าหลอดไฟจะเรียกชื่อตามแก๊สนีออนแต่ก็ประกอบด้วยแก๊สชนิดอื่นและสารเรืองแสง ซึ่งทำให้เกิดเฉดสีหลากหลายได้เป็นสีส้มอมแดงของนีออน ซีนอนมักใช้ในหลอดไฟซีนอนอาร์ค เนื่องจากสเปกตรัมที่เกือบต่อเนื่องคล้ายกับแสงอาทิตย์ จึงมักประยุกต์ในเครื่องฉายภาพยนตร์และไฟหน้ารถ[37]

แก๊สมีตระกูลถูกใช้ในเอ็กไซเมอร์เลเซอร์ ซึ่งสร้างจากโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและคงสภาพในระยะเวลาสั้นเรียกว่าเอ็กไซเมอร์ โมเลกุลเอ็กไซเมอร์ที่ถูกใช้ในเลเซอร์อาจเป็นไดเมอร์ของแก๊สมีตระกูลเช่น Ar2, Kr2 หรือ Xe2 หรือที่นิยมใช้คือแก๊สมีตระกูลที่รวมตัวกับธาตุฮาโลเจนในรูปโมเลกุลเอ็กไซเมอร์เช่น ArF, KrF, XeF หรือ XeCl เลเซอร์เหล่านี้สร้างรังสีอัลตราไวโอเล็ต ซึ่งเนื่องจากความยาวคลื่นที่สั้น (193 นาโนเมตรสำหรับ ArF และ 248 นาโนเมตรสำหรับ KrF) ทำให้ใช้ในงานภาพถ่ายรังสีแม่นยำสูงได้ เอ็กไซเมอเลเซอร์ถูกใช้ในด้านอุตสาหกรรม การแพทย์และวิทยาศาสตร์อย่างหลากหลาย นอกจากนี้ยังใช้ในงานด้านไมโครลิโธกราฟีและด้านการสร้างชิ้นส่วนจุลภาค ซึ่งมีความสำคัญในการผลิตวงจรรวม และการผ่าตัดด้วยเลเซอร์ได้แก่การขยายหลอดเลือดด้วยเลเซอร์และการผ่าตัดตา[46]

แก๊สมีตระกูลบางชนิดมีการประยุกต์ใช้โดยตรงในทางการแพทย์ บางครั้งฮีเลียมจะถูกใช้ช่วยผู้ป่วยหอบหืดให้หายใจดีขึ้น[37] ซีนอนถูกใช้เป็นยาสลบเพราะความสามารถในการละลายในไขมันที่สูง ทำให้เกิดฤทธิ์มากกว่าไนตรัสออกไซด์ที่ใช้โดยทั่วไปและเนื่องจากมันถูกกำจัดจากร่างกายโดยทันที ทำให้ผู้ป่วยฟื้นตัวเร็วขึ้น[47] ซีนอนถูกประยุกต์ในการถ่ายภาพรังสีทางการแพทย์ของปอดด้วยเทคนิค hyperpolarized MRI[48] เรดอนซึ่งไวต่อปฏิกิริยามากและมีปริมาณน้อยถูกใช้ในการรังสีบำบัด[13]

แก๊สมีตระกูลโดยเฉพาะซีนอนถูกใช้มากในเครื่องยนต์ไอออนเนื่องจากความเฉื่อยของมัน เนื่องจากเครื่องยนต์ไอออนไม่ได้ขับเคลื่อนด้วยปฏิกิริยาเคมี เชื้อเพลิงที่เฉื่อยเชิงเคมีถูกใช้ป้องกันการเกิดปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์ระหว่างเชื้อเพลิงรวมถึงสิ่งอื่นในเครื่องยนต์

โอกาเนสซอนไม่เสถียรเกินไปทำให้ไม่สามารถประยุกต์ใช้ได้นอกจากใช้ในการวิจัย

สีในหลอดไฟ

ดูเพิ่ม

เชิงอรรถ

  1. Bauzá, Antonio; Frontera, Antonio (2015). "Aerogen Bonding Interaction: A New Supramolecular Force?". Angewandte Chemie International Edition. 54 (25): 7340–3. doi:10.1002/anie.201502571. PMID 25950423.
  2. Renouf, Edward (1901). "Noble gases". Science. 13 (320): 268–270. Bibcode:1901Sci....13..268R. doi:10.1126/science.13.320.268. S2CID 34534533.
  3. Ozima 2002, p. 30
  4. Ozima 2002, p. 4
  5. "argon". Encyclopædia Britannica. 2008.
  6. Oxford English Dictionary (1989), s.v. "helium". Retrieved 16 December 2006, from Oxford English Dictionary Online. Also, from quotation there: Thomson, W. (1872). Rep. Brit. Assoc. xcix: "Frankland and Lockyer find the yellow prominences to give a very decided bright line not far from D, but hitherto not identified with any terrestrial flame. It seems to indicate a new substance, which they propose to call Helium."
  7. 7.0 7.1 Ozima 2002, p. 1
  8. Mendeleev 1903, p. 497
  9. Partington, J. R. (1957). "Discovery of Radon". Nature. 179 (4566): 912. Bibcode:1957Natur.179..912P. doi:10.1038/179912a0. S2CID 4251991.
  10. "Noble Gas". Encyclopædia Britannica. 2008.
  11. Cederblom, J. E. (1904). "The Nobel Prize in Physics 1904 Presentation Speech".
  12. 12.0 12.1 Cederblom, J. E. (1904). "The Nobel Prize in Chemistry 1904 Presentation Speech".
  13. 13.0 13.1 13.2 13.3 13.4 "Noble Gas". Encyclopædia Britannica. 2008.
  14. Gillespie, R. J.; Robinson, E. A. (2007). "Gilbert N. Lewis and the chemical bond: the electron pair and the octet rule from 1916 to the present day". J Comput Chem. 28 (1): 87–97. doi:10.1002/jcc.20545. PMID 17109437.
  15. Bartlett, N. (1962). "Xenon hexafluoroplatinate Xe+[PtF6]". Proceedings of the Chemical Society (6): 218. doi:10.1039/PS9620000197.
  16. Fields, Paul R.; Stein, Lawrence; Zirin, Moshe H. (1962). "Radon Fluoride". Journal of the American Chemical Society. 84 (21): 4164–4165. doi:10.1021/ja00880a048.
  17. Grosse, A. V.; Kirschenbaum, A. D.; Streng, A. G.; Streng, L. V. (1963). "Krypton Tetrafluoride: Preparation and Some Properties". Science. 139 (3559): 1047–1048. Bibcode:1963Sci...139.1047G. doi:10.1126/science.139.3559.1047. PMID 17812982.
  18. Khriachtchev, Leonid; Pettersson, Mika; Runeberg, Nino; Lundell, Jan; Räsänen, Markku (2000). "A stable argon compound". Nature. 406 (6798): 874–876. Bibcode:2000Natur.406..874K. doi:10.1038/35022551. PMID 10972285. S2CID 4382128.
  19. Barber, Robert C.; Karol, Paul J.; Nakahara, Hiromichi; Vardaci, Emanuele & Vogt, Erich W. (2011). "Discovery of the elements with atomic numbers greater than or equal to 113 (IUPAC Technical Report)*" (PDF). Pure Appl. Chem. IUPAC. 83 (7). doi:10.1515/ci.2011.33.5.25b. สืบค้นเมื่อ 30 May 2014.
  20. Oganessian, Yu. Ts.; Utyonkov, V.; Lobanov, Yu.; Abdullin, F.; Polyakov, A.; และคณะ (2006). "Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116". Physical Review C. 74 (4): 44602. Bibcode:2006PhRvC..74d4602O. doi:10.1103/PhysRevC.74.044602.
  21. Greenwood 1997, p. 891
  22. 22.0 22.1 22.2 Smits, Odile; Mewes, Jan-Michael; Jerabek, Paul; Schwerdtfeger, Peter (2020). "Oganesson: A Noble Gas Element That Is Neither Noble Nor a Gas". Angew. Chem. Int. Ed. 59 (52): 23636–23640. doi:10.1002/anie.202011976. PMC 7814676. PMID 32959952.
  23. Liquid helium will only solidify if exposed to pressures well above atmospheric pressure, an effect explainable with quantum mechanics
  24. Winter, Mark (2020). "Organesson: Properties of Free Atoms". WebElements: THE periodic table on the WWW. สืบค้นเมื่อ 30 December 2020.
  25. Allen, Leland C. (1989). "Electronegativity is the average one-electron energy of the valence-shell electrons in ground-state free atoms". Journal of the American Chemical Society. 111 (25): 9003–9014. doi:10.1021/ja00207a003.
  26. Tantardini,Christian; Oganov, Artem R. (2021). "Thermochemical Electronegativities of the Elements". Nature Communications. 12 (1): 2087–2095. Bibcode:2021NatCo..12.2087T. doi:10.1038/s41467-021-22429-0. PMC 8027013. PMID 33828104.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (ลิงก์)
  27. "Noble Gas". Encyclopædia Britannica. 2008.
  28. 28.0 28.1 Wilks, John (1967). "Introduction". The Properties of Liquid and Solid Helium. Oxford: Clarendon Press. ISBN 978-0-19-851245-5.
  29. "John Beamish's Research on Solid Helium". Department of Physics, University of Alberta. 2008. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 31 May 2008.
  30. Pinceaux, J.-P.; Maury, J.-P.; Besson, J.-M. (1979). "Solidification of helium, at room temperature under high pressure" (PDF). Journal de Physique Lettres. 40 (13): 307–308. doi:10.1051/jphyslet:019790040013030700. S2CID 40164915.
  31. 31.0 31.1 Greenwood 1997, p. 891
  32. Bartlett, N. (1962). "Xenon hexafluoroplatinate Xe+[PtF6]". Proceedings of the Chemical Society (6): 218. doi:10.1039/PS9620000197.
  33. Wheeler, John C. (1997). "Electron Affinities of the Alkaline Earth Metals and the Sign Convention for Electron Affinity". Journal of Chemical Education. 74 (1): 123–127. Bibcode:1997JChEd..74..123W. doi:10.1021/ed074p123.; Kalcher, Josef; Sax, Alexander F. (1994). "Gas Phase Stabilities of Small Anions: Theory and Experiment in Cooperation". Chemical Reviews. 94 (8): 2291–2318. doi:10.1021/cr00032a004.
  34. Mott, N. F. (1955). "John Edward Lennard-Jones. 1894–1954". Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 1: 175–184. doi:10.1098/rsbm.1955.0013.
  35. "Neon". Encarta. 2008.
  36. Zhang, C. J.; Zhou, X. T.; Yang, L. (1992). "Demountable coaxial gas-cooled current leads for MRI superconducting magnets". IEEE Transactions on Magnetics. IEEE. 28 (1): 957–959. Bibcode:1992ITM....28..957Z. doi:10.1109/20.120038.
  37. 37.0 37.1 37.2 37.3 37.4 37.5 Häussinger, Peter; Glatthaar, Reinhard; Rhode, Wilhelm; Kick, Helmut; Benkmann, Christian; Weber, Josef; Wunschel, Hans-Jörg; Stenke, Viktor; Leicht, Edith; Stenger, Hermann (2002). "Noble gases". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley. doi:10.1002/14356007.a17_485. ISBN 3-527-30673-0.
  38. Fowler, B.; Ackles, K. N.; Porlier, G. (1985). "Effects of inert gas narcosis on behavior—a critical review". Undersea Biomed. Res. 12 (4): 369–402. ISSN 0093-5387. OCLC 2068005. PMID 4082343. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 25 December 2010. สืบค้นเมื่อ 8 April 2008.{{cite journal}}: CS1 maint: unfit URL (ลิงก์)
  39. Bennett 1998, p. 176
  40. Vann, R. D., บ.ก. (1989). "The Physiological Basis of Decompression". 38th Undersea and Hyperbaric Medical Society Workshop. 75(Phys)6-1-89: 437. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 7 October 2008. สืบค้นเมื่อ 31 May 2008.{{cite journal}}: CS1 maint: unfit URL (ลิงก์)
  41. Maiken, Eric (1 August 2004). "Why Argon?". Decompression. สืบค้นเมื่อ 26 June 2008.
  42. "Disaster Ascribed to Gas by Experts". The New York Times. 7 May 1937. p. 1.
  43. Freudenrich, Craig (2008). "How Blimps Work". HowStuffWorks. สืบค้นเมื่อ 3 July 2008.
  44. Dunkin, I. R. (1980). "The matrix isolation technique and its application to organic chemistry". Chem. Soc. Rev. 9: 1–23. doi:10.1039/CS9800900001.
  45. อ้างอิงผิดพลาด: ป้ายระบุ <ref> ไม่ถูกต้อง ไม่มีการกำหนดข้อความสำหรับอ้างอิงชื่อ kirk
  46. Basting, Dirk; Marowsky, Gerd (2005). Excimer Laser Technology. Springer. ISBN 3-540-20056-8.
  47. Sanders, Robert D.; Ma, Daqing; Maze, Mervyn (2005). "Xenon: elemental anaesthesia in clinical practice". British Medical Bulletin. 71 (1): 115–135. doi:10.1093/bmb/ldh034. PMID 15728132.
  48. Albert, M. S.; Balamore, D. (1998). "Development of hyperpolarized noble gas MRI". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 402 (2–3): 441–453. Bibcode:1998NIMPA.402..441A. doi:10.1016/S0168-9002(97)00888-7. PMID 11543065.

บรรณานุกรม