بحث عن الغازات في الكيمياء
الغاز هو حالة من حالات المادّة ليس له شكل أو حجم محدّد، وللغاز سلوك فريد من نوعه يختلف عن غيره من حالات المادّة، إذ يعتمد على مجموعة متنوّعة من المتغيّرات، مثل درجة الحرارة والضّغط والحجم.
خصائص الغازات
- يمكن أن تتراوح الجزيئات المكوّنة للغاز من ذرّات فرديّة، أو جزيئات معقّدة.
- تأخذ الغازات شكل وحجم الشّكل المحيط بها، مثلًا في البالون تكون على شكله، وفي الكرة تكون دائريّة، وهكذا.
- كثافة الغازات أقلّ من كثافة غيرها من حالات المادّة الصّلبة والسّائلة.
- تنضغط الغازات بسهولة أكبر من حالات المادّة الأخرى.
- عندما تكون الغازات المختلفة بنفس الحجم، تختلط تمامًا وبشكل متساوٍ.
- جميع عناصر الغازات عندما تكون في درجة حرارة الغرفة، أو تحت ضغط عاديّ، تكون غير فلزّيّة.
الغازات النّبيلة
وتعرف باسم الغازات الخاملة أو النّبيلة أو النّادرة، وهي المجموعة الثّامن عشر على جدول العناصر الدّوريّ، وتقع في الجهة اليمنى منه. هذه المجموعة هي مجموعة فرعيّة من اللّافلزّات، وتسمّى أيضًا بمجموعة الهيليوم أو مجموعة النّيون. تضمّ الغازات النّبيلة سبعة عناصر هي:
- الهيليوم He.
- النّيون Ne.
- الأرجون Ar.
- كريبتون Kr.
- زينون Xe.
- الرّادون Rn.
- أوجانيسون Og.
كل هذه العناصر هي غازات في درجة الحرارة والضغط العاديين، باستثناء أوجانسيون؛ إذ لم تكن هناك ذرّات كافية منتجة من أوجانسيون لمعرفة حالته، ولكنّ معظم العلماء يتوقّعون أنّه يكون سائلًا أو صلبًا، ويتكوّن أوجانسيون والرّادون من نظائر مشعّة فقط. والنظائر المشعّة هي شكل غير مستقر للعناصر، وينبعث منها إشعاعٌ ليتحوّل على شكل أكثر استقرارًا.
من خصائص الغازات النّبيلة
- إنّها الأقلّ تفاعلًا؛ فهي خاملة تقريبًا لأنّ ذرّاتها تتكوّن من إلكترون كامل، ولها ميل قليل لقبول أو التّبرّع بالإلكترونات لتكوين روابط كيميائيّة.
- الغازات النبيلة غير فعّالة نسبيًّا؛ فهي أقلّ العناصر تفاعليّة مع غيرها في الجدول الدّوريّ. في عام 1898 صاغ الكيميائيّ هوجو إردمان عبارة “الغاز النّبيل” ليظهر قلّة تفاعل هذه العناصر.
- لدى الغازات النّبيلة طاقة تأيُّن ضئيلة، واهتزازات كهربائيّة لا تُذكر، ولدى الغازات النّبيلة نقاط غليان منخفضة، وباقي الغازات يمكن أن توجد في درجة حرارة الغرفة. والتّأيّن يعني: الخسارة الكاملة للإلكترون من نوع أو جزيئيّ، وطاقة التّأيُّن هي مقدار الطّاقة اللّازمة لإزالة إلكترون واحد من أحد الأنواع، أو إلكترونين، أو ثلاثة.
- الغازات نّبيلة غير قابلة للاشتعال.
- لا يوجد للغازات النّبيلة لون، ولا رائحة، ولا نكهة في الظّروف العاديّة، ولكن يمكنها أن تشكّل سوائل ملوّنة ومواد صلبة.
استخدامات الغازات النّبيلة
- تُستخدم الغازات النبيلة في تشكيل الأجواء الخاملة عادةً لحماية العيّنات وردع التّفاعلات الكيميائيّة.
- تستخدم في صناعة المصابيح، مثل أضواء النّيون ومصابيح الكريبتون، واللّيزر.
- يُستخدم الهيليوم في البالونات، وخزّانات هواء الغطّاسين.
- تُستخدم العناصر النّبيلة لتبريد المغناطيسات فائقة التّوصيل.
مفاهيم خاطئة حول الغازات النّبيلة
- الخطأ في تسميتها، على الرّغم من أنّها تسمى بالغازات النّادرة، إلّا أنّها ليست نادرة على وجه الأرض أو في الكون. يحتلّ غاز الأرجون المرتبة الثّالثة أو الرّابعة من بين الغازات الأكثر وفرة في الغلاف الجويّ، بالإضافة إلى أنّ النّيون، والكريبتون، والهيليوم، والزّينون هي عناصر بارزة أيضًا.
- اعتقد العلماء لفترة طويلة أنّ الغازات النّبيلة لا تُساهم في أيّ تفاعل كيميائيّ وغير قادرة على إنتاجه، على الرّغم من أنّ هذه العناصر لا تُشكّل المركّبات بسهولة، إلّا أنّه تمّ العثور على أمثلة جزيئات تحتوي على الزّينون، والكريبتون، والرّادون، وعند الضّغط العالي، حتّى الهيليوم والأرجون يُمكنها المشاركة في التّفاعلات الكيميائيّة.
مصادر الغازات النّبيلة
تمّ العثور على النّيون، والأرغون، وكريبتون، وزينون في الهواء. كما يتم الحصول عليها أيضًا عن طريق تسييلها والتّقطير التجزيئيّ. أمّا المصدر الرئيسي للهليوم فهو من الفصل المبرّد للغاز الطّبيعيّ، أمّا غاز الرّادون، وهو غاز نووي مشعٌّ، يُنتج من الاضمحلال الإشعاعيّ لعناصر أثقل منه، بما في ذلك الرّاديوم والثّوريوم واليورانيوم. في المستقبل، يمكن العثور على مصادر للغازات النّبيلة من خارج الأرض، فالهيليوم على وجه الخصوص، أكثر وفرة على الكواكب الأكبر من .
الغازات التي تُسبّب الاحتباس الحراريّ
إنّ هو احتباس أيّ غاز داخل الغلاف الجويّ للأرض، بدلًا من انطلاقه إلى الفضاء، ويؤدّي تراكم الغازات الكثيرة، إلى ارتفاع درجة حرارة الأرض، وذوبان الأنهار الجليديّة، ولكنّ غازات الدّفيئة ليست ضارّة تمامًا؛ فبعضها ضروريٌّ للحفاظ على درجة حرارة مناسبة لكوكب الأرض، لأنّها تعمل كغطاء عازل. لكنّ بعض غازات الدّفيئة تحبس الحرارة أكثر من المطلوب، وهذه أسوأ ثلاثة غازات تُسبّب الاحتباس الحراريّ:
بخار الماء
أكثر غاز يُسبّب الاحتباس الحراريّ هو بخار الماء، فوفقاً للهيئة الحكوميّة الدّوليّة المعنية بتغيّر المناخ، فإنّ 36-70 في المئة من تأثير الدّفيئة يرجع إلى نسبة بخار الماء في الغلاف الجويّ للأرض، والسّبب في ذلك أنّ ارتفاع درجة حرارة الأرض، يزيد من كميّة بخار الماء التي يحملها ، ممّا يؤدّي إلى زيادة الاحتباس الحراريّ.
ثاني أكسيد الكربون
يُعتبر ثاني أكسيد الكربون، في المرتبة الثّانية في المساهمة في الاحتباس الحراريّ، حيثُ يَنتج غاز ثاني أكسيد الكربون بشكل طبيعيّ في الغلاف الجويّ، ولكنّ النّشاط الصّناعيّ المتزايد، وحرق الوقود الأحفوريّ، يساهم في زيادة تركيزه في الغلاف الجوّي.
غاز الميثان
الميثان هو ثالث مُسبّب للاحتباس الحراريّ، وهو موجود في مصادر طبيعيّة؛ فهو ينبعث من المستنقعات والنّمل الأبيض، وبالطّبع يُساهم الإنسان في زيادة هذه الكمّيّة عن طريق استخراجه من تحت الأرض، بالإضافة إلى أنّ الماشية تُعتبر منتجًا مهمًّا بشكل مدهش للميثان، والذي يتم إطلاقه مباشرة في الغلاف الجوي.
يقوم الميثان باستنفاد طبقة الأوزون، ويبقى في الغلاف الجويّ حوالي عشر سنوات قبل أن يتحوّل إلى ثاني أكسيد الكربون أو الماء. دورة حياة غاز الميثان غير معروفة تمامًا، ولكنّه تركيزه في الغلاف الجويّ زاد بنسبة 150% منذ عام 1750.