لماذا تستخدم الغازات النبيلة في الإضاءة

كتابة: Yara A. Hemeda آخر تحديث: 14 أبريل 2021 , 11:47

لماذا تستخدم الغازات النبيلة فى الاضاءة

يتم استخدام النيون لأنه يتسبب في توهج أحمر ويتم استخدام الارجون لإنتاج اللون الازرق داخل الأنبوب ولأنه حتى عندما يكون موجودًا داخل الانبوب (كالبلازما مثلًا) فإنه لا يتفاعل مع الخيوط داخل الأنبوب أو الجدران الزجاجية لانه غاز خامل وهذا يؤدي إلى عمر اطول للمصباح.

كيف تستخدم الغازات النبيلة فى الاضاءة

في هذه المصابيح يتم تمرير التفريغ الكهربائي ذو الجهد العالي من خلال أنبوب من الغاز النيون منخفض الضغط وهذا التفريغ الكهربائي يمكن أن يثير الإلكترونات في ذرات النيون مما يسبب لهم القفز من مستوى منخفض ومستقر إلى مستوى أعلى وهذا بطبيعة الحال يكسر قاعدة “لويس” التى تنص على وجوب وجود ثمانية الإلكترونات في القشرة الخارجية لذلك فإن الإلكترون النشط في المستوى الاخير يدخل فى حالة “الاسترخاء” مرة أخرى كما يرتاح هذا الإلكترون مرة أخرى

وينتقل إلى مستوى أقل وبهذا فإنه يلقي بعض الطاقة في شكل حزمة أو فوتون من الضوء، والطول الموجي لهذا الضوء يكون مقابلًا للونه حيث يعتمد على الفرق في الطاقة بين المستويات العليا والسفلى وهذا يعني أن كل عنصر يعطي قبالة بضعة أطوال موجية مميزة للضوء عندما تكون الإلكترونات نشطة وذلك بسبب المستويات المختلفة التى تقفز الالكترونات اليها وهذا هو السبب في أن أضواء النيون تعطي اللون الأحمر والبرتقالي المكهرب، في حين أن مصابيح الأرجون تعطي لونًا ازرق الخزامى ومصابيح النيون يمكن أن تكون زرقاء وخضراء وكل تلك الالوان تشير إلى كيفية أن الإلكترونات النشطة في كل ذرة قادرة على العثور على طريق العودة إلى ديارها واستكمال مستواها الخارجي.[1]

الغازات النبيلة

الغاز النبيلة هي أي عنصر من العناصر الكيميائية السبعة التي تشكل المجموعة 18 (VIIIa) من الجدول الدوري وهذه العناصر هي (الهيليوم (He) والنيون (Ne) والأرجون (Ar) والكريبتون (Kr) والزينون (Xe) والرادون (Rn) والأوغانيسون(Og))، الغازات النبيلة هي غازات عديمة اللون وعديمة الرائحة ولا طعم لها وغير قابلة للنفخ وقد تم تصنيفهم تقليدياً في الجدول الدوري على المجموعة 0 لأنه على مدى عقود بعد اكتشافها كان يعتقد أنها لا يستطيع الارتباط بذرات أخرى أي أن ذراتها لا يمكن أن تتحد مع تلك العناصر الأخرى لتشكيل المركبات الكيميائية.

قد تم اكتشاف الغازات النبيلة في نهاية القرن التاسع عشر وهي المجموعة الأكثر استقرارًا من العناصر الكيميائية، ولديها عدد لا يحصى من الاستخدامات الحديثة وعندما تم اكتشافها لأول مرة كانت خصائصها الغريبة لغزًا محيرًا للعلماء، وعندما تم اكتشاف عناصر المجموعة والتعرف عليهم كان يُعتقد أنها عناصر نادروة للغاية فضلاً عن أنها خاملة كيميائياً وبالتالي أطلق عليها اسم “الغازات النادرة” أو “الخاملة” أو “النبيلة” ومع ذلك من المعروف الآن أن العديد من هذه العناصر وفيرة جدًا على الأرض وفي بقية الكون وبالتالي فإن تسميتها بالغازات النادرة تسمية خاطئة ومضللة، وبالمثل فإن استخدام مصطلح الغاز الخامل له عيب في أنه يعني السلبية الكيميائية مما يشير إلى أنه لا يمكن تشكيل مركبات من عناصر المجموعة 18، في الكيمياء كلمة “نبيلة” تدل على تردد المعادن وقد تم استعمالها منذ فترة طويلة مثل (الذهب والبلاتين).

خصائص الغازات النبيلة

الغازات النبيلة غير نشطة نسبياً، في الواقع هي أقل العناصر فى ردة فعل في الجدول الدوري وهذا لأن مستوى التكافؤ الخارجى كامل الإلكترونات ولهذا لديهم القليل من الميل لكسب أو فقدان الإلكترونات، في عام 1898 صاغ “هوغو إردمان” عبارة “الغاز النبيل” لتعكس التفاعل المنخفض لهذه العناصر بنفس الطريقة التي تكون بها المعادن النبيلة أقل تفاعلاً من المعادن الأخرى، الغازات النبيلة لديها نقاط غليان منخفضة ودرجة حرارة جميع تلك الغازات تكون في نفس درجة حرارة الغرفة.

ما هي الغازات النبيلة الموجودة فى المصابيح

على الرغم من أن هذه المصابيح تسمى عادةً بـ”مصابيح النيون” الا أنه يمكن إنشاء هذه الأضواء لهذه المصابيح باستخدام غازات أخرى، وتستخدم خمسة من الغازات السبع النبيلة بسبب قدرتها على إنتاج الضوء الملون عندما تتدفق الكهرباء من خلالها والنيون والأرجون هما الغازان الأكثر استخدامًا لأنهما أقل تكلفةً والأكثر توافرًا.

استخدام كل غاز من الغازات النبيلة

إن الاستقرار هو الذي يؤدى لاستخدامات الغازات النبيلة العملية حيث يستخدم الأرجون كغاز التدريع في اللحام في حين يستخدم الهيليوم كمبرد في آلات التصوير بالرنين المغناطيسي والموصلات الفائقة ولأن الهيليوم لا يحترق يمكن استخدامه لإعطاء الطفو إلى المنطاد دون المخاطرة بحدوث أى كارثة ومع ذلك فإن أكثر استخدامات الغازات النبيلة شيوعًا يكون في مصابيح تفريغ الغاز مثل أضواء النيون.

لماذا سميت الغازات النبيلة بهذا الاسم

عناصر المجموعة 18 عناصر غير تفاعلية و سميت الغازات النبيلة بهذا الاسم لأن مستوى تكافؤها الاخير مكتمل بالإلكترونيات وبسبب تكوينها الإلكتروني المستقر فهي لا تتفاعل مع العناصر الأخرى.

كيف اكتشفت الغازات النبيلة

الغازات النبيلة مستقرة بشكل فريد وهى لا تشارك في أي تفاعلات كيميائية ولكن من خلال فهم استقرار الغازات النبيلة اكتشف الفيزيائيون مفتاح الترابط الكيميائي نفسه حيث اكتشفت الغازات النبيلة من قبل “ديمتري منديليف” وقام بإضافتها  إلى جدوله الدوري في عام 1902 حيث رتب العناصر الخاملة في الصفوف والأعمدة وفقًا لوزنها الذري، وكان “منديلييف” قادراً على رؤية أنماط متكررة (أو دورية) في خصائصها وظهرت الغازات النبيلة بانتظام في الجدول الدوري وتوجد فى الجدول فى كل موضع ثامن على الأقل بين العناصر الأخف وزنًا ومن هذا كافح الفيزيائيون للعثور على نموذج يفسر هذه الملاحظة الغريبة ما هي أهمية الرقم ثمانية؟ ولم وضعها مندليف فى الموضع الثامن بالذات؟

في عام 1912 جاء عالم فيزياء دنماركي شاب يدعى “نيلز بور” بتفسير جديد غير فهمنا للذرة إلى الأبد فبعد أن أكمل للتو دراسات الدكتوراه في الدنمارك انتقل إلى إنجلترا للعمل مع عالم فيزياء يدعى “إرنست روثرفورد” الذي كان قد اقترح للتو أن الإلكترونات تدور حول النواة الكثيفة للذرة وتشبه إلى حد كبير الكواكب التي تدور حول النجم، فأدرك “بور” أن نموذج “روثرفورد” كان على الطريق الصحيح لكنه لم يتناسب تمامًا مع البيانات التجريبية واقترح بدلا من ذلك أن الإلكترونات تدور بالفعل حول نواة الذرة المشحونة بشكل إيجابي ولكنها لا تستطيع الدوران إلا على مسافات معينة من النواة

وكان نموذج “بور” نجاحًا كبيرًا وخطوة رئيسية في تطوير ميكانيكا الكم فبستخدام نموذج “بور” قام عالم الفيزياء الذى يدعى “جيلبرت لويس” بالاتيان بتفسير لا يصدق لاستقرار الغازات النبيلة فوفقا لـ”لويس” كل مستوى إلكترونات حول الذرة يصبح هو الأكثر استقرارًا عندما يحتوي على ثمانية إلكترونات باستثناء المستوى الأول والذي يمكن أن يستوعب الكترونين اثنين فقط، الذرات سوف تفعل أى شيء للتأكد من أن مستواها الخارجي يحتوي على ثمانية الإلكترونات وعندما تكون هذه المستويات غير مكتملة ستحاول الذرات ملء غلافها الخارجي عن طريق الاقتراض أو التبرع أو مشاركة الإلكترونات مع الذرات الاخرى وهذا يؤدي إلى الترابط الكيميائي والجمع بين العناصر لتشكيل المركبات، ولأن الغازات النبيلة لها غلاف خارجي كامل يحتوي على ثمانية إلكترونات (باستثناء الهيليوم، الذي يحتوي على اثنين فقط) فهي تقاوم بشدة تشكيل الروابط.[2]

الوسوم

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق