उत्कृष्ट गैस

From LTRC
उत्कृष्ट गैसें
Group number 18
Trivial name उत्कृष्ट गैसें
By element हीलियम समूह या
नियॉन समूह
Cas VIIIA
Old iupac 0
Mark He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn,Og
Left हैलोजन
Right क्षार धातु

उत्कृष्ट गैसें (ऐतिहासिक रूप से अक्रिय गैसें, जिन्हें कभी-कभी एरोजन्स भी कहा जाता है[1]) आवर्त सारणी के समूह 18 के सदस्य हैं: हीलियम (He), नियॉन (Ne), आर्गन (Ar), क्रिप्टॉन (Kr), ज़ेनॉन (Xe), रेडॉन (Rn) और, कुछ मामलों में, ओगानेसन (Og)। मानक स्थितियों के अंतर्गत, इन तत्वों में से पहले छह गंधहीन, रंगहीन, एकपरमाणुक गैसें हैं जिनकी रासायनिक अभिक्रियाशीलता बहुत कम होती है और क्रायोजेनिक क्वथनांक होते हैं। ओगानेसन के गुण अनिश्चित हैं।

उत्कृष्ट गैस परमाणुओं के बीच अंतर-आणविक बल बहुत कमजोर लंदन परिक्षेपण बल होता है, इसलिए उनके क्वथनांक सभी क्रायोजेनिक होते हैं, जो 165 K से नीचे होते हैं।[2]

उत्कृष्ट गैसों की रासायनिक अक्रियता, या अन्य रासायनिक पदार्थों के साथ रासायनिक अभिक्रिया न करने की प्रवृत्ति, उनके इलेक्ट्रॉन विन्यास के कारण होती है: उनके बाहरी कोश के संयोजी इलेक्ट्रॉन "पूर्ण" होते हैं, जिससे उनमें रासायनिक अभिक्रियाओं में भाग लेने की बहुत कम प्रवृत्ति होती है। केवल कुछ सौ उत्कृष्ट गैस यौगिक ही ज्ञात हैं। उत्कृष्ट गैसों की अक्रियता उन्हें तब उपयोगी बनाती है जब रासायनिक अभिक्रियाएं अवांछित होती हैं। उदाहरण के लिए, आर्गन का उपयोग वेल्डिंग में परिरक्षण गैस के रूप में और तापदीप्त प्रकाश बल्बों में भराव गैस के रूप में किया जाता है। हीलियम का उपयोग ब्लिंप और गुब्बारों में उत्प्लावकता प्रदान करने के लिए किया जाता है। हीलियम और नियॉन का उपयोग उनके कम क्वथनांक के कारण प्रशीतक के रूप में भी किया जाता है। रेडॉन को छोड़कर, उत्कृष्ट गैसों की औद्योगिक मात्रा वायु से गैसों के द्रवीकरण और आंशिक आसवन की विधियों का उपयोग करके अलग करके प्राप्त की जाती है। हीलियम प्राकृतिक गैस के खनन का एक उपोत्पाद भी है। रेडॉन को आमतौर पर घुले हुए रेडियम, थोरियम, या यूरेनियम यौगिकों के रेडियोधर्मी क्षय से अलग किया जाता है।

समूह 18 का सातवां सदस्य ओगानेसन है, जो एक अस्थिर संश्लेषित तत्व है जिसकी रसायन विज्ञान अभी भी अनिश्चित है क्योंकि केवल पांच बहुत कम समय तक जीवित रहने वाले परमाणु (t1/2 = 0.69 ms) ही अब तक संश्लेषित किए गए हैं (2020[3])। IUPAC "उत्कृष्ट गैस" शब्द का उपयोग "समूह 18" के साथ परस्पर विनिमय के रूप में करता है और इस प्रकार इसमें ओगानेसन शामिल है;[4] हालाँकि, सापेक्षतावादी प्रभावों के कारण, ओगानेसन के मानक स्थितियों में एक ठोस होने और इतना अभिक्रियाशील होने का अनुमान है कि यह कार्यात्मक रूप से "उत्कृष्ट" के रूप में योग्य नहीं है।[3]

इतिहास

उत्कृष्ट गैस (Noble gas) का अनुवाद जर्मन भाषा के संज्ञा Edelgas से हुआ है, जिसका उपयोग पहली बार 1900 में ह्यूगो एर्डमैन[5] द्वारा उनकी अभिक्रियाशीलता के अत्यंत निम्न स्तर को इंगित करने के लिए किया गया था। यह नाम "उत्कृष्ट धातु" शब्द के अनुरूप है, जिनकी अभिक्रियाशीलता भी कम होती है। उत्कृष्ट गैसों को अक्रिय गैस के रूप में भी जाना जाता रहा है, लेकिन इस लेबल को अब अनुपयुक्त माना जाता है क्योंकि कई उत्कृष्ट गैस यौगिक अब ज्ञात हैं।[6] दुर्लभ गैसें एक और शब्द था जिसका उपयोग किया जाता था,[7] लेकिन यह भी गलत है क्योंकि आर्गन पृथ्वी के वायुमंडल का एक काफी बड़ा हिस्सा (आयतन के अनुसार 0.94%, द्रव्यमान के अनुसार 1.3%) बनाता है, जो रेडियोधर्मी पोटेशियम-40 के क्षय के कारण होता है।[8]

पियरे जानसेन और जोसेफ नॉर्मन लॉकियर ने 18 अगस्त 1868 को सूर्य के वर्णमंडल को देखते हुए एक नए तत्व की खोज की थी, और सूर्य के लिए ग्रीक शब्द, ἥλιος (hḗlios) के नाम पर इसका नाम हीलियम रखा।[9] उस समय कोई रासायनिक विश्लेषण संभव नहीं था, लेकिन बाद में हीलियम को एक उत्कृष्ट गैस पाया गया। उनसे पहले, 1784 में, अंग्रेजी रसायनज्ञ और भौतिक विज्ञानी हेनरी कैवेंडिश ने पाया था कि हवा में नाइट्रोजन से कम अभिक्रियाशील पदार्थ का एक छोटा अनुपात होता है।[10] एक सदी बाद, 1895 में, लॉर्ड रेले ने पाया कि हवा से नाइट्रोजन के नमूने रासायनिक अभिक्रियाओं से उत्पन्न नाइट्रोजन से अलग घनत्व के थे। यूनिवर्सिटी कॉलेज, लंदन के स्कॉटिश वैज्ञानिक विलियम रामसे के साथ, लॉर्ड रेले ने सिद्धांत दिया कि हवा से निकाली गई नाइट्रोजन किसी अन्य गैस के साथ मिश्रित थी, जिससे एक प्रयोग हुआ जिसने सफलतापूर्वक एक नए तत्व, आर्गन को अलग किया, जो ग्रीक शब्द ἀργός (argós, "निष्क्रिय" या "आलसी") से आया है।[10] इस खोज के साथ, उन्हें एहसास हुआ कि आवर्त सारणी से गैसों का एक पूरा वर्ग गायब था। आर्गन की अपनी खोज के दौरान, रामसे क्लीवाइट, एक खनिज को गर्म करते समय पहली बार हीलियम को अलग करने में भी कामयाब रहे। 1902 में, हीलियम और आर्गन तत्वों के प्रमाण को स्वीकार करने के बाद, दिमित्री मेंडेलीव ने इन उत्कृष्ट गैसों को तत्वों की अपनी व्यवस्था में समूह 0 के रूप में शामिल किया, जो बाद में आवर्त सारणी बन गई।[11]

रामसे ने द्रव वायु को कई घटकों में अलग करने के लिए आंशिक आसवन की विधि का उपयोग करके इन गैसों की अपनी खोज जारी रखी। 1898 में, उन्होंने क्रिप्टॉन, नियॉन और ज़ेनॉन तत्वों की खोज की, और उनका नाम क्रमशः ग्रीक शब्दों κρυπτός (kryptós, "छिपा हुआ"), νέος (néos, "नया"), और ξένος (ksénos, "अजनबी") के नाम पर रखा। रेडॉन की पहचान पहली बार 1898 में फ्रेडरिक अर्न्स्ट डॉर्न द्वारा की गई थी,[12] और इसे रेडियम इमेनेशन नाम दिया गया था, लेकिन 1904 तक इसे उत्कृष्ट गैस नहीं माना गया था जब इसके गुणों को अन्य उत्कृष्ट गैसों के समान पाया गया था।[13] रेले और रामसे को उत्कृष्ट गैसों की खोज के लिए क्रमशः 1904 में भौतिकी और रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिले;[14][15] रॉयल स्वीडिश एकेडमी ऑफ साइंसेज के तत्कालीन अध्यक्ष जे. ई. सेडरब्लोम के शब्दों में, "तत्वों का एक पूरी तरह से नया समूह, जिसका कोई भी प्रतिनिधि निश्चितता के साथ ज्ञात नहीं था, की खोज रसायन विज्ञान के इतिहास में कुछ पूरी तरह से अद्वितीय है, जो आंतरिक रूप से विज्ञान में विशेष महत्व की प्रगति है"।[15]

उत्कृष्ट गैसों की खोज ने परमाणु संरचना की सामान्य समझ विकसित करने में सहायता की। 1895 में, फ्रांसीसी रसायनज्ञ हेनरी मोइसन ने फ्लोरीन, जो सबसे अधिक विद्युतऋणात्मक तत्व है, और आर्गन, जो उत्कृष्ट गैसों में से एक है, के बीच अभिक्रिया करने का प्रयास किया, लेकिन विफल रहे। वैज्ञानिक 20वीं सदी के अंत तक आर्गन के यौगिक तैयार करने में असमर्थ थे, लेकिन इन प्रयासों ने परमाणु संरचना के नए सिद्धांतों को विकसित करने में मदद की। इन प्रयोगों से सीखते हुए, डेनिश भौतिक विज्ञानी नील्स बोर ने 1913 में प्रस्तावित किया कि परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर कोशों में व्यवस्थित होते हैं, और हीलियम को छोड़कर सभी उत्कृष्ट गैसों के लिए सबसे बाहरी कोश में हमेशा आठ इलेक्ट्रॉन होते हैं।[13] 1916 में, गिल्बर्ट एन. लुईस ने अष्टक नियम तैयार किया, जिसने निष्कर्ष निकाला कि बाहरी कोश में इलेक्ट्रॉनों का एक अष्टक किसी भी परमाणु के लिए सबसे स्थिर व्यवस्था थी; इस व्यवस्था के कारण वे अन्य तत्वों के साथ अभिक्रियाशील नहीं थे क्योंकि उन्हें अपने बाहरी कोश को पूरा करने के लिए और इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता नहीं थी।[16]

1962 में, नील बार्टलेट ने एक उत्कृष्ट गैस का पहला रासायनिक यौगिक, ज़ेनॉन हेक्साफ्लोरोप्लाटिनेट खोजा।[17] अन्य उत्कृष्ट गैसों के यौगिक जल्द ही खोजे गए: 1962 में रेडॉन के लिए, रेडॉन डाइफ्लोराइड (RnF2),[18] जिसे रेडियोट्रेसर तकनीकों द्वारा पहचाना गया था और 1963 में क्रिप्टॉन के लिए, क्रिप्टॉन डाइफ्लोराइड (KrF2)।[19] आर्गन का पहला स्थिर यौगिक 2000 में रिपोर्ट किया गया था जब 40 K के तापमान पर आर्गन फ्लोरोहाइड्राइड (HArF) का निर्माण हुआ था।[20]

अक्टूबर 2006 में, जॉइंट इंस्टीट्यूट फॉर न्यूक्लियर रिसर्च और लॉरेंस लिवरमोर नेशनल लेबोरेटरी के वैज्ञानिकों ने सफलतापूर्वक ओगानेसन, समूह 18 का सातवां तत्व, संश्लेषित रूप से बनाया,[21] कैलिफोर्नियम को कैल्शियम के साथ बमबारी करके।[22]

भौतिक और परमाणु गुण

गुण[13][23] हीलियम नियॉन आर्गन क्रिप्टॉन ज़ेनॉन रेडॉन ओगानेसन
घनत्व (g/dm3) 0.1786 0.9002 1.7818 3.708 5.851 9.97 7200 (अनुमानित)[24]
क्वथनांक (K) 4.4 27.3 87.4 121.5 166.6 211.5 450±10 (अनुमानित)[24]
गलनांक (K) –[25] 24.7 83.6 115.8 161.7 202.2 325±15 (अनुमानित)[24]
वाष्पीकरण की एन्थैल्पी (kJ/mol) 0.08 1.74 6.52 9.05 12.65 18.1 –
20 °C पर पानी में विलेयता (cm3/kg) 8.61 10.5 33.6 59.4 108.1 230 –
परमाणु क्रमांक 2 10 18 36 54 86 118
परमाणु त्रिज्या (परिकलित) (pm) 31 38 71 88 108 120 –
आयनन ऊर्जा (kJ/mol) 2372 2080 1520 1351 1170 1037 839 (अनुमानित)[26]
विद्युतऋणात्मकता[27] 4.16 4.79 3.24 2.97 2.58 2.60 2.59[28]

अधिक डेटा के लिए, देखें उत्कृष्ट गैस (डेटा पृष्ठ)।

उत्कृष्ट गैसों में कमजोर अंतर-परमाणु बल होता है, और परिणामस्वरूप उनके गलनांक और क्वथनांक बहुत कम होते हैं। वे सभी मानक स्थितियों के अंतर्गत एकपरमाणुक गैस हैं, जिनमें कई सामान्य रूप से ठोस तत्वों की तुलना में अधिक परमाणु द्रव्यमान वाले रासायनिक तत्व भी शामिल हैं।[13] हीलियम के अन्य तत्वों की तुलना में कई अद्वितीय गुण हैं: 1 atm पर इसका क्वथनांक किसी भी अन्य ज्ञात रासायनिक पदार्थ की तुलना में कम है; यह एकमात्र ज्ञात तत्व है जो अति-तरलता प्रदर्शित करता है; और, यह एकमात्र तत्व है जिसे वायुमंडलीय दबाव पर ठंडा करके ठोस नहीं बनाया जा सकता है[29] (एक प्रभाव जिसे क्वांटम यांत्रिकी द्वारा समझाया गया है क्योंकि इसकी शून्य बिंदु ऊर्जा इतनी अधिक है कि जमना संभव नहीं है)[30] – इसे ठोस में बदलने के लिए 0.95 K के तापमान पर 25 atm का दबाव लागू किया जाना चाहिए[29] जबकि कमरे के तापमान पर लगभग 113500 atm का दबाव आवश्यक है।[31] ज़ेनॉन तक की उत्कृष्ट गैसों में कई स्थिर समस्थानिक होते हैं; क्रिप्टॉन और ज़ेनॉन में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले रेडियोसमस्थानिक भी होते हैं, अर्थात् 78Kr, 124Xe, और 136Xe, इन सभी का जीवन बहुत लंबा (> 1021 वर्ष) है और ये दोहरा इलेक्ट्रॉन प्रग्रहण या दोहरा बीटा क्षय से गुजर सकते हैं। रेडॉन का कोई स्थिर समस्थानिक नहीं है; इसके सबसे लंबे समय तक जीवित रहने वाले समस्थानिक, 222Rn, की अर्ध-आयु 3.8 दिन है और यह हीलियम और पोलोनियम बनाने के लिए क्षय होता है, जो अंततः सीसा में क्षय हो जाता है।[13] ओगानेसन का भी कोई स्थिर समस्थानिक नहीं है, और इसका एकमात्र ज्ञात समस्थानिक 294Og बहुत कम समय तक जीवित रहने वाला (अर्ध-आयु 0.7 ms) है। समूह में नीचे जाने पर गलनांक और क्वथनांक बढ़ते हैं।


उत्कृष्ट गैस परमाणु, अधिकांश समूहों के परमाणुओं की तरह, इलेक्ट्रॉनों की बढ़ती संख्या के कारण एक आवर्त से दूसरे आवर्त तक परमाणु त्रिज्या में लगातार बढ़ते हैं। परमाणु का आकार कई गुणों से संबंधित है। उदाहरण के लिए, आयनन विभव बढ़ती त्रिज्या के साथ घटता है क्योंकि बड़ी उत्कृष्ट गैसों में संयोजी इलेक्ट्रॉन नाभिक से दूर होते हैं और इसलिए परमाणु द्वारा इतनी मजबूती से नहीं पकड़े जाते हैं। उत्कृष्ट गैसों में प्रत्येक आवर्त के तत्वों के बीच सबसे बड़ा आयनन विभव होता है, जो उनके इलेक्ट्रॉन विन्यास की स्थिरता को दर्शाता है और उनकी रासायनिक अभिक्रियाशीलता की सापेक्ष कमी से संबंधित है।[23] हालाँकि, कुछ भारी उत्कृष्ट गैसों में आयनन विभव इतना छोटा होता है कि वे अन्य तत्वों और अणुओं के बराबर हो सकते हैं। यह अंतर्दृष्टि कि ज़ेनॉन का आयनन विभव ऑक्सीजन अणु के समान है, ने बार्टलेट को प्लैटिनम हेक्साफ्लोराइड का उपयोग करके ज़ेनॉन को ऑक्सीकृत करने का प्रयास करने के लिए प्रेरित किया, जो एक ऑक्सीकरण एजेंट है जिसे ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करने के लिए पर्याप्त मजबूत माना जाता है।[17] उत्कृष्ट गैसें स्थिर ऋणायन बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन स्वीकार नहीं कर सकती हैं; अर्थात, उनकी इलेक्ट्रॉन बंधुता नकारात्मक होती है।[32]

उत्कृष्ट गैसों के स्थूल भौतिक गुण परमाणुओं के बीच कमजोर वैन डेर वाल्स बलों द्वारा हावी होते हैं। ध्रुवणता में वृद्धि और आयनन विभव में कमी के परिणामस्वरूप परमाणु के आकार के साथ आकर्षण बल बढ़ता है। इसके परिणामस्वरूप व्यवस्थित समूह प्रवृत्तियां होती हैं: जैसे-जैसे कोई समूह 18 में नीचे जाता है, परमाणु त्रिज्या बढ़ती है, और इसके साथ अंतर-परमाणु बल बढ़ते हैं, जिसके परिणामस्वरूप गलनांक, क्वथनांक, वाष्पीकरण की एन्थैल्पी और विलेयता में वृद्धि होती है। घनत्व में वृद्धि परमाणु द्रव्यमान में वृद्धि के कारण होती है।[23]

उत्कृष्ट गैसें मानक स्थितियों के अंतर्गत लगभग आदर्श गैसें हैं, लेकिन आदर्श गैस नियम से उनके विचलन ने अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं के अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण सुराग प्रदान किए। लेनार्ड-जोन्स विभव, जिसका उपयोग अक्सर अंतर-आणविक अंतःक्रियाओं को मॉडल करने के लिए किया जाता है, को 1924 में जॉन लेनार्ड-जोन्स द्वारा आर्गन पर प्रायोगिक डेटा से घटाया गया था, इससे पहले कि क्वांटम यांत्रिकी ने प्रथम सिद्धांतों से अंतर-आणविक बलों को समझने के लिए उपकरण प्रदान किए।[33] इन अंतःक्रियाओं का सैद्धांतिक विश्लेषण सुगम हो गया क्योंकि उत्कृष्ट गैसें एकपरमाणुक हैं और परमाणु गोलाकार हैं, जिसका अर्थ है कि परमाणुओं के बीच अंतःक्रिया दिशा से स्वतंत्र है, या समदैशिक है।

रासायनिक गुण

उत्कृष्ट गैसें मानक स्थितियों के अंतर्गत रंगहीन, गंधहीन, स्वादहीन और अज्वलनशील होती हैं।[34] उन्हें कभी आवर्त सारणी में समूह 0 के रूप में लेबल किया गया था क्योंकि यह माना जाता था कि उनकी संयोजकता शून्य है, जिसका अर्थ है कि उनके परमाणु अन्य तत्वों के साथ मिलकर रासायनिक यौगिक नहीं बना सकते हैं। हालाँकि, बाद में यह खोजा गया कि कुछ वास्तव में यौगिक बनाते हैं, जिससे यह लेबल अप्रचलित हो गया।[13]

इलेक्ट्रॉन विन्यास

अन्य समूहों की तरह, इस परिवार के सदस्य अपने इलेक्ट्रॉन विन्यास में पैटर्न दिखाते हैं, विशेष रूप से सबसे बाहरी कोश जो रासायनिक व्यवहार में प्रवृत्तियों का परिणाम देते हैं:

Z तत्व प्रति कोश इलेक्ट्रॉन
2 हीलियम 2
10 नियॉन 2, 8
18 आर्गन 2, 8, 8
36 क्रिप्टॉन 2, 8, 18, 8
54 ज़ेनॉन 2, 8, 18, 18, 8
86 रेडॉन 2, 8, 18, 32, 18, 8
118 ओगानेसन 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8
(अनुमानित)

उत्कृष्ट गैसों में पूर्ण संयोजी इलेक्ट्रॉन कोश होते हैं। संयोजी इलेक्ट्रॉन एक परमाणु के सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन होते हैं और सामान्यतः केवल वही इलेक्ट्रॉन होते हैं जो बंधन में भाग लेते हैं। पूर्ण संयोजी इलेक्ट्रॉन कोश वाले परमाणु अत्यंत स्थिर होते हैं और इसलिए रासायनिक बंधन बनाने की प्रवृत्ति नहीं रखते हैं और उनमें इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने या खोने की बहुत कम प्रवृत्ति होती है।[35] हालाँकि, भारी उत्कृष्ट गैसें जैसे रेडॉन, हीलियम जैसी हल्की उत्कृष्ट गैसों की तुलना में विद्युतचुंबकीय बल द्वारा कम मजबूती से जुड़ी होती हैं, जिससे भारी उत्कृष्ट गैसों से बाहरी इलेक्ट्रॉनों को हटाना आसान हो जाता है।

पूर्ण कोश के परिणामस्वरूप, उत्कृष्ट गैसों का उपयोग उत्कृष्ट गैस विन्यास बनाने के लिए इलेक्ट्रॉन विन्यास संकेतन के साथ किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, प्रश्न में तत्व से पहले आने वाली निकटतम उत्कृष्ट गैस को पहले लिखा जाता है, और फिर उस बिंदु से आगे इलेक्ट्रॉन विन्यास जारी रखा जाता है। उदाहरण के लिए, फॉस्फोरस का इलेक्ट्रॉन संकेतन 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 है, जबकि उत्कृष्ट गैस संकेतन [Ne] 3s2 3p3 है। यह अधिक संक्षिप्त संकेतन तत्वों की पहचान करना आसान बनाता है, और परमाणु कक्षकों के पूर्ण संकेतन को लिखने की तुलना में छोटा है।[36]

उत्कृष्ट गैसें (noble gases) आवर्त सारणी के ब्लॉक के बीच की सीमा को पार करती हैं—हीलियम एक s-तत्व है, जबकि शेष सदस्य p-तत्व हैं—जो IUPAC समूहों के बीच असामान्य है। अन्य सभी IUPAC समूहों में प्रत्येक में केवल एक ब्लॉक के तत्व होते हैं। यह आवर्त सारणी में प्रवृत्तियों में कुछ विसंगतियां पैदा करता है, और इन्हीं आधारों पर कुछ रसायनज्ञों ने प्रस्ताव दिया है कि हीलियम को अन्य s2 तत्वों के साथ रहने के लिए समूह 2 में स्थानांतरित किया जाना चाहिए,[37][38][39] लेकिन इस परिवर्तन को सामान्यतः अपनाया नहीं गया है।

यौगिक

मुख्य लेख: Noble gas compound

उत्कृष्ट गैसें अत्यंत कम रासायनिक अभिक्रियाशीलता प्रदर्शित करती हैं; परिणामस्वरूप, केवल कुछ सौ उत्कृष्ट गैस यौगिक ही निर्मित किए गए हैं। ऐसे उदासीन रासायनिक यौगिक जिनमें हीलियम और नियॉन रासायनिक बंध में शामिल हों, अभी तक नहीं बने हैं (हालाँकि कुछ हीलियम-युक्त आयन मौजूद हैं और कुछ उदासीन हीलियम-युक्त यौगिकों के लिए कुछ सैद्धांतिक प्रमाण मौजूद हैं), जबकि ज़ेनॉन, क्रिप्टन और आर्गन ने केवल मामूली अभिक्रियाशीलता दिखाई है।[40]

1933 में, लाइनस पॉलिंग ने भविष्यवाणी की थी कि भारी उत्कृष्ट गैसें फ्लोरीन और ऑक्सीजन के साथ यौगिक बना सकती हैं। उन्होंने क्रिप्टन हेक्साफ्लोराइड (KrF6) और ज़ेनॉन हेक्साफ्लोराइड (XeF6) के अस्तित्व की भविष्यवाणी की और अनुमान लगाया कि ज़ेनॉन ऑक्टाफ्लोराइड (XeF8) एक अस्थिर यौगिक के रूप में मौजूद हो सकता है, और सुझाव दिया कि ज़ेनिक एसिड परज़ेनेट लवण बना सकता है।[41][42] ये भविष्यवाणियां सामान्यतः सटीक साबित हुईं, सिवाय इसके कि अब XeF8 को ऊष्मगतिकीय और गतिज दोनों रूप से अस्थिर माना जाता है।[43]

ज़ेनॉन यौगिक निर्मित उत्कृष्ट गैस यौगिकों में सबसे अधिक संख्या में हैं।[44] इनमें से अधिकांश में ज़ेनॉन परमाणु +2, +4, +6, या +8 की ऑक्सीकरण अवस्था में होता है, जो अत्यधिक विद्युतऋणात्मक परमाणुओं जैसे फ्लोरीन या ऑक्सीजन से बंधा होता है, जैसा कि ज़ेनॉन डाइफ्लोराइड (XeF2), ज़ेनॉन टेट्राफ्लोराइड (XeF4), ज़ेनॉन हेक्साफ्लोराइड (XeF6), ज़ेनॉन टेट्रॉक्साइड (XeO4), और सोडियम परज़ेनेट (Na4XeO6) में होता है। ज़ेनॉन निम्नलिखित समीकरणों के अनुसार अनेक ज़ेनॉन फ्लोराइड बनाने के लिए फ्लोरीन के साथ अभिक्रिया करता है:

Xe + F2 → XeF2
Xe + 2 F2 → XeF4
Xe + 3 F2 → XeF6

इनमें से कुछ यौगिकों ने रासायनिक संश्लेषण में ऑक्सीकारक के रूप में उपयोग पाया है; विशेष रूप से XeF2 व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है और इसका उपयोग फ्लोरीनेटिंग एजेंट के रूप में किया जा सकता है।[45] 2007 तक, अन्य तत्वों से बंधे ज़ेनॉन के लगभग पांच सौ यौगिकों की पहचान की गई है, जिनमें ऑर्गेनोज़ेनॉन यौगिक (कार्बन से बंधे ज़ेनॉन युक्त), और नाइट्रोजन, क्लोरीन, सोना, पारा और स्वयं ज़ेनॉन से बंधे ज़ेनॉन शामिल हैं।[40][46] बोरॉन, हाइड्रोजन, ब्रोमीन, आयोडीन, बेरिलियम, सल्फर, टाइटेनियम, तांबा और चांदी से बंधे ज़ेनॉन के यौगिक भी देखे गए हैं, लेकिन केवल कम तापमान पर उत्कृष्ट गैस मैट्रिक्स में, या सुपरसोनिक उत्कृष्ट गैस जेट में।[40]

रेडॉन ज़ेनॉन की तुलना में अधिक अभिक्रियाशील है, और ज़ेनॉन की तुलना में अधिक आसानी से रासायनिक बंध बनाता है। हालाँकि, रेडॉन के समस्थानिकों की उच्च रेडियोधर्मिता और कम अर्ध-आयु के कारण, व्यवहार में रेडॉन के केवल कुछ ही फ्लोराइड और ऑक्साइड बनाए गए हैं।[47] रेडॉन ज़ेनॉन की तुलना में धात्विक व्यवहार की ओर अधिक बढ़ता है; डाइफ्लोराइड RnF2 अत्यधिक आयनिक है, और हैलोजन फ्लोराइड समाधानों में धनायनित Rn2+ बनता है। इस कारण से, गतिज बाधा रेडॉन को +2 अवस्था से आगे ऑक्सीकृत करना कठिन बनाती है। केवल ट्रेसर प्रयोग ही ऐसा करने में सफल प्रतीत होते हैं, जो संभवतः RnF4, RnF6, और RnO3 बनाते हैं।[48][49][50]

क्रिप्टन ज़ेनॉन की तुलना में कम अभिक्रियाशील है, लेकिन +2 की ऑक्सीकरण अवस्था में क्रिप्टन के साथ कई यौगिकों की सूचना मिली है।[40] क्रिप्टन डाइफ्लोराइड सबसे उल्लेखनीय और आसानी से पहचाना जाने वाला यौगिक है। चरम स्थितियों में, क्रिप्टन निम्नलिखित समीकरण के अनुसार KrF2 बनाने के लिए फ्लोरीन के साथ अभिक्रिया करता है:

Kr + F2 → KrF2

ऐसे यौगिक जिनमें क्रिप्टन नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के साथ एकल बंध बनाता है, उन्हें भी पहचाना गया है,[51] लेकिन वे क्रमशः -60 C और -90 C से नीचे ही स्थिर रहते हैं।[40]

अन्य अधातुओं (हाइड्रोजन, क्लोरीन, कार्बन) के साथ-साथ कुछ बाद की संक्रमण धातुओं (तांबा, चांदी, सोना) से रासायनिक रूप से बंधे क्रिप्टन परमाणु भी देखे गए हैं, लेकिन केवल कम तापमान पर उत्कृष्ट गैस मैट्रिक्स में, या सुपरसोनिक उत्कृष्ट गैस जेट में।[40] 2000 में आर्गन के पहले कुछ यौगिक प्राप्त करने के लिए समान स्थितियों का उपयोग किया गया था, जैसे आर्गन फ्लोरोहाइड्राइड (HArF), और कुछ बाद की संक्रमण धातुओं तांबा, चांदी और सोने से बंधे हुए।[40] 2007 तक, सहसंयोजक रूप से बंधे हीलियम या नियॉन से जुड़े कोई स्थिर उदासीन अणु ज्ञात नहीं हैं।[40]

आवर्त प्रवृत्तियों से अनुमान लगाया गया है कि ओगानेसन को उत्कृष्ट गैसों में सबसे अधिक अभिक्रियाशील होना चाहिए; अधिक परिष्कृत सैद्धांतिक उपचार ऐसे अनुमानों की तुलना में अधिक अभिक्रियाशीलता का संकेत देते हैं, इस हद तक कि "उत्कृष्ट गैस" वर्णक की प्रयोज्यता पर ही प्रश्न उठाया गया है।[52] ओगानेसन के समूह 14 में सिलिकॉन या टिन की तरह होने की उम्मीद है:[53] एक अभिक्रियाशील तत्व जिसमें सामान्य +4 और कम सामान्य +2 अवस्था होती है,[54][55] जो कमरे के तापमान और दबाव पर गैस नहीं बल्कि एक ठोस अर्धचालक है। इन भविष्यवाणियों को मान्य करने के लिए अनुभवजन्य/प्रायोगिक परीक्षण की आवश्यकता होगी।[24][56] (दूसरी ओर, फ्लेरोवियम, समूह 14 में होने के बावजूद, असामान्य रूप से वाष्पशील होने का अनुमान है, जो उत्कृष्ट गैस जैसे गुणों का सुझाव देता है।)[57][58]

उत्कृष्ट गैसें—हीलियम सहित—गैस चरण में स्थिर आणविक आयन बना सकती हैं। सबसे सरल हीलियम हाइड्राइड आयन, HeH+ है, जिसकी खोज 1925 में हुई थी।[59] क्योंकि यह ब्रह्मांड के दो सबसे प्रचुर तत्वों, हाइड्रोजन और हीलियम से बना है, इसलिए माना जाता था कि यह अंतरतारकीय माध्यम में प्राकृतिक रूप से होता है, और अंततः अप्रैल 2019 में हवाई SOFIA टेलीस्कोप का उपयोग करके इसका पता लगाया गया। इन आयनों के अलावा, उत्कृष्ट गैसों के कई ज्ञात उदासीन एक्सीमर हैं। ये ArF और KrF जैसे यौगिक हैं जो केवल उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक अवस्था में ही स्थिर होते हैं; इनमें से कुछ एक्सीमर लेजर में अनुप्रयोग पाते हैं।

उन यौगिकों के अलावा जहां एक उत्कृष्ट गैस परमाणु सहसंयोजक बंध में शामिल होता है, उत्कृष्ट गैसें गैर-सहसंयोजक यौगिक भी बनाती हैं। क्लाथ्रेट, जिनका वर्णन पहली बार 1949 में किया गया था,[60] कुछ कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थों के क्रिस्टल जालक की गुहाओं में फंसे एक उत्कृष्ट गैस परमाणु से बने होते हैं। उनके गठन के लिए आवश्यक शर्त यह है कि अतिथि (उत्कृष्ट गैस) परमाणु मेजबान क्रिस्टल जालक की गुहाओं में फिट होने के लिए उपयुक्त आकार के होने चाहिए। उदाहरण के लिए, आर्गन, क्रिप्टन और ज़ेनॉन हाइड्रोक्विनोन के साथ क्लाथ्रेट बनाते हैं, लेकिन हीलियम और नियॉन ऐसा नहीं करते क्योंकि वे बहुत छोटे होते हैं या उन्हें बनाए रखने के लिए पर्याप्त ध्रुवीय नहीं होते हैं।[61] नियॉन, आर्गन, क्रिप्टन और ज़ेनॉन क्लाथ्रेट हाइड्रेट्स भी बनाते हैं, जहां उत्कृष्ट गैस बर्फ में फंस जाती है।[62]

उत्कृष्ट गैसें एंडोहेड्रल फुलरीन यौगिक बना सकती हैं, जिसमें उत्कृष्ट गैस परमाणु एक फुलरीन अणु के अंदर फंस जाता है। 1993 में, यह खोजा गया था कि जब C60, जो 60 कार्बन परमाणुओं से बना एक गोलाकार अणु है, को उच्च दबाव पर उत्कृष्ट गैसों के संपर्क में लाया जाता है, तो He@C60 जैसे कॉम्प्लेक्स बन सकते हैं (@ अंकन इंगित करता है कि He, C60 के अंदर निहित है लेकिन इससे सहसंयोजक रूप से बंधा नहीं है)।[63] 2008 तक, हीलियम, नियॉन, आर्गन, क्रिप्टन और ज़ेनॉन के साथ एंडोहेड्रल कॉम्प्लेक्स बनाए जा चुके हैं।[64] इन यौगिकों ने उत्कृष्ट गैस परमाणु के परमाणु चुंबकीय अनुनाद के माध्यम से फुलरीन की संरचना और अभिक्रियाशीलता के अध्ययन में उपयोग पाया है।[65]

ज़ेनॉन डाइफ्लोराइड (XeF2) जैसे उत्कृष्ट गैस यौगिकों को हाइपरवैलेंट माना जाता है क्योंकि वे ऑक्टेट नियम का उल्लंघन करते हैं। ऐसे यौगिकों में बंधन को तीन-केंद्र चार-इलेक्ट्रॉन बंध मॉडल का उपयोग करके समझाया जा सकता है।[66][67] यह मॉडल, जिसे पहली बार 1951 में प्रस्तावित किया गया था, तीन संरेखीय परमाणुओं के बंधन पर विचार करता है। उदाहरण के लिए, XeF2 में बंधन का वर्णन प्रत्येक परमाणु पर p-ऑर्बिटल से प्राप्त तीन आणविक ऑर्बिटल्स (MOs) के एक सेट द्वारा किया जाता है। बंधन Xe से एक भरे हुए p-ऑर्बिटल और प्रत्येक F परमाणु से एक आधे भरे p-ऑर्बिटल के संयोजन से उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक भरा हुआ बॉन्डिंग ऑर्बिटल, एक भरा हुआ नॉन-बॉन्डिंग ऑर्बिटल और एक खाली एंटीबॉन्डिंग ऑर्बिटल बनता है। उच्चतम अधिकृत आणविक ऑर्बिटल दो टर्मिनल परमाणुओं पर स्थित होता है। यह आवेश के स्थानीयकरण का प्रतिनिधित्व करता है जो फ्लोरीन की उच्च विद्युतऋणात्मकता द्वारा सुगम होता है।[68]

भारी उत्कृष्ट गैसों, क्रिप्टन और ज़ेनॉन का रसायन विज्ञान अच्छी तरह से स्थापित है। हल्के तत्वों, आर्गन और हीलियम का रसायन विज्ञान अभी भी प्रारंभिक चरण में है, जबकि नियॉन यौगिक की पहचान अभी बाकी है।

प्राप्ति

ब्रह्मांड में उत्कृष्ट गैसों की प्रचुरता उनके परमाणु क्रमांक बढ़ने के साथ घटती जाती है। हीलियम हाइड्रोजन के बाद ब्रह्मांड में सबसे आम तत्व है, जिसका द्रव्यमान अंश लगभग 24% है। ब्रह्मांड में अधिकांश हीलियम बिग बैंग न्यूक्लियोसिंथेसिस के दौरान बनी थी, लेकिन तारकीय न्यूक्लियोसिंथेसिस में हाइड्रोजन के संलयन (और, बहुत कम हद तक, भारी तत्वों के अल्फा क्षय) के कारण हीलियम की मात्रा लगातार बढ़ रही है।[69][70]

पृथ्वी पर प्रचुरता अलग-अलग प्रवृत्तियों का पालन करती है; उदाहरण के लिए, हीलियम वायुमंडल में तीसरी सबसे प्रचुर उत्कृष्ट गैस है। इसका कारण यह है कि वायुमंडल में कोई आदिम हीलियम नहीं है; परमाणु के छोटे द्रव्यमान के कारण, हीलियम को पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र द्वारा बनाए नहीं रखा जा सकता है।[71] पृथ्वी पर हीलियम पृथ्वी की पपड़ी में पाए जाने वाले यूरेनियम और थोरियम जैसे भारी तत्वों के अल्फा क्षय से आती है, और प्राकृतिक गैस जमा में जमा हो जाती है।[71] दूसरी ओर, आर्गन की प्रचुरता पृथ्वी की पपड़ी में पाए जाने वाले पोटेशियम-40 के बीटा क्षय के परिणामस्वरूप आर्गन-40 बनाने के कारण बढ़ जाती है, जो पृथ्वी पर आर्गन का सबसे प्रचुर समस्थानिक है, भले ही यह सौर मंडल में अपेक्षाकृत दुर्लभ हो। यह प्रक्रिया पोटेशियम-आर्गन डेटिंग विधि का आधार है।[72]

वायुमंडल में ज़ेनॉन की प्रचुरता अप्रत्याशित रूप से कम है, जिसे लुप्त ज़ेनॉन समस्या कहा गया है; एक सिद्धांत यह है कि लुप्त ज़ेनॉन पृथ्वी की पपड़ी के अंदर खनिजों में फंसा हो सकता है।[73][74] रेडॉन स्थलमंडल में रेडियम के अल्फा क्षय द्वारा बनता है। यह अपनी नींव में दरारों के माध्यम से इमारतों में रिस सकता है और उन क्षेत्रों में जमा हो सकता है जो अच्छी तरह हवादार नहीं हैं। अपनी उच्च रेडियोधर्मिता के कारण, रेडॉन एक महत्वपूर्ण स्वास्थ्य खतरा प्रस्तुत करता है; यह अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में प्रति वर्ष अनुमानित 21,000 फेफड़ों के कैंसर से होने वाली मौतों में शामिल है।[75] ओगानेसन प्रकृति में नहीं होता है और इसके बजाय वैज्ञानिकों द्वारा कृत्रिम रूप से बनाया जाता है।

बड़े पैमाने पर उपयोग के लिए, हीलियम को प्राकृतिक गैस से आंशिक आसवन द्वारा निकाला जाता है, जिसमें 7% तक हीलियम हो सकता है।[76]

तत्व प्रचुरता ... में मूल्य
Z नाम सौर मंडल
(प्रति Si परमाणु)[77] 		पृथ्वी का वायुमंडल
(ppm, आयतन)[78] 		आग्नेय चट्टान
(ppm, द्रव्यमान)[23] 		2004
(USD/m3)[79]
2 हीलियम #1 2343 #3 5.20 #2 3 × 10−3 #2 Ind*: 4.20–4.90
Lab: 22.30–44.90
10 नियॉन #2 2.148 #2 18.20 #3 7 × 10−5 #3 60–120
18 आर्गन #3 0.1025 #1 9340.00 #1 4 × 10−2 #1 2.70–8.50
36 क्रिप्टन #4 5.515 × 10−5 #4 1.10 #5– #4 400–500
54 ज़ेनॉन #5 5.391 × 10−6 #5 0.09 #5– #5 4000–5000
86 रेडॉन #6– #6 0.06 × 10−19
to 18 × 10−19[80]		 #4 1.7 × 10−10 #6–
  • Ind (औद्योगिक ग्रेड); Lab (प्रयोगशाला ग्रेड)

निष्कर्षण

नियॉन, आर्गन, क्रिप्टन और ज़ेनॉन को गैसों के द्रवीकरण की विधियों का उपयोग करके हवा से प्राप्त किया जाता है, ताकि तत्वों को तरल अवस्था में परिवर्तित किया जा सके, और आंशिक आसवन द्वारा मिश्रणों को उनके घटक भागों में अलग किया जा सके। हीलियम का उत्पादन आमतौर पर इसे प्राकृतिक गैस से अलग करके किया जाता है, और रेडॉन को रेडियम यौगिकों के रेडियोधर्मी क्षय से अलग किया जाता है।[13] उत्कृष्ट गैसों की कीमतें उनकी प्राकृतिक प्रचुरता से प्रभावित होती हैं, जिसमें आर्गन सबसे सस्ता और ज़ेनॉन सबसे महंगा है। एक उदाहरण के रूप में, आसन्न तालिका प्रत्येक गैस की प्रयोगशाला मात्रा के लिए 2004 की संयुक्त राज्य अमेरिका की कीमतें सूचीबद्ध करती है।

जैविक रसायन विज्ञान

इस समूह के किसी भी तत्व का कोई जैविक महत्व नहीं है।[81]

अनुप्रयोग

उत्कृष्ट गैसों का क्वथनांक और गलनांक बहुत कम होता है, जो उन्हें क्रायोजेनिक प्रशीतक के रूप में उपयोगी बनाता है।[82] विशेष रूप से, तरल हीलियम, जो 4.2 K पर उबलता है, का उपयोग सुपरकंडक्टिंग मैग्नेट के लिए किया जाता है, जैसे कि परमाणु चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग और परमाणु चुंबकीय अनुनाद में आवश्यक होते हैं।[83] तरल नियॉन, हालांकि यह तरल हीलियम जितना कम तापमान तक नहीं पहुंचता है, क्रायोजेनिक्स में भी उपयोग पाता है क्योंकि इसमें तरल हीलियम की तुलना में 40 गुना से अधिक और तरल हाइड्रोजन की तुलना में तीन गुना से अधिक प्रशीतन क्षमता होती है।[80]

हीलियम का उपयोग श्वसन गैसों (breathing gases) के एक घटक के रूप में नाइट्रोजन को प्रतिस्थापित करने के लिए किया जाता है, क्योंकि तरल पदार्थों, विशेष रूप से लिपिड (lipids) में इसकी विलेयता (solubility) कम होती है। स्कूबा डाइविंग जैसे दबाव की स्थिति में गैसें रक्त और शरीर के ऊतकों (body tissues) द्वारा अवशोषित कर ली जाती हैं, जो नाइट्रोजन नार्कोसिस (nitrogen narcosis) नामक एक एनेस्थेटिक (anesthetic) प्रभाव पैदा करती हैं।[84] अपनी कम विलेयता के कारण, हीलियम बहुत कम मात्रा में कोशिका झिल्लियों (cell membranes) में प्रवेश करती है, और जब हीलियम का उपयोग श्वसन मिश्रणों के कुछ हिस्से को प्रतिस्थापित करने के लिए किया जाता है, जैसे कि ट्राइमिक्स (trimix) या हेलियोक्स (heliox) में, तो गहराई पर गैस के नशीले प्रभाव में कमी आती है।[85] हीलियम की कम विलेयता डीकंप्रेशन सिकनेस (decompression sickness), या 'द बेंड्स' (the bends) के रूप में जानी जाने वाली स्थिति के लिए अतिरिक्त लाभ प्रदान करती है।[13][86] शरीर में घुली हुई गैस की कम मात्रा का अर्थ है कि ऊपर आते समय दबाव कम होने पर गैस के कम बुलबुले बनते हैं। एक अन्य उत्कृष्ट गैस (noble gas), आर्गन, को स्कूबा डाइविंग के लिए ड्राईसूट (drysuit) मुद्रास्फीति गैस के रूप में उपयोग करने के लिए सबसे अच्छा विकल्प माना जाता है।[87] हीलियम का उपयोग परमाणु रिएक्टरों के लिए परमाणु ईंधन छड़ों में भरने वाली गैस के रूप में भी किया जाता है।[88]


1937 में हिंडनबर्ग आपदा (Hindenburg disaster) के बाद से,[89] हीलियम ने ब्लिम्प (blimps) और गुब्बारों (balloons) में लिफ्टिंग गैस (lifting gas) के रूप में हाइड्रोजन का स्थान ले लिया है: हाइड्रोजन की तुलना में उछाल (buoyancy) में 8.6%[90] की कमी के बावजूद, हीलियम ज्वलनशील नहीं है।[13]

कई अनुप्रयोगों में, उत्कृष्ट गैसों का उपयोग अक्रिय वातावरण प्रदान करने के लिए किया जाता है। आर्गन का उपयोग वायु-संवेदनशील यौगिकों (air-sensitive compounds) के संश्लेषण में किया जाता है जो नाइट्रोजन के प्रति संवेदनशील होते हैं। ठोस आर्गन का उपयोग बहुत अस्थिर यौगिकों, जैसे प्रतिक्रियाशील मध्यवर्ती (reactive intermediates) के अध्ययन के लिए भी किया जाता है, उन्हें बहुत कम तापमान पर एक अक्रिय मैट्रिक्स आइसोलेशन (matrix isolation) में फंसाकर।[91] हीलियम का उपयोग गैस क्रोमैटोग्राफी (gas chromatography) में वाहक माध्यम के रूप में, थर्मामीटर के लिए फिलर गैस के रूप में, और विकिरण को मापने वाले उपकरणों में किया जाता है, जैसे कि गीगर काउंटर (Geiger counter) और बबल चैंबर (bubble chamber)।[79] हीलियम और आर्गन दोनों का उपयोग आमतौर पर वेल्डिंग और कटिंग के दौरान वेल्डिंग आर्क (welding arcs) और आसपास की आधार धातु (base metal) को वातावरण से बचाने के लिए किया जाता है, साथ ही अन्य धातुकर्म प्रक्रियाओं में और अर्धचालक उद्योग के लिए सिलिकॉन के उत्पादन में भी किया जाता है।[80]


उत्कृष्ट गैसों का उपयोग आमतौर पर प्रकाश व्यवस्था (lighting) में किया जाता है क्योंकि उनमें रासायनिक प्रतिक्रियाशीलता की कमी होती है। नाइट्रोजन के साथ मिश्रित आर्गन का उपयोग इनकैंडेसेंट लाइट बल्ब (incandescent light bulbs) के लिए फिलर गैस के रूप में किया जाता है।[80] क्रिप्टन का उपयोग उच्च-प्रदर्शन वाले लाइट बल्बों में किया जाता है, जिनका रंग तापमान (color temperature) अधिक होता है और दक्षता अधिक होती है, क्योंकि यह आर्गन की तुलना में फिलामेंट के वाष्पीकरण की दर को अधिक कम करता है; विशेष रूप से, हैलोजन लैंप (halogen lamps) में आयोडीन या ब्रोमीन के यौगिकों की थोड़ी मात्रा के साथ मिश्रित क्रिप्टन का उपयोग किया जाता है।[80] उत्कृष्ट गैसें गैस-डिस्चार्ज लैंप (gas-discharge lamps), जैसे कि "नियॉन लाइटिंग" (neon lights) के अंदर उपयोग किए जाने पर विशिष्ट रंगों में चमकती हैं। इन लाइटों का नाम नियॉन के नाम पर रखा गया है लेकिन इनमें अक्सर अन्य गैसें और फॉस्फोर (phosphors) होते हैं, जो नियॉन के नारंगी-लाल रंग में विभिन्न रंग जोड़ते हैं। ज़ेनॉन का उपयोग आमतौर पर ज़ेनॉन आर्क लैंप (xenon arc lamps) में किया जाता है, जो अपने लगभग निरंतर स्पेक्ट्रम (continuous spectrum) के कारण, जो दिन के उजाले जैसा दिखता है, फिल्म प्रोजेक्टरों में उपयोग किया जाता है।[80]

उत्कृष्ट गैसों का उपयोग एक्सीमर लेजर (excimer lasers) में किया जाता है, जो एक्सीमर (excimers) के रूप में जाने जाने वाले अल्पकालिक इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्तेजित अणुओं पर आधारित होते हैं। लेजर के लिए उपयोग किए जाने वाले एक्सीमर उत्कृष्ट गैस डाइमर हो सकते हैं जैसे Ar2, Kr2 या Xe2, या अधिक सामान्यतः, उत्कृष्ट गैस को एक्सीमर जैसे ArF, KrF, XeF, या XeCl में हैलोजन के साथ जोड़ा जाता है। ये लेजर पराबैंगनी (ultraviolet) प्रकाश उत्पन्न करते हैं, जो अपनी छोटी तरंग दैर्ध्य (wavelength) (ArF के लिए 193 नैनोमीटर और KrF के लिए 248 nm) के कारण, उच्च-सटीक इमेजिंग की अनुमति देता है। एक्सीमर लेजर के कई औद्योगिक, चिकित्सा और वैज्ञानिक अनुप्रयोग हैं। इनका उपयोग माइक्रोलिथोग्राफी (microlithography) और माइक्रोफैब्रिकेशन (microfabrication) के लिए किया जाता है, जो इंटीग्रेटेड सर्किट निर्माण के लिए आवश्यक हैं, और लेजर एंजियोप्लास्टी (angioplasty) और नेत्र शल्य चिकित्सा (eye surgery) सहित लेजर सर्जरी के लिए किया जाता है।[92]

कुछ उत्कृष्ट गैसों का चिकित्सा में सीधा अनुप्रयोग है। हीलियम का उपयोग कभी-कभी अस्थमा से पीड़ित लोगों की सांस लेने में आसानी को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है।[80] ज़ेनॉन का उपयोग एनेस्थेटिक (anesthetic) के रूप में किया जाता है क्योंकि लिपिड में इसकी उच्च विलेयता होती है, जो इसे सामान्य नाइट्रस ऑक्साइड की तुलना में अधिक शक्तिशाली बनाती है, और क्योंकि यह शरीर से आसानी से निकल जाती है, जिसके परिणामस्वरूप तेजी से रिकवरी होती है।[93] ज़ेनॉन हाइपरपोलराइज्ड एमआरआई (MRI) के माध्यम से फेफड़ों की चिकित्सा इमेजिंग में अनुप्रयोग पाती है।[94] रेडॉन, जो अत्यधिक रेडियोधर्मी है और केवल सूक्ष्म मात्रा में उपलब्ध है, का उपयोग रेडियोथेरेपी (radiotherapy) में किया जाता है।[13]

उत्कृष्ट गैसें, विशेष रूप से ज़ेनॉन, अपनी अक्रियता के कारण मुख्य रूप से आयन इंजन (ion engines) में उपयोग की जाती हैं। चूंकि आयन इंजन रासायनिक प्रतिक्रियाओं द्वारा संचालित नहीं होते हैं, इसलिए ईंधन और इंजन पर किसी अन्य चीज़ के बीच अवांछित प्रतिक्रिया को रोकने के लिए रासायनिक रूप से अक्रिय ईंधन वांछित होते हैं।

ओगानेसन काम करने के लिए बहुत अस्थिर है और अनुसंधान के अलावा इसका कोई ज्ञात अनुप्रयोग नहीं है।

पृथ्वी विज्ञान अनुप्रयोग में उत्कृष्ट गैसें

उत्कृष्ट गैसों की सापेक्ष समस्थानिक प्रचुरता (isotopic abundances) पृथ्वी विज्ञान (earth science) में एक महत्वपूर्ण भू-रासायनिक चक्र (Geochemical cycle) ट्रेसिंग उपकरण के रूप में कार्य करती है।[95][96] वे पृथ्वी के डीगैसिंग इतिहास और आसपास के वातावरण (अर्थात, वायुमंडल संरचना[97]) पर इसके प्रभावों को उजागर कर सकते हैं। उनकी अक्रिय प्रकृति और कम प्रचुरता के कारण, उत्कृष्ट गैस सांद्रता और उनके समस्थानिक अनुपात में परिवर्तन का उपयोग भूवैज्ञानिक (geological) सेटिंग्स में उनके वर्तमान हस्ताक्षरों को प्रभावित करने वाली प्रक्रियाओं को हल करने और मापने के लिए किया जा सकता है।[96][98]

हीलियम

हीलियम के दो प्रचुर समस्थानिक हैं: हीलियम-3, जो आदिम न्यूक्लाइड (primordial nuclide) है और पृथ्वी के कोर (earth's core) और मेंटल (mantle) में उच्च प्रचुरता में है, और हीलियम-4, जो पृथ्वी की पपड़ी (earth's crust) में प्रचुर मात्रा में रेडियोन्यूक्लाइड्स (232Th, 235,238U) के क्षय से उत्पन्न होता है। हीलियम के समस्थानिक अनुपात को RA मान द्वारा दर्शाया जाता है, जो वायु माप के सापेक्ष एक मान है (3He/4He = 1.39*10−6)।[99] वाष्पशील (volatiles) जो पृथ्वी की पपड़ी से उत्पन्न होते हैं, उनका 0.02-0.05 RA होता है, जो हीलियम-4 के संवर्धन को इंगित करता है।[100] गहरे स्रोतों जैसे सबकॉन्टिनेंटल लिथोस्फेरिक मेंटल (SCLM) से उत्पन्न होने वाले वाष्पशील का 6.1± 0.9 RA होता है[101] और मध्य-महासागरीय रिज बेसाल्ट (MORB) उच्च मान (8 ± 1 RA) प्रदर्शित करते हैं। मेंटल प्लम (mantle plume) नमूनों में > 8 RA से भी अधिक मान होते हैं।[101][102] सौर पवन (solar wind), जो एक अपरिवर्तित आदिम न्यूक्लाइड हस्ताक्षर का प्रतिनिधित्व करती है, के बारे में ~ 330 RA होने की सूचना है।[103]

नियॉन

नियॉन के तीन मुख्य स्थिर समस्थानिक हैं: 20Ne, 21Ne और 22Ne, जिसमें 20Ne ब्रह्मांडीय न्यूक्लियोजेनिक (nucleogenic) प्रतिक्रियाओं द्वारा निर्मित होता है, जिससे वायुमंडल में उच्च प्रचुरता होती है।[98][104] 21Ne और 22Ne पृथ्वी की पपड़ी में अल्फा और न्यूट्रॉन कणों की हल्के तत्वों; 18O, 19F और 24,25Mg के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं।[105] नियॉन अनुपात (20Ne/22Ne और 21Ne/22Ne) का उपयोग व्यवस्थित रूप से पृथ्वी के मेंटल (Earth's mantle) और वाष्पशील स्रोतों में विषमता को समझने के लिए किया जाता है। हीलियम समस्थानिक डेटा के पूरक के रूप में, नियॉन समस्थानिक डेटा अतिरिक्त रूप से पृथ्वी की प्रणालियों के थर्मल विकास में अंतर्दृष्टि प्रदान करते हैं।[106]

20Ne/22Ne 21Ne/22Ne एंडमेम्बर
9.8 0.029 वायु[107]
12.5 0.0677 MORB[108]
13.81 0.0330 सौर पवन[109]
0 3.30±0.2 आर्कियन क्रस्ट[110]
0 0.47 प्रीकैम्ब्रियन क्रस्ट[111]

आर्गन

आर्गन के तीन स्थिर समस्थानिक हैं: 36Ar, 38Ar और 40Ar। 36Ar और 38Ar आदिम न्यूक्लाइड हैं, पृथ्वी की पपड़ी पर उनकी सूची पपड़ी के तरल पदार्थों के साथ उल्कापिंड जल (meteoric water) के संतुलन पर निर्भर करती है।[98] यह वायुमंडल में 36Ar की विशाल सूची की व्याख्या करता है। पृथ्वी की पपड़ी के भीतर इन दो समस्थानिकों (36Ar और 38Ar) का उत्पादन नगण्य है, केवल 38Ar की सीमित सांद्रता 235, 238U और 232Th के क्षय से अल्फा कणों और हल्के तत्वों (37Cl और 41K) के बीच बातचीत से उत्पन्न हो सकती है। जबकि 36Ar लगातार 36Cl के बीटा-क्षय द्वारा निर्मित हो रहा है।[104][112] 40Ar, 40K के रेडियोजेनिक क्षय का उत्पाद है। 40Ar/36Ar के लिए विभिन्न एंडमेम्बर मान रिपोर्ट किए गए हैं; वायु = 295.5,[113] MORB = 40,000,[113] और पपड़ी = 3000।[98]

क्रिप्टन

क्रिप्टन के कई समस्थानिक हैं, जिनमें 78, 80, 82Kr आदिम न्यूक्लाइड हैं, जबकि 83, 84, 86Kr 244Pu के सहज विखंडन और 238U के रेडियोजेनिक क्षय से उत्पन्न होते हैं।[95][98] मेंटल जलाशयों में क्रिप्टन का समस्थानिक भू-रासायनिक हस्ताक्षर आधुनिक वायुमंडल जैसा है, जो सौर-समान आदिम हस्ताक्षर को संरक्षित करता है।[114] क्रिप्टन समस्थानिकों का उपयोग पृथ्वी की प्रणाली में वाष्पशील वितरण के तंत्र को समझने के लिए किया गया है, जिसका पृथ्वी के विकास (नाइट्रोजन, ऑक्सीजन) और जीवन के उद्भव पर बहुत प्रभाव पड़ा है।[115] यह काफी हद तक कोंड्रिटिक सामग्री (chondritic material), सौर पवन और धूमकेतु (cometary) जैसे विभिन्न स्रोतों से क्रिप्टन समस्थानिक हस्ताक्षर के स्पष्ट अंतर के कारण है।[116][117]

ज़ेनॉन

मुख्य लेख: Xenon isotope geochemistry

ज़ेनॉन के नौ समस्थानिक हैं, जिनमें से अधिकांश रेडियोजेनिक क्षय द्वारा निर्मित होते हैं। क्रिप्टन और ज़ेनॉन उत्कृष्ट गैसों के लिए वायुमंडलीय संदूषण से बचने के लिए प्राचीन, मजबूत भू-रासायनिक नमूना प्रोटोकॉल की आवश्यकता होती है।[118] इसके अलावा, विश्लेषण के दौरान संकीर्ण द्रव्यमान अंतर वाले कई समस्थानिकों के बीच द्रव्यमान चोटियों (mass peaks) को हल करने के लिए परिष्कृत उपकरणों की आवश्यकता होती है।

129Xe/130Xe एंडमेम्बर
6,496 वायु
7.7[119] MORB
6.7[120] OIB गैलापागोस
6.8[121] OIB आइसलैंड

उत्कृष्ट गैसों का नमूनाकरण

उत्कृष्ट गैस माप ज्वालामुखीय वेंट, झरनों, और भू-तापीय कुओं (geothermal wells) जैसे स्रोतों से विशिष्ट नमूना प्रोटोकॉल का पालन करके प्राप्त किए जा सकते हैं।[122] क्लासिक विशिष्ट नमूना प्रोटोकॉल में निम्नलिखित शामिल हैं।

  • कॉपर ट्यूब - ये मानक प्रशीतन कॉपर ट्यूब हैं, जिन्हें 3/8" बाहरी व्यास के साथ ~10 cm3 तक काटा जाता है, और इनका उपयोग टायगॉनⓇ ट्यूबिंग के माध्यम से ट्यूब से एक उल्टी कीप को जोड़कर वाष्पशील डिस्चार्ज के नमूने के लिए किया जाता है, जिससे एकतरफा प्रवाह सुनिश्चित होता है और वायु संदूषण को रोका जाता है। उनकी लचीलापन नमूने के साथ पर्याप्त फ्लशिंग के बाद सिरों को सील करने के लिए कोल्ड वेल्डिंग या पिंचिंग की अनुमति देती है।
  • गिगेनबैक बोतलें - गिगेनबैक बोतलें टेफ्लॉन स्टॉपकॉक वाली खाली कांच की बोतलें हैं, जिनका उपयोग गैसों के नमूने और भंडारण के लिए किया जाता है। नमूना लेने से पहले उन्हें खाली करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि उत्कृष्ट गैसें हेडस्पेस में जमा हो जाती हैं।[123] ये बोतलें सबसे पहले एक जर्मन रसायनज्ञ वर्नर एफ. गिगेनबैक द्वारा खोजी और वितरित की गई थीं।[124]
उत्कृष्ट गैसों का विश्लेषण

उत्कृष्ट गैसों (Noble gases) के अनेक समस्थानिक (isotopes) और सूक्ष्म द्रव्यमान भिन्नताएँ होती हैं, जिनके लिए उच्च-सटीकता वाले पहचान प्रणालियों की आवश्यकता होती है। मूल रूप से, वैज्ञानिक मैग्नेटिक सेक्टर मास स्पेक्ट्रोमेट्री का उपयोग करते थे, जो समय लेने वाली प्रक्रिया है और "पीक जंपिंग मोड" के कारण इसकी संवेदनशीलता कम होती है।[125][126] मल्टीपल-कलेक्टर मास स्पेक्ट्रोमीटर, जैसे क्वाड्रुपोल मास स्पेक्ट्रोमीटर (QMS), समस्थानिकों की एक साथ पहचान करने में सक्षम हैं, जिससे संवेदनशीलता और थ्रूपुट में सुधार होता है।[126] विश्लेषण से पहले, उत्कृष्ट गैसों की कम प्रचुरता के कारण नमूना तैयार करना आवश्यक है, जिसमें निष्कर्षण (extraction) और शुद्धिकरण प्रणाली शामिल है।[96] निष्कर्षण उनके वाहक (मुख्य चरण; तरल या ठोस) से उत्कृष्ट गैसों को मुक्त करने की अनुमति देता है, जबकि शुद्धिकरण अशुद्धियों को दूर करता है और प्रति इकाई नमूना आयतन में सांद्रता में सुधार करता है।[127] क्रायोजेनिक ट्रैप का उपयोग तापमान में चरणबद्ध वृद्धि द्वारा पीक हस्तक्षेप के बिना क्रमिक विश्लेषण के लिए किया जाता है।[128]

अनुसंधान प्रयोगशालाओं ने सफलतापूर्वक लघु फील्ड-आधारित मास स्पेक्ट्रोमीटर विकसित किए हैं, जो कम लागत वाली वैक्यूम प्रणालियों और क्वाड्रुपोल मास एनालाइजर का उपयोग करके 1–3% की विश्लेषणात्मक अनिश्चितता के साथ उत्कृष्ट गैसों का विश्लेषण कर सकते हैं।[129]

इन्हें भी देखें

नोट्स

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संदर्भ

Noble gases

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Noble gas" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Noble_gas यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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