Ευγενή αέρια - Του Κωνσταντίνου Δ. Καρπούζα, Καθηγητού Φυσικής-Χημείας

Πρόκειται για τα στοιχεία Ήλιο (He), Αργό (Αr), Νέον (Ne), Κρυπτό (Κr), Ξένο (Xe), Ραδόνιο (Rn) που είναι και ραδιενεργό.

Οι ιδιότητες των ευγενών αερίων εξηγούνται πολύ καλά από τις σύγχρονες θεωρίες της ατομικής δομής, γιατί στην εξωτερική τους στιβάδα έχουν 8 ηλεκτρόνια, εκτός από το ήλιο που έχει 2. Αφού λοιπόν η εξωτερική στιβάδα των ατόμων τους θεωρείται «πλήρης», εξηγείται η απροθυμία τους να κάνουν χημικές αντιδράσεις.

Τα αέρια αυτά έχουν πολλές σημαντικές εφαρμογές σε βιομηχανίες παραγωγής ειδών φωτισμού και συγκόλλησης, στην πυρηνική φυσική στην εξερεύνηση του διαστήματος κλπ. Θα πούμε λίγα λόγια για το καθένα.

Ξένο

Χρησιμοποιείται στα φώτα ξένον στα αυτοκίνητα όπου έχουμε ένα εντυπωσιακό αποτέλεσμα, στην τομογραφία με εκπομπή φωτονίων PET για απεικονίσεις καρδιάς, πνευμόνων, εγκεφάλου και ροής αίματος.

Αργό

Τοποθετείται ανάμεσα στα διπλά και τριπλά τζάμια πλέον στα νέα κουφώματα των παραθύρων γιατί βοηθά αποτελεσματικά στην θερμομόνωση, χωρίς υδρατμούς και θολώματα, τον χειμώνα με το κρύο αλλά και το καλοκαίρι με τη ζέστη, χωρίς να επηρεάζει τη διαύγεια.

Ήλιο

Είναι το δεύτερο πιο διαδεδομένο χημικό στοιχείο του σύμπαντος μετά το υδρογόνο (76% H, 23% He). Στην ατμόσφαιρα της γης βρίσκεται μόνο σε ίχνη (5,24 ppm) επειδή είναι εξαιρετικά ελαφρύ και δεν μπορεί να συγκρατηθεί από το βαρυτικό πεδίο της γης. Το ήλιο παράγεται από την πυρηνική σύντηξη του υδρογόνου στα άστρα, ενώ στη γη από τη ραδιενεργό διάσπαση βαρύτερων στοιχείων.

Η πιο γνωστή χρήση του είναι ως ανυψωτικό, γεμίζουμε με αυτό τα αερόπλοια και μετεωρολογικά μπαλόνια καθώς είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και το προτιμάμε από το υδρογόνο, αφού δεν είναι εύφλεκτο.

Η κύρια χρήση είναι ως κρυογονικό ρευστό για την ψύξη σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες διάφορων μετάλλων ή άλλων υλικών. Επίσης, λόγω της πολύ μικρής διαλυτότητάς του στο νερό, χρησιμοποιείται ως υποκατάστατο του αζώτου σε συνθετικό αέρα αναπνευστικών συσκευών για μεγάλα βάθη, για την αντιμετώπιση της λεγόμενης νόσου των δυτών.

Χρησιμοποιείται ως ψυκτικό σε ορισμένους πυρηνικούς αντιδραστήρες και στην χρονολόγηση ορυκτών που περιέχουν ουράνιο και θόριο, ραδιενεργά υλικά που διασπώνται εκπέμποντας σωματίδια α, δηλαδή πυρήνες ηλίου.

Νέον

Το φως που παράγει είναι κόκκινο-πορτοκαλί σε μια λυχνία που περιέχει το αέριο αυτό σε χαμηλή πίεση και χρησιμοποιείται στις λάμπες των φωτεινών διαφημίσεων. Το νέον είναι το λιγότερο δραστικό ευγενές αέριο και επομένως το λιγότερο δραστικό στοιχείο. Έχει σαράντα φορές καλύτερη ψυκτική ικανότητα από το υγρό ήλιο και τρεις φορές καλύτερη από αυτή του υγρού υδρογόνου. Στις περισσότερες χρήσεις του είναι πιο φθηνό από το ήλιο ως ψυκτικό.

Κρυπτό

Το φως του κρυπτού παίζει σημαντικό ρόλο σε πολλά λέιζερ αερίων υψηλής ισχύος. Το συναντάμε στα φλας για φωτογραφίσεις υψηλής ταχύτητας και σε ανθεκτικά φώτα στους διαδρόμους προσγείωσης και απογείωσης αεροπλάνων.

Ραδόνιο

Η έκθεση του ανθρώπου σε υψηλά επίπεδα περιβαλλοντικής ακτινοβολίας έχει αρνητικές επιδράσεις στην υγεία του. Στην περιβαλλοντική ακτινοβολία συμπεριλαμβάνεται και αυτή του στοιχείου ραδονίου. Το ραδόνιο 222 είναι ένα ραδιενεργό ευγενές αέριο που απελευθερώνεται κατά τη διαδικασία της φυσικής διάσπασης των στοιχείων θόριο και ουράνιο, που υπάρχουν σε ποικίλες ποσότητες στα πετρώματα και στο έδαφος.

Το ραδόνιο 222 διασπάται σε ραδιενεργά στοιχεία, δύο από τα οποία είναι πολώνιο 218 και πολώνιο 214, που εκπέμπουν σωματίδια άλφα, τα οποία είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά στο να βλάπτουν τους ιστούς των πνευμόνων. Αυτά τα εκπεμπόμενα σωματίδια άλφα, ευθύνονται για πρόκληση καρκίνου των πνευμόνων στους ανθρώπους.

Στο εσωτερικό των κτιρίων, τα ραδόνιο συσσωρεύεται σε σημαντικά επίπεδα. Η ποσότητά του σε αυτούς τους χώρους εξαρτάται από την κατασκευή των κτισμάτων και από την ποσότητα του αερίου αυτού στο υποκείμενο έδαφος.

Το ραδόνιο είναι πολύ βαρύ (είναι το πιο πυκνό γνωστό αέριο) οπότε συγκεντρώνεται στις βάσεις των κτιρίων και μόλις μπει σε αυτά διασπάται ραδιενεργά. Κάποια από τα παραγόμενα στοιχεία είναι επίσης ραδιενεργά και εκλύουν ακτινοβολία καθώς και αυτά διασπώνται, οπότε προσκολλώνται σε σωματίδια σκόνης και έτσι συγκεντρώνονται στα χαμηλότερα επίπεδα των κτιρίων.

Για να μειωθεί ή να περιοριστεί ο κίνδυνος από το ραδόνιο στα σπίτια πρέπει να ανοίγουμε περισσότερο τα παράθυρα, να λειτουργούμε ανεμιστήρες και να επιλέγουμε μη ραδιενεργά κατασκευαστικά υλικά. Το ραδιενεργές αέριο ραδόνιο, που απελευθερώνεται από το φλοιό της γης και συγκεντρώνεται στα σπίτια, είναι υπεύθυνο για το 9% των θανάτων που προκαλούνται λόγω καρκίνου του πνεύμονα.

Οι καπνιστές κινδυνεύουν πολύ περισσότερο από όλους τους άλλους από το ραδόνιο το οποίο εισέρχεται στον οργανισμό δια μέσου της εισπνοής. Το μεγαλύτερο μέρος από αυτό που εισπνέουμε, φεύγει αμέσως με την εκπνοή. Όμως μερικά σωματίδια του ραδονίου παραμένουν στους πνεύμονες, εκθέτοντας τους έτσι στις επικίνδυνες επιδράσεις της ραδιενέργειας που μπορεί να προκαλεί καρκίνο.

Στους εξωτερικούς χώρους, τα αέρια που εκπέμπονται από τη γη και περιέχουν ραδόνιο, διαλύονται στην ατμόσφαιρα. Έτσι ο κίνδυνος στους εξωτερικούς χώρους απομακρύνεται.

ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Δ. ΚΑΡΠΟΥΖΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ - ΧΗΜΕΙΑΣ