Cēlgāzes

Grupa → 18. ↓ Periods 1 2
Hēlijs (He)
100px 2 10
Neons (Ne)
100px 3 18
Argons (Ar)
100px 4 36
Kriptons (Kr)
100px 5 54
Ksenons (Xe)
100px 6 86
Radons (Rn) 7 118
Oganesons (Og)

Cēlgāzes ir ķīmisko elementu grupa, kurai normālos apstākļos raksturīga ļoti zema ķīmiskā reaktivitāte. Tās ir bezkrāsainas, bez smaržas, parasti sastopamas atomārā, vienatomu gāzu veidā un veido atsevišķu periodiskās tabulas grupu ar līdzīgām fizikālajām un ķīmiskajām īpašībām, kas izriet no to atomu elektronu konfigurācijas. Vēsturiski cēlgāzes ilgu laiku dēvēja arī par inertajām gāzēm, jo tika uzskatīts, ka tās praktiski neveido ķīmiskos savienojumus. Periodiskajā tabulā cēlgāzes atrodas 18. grupā (saskaņā ar mūsdienu grupu numerāciju, agrāk VIIIA grupā), periodiskās sistēmas labajā malā. Pie tām pieder hēlijs (He), neons (Ne), argons (Ar), kriptons (Kr), ksenons (Xe), radons (Rn) un sintētiskais oganesons (Og), tomēr oganesons pēc teorētiskām prognozēm pie 20 °C var būt cietviela un pēc īpašībām var atšķirties no klasiskajām cēlgāzēm. Cēlgāzēm ir pilnībā aizpildītas s un p orbitāles, kas nosaka šo elementu ķīmisko stabilitāti un zemo tieksmi veidot savienojumus.

Cēlgāzēm kopīgas vairākas būtiskas īpašības. Tās ir ķīmiski mazaktīvas, ar augstu jonizācijas potenciālu, zemām kušanas un viršanas temperatūrām (salīdzinājumā ar citu grupu elementiem tajos pašos periodos), vāju savstarpējo mijiedarbību un parasti ir nedegošas. Šo īpašību dēļ cēlgāzes plaši izmanto kā aizsarggāzes ķīmiskajos un metalurģiskajos procesos, apgaismojumā, elektronikā un citās tehnoloģijās, kur nepieciešama ķīmiski neitrāla vide. Vēsturiski cēlgāzes ilgu laiku tika uzskatītas par pilnīgi “inertām” un periodiskajā tabulā pat apzīmētas kā “0. grupa”. Šis priekšstats dominēja līdz 20. gadsimta vidum, kad tika sintezēti pirmie ksenona savienojumi un vēlāk arī citu cēlgāžu savienojumi, pierādot, ka to inertums nav absolūts, bet gan relatīvs un atkarīgs no apstākļiem. Tāpēc termins “inertās gāzes” mūsdienu ķīmijā tiek uzskatīts par novecojušu, lai gan cēlgāzes saglabā savu raksturīgo īpašību — ļoti zemu ķīmisko reaktivitāti, kas ir centrāla to teorētiskajā un praktiskajā nozīmē.

 Nosaukums un terminoloģija 
Termins ‘cēlgāzes’ latviešu valodā apzīmē 18. grupas ķīmiskos elementus ar ļoti zemu reaktivitāti un ir nostiprinājies kā pamatnosaukums mūsdienu zinātniskajā lietojumā. Nosaukums veidots pēc analoģijas ar citu valodu ķīmijas terminoloģiju un balstās uz šīs periodiskās sistēmas grupas kopīgajām fizikāli ķīmiskajām īpašībām. Vārds ‘cēls’ šajā kontekstā lietots pārnestā nozīmē, lai raksturotu elementu “atturību” no ķīmiskas mijiedarbības normālos apstākļos, nevis sociālu vai estētisku vērtējumu. Starptautiskajā ķīmijas terminoloģijā plaši lietotais angļu apzīmējums noble gases (“cēlgāzes”) veidojies kā tulkojums no vācu Edelgase (vienskaitlī Edelgas). Šis nosaukums tika ieviests 19.–20. gadsimta mijā, analogi jēdzienam “cēlmetāli” (noble metals), lai uzsvērtu elementu zemo ķīmisko aktivitāti un īpašo vietu periodiskajā tabulā. Līdzīgi nosaukumi sastopami arī citās valodās, piemēram, franču gaz nobles, kas apliecina terminoloģisku vienotību starptautiskajā zinātniskajā saziņā.

Vēsturiski plaši tika lietots arī apzīmējums “inertās gāzes”, kas atspoguļoja agrāko priekšstatu par šo elementu pilnīgu nereaktivitāti. Šis termins dominēja 19. gadsimta beigās un 20. gadsimta pirmajā pusē. Tomēr pēc tam, kad tika sintezēti pirmie ksenona un vēlāk arī kriptona savienojumi, kļuva skaidrs, ka “inertums” nav absolūts. Tāpēc mūsdienu zinātniskajā literatūrā apzīmējums inertās gāzes tiek uzskatīts par vēsturisku un daļēji novecojušu, un priekšroka tiek dota terminam cēlgāzes, kas precīzāk atbilst šo elementu faktiskajām ķīmiskajām īpašībām. Vienlaikus jēdziens ‘inertā gāze’ ķīmijā saglabājas kā plašāks termins jebkurai gāzei, kas konkrētos apstākļos ir mazreaktīva, piemēram, arī slāpeklis.

 Vēsturiskā atklāšana 
Cēlgāžu atklāšana norisinājās salīdzinoši vēlu un galvenokārt 19. gadsimta beigās, būtiski mainot priekšstatus par ķīmisko elementu daudzveidību un periodiskās tabulas uzbūvi. Lai gan jau 18. gadsimtā tika pamanīts, ka atmosfērā ir neliela daļa īpaši mazaktīvas sastāvdaļas, par atsevišķas elementu grupas eksistenci kļuva skaidrs tikai pēc sistemātiskiem pētījumiem. Izšķirošs pavērsiens notika 1894. gadā, kad, pētot neatbilstības starp teorētiski aprēķināto un eksperimentāli noteikto gaisa blīvumu, lords Reilijs un Viljams Remzijs no gaisa izolēja argonu. Drīz pēc tam Remzijs turpināja pētījumus ar tā dēvētajām “retajām gāzēm”. 1895. gadā viņš izolēja hēliju no minerāla kleveīts; hēlijs jau iepriekš bija zināms kā Saules spektrā novērota līnija, taču uz Zemes tas līdz tam nebija identificēts. Izmantojot šķidrā gaisa frakcionēto destilāciju, Remzijs kopā ar Morisu Traversu 1898. gadā atklāja vēl trīs cēlgāzes — neonu, kriptonu un ksenonu. Savukārt radons tika identificēts 1900. gadā kā radioaktīva “emanācija” no rādija preparātiem un drīz pēc tam iekļauts cēlgāžu grupā. Šie atklājumi parādīja, ka atmosfēra satur iepriekš nezināmu, ķīmiski mazaktīvu elementu kopumu, kas ilgu laiku bija palicis nepamanīts tieši savas zemās reaktivitātes dēļ.

Cēlgāžu identificēšanai bija būtiska nozīme periodiskās tabulas pilnveidošanā. Līdz šo elementu atklāšanai periodiskajā tabulā nebija paredzēta vieta elementiem, kas praktiski neveido savienojumus. Jauno elementu īpašības lika izdalīt atsevišķu kolonnu periodiskās tabulas labajā malā — vēsturiski nereti dēvētu par “0. grupu”, bet mūsdienās pazīstamu kā 18. grupu. Šīs izmaiņas nostiprināja periodiskās tabulas loģiskumu un palīdzēja izskaidrot arī dažas periodiskā likuma šķietamās “anomālijas”, piemēram, to, ka argona vidējā atommasa ir lielāka nekā nākamajam elementam kālijam. Cēlgāžu atklāšanas nozīmīgumu apliecina arī tas, ka 1904. gada Nobela prēmija ķīmijā tika piešķirta Viljamam Remzijam par “inerto gāzveida elementu” atklāšanu gaisā un to vietas noteikšanu periodiskajā tabulā. Cēlgāžu vēsturiskā atklāšana būtiski ietekmēja arī atomu uzbūves izpratnes attīstību. Neveiksmīgie mēģinājumi 19. gadsimta beigās un 20. gadsimta sākumā iegūt argona un citu cēlgāžu savienojumus kļuva par svarīgu empīrisku signālu, ka ķīmiskā reaktivitāte ir cieši saistīta ar atomu iekšējo struktūru. Vēlākie pētījumi, tostarp kvantu mehānikas ietvaros, parādīja, ka cēlgāzēm ir pilnībā aizpildīta ārējā elektronu čaula. Šis fakts kļuva par vienu no pamatiem Bora atoma modelim, okteta stabilitātes idejai un mūsdienu izpratnei par ķīmisko saiti un periodiskuma cēloņiem. Tādējādi cēlgāžu atklāšana ne tikai papildināja zināmo elementu kopumu, bet arī veicināja fundamentālus sasniegumus ķīmijas un atomfizikas teorijā.

 Gāzizlādes krāsas 
Gāzizlādes krāsa ir atkarīga no vairākiem faktoriem, no kuriem nozīmīgākie ir:
 izlādes parametri (strāvas stiprums un elektriskā lauka intensitāte, temperatūra caurulē utt. — novērojams vidējo attēlu krāsas variācijās caurules vidū un malās);
 gāzes tīrība (pat neliels piejaukums citu gāzu var ietekmēt krāsu);
 izlādes caurules apvalka materiāls — redzams apakšējos attēlos, kur no bieza sadzīves stikla izgatavots apvalks slāpē ultravioletos un zilos gaismas starus.
+ Cēlgāzu elektriskās izlādes krāsas un to spektrs (apakšējā rinda); augšējā rindā — ķīmiski tīras gāzes.alt=Glass tube shining violet light with a wire wound over it|140pxalt=Glass tube shining orange light with a wire wound over it|140pxalt=Glass tube shining violet-blue light with a wire wound over it|140pxalt=Glass tube shining white light with a wire wound over it|140pxalt=Glass tube shining blue light with a wire wound over it|140pxalt=Oranžīgi sarkanā krāsā spīdoša stikla caurule|140pxalt=Sarkanā krāsā spīdoša stikla caurule|140pxalt=Lillā krāsā spīdoša stikla caurule|140pxalt=Gaiši zilā krāsā spīdoša stikla caurule|140pxalt=Zilā krāsā spīdoša stikla caurule|140pxalt=Illuminated light red gas discharge tubes shaped as letters H and e|140pxalt=Illuminated orange gas discharge tubes shaped as letters N and e|140pxalt=Illuminated blue gas discharge tubes shaped as letters A and r|140pxalt=Illuminated white gas discharge tubes shaped as letters K and r|140pxalt=Illuminated violet gas discharge tubes shaped as letters X and e|140pxalt=Hēlija krāsu spektrs|140pxalt=Neona krāsu spektrs|140pxalt=Argona krāsu spektrs|140pxalt=Kriptona krāsu spektrs|140pxalt=Ksenona krāsu spektrs|140pxHēlijsNeonsArgons (ar nelielu Hg piejaukumu spilgtākai krāsai "Ar" attēlā)KriptonsKsenons

 Atsauces 

 Ārējās saites