EDELGASE: EIGENSCHAFTEN, KONFIGURATION, REAKTIONEN, VERWENDUNGEN - CHEMIE - 2025

Die Edelgase sind eine Reihe von Elementen, die durch Integration der Gruppe 18 des Periodensystems gefunden werden. Im Laufe der Jahre wurden sie auch als seltene oder inerte Gase bezeichnet, beides ungenaue Namen; Einige von ihnen sind außerhalb und innerhalb des Planeten Erde sehr häufig anzutreffen, und sie sind auch unter extremen Bedingungen in der Lage zu reagieren.

Seine sieben Elemente bilden die vielleicht einzigartigste Gruppe im Periodensystem, deren Eigenschaften und geringe Reaktivitäten ebenso beeindruckend sind wie die der Edelmetalle. Unter ihnen ist das träge Element (Neon), das zweithäufigste im Kosmos (Helium) und das schwerste und instabilste (Oganeson).

Das Leuchten von fünf Edelgasen in Glasfläschchen oder Ampullen. Quelle: Neue Arbeit Alchemist-hp (Diskussion) www.pse-mendelejew.de); Original-Einzelbilder: Jurii, http://images-of-elements.com.

Edelgase sind die kältesten Substanzen in der Natur; Halten Sie vor dem Kondensieren sehr niedrigen Temperaturen stand. Noch schwieriger ist das Einfrieren, da seine auf der Londoner Streuung basierenden intermolekularen Kräfte und die Polarisierbarkeit seiner Atome zu schwach sind, um sie nur in einem Kristall zusammenzuhalten.

Aufgrund ihrer geringen Reaktivität sind sie relativ sicher zu speichernde Gase und bergen nicht zu viele Risiken. Sie können jedoch Sauerstoff aus der Lunge verdrängen und Ersticken verursachen, wenn sie übermäßig eingeatmet werden. Andererseits sind zwei seiner Mitglieder hochradioaktive Elemente und daher gesundheitsschädlich.

Die geringe Reaktivität von Edelgasen wird auch verwendet, um Reaktionen mit einer inerten Atmosphäre bereitzustellen; so dass kein Reagenz oder Produkt das Risiko einer Oxidation und Beeinträchtigung der Syntheseleistung eingeht. Dies begünstigt auch Lichtbogenschweißprozesse.

Andererseits sind sie in flüssigen Zuständen ausgezeichnete kryogene Kältemittel, die die niedrigsten Temperaturen garantieren, die für den korrekten Betrieb hochenergetischer Geräte oder für das Erreichen von Supraleitungszuständen einiger Materialien unerlässlich sind.

Eigenschaften von Edelgasen

Rechts (orange hervorgehoben) befindet sich die Gruppe der Edelgase. Von oben nach unten: Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe) und Radon (Rn).

Vielleicht sind die Edelgase die Elemente, die die meisten gemeinsamen Eigenschaften haben, sowohl physikalische als auch chemische. Seine Hauptmerkmale sind:

- Alle von ihnen sind farblos, geruchlos und geschmacklos; Wenn sie jedoch bei niedrigem Druck in Ampullen eingeschlossen sind und eine elektrische Entladung erhalten, ionisieren sie und geben bunte Lichter ab (oberes Bild).

- Jedes Edelgas hat sein eigenes Licht und Spektrum.

- Sie sind einatomige Spezies, die einzigen im Periodensystem, die in ihren jeweiligen physikalischen Zuständen ohne Beteiligung chemischer Bindungen existieren können (da Metalle durch metallische Bindungen verbunden sind). Daher eignen sie sich perfekt zur Untersuchung der Eigenschaften von Gasen, da sie sich sehr gut an das sphärische Modell eines idealen Gases anpassen.

- Sie sind im Allgemeinen die Elemente mit den niedrigsten Schmelz- und Siedepunkten; so sehr, dass Helium ohne Druckanstieg nicht einmal bei absolutem Nullpunkt kristallisieren kann.

- Von allen Elementen sind sie am wenigsten reaktiv, noch weniger als die Edelmetalle.

- Ihre Ionisierungsenergien sind am höchsten, ebenso wie ihre Elektronegativitäten, vorausgesetzt, sie bilden rein kovalente Bindungen.

- Ihre Atomradien sind auch die kleinsten, weil sie sich in jeder Periode ganz rechts befinden.

Die 7 Edelgase

Die sieben Edelgase fallen von oben nach unten durch Gruppe 18 des Periodensystems ab:

-Helio, er

-Neon, Ne

-Argon, Ar

-Krypton, Kr

-Xenon, Xe

-Radon, Rn

-Oganeson, Og

Mit Ausnahme des instabilen und künstlichen Oganesons wurden alle auf ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften untersucht. Es wird angenommen, dass Oganeson aufgrund seiner großen Atommasse nicht einmal ein Gas ist, sondern eine edle Flüssigkeit oder ein edler Feststoff. Über Radon ist aufgrund seiner Radioaktivität im Vergleich zu Helium oder Argon wenig bekannt.

Elektronische Konfiguration

Bei Edelgasen soll die Valenzschale vollständig gefüllt sein. So sehr, dass ihre elektronischen Konfigurationen verwendet werden, um die anderer Elemente zu vereinfachen, indem ihre in Klammern (,,, usw.) eingeschlossenen Symbole verwendet werden. Seine elektronischen Konfigurationen sind:

-Helium: 1s ² , (2 Elektronen)

-Neon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ , (10 Elektronen)

-Argon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ , (18 Elektronen)

-Krypton: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ , (36 Elektronen)

-Xenon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 5s ² 5p ⁶ , (54 Elektronen)

-Radon: 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ² 4p ⁶ 4d ¹⁰ 4f ¹⁴ 5s ² 5p ⁶ 5d ¹⁰ 6s ² 6p ⁶ , (86 Elektronen)

Das Wichtigste ist nicht, sich an sie zu erinnern, sondern zu beschreiben, dass sie mit ns ² np ⁶ enden : dem Valenzoktett. Ebenso wird anerkannt, dass seine Atome viele Elektronen haben, die aufgrund der großen effektiven Kernkraft im Vergleich zu den anderen Elementen ein geringeres Volumen aufweisen; das heißt, ihre Atomradien sind kleiner.

Daher weisen ihre elektronisch dichten Atomradien eine chemische Eigenschaft auf, die alle Edelgase gemeinsam haben: Sie sind schwer zu polarisieren.

Polarisierbarkeit

Edelgase können als Kugeln aus Elektronenwolken vorgestellt werden. Wenn man durch Gruppe 18 absteigt, nehmen seine Radien zu und auf die gleiche Weise der Abstand, der den Kern von den Valenzelektronen trennt (die von ns ² np ⁶ ).

Diese Elektronen spüren eine weniger anziehende Kraft durch den Kern, sie können sich freier bewegen; Die Kugeln verformen sich leichter, je größer sie sind. Infolge solcher Bewegungen treten Bereiche mit niedriger und hoher Elektronendichte auf: die δ + - und δ-Pole.

Wenn das Atom eines Edelgases polarisiert ist, wird es zu einem augenblicklichen Dipol, der ein anderes zum benachbarten Atom induzieren kann; das heißt, wir stehen vor den Zerstreuungskräften Londons.

Deshalb nehmen die intermolekularen Kräfte von Helium zu Radon zu, was sich in ihren zunehmenden Siedepunkten widerspiegelt. und nicht nur das, sondern auch ihre Reaktivitäten werden erhöht.

Wenn die Atome stärker polarisiert werden, besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, dass ihre Valenzelektronen an chemischen Reaktionen teilnehmen, wonach Edelgasverbindungen erzeugt werden.

Reaktionen

Helium und Neon

Unter den Edelgasen sind Helium und Neon am wenigsten reaktiv. Tatsächlich ist Neon das inerteste Element von allen, obwohl seine Elektronegativität (durch Bildung kovalenter Bindungen) die von Fluor übersteigt.

Keine seiner Verbindungen ist unter terrestrischen Bedingungen bekannt; Im Kosmos ist die Existenz des Molekülions HeH ⁺ jedoch sehr wahrscheinlich . Wenn sie elektronisch angeregt werden, können sie ebenfalls mit gasförmigen Atomen interagieren und kurzlebige neutrale Moleküle bilden, die als Excimere bezeichnet werden. wie HeNe, CsNe und Ne ₂ .

Auf der anderen Seite können He- und Ne-Atome Van-der-Walls-Moleküle hervorrufen, obwohl sie im formalen Sinne nicht als Verbindungen betrachtet werden. das heißt, Verbindungen, die einfach durch Dispersionskräfte "zusammengehalten" werden. Zum Beispiel: Ag ₃ He, HeCO, HeI ₂ , CF ₄ Ne, Ne ₃ Cl ₂ und NeBeCO ₃ .

In ähnlicher Weise können solche Van-der-Walls-Moleküle dank schwacher ioneninduzierter Dipolwechselwirkungen existieren; Zum Beispiel: Na ⁺ He ₈ , Rb ⁺ He, Cu ⁺ Ne ₃ und Cu ⁺ Ne ₁₂ . Beachten Sie, dass diese Moleküle sogar zu Agglomeraten von Atomen werden können: Cluster.

Und schließlich können He- und Ne-Atome in endohedralen Komplexen von Fullerenen oder Clathraten "gefangen" oder interkaliert werden, ohne zu reagieren. zum Beispiel: ₆₀ , (N ₂ ) ₆ Ne ₇ , He (H ₂ O) ₆ und Ne · NH ₄ Fe (HCOO) ₃ .

Argon und Krypton

Die Edelgase Argon und Krypton neigen, weil sie polarisierbarer sind, dazu, mehr "Verbindungen" als Helium und Neon zu präsentieren. Ein Teil von ihnen ist jedoch stabiler und charakterisierbarer, da sie eine längere Lebensdauer haben. Unter einigen von ihnen sind HArF und das Molekülion ArH ⁺ , das durch die Einwirkung kosmischer Strahlen in Nebeln vorhanden ist.

Aus Krypton beginnt die Möglichkeit, Verbindungen unter extremen, aber nachhaltigen Bedingungen zu erhalten. Dieses Gas reagiert mit Fluor gemäß der folgenden chemischen Gleichung:

Kr + F ₂ → KrF ₂

Beachten Sie, dass Krypton dank Fluor eine Oxidationszahl von +2 (Kr ²⁺ ) erreicht. KrF ₂ kann tatsächlich in marktfähigen Mengen als Oxidations- und Fluorierungsmittel synthetisiert werden.

Argon und Krypton können ein breites Repertoire an Clathraten, endohedralen Komplexen, Van-der-Walls-Molekülen und einigen Verbindungen aufbauen, die nach ihrer vorhergesagten Existenz entdeckt werden müssen.

Xenon und Radon

Xenon ist der König der Reaktivität unter Edelgasen. Es bildet die wirklich stabilen, marktfähigen und charakterisierbaren Verbindungen. Tatsächlich ähnelt seine Reaktivität der von Sauerstoff unter den richtigen Bedingungen.

Seine erste synthetisierte Verbindung war "XePtF ₆ ", 1962 von Neil Bartlett. Dieses Salz bestand laut Literatur tatsächlich aus einer komplexen Mischung anderer fluorierter Salze von Xenon und Platin.

Dies war jedoch mehr als genug, um die Affinität zwischen Xenon und Fluor zu demonstrieren. Unter einigen dieser Verbindungen haben wir: XeF ₂ , XeF ₄ , XeF ₆ und ^{+ -} . Wenn sich XeF ₆ in Wasser löst, entsteht ein Oxid:

XeF ₆ + 3 H ₂ O → XeO ₃ + 6 HF

Dieses XeO ₃ kann die als Xenatos (HXeO ₄ ^- ) oder Xenensäure (H ₂ XeO ₄ ) bekannte Spezies hervorbringen . Xenate unverhältnismäßig zu Perxenaten (XeO ₆ ^4- ); und wenn das Medium dann angesäuert wird, in Peroxensäure (H ₄ XeO ₆ ), die zu Xenontetroxid (XeO ₄ ) dehydratisiert wird :

H ₄ XeO ₆ → 2 H ₂ O + XeO ₄

Radon sollte das reaktivste der Edelgase sein; Aber es ist so radioaktiv, dass es kaum Zeit hat, vor dem Zerfall zu reagieren. Die einzigen Verbindungen, die vollständig synthetisiert wurden, sind Fluorid (RnF ₂ ) und Oxid (RnO ₃ ).

Produktion

Luftverflüssigung

Die Edelgase werden im Universum häufiger, wenn wir durch Gruppe 18 absteigen. In der Atmosphäre ist Helium jedoch knapp, da das Gravitationsfeld der Erde es im Gegensatz zu anderen Gasen nicht zurückhalten kann. Deshalb wurde es nicht in der Luft, sondern in der Sonne nachgewiesen.

Andererseits gibt es in der Luft bemerkenswerte Mengen an Argon, die aus dem radioaktiven Zerfall des Radioisotops ⁴⁰ K stammen. Luft ist die wichtigste natürliche Quelle für Argon, Neon, Krypton und Xenon auf dem Planeten.

Um sie herzustellen, muss die Luft zuerst verflüssigt werden, damit sie zu einer Flüssigkeit kondensiert. Dann wird diese Flüssigkeit einer fraktionierten Destillation unterzogen, wodurch jede der Komponenten ihrer Mischung (N ₂ , O ₂ , CO ₂ , Ar usw.) getrennt wird.

Je nachdem, wie niedrig die Temperatur und die Menge des Gases sein müssen, steigen die Preise, wobei Xenon als das teuerste und Helium als das billigste eingestuft wird.

Destillation von Erdgas und radioaktiven Mineralien

Helium wird seinerseits aus einer anderen fraktionierten Destillation erhalten; aber nicht aus der Luft, sondern aus Erdgas, angereichert mit Helium dank der Freisetzung von Alpha-Partikeln aus radioaktiven Thorium- und Uranmineralien.

Ebenso wird Radon aus dem radioaktiven Zerfall von Radium in seinen jeweiligen Mineralien "geboren"; Aufgrund ihrer geringeren Häufigkeit und der kurzen Halbwertszeit der Rn-Atome ist ihre Häufigkeit im Vergleich zu der ihrer Kongenere (der anderen Edelgase) lächerlich.

Und schließlich ist Oganeson ein hochradioaktives, ultramassisches, künstlich hergestelltes Edelgas, das unter kontrollierten Bedingungen in einem Labor nur kurzzeitig existieren kann.

Gefahren

Das Hauptrisiko von Edelgasen besteht darin, dass sie den Sauerstoffverbrauch des Menschen einschränken, insbesondere wenn eine Atmosphäre mit einer hohen Konzentration von Gasen erzeugt wird. Deshalb wird nicht empfohlen, sie übermäßig einzuatmen.

In den Vereinigten Staaten wurde in uranreichen Böden eine hohe Radonkonzentration festgestellt, die aufgrund ihrer radioaktiven Eigenschaften ein Gesundheitsrisiko darstellen könnte.

Anwendungen

Industrie

Helium und Argon werden verwendet, um eine inerte Atmosphäre zum Schutz beim Schweißen und Schneiden zu schaffen. Darüber hinaus werden sie zur Herstellung von Siliziumhalbleitern eingesetzt. Helium wird als Füllgas in Thermometern verwendet.

Argon wird in Kombination mit Stickstoff zur Herstellung von Glühlampen verwendet. Krypton gemischt mit Halogenen wie Brom und Jod wird in Entladungslampen verwendet. Neon wird in Lichtzeichen verwendet, gemischt mit Leuchtstoffen und anderen Gasen, um seine rote Farbe zu färben.

Xenon wird in Bogenlampen verwendet, die Tageslicht emittieren, das in Autoscheinwerfern und Projektoren verwendet wird. Die Edelgase werden mit Halogenen gemischt, um ArF, KrF oder XeCl herzustellen, die bei der Herstellung von Excimerlasern verwendet werden.

Dieser Lasertyp erzeugt ein kurzwelliges ultraviolettes Licht, das hochpräzise Bilder erzeugt und bei der Herstellung integrierter Schaltkreise verwendet wird. Helium und Neon werden als kryogene Kältemittelgase verwendet.

Luftballons und Atemtanks

Helium wird aufgrund seiner geringen Löslichkeit im Körper als Ersatz für Stickstoff im Atemgasgemisch verwendet. Dies vermeidet die Bildung von Blasen während der Dekompressionsphase während des Aufstiegs und beseitigt zusätzlich die Stickstoffnarkose.

Helium hat Wasserstoff als das Gas ersetzt, das das Anheben von Luftschiffen und Heißluftballons ermöglicht, da es ein leichtes und nicht brennbares Gas ist.

Medizin

Helium wird zur Herstellung der supraleitenden Magnete verwendet, die in Kernspinresonanzgeräten verwendet werden - ein Mehrzweckwerkzeug in der Medizin.

Krypton wird in Halogenlampen verwendet, die in der Laser-Augenchirurgie und Angioplastie verwendet werden. Helium wird verwendet, um die Atmung bei Asthmatikern zu erleichtern.

Xenon wird aufgrund seiner hohen Lipidlöslichkeit als Anästhetikum verwendet und gilt als Anästhetikum der Zukunft. Xenon wird auch in der medizinischen Bildgebung der Lunge eingesetzt.

Radon, ein radioaktives Edelgas, wird in der Strahlentherapie bei einigen Krebsarten eingesetzt.

Andere

Argon wird bei der Synthese von Verbindungen verwendet, die Stickstoff als inerte Atmosphäre ersetzen. Helium wird als Trägergas in der Gaschromatographie sowie in Geigerzählern zur Strahlungsmessung eingesetzt.

Verweise

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