Eigenschaften, Konfiguration, Reaktionen, Verwendungen von Edelgasen

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Abraham McLaughlin
Eigenschaften, Konfiguration, Reaktionen, Verwendungen von Edelgasen

Das Edelgase Sie sind eine Reihe von Elementen, die in Gruppe 18 des Periodensystems enthalten sind. Im Laufe der Jahre wurden sie auch als seltene oder inerte Gase bezeichnet, die beide ungenau sind. Einige von ihnen kommen außerhalb und innerhalb des Planeten Erde sehr häufig vor und können auch unter extremen Bedingungen 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 trägeste 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. [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

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 in einem Kristall kaum kohäsiv zu halten..

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 genutzt, um die Reaktionen mit einer inerten Atmosphäre zu versehen; so dass kein Reagenz oder Produkt das Risiko eingeht, die Leistung der Synthese zu oxidieren und zu beeinträchtigen. Dies begünstigt auch Lichtbogenschweißprozesse..

Andererseits sind sie in flüssigem Zustand 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.

Artikelverzeichnis

  • 1 Eigenschaften von Edelgasen
  • 2 Die 7 Edelgase
  • 3 Elektronische Konfiguration
  • 4 Polarisierbarkeit
  • 5 Reaktionen
    • 5.1 Helium und Neon
    • 5.2 Argon und Krypton
    • 5.3 Xenon und Radon
  • 6 Produktion
    • 6.1 Luftverflüssigung
    • 6.2 Destillation von Erdgas und radioaktiven Mineralien
  • 7 Gefahren
  • 8 Verwendungen
    • 8.1 Industrie
    • 8.2 Luftballons und Atemtanks
    • 8.3 Medizin
    • 8.4 Andere
  • 9 Referenzen

Edelgaseigenschaften

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 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 einen elektrischen Schlag 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..

- Dies 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..

- Seine Atomradien sind auch die kleinsten, weil sie sich am rechten Ende jeder Periode befinden..

Die 7 Edelgase

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

-Helium, 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 in Bezug auf 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 Symbole in eckigen Klammern ([He], [Ne], [Ar] usw.) verwendet werden. Seine elektronischen Konfigurationen sind:

-Helium: 1szwei, [He] (2 Elektronen)

-Neon: 1szwei2szwei2 P.6, [Ne] (10 Elektronen)

-Argon: 1szwei2szwei2 P.63szwei3p6, [Ar] (18 Elektronen)

-Krypton: 1szwei2szwei2 P.63szwei3p63d104szwei4p6, [Kr] (36 Elektronen)

-Xenon: 1szwei2szwei2 P.63szwei3p63d104szwei4p64d105szwei5 p6, [Xe] (54 Elektronen)

-Radon: 1szwei2szwei2 P.63szwei3p63d104szwei4p64d104f145szwei5 p65 d106szwei6p6, [Rn] (86 Elektronen)

Das Wichtigste ist nicht, sich an sie zu erinnern, sondern zu beschreiben, dass sie mit ns endenzweinp6: das Valenzoktett. Ebenso wird anerkannt, dass seine Atome viele Elektronen haben, die aufgrund der großen effektiven Kernkraft in einem kleineren Volumen als die anderen Elemente gefunden werden; 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. Beim Abstieg durch Gruppe 18 nehmen seine Radien zu und auf die gleiche Weise der Abstand, der den Kern von den Valenzelektronen (denen der ns) trenntzweinp6).

Diese Elektronen können sich freier fühlen, indem sie eine weniger anziehende Kraft seitens des Kerns spüren; Die Kugeln verformen sich leichter, je voluminöser 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 zerstreuenden Kräften 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 Atome stärker polarisiert werden, besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, dass ihre Valenzelektronen an chemischen Reaktionen beteiligt sind, 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 Nezwei.

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: Ag3Er, HeCO, HeIzwei, CF.4Ne, Ne3Clzwei und NeBeCO3.

Ebenso können solche Van-der-Walls-Moleküle dank schwacher ioneninduzierter Dipolwechselwirkungen existieren; zum Beispiel: Na+ich habe8, Rb+Er, Cu+Ne3 und Cu+Ne12. Es ist sogar möglich, dass diese Moleküle zu Agglomeraten von Atomen werden: Clustern.

Und schließlich können He- und Ne-Atome in endohedralen Komplexen von Fullerenen oder Clathraten "gefangen" oder interkaliert werden, ohne zu reagieren. Zum Beispiel: [E-Mail geschützt]60, (N.zwei)6Ne7, Er (H.zweiODER)6 und Ne • NH4Fe (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 ist HArF und das Molekülion ArH+, in Nebeln durch die Wirkung von kosmischen Strahlen vorhanden.

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.zwei → KrFzwei

Es ist zu beachten, dass Krypton eine Oxidationszahl von +2 (Krzwei+) dank Fluorid. Der KrFzwei Tatsächlich kann es 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 unter den Edelgasen der König der Reaktivität. Es bildet die wirklich stabilen, marktfähigen und charakterisierbaren Verbindungen. Tatsächlich ähnelt seine Reaktivität der von Sauerstoff unter den geeigneten Bedingungen..

Seine erste synthetisierte Verbindung war „XePtF6", 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: XeFzwei, XeF4, XeF6 und [XeF]+[PtF5]]- -. Wenn der XeF6 löst sich in Wasser, erzeugt ein Oxid:

XeF6 + 3 H.zweiO → XeO3 + 6 HF

Dieser XeO3 kann die als Xenatos (HXeO) bekannte Art hervorbringen4-) oder Xeninsäure (H.zweiXeO4). Xenate unverhältnismäßig zu Perxenaten (XeO64-); und wenn das Medium dann angesäuert wird, in Peroxensäure (H.4XeO6), das zu Xenontetroxid (XeO) dehydratisiert ist4):

H.4XeO6 → 2 H.zweiO + XeO4

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 das Fluorid (RnF)zwei) und Oxid (RnO3).

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 stammen 40K. Luft ist die wichtigste natürliche Quelle für Argon, Neon, Krypton und Xenon auf dem Planeten.

Um sie herzustellen, muss die Luft zunächst verflüssigt werden, damit sie zu einer Flüssigkeit kondensiert. Dann wird diese Flüssigkeit einer fraktionierten Destillation unterzogen, wodurch jede der Komponenten ihrer Mischung (N) abgetrennt wirdzwei, ODERzwei, COzwei, Ar usw.).

Je nachdem, wie niedrig die Temperatur und die Häufigkeit 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 den radioaktiven Mineralien Thorium und Uran.

Ebenso wird Radon aus dem radioaktiven Zerfall von Radium in seinen jeweiligen Mineralien "geboren"; aber 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 nur kurz unter kontrollierten Bedingungen in einem Labor 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 bei der 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 und in Autoscheinwerfern und Projektoren verwendet werden. Die Edelgase werden mit Halogenen gemischt, um ArF, KrF oder XeCl herzustellen, die bei der Herstellung von Excimerlasern verwendet werden.

Dieser Lasertyp erzeugt kurzwelliges ultraviolettes Licht, das hochpräzise Bilder erzeugt und bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen 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 von supraleitenden Magneten verwendet, die in Kernspinresonanzgeräten verwendet werden: ein Werkzeug für mehrere Anwendungen 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

  1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische Chemie. (Vierte Edition). Mc Graw Hill.
  2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie. (8. Aufl.). CENGAGE Lernen.
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  5. Philip Ball. (18. Januar 2012). Unmögliche Chemie: Edelgase zur Arbeit zwingen. Wiederhergestellt von: newscientist.com
  6. Professor Patricia Shapley. (2011). Edelgaschemie. Wiederhergestellt von: butane.chem.uiuc.edu
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