Helowce

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Gazy szlachetne)
Skocz do: nawigacja, szukaj
Grupa → 18
VIIIA
↓ Okres
1 2
He
2 10
Ne
3 18
Ar
4 36
Kr
5 54
Xe
6 86
Rn
7 118
Uuo
Helowce

Helowce (gazy szlachetne) – pierwiastki chemiczne ostatniej, 18 (dawn. 0 lub VIII głównej) grupy układu okresowego. Do pierwiastków tych zalicza się: hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon. Prawdopodobnie gazem szlachetnym jest również syntetyczny pierwiastek ununoctium.

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

Wszystkie helowce są bezbarwnymi, bezwonnymi, słabo rozpuszczającymi się w wodzie gazami. Mają niskie temperatury topnienia.

Właściwości fizyczne helowców
Helowiec Masa
atomowa
[u]
Temperatura
topnienia
[K]*
Temperatura
wrzenia
[K]*
Stan skupienia Elektroujemność
(wg skali Allreda-Rochowa)
Konfiguracja elektronowa

(podkreślono elektrony walencyjne)

Hel, He 4 –** 4,22 gaz 5,50 1s2
Neon, Ne 20,18 24,56 27,07 gaz 4,84 [He]2s22p6
Argon, Ar 39,95 83,80 87,30 gaz 3,20 [Ne]3s23p6
Krypton, Kr 83,80 115,80 119,93 gaz 2,94 [Ar]4s23d104p6
Ksenon, Xe 131,30 161,40 165,1 gaz 2,40 [Kr]5s24d105p6
Radon, Rn (222)*** 202 211,30 gaz 2,2 [Xe]6s24f145d106p6
Ununoctium, Uuo (294)*** [Rn] 7s25f146d107p6 (przewidywana)

   *Pod ciśnieniem normalnym.
   **Hel pod normalnym ciśnieniem nie przechodzi w stan stały nawet w najniższej osiągalnej temperaturze.
   ***Najtrwalszy izotop.


Pierwiastki te są wysoce niereaktywne. Wynika to z faktu, że nie zawierają one żadnych częściowo zapełnionych elektronami orbitali[a], które mogłyby uczestniczyć w tworzeniu wiązań chemicznych. W dół grupy powoli zwiększa się reaktywność tych pierwiastków. Spowodowane jest to tym, że zwiększa się ich rozmiar, a z nim odległość elektronów walencyjnych od środka jądra.

Pomimo bardzo niskiej reaktywności lżejszych helowców, znane są trzy związki helu: cząsteczka He2[1], jon HeH+[2] i LiHe[3] oraz jeden (otrzymany w temperaturze około 40 K) związek argonufluorowodorek argonu.

Krypton i ksenon tworzą większą liczbę związków, lecz są one często trudne do uzyskania i niekiedy nietrwałe w temperaturze pokojowej. Działając ksenonem na heksafluorek platyny Neil Bartlett (opierając się na wcześniejszym odkryciu wraz z Lohmannem heksafluoroplatynianu dioksygenylu) otrzymał trwały czerwonopomarańczowy związek, heksafluoroplatynian ksenonu.

Stosunkowo najbardziej reaktywny jest radon. Istnieje trwały chemicznie związek – fluorek radonu RnF2. Powstaje on z mieszaniny fluoru i radonu w temperaturze ok. 400 °C. Cząstka ta rozpada się jednak ze względu na radioaktywność radonu.

Hel, neon, argon i ksenon występują w niewielkich ilościach w powietrzu i dlatego podstawowym sposobem ich otrzymywania jest destylacja frakcjonująca powietrza. Krypton i radon są produktami rozpadu promieniotwórczego uranu i toru i towarzyszą zwykle złożom rud tych metali, dzięki czemu można te złoża stosunkowo łatwo wykrywać.

Gazy szlachetne w niskich temperaturach tworzą kryształy związane słabymi oddziaływaniami van der Waalsa. Hel przy zerowym ciśnieniu nie krystalizuje nawet w temperaturach bliskich 0 K; dominującą rolę odgrywa tu energia drgań zerowych, która destabilizuje kryształ. Drgania zerowe powodują też zmniejszenie wartości energii kohezji kryształów w porównaniu z sumaryczną energią oddziaływań van der Waalsa. Ze względu na zależność energii drgań zerowych od masy to zmniejszenie jest tym większe, im mniejsza jest masa atomu (przykładowego, dla neonu zmniejsza ją o wartość 28%, a dla ksenonu – o 4%). Skutkuje to również różną wartością stałej sieci dla kryształów różnych izotopów danego gazu szlachetnego. Gazy szlachetne, z wyjątkiem helu, krystalizują w strukturze regularnej gęstego upakowania (fcc)[4].

Gazy szlachetne emitujące światło widzialne pod wpływem wyładowań elektrycznych
Gazy szlachetne emitujące światło widzialne w silnym polu elektrycznym

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Gazy szlachetne używa się m.in. w neonach reklamowych. Na zdjęciu lampa z wykorzystaniem neonu (symbol chemiczny Ne). To właśnie za sprawą wykorzystywania neonu w jarzeniówkach, część z nich nazywa się popularnie „neonówkami”.

Gazy szlachetne wykorzystuje się wszędzie tam, gdzie potrzebna jest obojętna, beztlenowa atmosfera zapobiegająca reakcjom utleniania. Stosuje się je do napełniania żarówek, do prowadzenia reakcji wymagających obojętnych warunków i do spieniania tworzyw sztucznych.

Żaden z nich nie uczestniczy w procesach biologicznych, dlatego często używa się ich jako obojętnych gazów zapobiegających starzeniu się materiałów pochodzenia organicznego. M.in. oryginał Konstytucji i Deklaracji niepodległości USA przechowuje się w szczelnej gablocie wypełnionej helem.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Uwagi

  1. Tzn. w stanie podstawowym wszystkie orbitale są albo wypełnione całkowicie, albo puste.

Przypisy

  1. W. Schöllkopf, JP. Toennies. Nondestructive Mass Selection of Small van der Waals Clusters. „Science”. 266 (5189), s. 1345-1348, 1994. DOI: 10.1126/science.266.5189.1345. PMID: 17772840. 
  2. Hogness, T. R., Lunn, E. G.. The Ionization of Hydrogen by Electron Impact as Interpreted by Positive Ray Analysis. „Physical Review”. 26 (1), s. 44-55, 1925. DOI: 10.1103/PhysRev.26.44. 
  3. N. Tariq, N. Al Taisan, V. Singh, JD. Weinstein. Spectroscopic detection of the LiHe molecule. „Phys Rev Lett”. 110 (15), s. 153201, 2013. DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.153201. PMID: 25167262. 
  4. Charles Kittel: Wstęp do fizyki ciała stałego. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1999, s. 75–83. ISBN 83-01-12706-6.