Gazy szlachetne- wzory
Gazami szlachetnymi nazywane są pierwiastki leżące w VIII grupie układu okresowego (helowce): Hel, Neon, Argon, Krypton, Ksenon i Radon. Nazwa „gazy szlachetne” odzwierciedla dwie najważniejsze wspólne właściwości wszystkich pierwiastków w tej grupie: występują one w postaci jednoatomowych gazów, które praktycznie nie wchodzą w żadne reakcje chemiczne – stąd określenie „szlachetne” (podobnie do mało reaktywnych metali szlachetnych – złota, srebra i platyny). Brak reaktywności chemicznej gazów szlachetnych wynika z ich struktury elektronowej: wszystkie posiadają 8 elektronów w powłoce walencyjnej. Powłoki walencyjne gazów szlachetnych mają konfigurację \(ns^2np^6\), oprócz Helu, który, mając tylko 2 elektrony, ma konfigurację \(1s^2\). Kompletne konfiguracje elektronowe wszystkich gazów szlachetnych podane są w tabeli 1.
Tabela 1 Wybrane właściwości helowców
|
Nazwa pierwiastka |
Symbol |
Konfiguracja elektronowa* |
Temperatura wrzenia [K] |
Zawartość w atmosferze |
|
Hel |
\(He\) |
\(1s^2\) |
4,2 |
0,00052% |
|
Neon |
\(Ne\) |
\([He]2s^22p^6\) |
27,1 |
0,0018% |
|
Argon |
\(Ar\) |
\([Ne]3s^23p^6\) |
87,3 |
0,934% |
|
Krypton |
\(Kr\) |
\([Ar]4s^23d^{10}4p^6\) |
120,3 |
0,00114% |
|
Ksenon |
\(Xe\) |
\([Kr]5s^24d^{10}5p^6\) |
166,1 |
0,000008% |
|
Radon |
\(Rn\) |
\([Xe]6s^24f^{14}5d^{10}6p^6\) |
208,1 |
- |
*Symbol pierwiastka w nawiasach kwadratowych oznacza konfigurację elektronową dla tego pierwiastka, czyli \([He]\) jest równoznaczne z konfiguracją \(1s^2\), \([Ne]\) odpowiada \(1s^22s^22p^6\) i tak dalej
Gazy szlachetne- występowanie, otrzymywanie
Gazy szlachetne występują w niewielkich ilościach w powietrzu atmosferycznym (patrz tabela 1), można je otrzymać przez frakcyjną destylację skroplonego powietrza. Właśnie z powietrza atmosferycznego, brytyjski chemik, Sir William Ramsay, na przełomie XIX i XX wieku po raz pierwszy wyodrębnił Neon, Argon, Krypton i Ksenon. Hel występuje również w minerałach promieniotwórczych (powstaje po przyłączeniu elektronów do cząstki α) oraz w niektórych złożach gazu ziemnego. Obecnie, hel jest pozyskiwany głównie ze złóż gazu ziemnego (są one bardzo nieliczne, na świecie eksploatowanych jest tylko kilka takich złóż, jedno z nich w Polsce, w miejscowości Odolanów w woj. Wielkopolskim).
Gazy szlachetne- zastosowanie
Ciekły hel (temperatura wrzenia He wynosi 4 stopnie Kelvina, czyli -269 stopni Celsjusza) znalazł szerokie zastosowanie jako chłodziwo w technice niskich temperatur oraz do chłodzenia elementów nadprzewodzących. Stosuje się go na przykład do chłodzenia magnesów nadprzewodzących, które stanowią część aparatów do obrazowania za pomocą rezonansu magnetycznego (MRI – ang. Magnetic Resonance Imaging), stosowanych w medycynie. Argon jest stosowany do wytwarzania obojętnej chemicznie atmosfery w laboratoriach chemicznych, a także jako obojętne wypełnienie żarówek. Ksenon wykorzystywany jest do wypełniania lamp błyskowych oraz lamp łukowych (np. w reflektorach samochodowych, czy projektorach kinowych IMAX®) oraz jako środek do znieczulenia ogólnego.
Reaktywność gazów szlachetnych
Zamkniętopowłokowa konfiguracja elektronowa gazów szlachetnych sprawia, że nie wchodzą one w prawie żadne reakcje chemiczne. Wyjątek stanowi Ksenon, dla którego znane są związki z tlenem i fluorem, np. \(XeF_4\), \(XeF_6\), \(XeO_3\). Związki te są nietrwałe i trudno je otrzymać (pierwszy związek Ksenonu wyizolowano w 1962 roku. Oprócz połączeń ksenonu znany jest tylko jeden bardzo nietrwały związek Kryptonu – \(KrF_2\).