Gazy szlachetne
Gazy szlachetne to sześć pierwiastków tworzących osiemnastą grupę układu okresowego, czyli skrajnie prawą kolumnę tablicy. Należą do niej hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon. Wszystkie są w temperaturze pokojowej bezbarwnymi i bezwonnymi gazami, a łączy je jedna cecha budowy: mają komplet elektronów na ostatniej powłoce, czyli osiem elektronów walencyjnych, przy czym hel jako jedyny ma ich dwa. Taki układ jest bardzo trwały, więc atomy tych pierwiastków nie muszą ani oddawać, ani przyjmować elektronów i prawie nie tworzą związków chemicznych. Stąd dawniejsze nazwy grupy: gazy obojętne albo helowce. Widać to również w danych, bo dla pięciu z sześciu pierwiastków wartościowość wynosi zero, a tylko ksenon ma dodatkowo wpisaną wartościowość VI. Gazy szlachetne występują jako pojedyncze atomy, a nie jako cząsteczki dwuatomowe.
Pierwiastki należące do grupy: Gazy szlachetne
| Z | Pierwiastek | Symbol | Masa | Wartościowość | Opis |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 | Hel | He | 4,0026 u | 0 | Napełnia balony i chłodzi magnesy w tomografach — nic nie zamarza tak trudno jak on. |
| 10 | Neon | Ne | 20,18 u | 0 | Czerwono-pomarańczowy blask starych szyldów to dosłownie ten gaz pod napięciem. |
| 18 | Argon | Ar | 39,95 u | 0 | Wypełnia szyby zespolone i osłania spoiny przy spawaniu, bo z niczym nie reaguje. |
| 36 | Krypton | Kr | 83,798 u | 0 | Świeci w lampach błyskowych i przez lata definiował długość metra. |
| 54 | Ksenon | Xe | 131,29 u | 0, VI | Białe światło reflektorów samochodowych, znieczulenie ogólne i paliwo silników jonowych. |
| 86 | Radon | Rn | 222 u | 0 | Sączy się z granitu do piwnic i jest drugą po paleniu przyczyną raka płuc. |
Właściwości — Gazy szlachetne
Cała szóstka to gazy jednoatomowe: nie łączą się nawet same ze sobą, więc argon w powietrzu krąży jako pojedynczy atom Ar, a nie jako Ar₂. Temperatury topnienia i wrzenia są skrajnie niskie, ale systematycznie rosną w dół grupy. Hel topnieje w −272,2 °C i wrze w −268,93, neon odpowiednio w −248,59 i −246,05, argon w −189,34 i −185,85, a radon dopiero w −71 i −61,7. Powód jest prosty: im niżej w grupie, tym większy atom, tym silniejsze słabe przyciąganie między sąsiednimi atomami i tym trudniej je rozdzielić. Tak samo rośnie gęstość, od 0,0001785 dla helu do 0,00973 dla radonu, czyli ponad pięćdziesięciokrotnie. Chemicznie grupa jest bierna, choć nie całkowicie. Dla helu, neonu i argonu w tabelach nie podaje się nawet elektroujemności, bo nie tworzą trwałych związków, natomiast krypton ma 3,0, ksenon 2,6, a radon 2,2. Największe atomy trzymają swoje elektrony najsłabiej i to właśnie ksenon ma w danych, obok zera, wartościowość VI.
Zastosowanie — gdzie spotykamy te pierwiastki
Hel napełnia balony i sterowce, bo jest lżejszy od powietrza i, w odróżnieniu od wodoru, nie pali się. Skroplony chłodzi magnesy nadprzewodzące w tomografach MRI, a w mieszankach oddechowych dla nurków zastępuje część azotu. Neon świeci pomarańczowoczerwono w starych szyldach reklamowych, pracuje w laserach i we wskaźnikach napięcia. Argon jest w tej grupie najłatwiej dostępny, więc trafia wszędzie tam, gdzie trzeba odciąć dostęp tlenu: wypełnia przestrzeń między taflami szyb zespolonych, osłania spoinę podczas spawania i wnętrze żarówek, a w geologii służy do datowania skał. Krypton daje krótki, bardzo jasny impuls w lampach błyskowych i przez lata brał udział w definiowaniu wzorca metra. Ksenon świeci na biało w reflektorach samochodowych, bywa używany do znieczulenia ogólnego i rozpędza sondy kosmiczne w silnikach jonowych. Radon zastosowań użytkowych nie ma: jako jedyny w grupie jest promieniotwórczy i gromadzi się w piwnicach domów stojących na granitowym podłożu.
Gazy szlachetne w szkole — co trzeba wiedzieć
Na sprawdzianie z tej grupy wracają trzy rzeczy. Po pierwsze położenie: osiemnasta grupa, ostatnia kolumna, a każdy z tych pierwiastków zamyka swój okres. Kolejności nie trzeba wkuwać, wystarczy odczytać ją z prawej krawędzi tablicy: hel, neon, argon, krypton, ksenon, radon. Po drugie konfiguracja: osiem elektronów walencyjnych to komplet, czyli oktet, do którego dążą wszystkie pozostałe pierwiastki. Najczęstszy błąd na klasówce to przypisanie ośmiu elektronów walencyjnych helowi. Hel ma dwa, bo pierwsza powłoka więcej nie mieści, i to również jest komplet, nazywany dubletem. Po trzecie bierność chemiczna. Zdanie o tym, że gazy szlachetne nie tworzą żadnych związków, jest fałszywe: związki ksenonu z fluorem istnieją, a ksenon ma w danych wartościowość VI obok zera. Czwarta pułapka pojawia się w równaniach reakcji. Tlen czy azot zapisuje się jako O₂ i N₂, ale gazy szlachetne są jednoatomowe, więc argon to po prostu Ar, bez żadnej dwójki. Warto też umieć wskazać, że temperatury topnienia rosną w dół grupy, od −272,2 °C dla helu do −71 dla radonu. Rodzicowi pytającemu dziecko przyda się jedno zdanie podsumowania: te pierwiastki nie reagują nie dlatego, że są słabe, tylko dlatego, że nie mają nic do zyskania.
Najczęstsze pytania — Gazy szlachetne
Czy gazy szlachetne w ogóle z czymś reagują?
W większości nie, ale nie jest to zakaz absolutny. Hel, neon i argon nie tworzą trwałych związków i nie podaje się dla nich nawet elektroujemności. Najcięższe pierwiastki grupy zachowują się inaczej: ksenon ma w danych, obok wartościowości zerowej, wartościowość VI i tworzy związki z fluorem. Im większy atom, tym słabiej trzyma zewnętrzne elektrony.
Dlaczego hel ma dwa elektrony walencyjne, a pozostałe gazy szlachetne osiem?
Hel leży w pierwszym okresie, a pierwsza powłoka elektronowa mieści najwyżej dwa elektrony. Te dwa elektrony są więc u helu pełnym kompletem, nazywanym dubletem, i dają dokładnie taką samą trwałość jak oktet u pozostałych pierwiastków grupy. Zapisywanie helowi ośmiu elektronów walencyjnych to jeden z najczęstszych błędów na sprawdzianach.
Którego gazu szlachetnego jest najwięcej w powietrzu?
Argonu. Po azocie i tlenie jest trzecim najczęstszym składnikiem powietrza, choć stanowi jego niewielki ułamek. Ta dostępność decyduje o zastosowaniach: argon jest w grupie najtańszy, dlatego wypełnia szyby zespolone, żarówki i osłania spoiny przy spawaniu. Pozostałe gazy szlachetne występują w powietrzu w ilościach znacznie mniejszych.
Dlaczego po wdechu helu głos robi się piskliwy?
Struny głosowe drgają tak samo jak zwykle, zmienia się natomiast ośrodek. Hel ma gęstość 0,0001785, najmniejszą w całej grupie, a dźwięk biegnie w nim znacznie szybciej niż w powietrzu, co przesuwa rezonans jamy ustnej i gardła w stronę wyższych częstotliwości. Wdychanie helu z butli jest niebezpieczne, bo wypiera z płuc tlen.
← Wszystkie grupy · Układ okresowy · Układ okresowy do druku