Informationen:
Elemente
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| Actinoide |
| Künstliche Elemente |
| Feststoff (bei 20 °C) |
Flüssigkeit (bei 20 °C) |
Gas (bei 20 °C) |
[Halbwertszeit] |
Als Edelgase werden die Elemente der 8. Hauptgruppe des Periodensystems bezeichnet (früher auch:
Nullgruppe; nach der neueren Nummerierung der IUPAC: Gruppe 18). Es sind die Elemente: Helium,
Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon und Ununoctium
.
Eigenschaften
Alle Edelgase sind farb- und geruchlose, nicht brennbare und kaum wasserlösliche Gase.
Sie kommen nur atomar vor, d. h. nicht molekular, da sie chemisch nahezu keine Verbindungen
eingehen können. Der Grund hierfür ist, dass die Energieniveaus (veraltet: Schalen
) des
Atoms abgeschlossen – d. h. vollständig mit Elektronen aufgefüllt – sind (für ein genaueres
Verständnis benötigt man die Quantenmechanik). Dennoch konnten einige wenige Edelgasverbindungen
(wie z. B. XePtF6) und Einschlussverbindungen (Klathrate) erzeugt werden.
Geschichte
Nach der Entdeckung der zuvor unbekannten Heliumlinie im Spektrum des Sonnenlichtes durch
Pierre Janssen wurden die Edelgase in den Jahren von 1894 bis 1905 von Sir William Ramsay
isoliert – Helium zusammen mit John William Strutt, 3. Baron Rayleigh, Krypton, Neon und Xenon
zusammen mit Morris William Travers. Ramsay erhielt dafür 1904 den Nobelpreis für Chemie. Die
Reaktionsunfähigkeit dieser Gase trug wesentlich zu der Erkenntnis bei, dass sich die chemischen
Eigenschaften der Elemente periodisch wiederholen. Dies war von Bedeutung für die Entwicklung
des Periodensystems der Elemente
und das Verständnis der Zusammenhänge zwischen dem Aufbau
der Atome und den chemischen Eigenschaften der Elemente, aus denen sich die Materie unseres
Universums zusammensetzt.
Verwendung
Für die Edelgase wurden auch zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten in der Beleuchtungstechnik
(z. B. Neonröhre), Schweißtechnik (als Schutzgas) und Raumfahrttechnik sowie als Traggas
(Ballonfüllung) gefunden.
Vorkommen und Darstellung
Helium ist nach Wasserstoff das zweithäufigste Element im Universum. Auf der Erde sind Edelgase
erheblich seltener, sie kommen von Natur aus in der Erdatmosphäre, also unserer Luft vor. Ihr
Gehalt in der Luft beträgt:
| Argon | 0,934 Vol.-% | = | 9,34 l/m3 |
| Neon | 18,18 ppm | = | 18,18 ml/m3 |
| Helium | 5,24 ppm |
| Krypton | 1,14 ppm |
| Xenon | 0,087 ppm | = | 87 ppb |
| Radon | Spuren |
Das radioaktive Zerfallsprodukt Radon kommt nur in Spuren im ppt-Bereich (parts per trillion)
von etwa 1000 Atomen pro Liter Bodenluft vor – insbesondere in einigen unterirdischen Stollen,
Höhlen und unter anderem auch in Kellern.
Die Edelgase werden in Luftzerlegungsanlagen (LZA)
und Niederdruck-Sauerstoff-Anlagen
durch fraktionierte Destillation der Luft bzw. der Roh-Argon-Fraktion der LZA dargestellt
(Luftverflüssigung). Aufgrund ihrer Seltenheit sind Krypton, Xenon und Neon wesentlich teurer
als Argon und Helium.
Das meiste Helium wird aus Erdgasen gewonnen, in dem es bis zu ca. 8 % vorhanden ist, vor
allem amerikanische Quellen weisen einen hohen Heliumanteil auf. Bei der Abkühlung des Erdgases
auf –205 °C bleibt nur Helium gasförmig zurück. Argon fällt zudem als Nebenprodukt bei der
Ammoniak-Synthese (siehe Haber-Bosch-Verfahren) an, da es sich mit ca. 10 % im Gasgemisch
anreichert.
Eigenschaften
Der Name Edelgas
kommt daher, dass diese Elemente der VIII. Hauptgruppe analog zu den
Edelmetallen sehr reaktionsträge (inert) sind. Das liegt daran, dass die Außenschalen ihrer
Atome mit der höchstmöglichen Elektronenanzahl besetzt sind. Das sind beim Helium zwei Elektronen -
die erste Schale kann nicht mehr enthalten - und bei den anderen Edelgasen acht.
Diese so genannte Edelgaskonfiguration ist energetisch betrachtet in vielen Fällen als
Idealzustand eines Atoms anzusehen. Das Bestreben, einen energetisch günstigeren Zustand
anzustreben, kann als wesentliche Ursache für chemischen Reaktionen aufgeführt werden.
Hierbei entstehen dann Moleküle oder Ionen. Vereinfacht gesagt, streben Atome häufig (aber
nicht immer) eine Edelgaskonfiguration an. Allerdings ist der Sachverhalt in Wahrheit um
einiges komplizierter. So gibt es eine Unzahl an chemischen Verbindungen, in denen nicht
alle Atome die Edelgaskonfiguration besitzen, die aber trotzdem stabil sind, z. B.: Phosphorpentafluorid
(PF5), Schwefelhexafluorid (SF6) oder die unten genannten Xenonfluoride.
Darüber hinaus sind viele Ionen oder Moleküle, bei denen die Edelgaskonfiguration erreicht wird,
thermodynamisch instabil, wie beispielsweise CO (Kohlenstoffmonoxid), N2O5
(Distickstoffpentoxid) oder selbst die bekannten Ionen O2- (Oxid) und N3-
(Nitrid). Letztere kann man nur in Kombination mit Kationen als Salze isolieren. Die
Gitterenergie dieser Salze kompensiert dabei die Energie, die aufgebracht werden muss, um
diese Anionen zu erzeugen.
Im Unterschied zu allen anderen gasförmigen Elementen bzw. sämtlichen Nichtmetallen kommen
die Edelgase daher in der Luft nicht molekular, sondern nur einatomig vor. Es gibt dennoch einige
künstlich erzeugte Edelgasverbindungen. Isolierbare binäre (aus zwei Elementen bestehende) Verbindungen
sind XeF6, XeF4, XeF2, KrF2, XeO3, XeO4.
Die ersten Vertreter wurden Mitte der 60er Jahre des 20. Jahrhunderts synthetisiert. Viele sind
weniger stabil als die elementaren Edelgase (z. B. KrF2 und die Xenonoxide). Die
Fluoride des Xenons sind aber thermodynamisch stabil, das heißt, sie bilden sich freiwillig und
unter Energiefreisetzung aus den Elementen Xenon und Fluor.
Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Edelgase
