Grupa → 18
VIIIA
↓ Okres
1 2
He
2 10
Ne
3 18
Ar
4 36
Kr
5 54
Xe
6 86
Rn
7 118
Og
Helowce

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

Właściwości

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
(w skali Allreda-Rochowa)		 Konfiguracja elektronowa
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
Oganeson, Og (294) prawdopodobnie ciało stałe [Rn]7s25f146d107p6 (przewidywana)
  1. 1 2 Pod ciśnieniem normalnym.
  2. ↑ Hel pod normalnym ciśnieniem nie przechodzi w stan stały nawet w najniższej osiągalnej temperaturze.
  3. 1 2 Najtrwalszy znany izotop.

Pierwiastki te są wysoce niereaktywne. Wynika to z faktu, że nie zawierają one żadnych częściowo zapełnionych elektronami orbitali, 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 nietrwałe związki helu: cząsteczka He
2, jon HeH+
 i LiHe. Na przełomie 2016/2017 doniesiono o otrzymaniu pierwszego stałego związku helu, Na
2He, który jest trwały termodynamicznie pod ciśnieniem powyżej 113 GPa (ok. 1,1×106 atm). Tworzy kryształy o strukturze fluorytu.

Znany jest też związek argonu – fluorowodorek argonu, otrzymany w temperaturze około 40 K.

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 RnF
2. 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 frakcyjna powietrza. Krypton i radon są produktami rozpadu promieniotwórczego uranu i toru, 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 (np. 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).

Zastosowanie

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. Dla przykładu, oryginał Konstytucji oraz Deklaracji niepodległości Stanów Zjednoczonych przechowuje się w szczelnej gablocie wypełnionej helem.

Zobacz też

Uwagi

  1. ↑ Stały stan skupienia wynika z efektów relatywistycznych.
  2. ↑ Tzn. w stanie podstawowym wszystkie orbitale są albo wypełnione całkowicie, albo puste.

Przypisy

  1. ↑ W. Schöllkopf, J.P. Toennies, Nondestructive Mass Selection of Small van der Waals Clusters, „Science”, 266 (5189), 1994, s. 1345–1348, DOI: 10.1126/science.266.5189.1345, PMID: 17772840 (ang.).
  2. ↑ T.R. Hogness, E.G. Lunn, The Ionization of Hydrogen by Electron Impact as Interpreted by Positive Ray Analysis, „Physical Review”, 26 (1), 1925, s. 44–55, DOI: 10.1103/PhysRev.26.44 (ang.).
  3. ↑ N. Tariq i inni, Spectroscopic detection of the LiHe molecule, „Physical Review Letters”, 110 (15), 2013, s. 153201, DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.153201, PMID: 25167262 (ang.).
  4. ↑ Xiao Dong i inni, A stable compound of helium and sodium at high pressure, „Nature Chemistry”, 2017, DOI: 10.1038/nchem.2716 (ang.).
  5. ↑ Charles Kittel, Wstęp do fizyki ciała stałego, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1999, s. 75–83, ISBN 83-01-12706-6.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.