Gazy szlachetne, znane również jako helowce, to lotne substancje o niewielkiej masie cząsteczkowej. Z lekcji chemii niektórzy mogą pamiętać, że gazy te mają bardzo prostą, jednoatomową budowę, nie tworzą większych skupisk i cząsteczek. Odróżnia je to od innych gazów, które tworzą zazwyczaj cząsteczki dwuatomowe.

Nazwa „gazy szlachetne” daje nam ważną informację o sześciu pierwiastkach z grupy 18 układu pierwiastków: w powietrzu występują w bardzo małych ilościach w powietrzu – a skoro tak, to są szczególnie cenne.

Gazy szlachetne charakteryzują się najmniejszą aktywnością chemiczną spośród wszystkich pierwiastków układu okresowego. Trudno wchodzą w reakcje chemiczne, a to dlatego, że w swojej powłoce walencyjnej mają komplet elektronów sparowanych. Daje im to ogromną stabilność i wyjaśnia, dlaczego nie mają elektroujemności.

Gazy szlachetne – najważniejsze informacje

Lista gazów szlachetnych jest krótka, więc ich nauczenie się raczej nie przysparza uczniom kłopotów. Są to:

  • hel (He),
  • neon (Ne),
  • argon (Ar),
  • krypton (Kr),
  • ksenon (Xe),
  • radon (Rn).

Wszystkie one należą do grupy 18. układu okresowego pierwiastków chemicznych.

Na Ziemi jest ich stosunkowo niewiele, powstają najczęściej w warunkach laboratoryjnych i w specjalistycznych zakładach produkcyjnych. Charakterystyczne jest dla nich to, że każdy z pierwiastków ma oktet elektronowy w swojej powłoce walencyjnej, dzięki czemu są bardzo stabilne. Oktet elektronowy to osiem elektronów walencyjnych – w atomie nie może istnieć bardziej stabilny układ elektronów.

Właściwości gazów szlachetnych

Jak wskazuje sama nazwa, gazy szlachetne występują w lotnym stanie skupienia i są lżejsze od powietrza. Wszystkie gazy szlachetne są:

  • bezwonne,
  • bardzo trudne do skroplenia,
  • wrzące i topniejące w niskich temperaturach.

Jakie są inne właściwości helowców?

  • Większość gazów szlachetnych jest bardzo stabilna, ponieważ energia jonizacji jest bardzo wysoka.
  • Gazy szlachetne są bezbarwne. Odcień gazu pojawia się pod wpływem oddziaływania impulsów elektrycznych. Hel świeci wówczas jasnym, żółtym światłem, neon ma kolor pomarańczowy lub czerwony, a argon – niebieski. Pod wpływem działania prądu krypton nabiera barwy zielonej, a ksenon – niebieskiej, białej bądź fioletowej.
  • Mają wyjątkową zdolność do wytwarzania jasnego światła i mogą mieć postać lasera (na bazie neonu/helu) lub źródła światła (ksenon).
  • Helowce są niepalne, a więc można je bezpiecznie stosować także w zakładach produkcyjnych, w których istnieje duże ryzyko wystąpienia zapłonów i pożaru.
  • Znakomicie przewodzą one energię cieplną, świecą, ale nie płoną.
  • Dzięki kompletowi elektronów sparowanych w powłoce walencyjnej nie mają elektroujemności. Są stabilne i nie przyciągają elektronów zewnętrznych.
  • Gazy szlachetne są bardzo ciężkie i gęste, dzięki czemu znajdują zastosowanie w silnikach napędowych lub w izolacji szyb.
  • Bardzo rzadko wchodzą w reakcje chemiczne. To konsekwencja tego, że posiadają oktet elektronowy w swojej ostatniej powłoce elektronowej, więc osiągnęły już maksymalną stabilność.
  • Gazy szlachetne charakteryzują się bardzo niskimi temperaturami wrzenia. Przykładowo temperatura wrzenia helu wynosi -268,93 stopni Celsjusza, a dla ksenonu wynosi -108,12 stopni Celsjusza. Skutkuje to tym, że gazy szlachetne występują zazwyczaj w stanie gazowym.

Poświęćmy więcej uwagi gęstości gazów szlachetnych. Jest ona bardzo zróżnicowana, co wpływa na różnorodność zastosowań gazów szlachetnych.

Hel to gaz szlachetny o najmniejszej gęstości, wynoszącej 0,1785 kg/m³ (jest około 7 razy lżejszy od powietrza). Gęstość:

  • argonu wynosi 1,635 kg/m³,
  • neonu: 0,824 kg/m³,
  • kryptonu: 3,430 kg/m³,
  • ksenonu 5,396 kg/m³,
  • radonu 9,078 kg/m³.

Reaktywność gazów szlachetnych

Reaktywność chemiczna to zdolność związków i pierwiastków chemicznych do wejścia w reakcję chemiczną z innym związkiem lub pierwiastkiem.

Reaktywność chemiczna gazów szlachetnych wzrasta wraz ze wzrostem ich liczby atomowej. W reakcje chemiczne najłatwiej wchodzą ciężkie gazy szlachetne – krypton, ksenon, radon.

Zastosowanie gazów szlachetnych

Gazy szlachetne są wykorzystywane do napełniania lamp jarzeniowych (hel, neon), żarówek dużej mocy (argon, krypton), laserów (hel, neon, ksenon) i fotograficznych lamp błyskowych (ksenon).

Zastosowanie helu znają nawet dzieci: jest używany do wypełniania balonów. Jest też głównym składnikiem mieszaniny gazów wypełniających butle do głębokiego nurkowania (hel/tlen w stosunku 8:10). Radon jest z kolei wykorzystywany w radioterapii nowotworów.