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.