Weißt Du, wieso Gase wie Neon oder Helium nur einatomig vorkommen, während andere Gase wie Sauer- oder Wasserstoff nur zweiatomig existieren? Der Grund dafür ist der Fakt, dass sowohl Neon als auch Helium zur Gruppe der Edelgase gehören. Mehr über die Elemente der Edelgasgruppe, sowie die Gründe für die geringe Reaktivität, erfährst Du in dieser Erklärung.
Edelgase – Ein Überblick
Als Edelgase werden die Elemente der achten Hauptgruppe des Periodensystems bezeichnet. Zur Gruppe der Edelgase gehören somit:
- Helium (He),
- Neon (Ne),
- Argon (Ar),
- Krypton (Kr),
- Xenon (Xe),
- Radon (Rn) und
- Oganesson (Og).
Edelgase sind auch unter dem Namen inerte Gase oder Inertgase bekannt. Inert bedeutet dabei so viel wie untätig oder unbeteiligt. Diese Bezeichnung wurde für die Elemente der achten Hauptgruppe verwendet, da man lange Zeit davon ausgegangen ist, dass Edelgase mit keinem weiteren Stoff reagieren würden. Der häufiger verwendete Begriff Edelgase ist auf die Analogie zwischen der geringen Reaktivität der Edelmetalle und der Elemente der achten Hauptgruppe zurückzuführen.
Im Gegensatz zu allen anderen Edelgasen ist Oganesson das einzige Edelgas, das zu den künstlichen Elementen gehört. Künstliche Elemente sind chemische Elemente, die nur künstlich vom Menschen erzeugt werden konnten.
Edelgase Eigenschaften
Edelgase sind farb-, geschmacks- und geruchslose Gase. Zudem sind sie gut in Wasser löslich und besitzen äußerst niedrige Schmelz- und Siedepunkte. Alle Edelgase besitzen eine gefüllte Valenzschale, wodurch sie sehr reaktionsträge sind. Näheres dazu findest Du später in dieser Erklärung.
Als Valenzschale wird die äußere Elektronenschale eines Atoms bezeichnet. Die Elektronen in dieser Schale werden auch Valenzelektronen genannt. Willst Du mehr über Valenzelektronen erfahren, dann schaue Dir unbedingt die passende Erklärung dazu an.
In der folgenden Tabelle siehst Du einige Eigenschaften der sieben Edelgase zusammengefasst:
| Helium | Neon | Argon | Krypton | Xenon | Radon | Oganesson |
| Ordnungszahl | 2 | 10 | 18 | 36 | 54 | 86 | 118 |
| Atommasse | 4 | 20,18 | 39,95 | 83,80 | 131,29 | (222,02) | (294) |
| Schmelzpunkt in K | 0,95 | 24,48 | 83,78 | 120,85 | 166,1 | 211,4 | ? |
| Siedepunkt in K | 4,22 | 27,1 | 87,29 | 120,85 | 166,1 | 211,4 | ? |
| Dichte in | 0,17 | 0,84 | 1,66 | 3,48 | 4,49 | 9,23 | ? |
Radon und Oganesson sind radioaktive Elemente. Radioaktive Elemente sind chemische Elemente, die einen instabilen Atomkern besitzen. Der instabile Atomkern zerfällt spontan, unter Ausstrahlung von Energie in Form von Strahlung. Diese Strahlung wird umgangssprachlich auch als radioaktive Strahlung bezeichnet.
Da sich ein Oganesson-Atom sehr schnell in andere Atome umwandelt, lassen sich die Eigenschaften dieses chemischen Elements nicht ermitteln. Daher stehen in der oben abgebildeten Tabelle bei den meisten Eigenschaften von Oganesson Fragezeichen.
Gasentladung der Edelgase
Vielleicht hast Du schon einmal von Gasentladungslampen gehört. Diese nutzen zur Lichterzeugung das Prinzip der Gasentladung, wie der Name schon sagt.
Als Gasentladung wird ein Prozess bezeichnet, bei dem gasförmige Materie mit elektrischem Strom durchflossen wird. Bei der Gasentladung von Edelgasen emittiert jedes Edelgas eine charakteristische Farbe.
Die charakteristischen Farben der nicht radioaktiven Edelgase sind dabei:
- Helium: orange-rot
- Neon: rot
- Argon: violett
- Krypton: blau
- Xenon: blau-violett
Mithilfe der Ionen von Edelgasen wie Argon (Ar+) und Krypton (Kr+) können sogenannte Edelgasionenlaser betrieben werden. Das Laserlicht der Edelgasionenlaser wird, wie der Name des Lasers schon andeutet, durch Edelgasionen erzeugt. Der Argon-Ionen-Laser besitzt dabei eine der höchsten Strahlungsleistungen im Bereich der sichtbaren Lichtwellenlängen.
Edelgase Reaktivität
Wie Du mittlerweile weißt, sind Edelgase sehr reaktionsträge. Dies liegt daran, dass die Edelgase eine volle Valenzschale haben.
Der Zustand eines Atoms mit voller Valenzschale wird Edelgaskonfiguration genannt. In diesem Zustand sind die Atome und Ionen sehr stabil. Edelgase besitzen bereits ohne Elektronenaufnahme oder -abgabe eine voll besetzte äußere Elektronenschale.
Da Atome mit voller Valenzschale sehr stabil sind, reagieren Edelgase kaum mit anderen Stoffen. Demzufolge kommen Edelgase, anders als Gase wie Sauerstoff oder Wasserstoff, nicht zweiatomig, sondern nur einatomig vor. Die hohe Stabilität der Edelgase ist außerdem der Grund für deren extrem hohe Ionisierungsenergie.
Als Ionisierungsenergie wird die benötigte Energie bezeichnet, um ein Elektron eines Atoms, Ions oder Moleküls abzuspalten. Da die Anzahl an Elektronen mit steigender Ordnungszahl zunimmt, werden die Valenzelektronen von Atomen mit einer hohen Ordnungszahl nicht mehr so stark vom positiv geladenen Atomkern angezogen. Somit gilt: Je höher die Ordnungszahl eines Edelgases ist, desto geringer ist dessen Ionisierungsenergie und desto reaktiver ist es.
Edelgasverbindungen
Trotz der geringen Reaktivität von Edelgasen gibt es einige, wenige Edelgasverbindungen. Dabei sind diese Moleküle häufig nur bei tiefen Temperaturen stabil und bestehen häufig nicht allzu lange, da sie schnell zerfallen. Edelgasverbindungen sind sehr gute Oxidationsmittel, da die Edelgasatome immer bestrebt sind wieder in ihren stabilen, atomaren Zustand zu gelangen.
Als Oxidationsmittel werden Stoffe bezeichnet, die andere Stoffe oxidieren, während sie selbst reduziert werden. Mehr über Oxidationsmittel erfährst Du in der Erklärung zur Oxidation.
Aufgrund der zuvor angesprochenen Ionisierungsenergie gibt es Edelgasverbindungen nur von Argon, Krypton, Xenon und Radon. Wobei Radon radioaktiv ist und somit nicht allzu lange existiert. Die Edelgasverbindungen von Argon und Krypton sind relativ unstabil, sodass sie höchstens bei sehr niedrigen Temperaturen entstehen können.
Die meisten Verbindungen von Edelgasen sind mit dem Edelgas Xenon bekannt. Dabei kann sich Xenon mit
- Fluor,
- Sauerstoff,
- Stickstoff und
- Kohlenstoff verbinden.
Außerdem sind zusätzlich einige komplexere Verbindungen von Krypton bekannt.
Edelgase Nachweis
Der Nachweis von Edelgasen ist gar nicht so einfach. Durch ihre geringe Reaktivität, gibt es keine charakteristischen Nachweisreaktionen, die Du leicht durchführen kannst. Aus diesem Grund waren sie auf den allerersten Periodensystemen nicht einmal abgebildet. Das erste, aus der Luft nachgewiesene Edelgas, war Helium. Im Jahr 1868 wurde es von Norman Lockyer und Jules Janssen unabhängig voneinander entdeckt, als die beiden Astronomen im Sonnenspektrum eine bisher nicht identifizierte gelbe Spektrallinie bei der Wellenlänge 587,49 nm sahen.
Als Spektrallinien werden scharf abgegrenzte Wellenlängenbereiche eines Spektrums bezeichnet. Diese Wellenlängenbereiche stehen beispielsweise für eine bestimmte Farbe, wenn sie in den für uns sichtbaren Teil des Lichtspektrums fallen. Die abgegebene Strahlung der Sonne kann auch als Spektrum bezeichnet werden – das sogenannte Sonnenspektrum.
Neben Helium sind auch Neon, Argon, Krypton und Xenon in der Luft enthalten. In den darauffolgenden Jahren wurden auch diese weiteren Edelgase erfolgreich aus der Luft isoliert und mithilfe spektroskopischer Methoden nachgewiesen.
Über spektroskopische Methoden kannst Du Stoffe anhand ihrer Wellenlänge, Energie oder Masse eindeutig nachweisen. Das Beobachten von Spektrallinien gehört ebenfalls zu den spektroskopischen Methoden.
Das letzte natürlich vorkommende Edelgas, Radon wurde im Jahr 1900 von Friedrich Ernst Dorn entdeckt. Er fand heraus, dass beim radioaktiven Zerfall von Radium, das Radon-Isotop 222Rn entsteht.
Radium ist ein instabiles Element, das in mehrere kleinere Atome zerfällt. Da bei diesem Zerfall radioaktive Strahlung entsteht, wird er auch radioaktiver Zerfall genannt.
Oganesson, das letzte Element der Gruppe, kommt nicht natürlich vor und musste zum Nachweis zuerst künstlich erzeugt werden. Zwischen 2002 und 2005 wurde das Edelgas erstmals im Vereinigten Institut für Kernforschung in Dubna erzeugt.
Edelgase Vorkommen
Helium ist das am zweithäufigsten vorkommende chemische Element im Universum. Auch andere Edelgase wie Neon und Argon kommen häufig im Universum vor. Krypton und Xenon hingegen kommen kaum vor.
In der Erdatmosphäre findest Du ebenfalls einige Edelgase. So kommt Argon hier am häufigsten vor, während alle anderen Edelgase hier selten vorkommen. Die Edelgase Krypton, Xenon und Radon kommen so selten auf der Erde vor, dass sie die seltensten chemischen Elemente der Erde sind.
Die Edelgase können durch den radioaktiven Zerfall von anderen Elementen auch neu entstehen.
Edelgase Verwendung
Aufgrund der geringen Reaktivität von Edelgasen werden sie unter anderem als Schutzgas zum Beispiel beim Schweißen verwendet. Schutzgase wie Argon werden eingesetzt, wenn Stoffe, wie das Metall beim Schweißen, nicht mit anderen Stoffen, wie dem Luftsauerstoff, reagieren sollen. Das Schutzgas verdrängt dabei die ungewünschten Gase und beeinflusst den Prozess, aufgrund seiner Reaktionsträgheit, nicht.
Zudem werden Edelgase aufgrund ihrer charakteristischen Farbe bei der Gasentladung in Gasentladungslampen genutzt. Da Edelgase niedrige Schmelz- und Siedepunkte besitzen, können sie auch als Kühlmittel eingesetzt werden.
Bestimmt kennst Du Gasballone und Zeppeline. Beide Flugobjekte werden mit einem sogenannten Traggas gefüllt, damit sie fliegen können. Da Helium eine etwa siebenmal geringere Dichte als Luft hat, kann es als Traggas für Gasballone und Zeppeline eingesetzt werden. Zudem hat Helium als Traggas den bedeutenden Vorteil, dass es im Gegensatz zu Wasserstoff kein sehr leicht entzündliches Gasgemisch mit dem Luftsauerstoff bildet.
Edelgase - Das Wichtigste
- Edelgase sind die Elemente der achten Hauptgruppe des Periodensystems. Dazu gehören Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe), Radon (Rn), sowie Oganesson (Og).
- Radon und Oganesson gehören zu den radioaktiven Elementen, wobei Oganesson nur künstlich synthetisiert wurde und somit zusätzlich zu den künstlichen Elementen zählt.
- In Gasentladungslampen emittieren die nicht radioaktiven Edelgase eine charakteristische Farbe.
- Edelgase besitzen eine volle Valenzschale, wodurch sie eine sehr geringe Reaktivität aufweisen.
- Es gibt nur wenige Edelgasverbindungen, wobei die meisten Verbindungen mit dem Edelgas Xenon existieren.
Nachweise
- uni-kiel.de: 8. Hauptgruppe - Edelgase. (08.09.2022)
- Chemie.de: Edelgase. (08.09.2022)
- Chemie.de: Edelgasverbindungen. (08.09.2022)
- R. K. Kochhar. (1991). French astronomers in India during the 17th–19th centuries. Journal of the British Astronomical Association.
- W. H. Brock. (1997). Viewegs Geschichte der Chemie. Vieweg.
- Yu. Ts. Oganessian et al. (2006). Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the 249Cf and 245Cm+48Ca fusion reactions.
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