Gazy szlachetne: hel, neon, argon, krypton, ksenon, radon

Gazy szlachetne
Jest to grupa pierwiastków w układzie okresowym pierwiastków. Należą do niej: hel (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), ksenon (Xe), oraz radon (Ra). Helowce są bezbarwnymi, bezwonnymi i biernymi chemicznie gazami. W odróżnieniu od innych pierwiastków gazowych występują w cząsteczkach jednoatomowych (ich atomy nie łączą się w cząsteczki). Do roku 1962 nie udało się otrzymać żadnego związku chemicznego helowca. Obecnie jest możliwe otrzymanie względnie trwałych związków trzech cięższych helowców (kryptonu, ksenonu i radonu). Nie otrzymano natomiast trwałych związków lżejszych helowców (helu, neonu i argonu). Jest to układ bardzo trwały. Na tej podstawie sformułowano regułę oktetu, mówiącą, że atomy pierwiastków łącząc się ze sobą, dążą do uzyskania konfiguracji najbliższego helowca.

HEL
Pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 2 i symbolu He. Został odkryty w roku 1868 niezależnie od siebie przez Pierr’a Janssena I Josepha Normana Lockyera. Jego nazwa pochodzi od greckiego słowa helios – słońce. W 1868 r. przebadano atmosferę słońca, wykorzystując całkowite zaćmienie. Badania przeprowadził w Indiach francuski astronom P. Janssen. Oprócz znanych linii spektralnych, odkrył nową, żółtą linię, nie występującą w widmie żadnego ze znanych pierwiastków. W tym samym roku J. N. Lockyer odkrył za pomocą badań spektralnych obecność helu w gazach wydobywających się z minerału kleweitu. W 1985 r. znaleziono hel w atmosferze ziemskiej, gdzie występuje w ilości około 5 ppm*. Jest on także obecny w śladowych ilościach w gazie ziemnym. Hel jest bezbarwnym i bezwonnym gazem, biernym chemicznie. Należy do grupy helowców, nazywanych inaczej gazami szlachetnymi. Hel jest gazem bardzo lekkim, zaledwie 2 razy cięższym od wodoru, a około 7 razy lżejszym od powietrza. Ma najniższą ze wszystkich gazów temperaturę wrzenia i topnienia, odpowiednio -296 i -272,2oC. Ma zastosowanie do napełniania różnego rodzaju balonów, do wytwarzania obojętnej atmosfery w spawalnictwie, w technice reklam oświetleniowych i w mieszankach oddechowych dla nurków. Ciekły hel stosuje się w fizyce niskich temperatur. Hel jest składnikiem większości gwiazd i drugim po wodorze pierwiastkiem, jeżeli chodzi o rozpowszechnienie w całym Wszechświecie. Powstaje w gwiazdach w wyniku syntezy termojądrowej przemieniającej wodór w hel z wydzieleniem ciepła i światła.

* Skrót od angielskich słów „parts per million". 1 ppm oznacza jedną część na milion (10-6). Odpowiada to 1 mg na kilogram.

NEON
Pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 10 i symbolu Ne. Neon został odkryty przez Williama Ramsaya i Morrisa W. Traversa w roku 1898. Jego nazwa pochodzi od greckiego słowa neos – nowy. Neon należy do grupy helowców. Neon jest gazem bezbarwnym i bezwonnym, nierozpuszczalnym w wodzie. Nie tworzy dwuatomowych cząsteczek. Choć nie otrzymano jak dotąd jego związków, to jednak podczas wyładowań elektrycznych w mieszaninie helu i neonu powstają jony NeHe+. Również jony dwupierwiastkowe powstają z neonu i jonów wodorowych, czyli po prostu protonów. Neon jest gazem trudnoskraplalnym. Pod zwykłym ciśnieniem skrapla się w temperaturze -246,07C, a zestala niecałe trzy stopnie niżej, bo w tempeturze -248, 68C. Neon występuje w niewielkich ilościach w powietrzu. Pod względem objętości jest jego piątym składnikiem, po azocie, tlenie, argonie i dwutlenku węgla. Neon uzyskuje się jako produkt uboczny procesu skraplania powietrza. Ma on zastosowanie do wypełniania lamp. Gaz ten zamknięty w rurze o dowolnych kształtach świeci po przyłożeniu do końców rury dostatecznie wysokiego napięcia. Ma to zastosowanie w reklamach świetlnych i przy oświetlaniu pasów startowych.

ARGON
pierwiastek chemiczny o symbolu Ar i liczbie atomowej 18. Bezbarwny, bezwonny i pozbawiony smaku gaz szlachetny. Odkryty w 1894 r przez J. W. Rayleigh’a i W Ramsay’a. Jest gazem szlachetnym występującym w największej ilości. Atmosfera ziemska zawiera prawie 1% argonu, co stawia ten gaz na trzecim miejscu po azocie i tlenie. Argon należy do pierwiastków 18 (VIIIA) grupy układu okresowego, nazywanych helowcami. Jest, jak i inne gazy szlachetne, bierny chemicznie, niemniej jednak może tworzyć związki chemiczne. Argon do celów przemysłowych otrzymuje się w procesie destylacji frakcyjnej ciekłego powietrza, jako produkt uboczny przy produkcji azotu i tlenu. Argon ma zastosowanie wszędzie tam, gdzie jest potrzebna atmosfera obojętna. Stosuje się go w żarówkach, przy produkcji półprzewodników i w pewnych typach spawania łukowego. Używa się go w laserach argonowych. Argon powstaje w złożach minerałów zawierających potas, w wyniku przemiany promieniotwórczej (tzw. wychwytu K) potasu-40.

KRYPTON
pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 36 i symbolu Kr. Został odkryty w roku 1898 przez Williama Ramsay’a i Morrisa Williama Traversa. Nazwa pierwiastka pochodzi od greckiego słowa kryptos – ukryty. Krypton należy do grupy helowców obejmującej gazy nazywane zwyczajowo szlachetnymi. Krypton występuje w przyrodzie jako niewielka domieszka w powietrzu (1,14 ppm). Krypton jest gazem bezbarwnym, bezwonnym i pozbawionym smaku, słabo rozpuszczalnym w wodzie, o bardzo małej różnicy między temperaturą wrzenia, która wynosi -152,3oC, a temperaturą topnienia niższą zaledwie o 4 stopnie (tt. = -156,6oC). Jest pierwiastkiem bardzo mało aktywnym chemicznie, otrzymano jednak jego związki z fluorem. Krypton ma zastosowanie w świetlówkach, laserach i lampach używanych na pasach startowych.

KSENON
pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 54 i symbolu Xe. Odkryty w 1898 r przez chemików angielskich Williama Ramsay’a i Morrisa Williama Traversa należy do grupy helowców, nazywanych gazami szlachetnymi. Nazwa pierwiastka pochodzi od greckiego słowa ksenos – obcy. W przyrodzie występuje w powietrzu w minimalnych ilościach. Na miliard atomów różnych gazów znajdujących się w powietrzu tylko 87 przypada na ksenon. Jest to bezbarwny, bezwonny i pozbawiony smaku gaz, około 4,5 razy cięższy od powietrza). Słabo rozpuszcza się w wodzie. Charakterystyczna jest niewielka różnica między temperaturą wrzenia a temperaturą topnienia ksenonu (tt. = -111,9 a tw. = -107,1oC). Ksenon jest pierwiastkiem bardzo mało aktywnym chemicznie, pomimo to udało się otrzymać związki ksenonu, między innymi, z fluorem i tlenem. Nadkseniany metali, np. Na4XeO6, są najsilniejszymi ze znanych utleniaczy. Ksenon stosuje się do napełniania żarówek oświetleniowych dużej mocy, oraz do lamp błyskowych, ponieważ wyładowania wysokociśnieniowe w przestrzeni wypełnionej ksenonem powodują emisję, szczególnie jaskrawego, białego światła.

RADON
pierwiastek o liczbie atomowej 86 i symbolu Rn. Pierwiastek został odkryty przez Friedricha Dorna w 1900 r. Jego nazwa pochodzi od odkrytego wcześniej radu - czasami radon jest nazywany emanacją radu. Radon jest najrzadszym z gazów szlachetnych. Jest najcięższym pierwiastkiem gazowym 7,5 razy cięższym od powietrza. Jest jedynym promieniotwórczym gazem występującym w przyrodzie. Można go znaleźć w kieszeniach powietrznych występujących w skałach w otoczeniu miejsc, gdzie znajdują się rudy radu i uranu. Radon jest gazem bezbarwnym i bezwonnym, stosunkowo łatwo skraplalnym (tw. = - 62oC, tt. = - 71oC). Najtrwalszym izotopem radonu jest radon-222 o okresie połowicznego rozpadu równym 3,8 dnia. Najmniej trwałym izotopem tego pierwiastka jest radon-215 o okresie połowicznego rozpadu wynoszącym zaledwie 2,3 ms. Radon ma zastosowanie w medycynie do leczenia nowotworów.