Was sind Edelgase?

Edelgase sind alle Elemente aus der 8. Hauptgruppe des Periodensystems, also: Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe), Radon (Rn) und das künstlich erzeugte Oganesson (Og). Du findest sie im Periodensystem ganz rechts außen neben den Halogenen. 

Alle sieben Edelgase haben ähnliche Eigenschaften: So sind sie bei Raumtemperatur gasförmig und kommen als Atome und nicht als Moleküle vor. Das liegt daran, dass sie sehr reaktionsträge sind und sich daher kaum mit anderen chemischen Elementen verbinden. Ihre äußere Elektronenschale ist nämlich vollständig mit Elektronen gefüllt. Deshalb müssen sie auch keine Bindungen mit anderen Elementen eingehen. Den stabilen Zustand nennst du auch Edelgaskonfiguration

%<img class="" src="https://assets.serlo.org/5e81df56ec5c7_ab06285339762cca44564343e069f5afe780ea7f.png" alt="Edelgase - lernen mit Serlo!" width="314" height="177" /> <img class="" src="https://www.tec-science.com/wp-content/uploads/2021/02/de-edelgase-neon-argon-helium-krypton-xenon-radon.jpg" alt="Oktettregel - tec-science" width="238" height="134" />%Animation: Hier wäre so ein Bild super, bei dem man (unser neues) PSE sieht und die 8. Hauptgruppe markiert ist. bitte da auch dazuschreiben 8.Hauptgruppe. Falls noch Platz da ist wäre es super, vielleicht 2/3 Edelgase (Helium, Neon, Argon) zu zeigen wie rechts, dass man die vollständig gefüllten Schalen erkennen kann (die Nummerierung 1-6 muss nicht übernommen werden) bitte einmal die äußerte Schale als "vollständig gefüllte Elektronenschale" kennzeichnen; bitte bei den Edelgasen auch die Farben wenn möglich vom WP übernehmen. Überschrift: Edelgase; alt Text:  Edelgase, ein Edelgas, Edelgase eigenschaften, eines der Edelgase, 8. Hauptgruppe Periodensystem, edelgase Periodensystem, was sind edelgase, warum sind edelhase reaktionsträge, eigenschaften der Edelgase, warum bestehen Edelgase aus einzelnen Atomen und nicht aus Molekülen, warum heißen Edelgase Edelgase, edelgas liste

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Edelgase

Übrigens: Der Name ‚Edelgas‘ stammt von den Edelmetallen — auch sie gehen kaum Reaktionen ein.  

Edelgase Eigenschaften

Edelgase haben relativ einheitliche Eigenschaften. Hier bekommst du die wichtigsten auf einen Blick:

  • farb-, geschmacks- und geruchlos
  •  recht gut in Wasser löslich
  • sehr niedrige Schmelz- und Siedepunkte
  • reaktionsträge

Da sie so wenig reaktiv sind, nennst du sie auch inerte Gase. Ihre geringe Reaktivität liegt daran, dass ihre äußeren Elektronenschalen bzw. Atomorbitale bereits komplett mit Elektronen besetzt sind. Das sind in der Regel acht Elektronen.

%<img class="" src="https://www.tec-science.com/wp-content/uploads/2021/02/de-edelgase-neon-argon-helium-krypton-xenon-radon.jpg" alt="Oktettregel - tec-science" width="290" height="163" /> <img class="" src="https://d1g9li960vagp7.cloudfront.net/wp-content/uploads/2018/12/02_Orbitalbesetzung-erste-Periode-1024x576.jpg" alt="orbitalmodell, orbitalmodel, orbitalmodell einfach erklärt, das orbitalmodell, s orbital, s orbitale, 1s orbital, hundsche regel, pauli prinzip" width="206" height="116" />%@Animation: Hier wäre es cool, wenn man das Bild hier zeigen könnte, also alle Edelgase mit ihren vollbesetzten Schalen, ggf. die Elementkarte vom PSE mit dazu einblenden(hier reicht aber so wie im rechten Bild, also nur die Ordnungszahl; Überschrift: Edelgase: Aufbau der Elektronenhülle, alt Text: Edelgase, ein Edelgas, Edelgase eigenschaften, eines der Edelgase, 8. Hauptgruppe Periodensystem, edelgase Periodensystem, was sind edelgase, warum sind edelhase reaktionsträge, eigenschaften der Edelgase, warum bestehen Edelgase aus einzelnen Atomen und nicht aus Molekülen, warum heißen Edelgase Edelgase, edelgas liste

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Edelgase: Aufbau der Elektronenhülle

Helium ist eine Ausnahme, denn es hat nur zwei Elektronen auf seiner Außenschale. Allerdings kann die Schale nicht mehr als 2 Elektronen aufnehmen. Deshalb ist auch sie vollständig besetzt. 

Anmerkung: Wie die Eigenschaften vom künstlichen Oganesson lauten, kann derzeit noch nicht vorausgesagt werden. 

Edelgaskonfiguration

Jedes Atom ‚möchte‘ eine vollbesetzte äußere Elektronenschale haben. Das versucht es beispielsweise zu erreichen, indem es kovalente Bindungen mit anderen Atomen eingeht. Die Edelgase haben den angestrebten Zustand bereits: die sogenannte Edelgaskonfiguration . Ein Edelgas liegt also einatomig vor, anstatt wie andere Elemente Bindungen einzugehen.

Da die Edelgase bereits eine stabile Elektronenkonfiguration besitzen, haben sie damit auch eine hohe Ionisierungsenergie . Das bedeutet, dass du viel Energie aufwenden musst, um Elektronen aus den Schalen zu lösen. Innerhalb einer Gruppe im Periodensystem sinkt die Ionisierungsenergie von oben nach unten. Dadurch werden die Edelgase mit höheren Ordnungszahlen auch etwas reaktiver.

Trotzdem ist das Edelgas Xenon am reaktivsten. Das liegt daran, dass Radon radioaktiv ist und nur eine kurze Halbwertszeit besitzt. Generell kannst du aber sagen, dass die Edelgase, bis auf das radioaktive Radon, ungefährlich für uns Menschen sind.

Physikalische Eigenschaften Edelgase

Schauen wir uns nun die physikalischen Eigenschaften der Edelgase etwas genauer an:

Schmelz und Siedepunkte

Ihre Schmelz- und Siedepunkte sind insgesamt sehr niedrig. Sie steigen aber innerhalb der 8. Hauptgruppe von oben nach unten an. Eine Besonderheit ist Helium: Kühlst du das Edelgas bis fast zum absoluten Nullpunkt, dann ist es immer noch flüssig. Helium ist damit das einzige Element, das unter Atmosphärendruck nicht erstarrt. Es geht stattdessen in einen speziellen Aggregatzustand über, die sogenannte Suprafluidität. 

Dichte

Die Dichte steigt ebenfalls innerhalb der 8. Hauptgruppe von oben nach unten mit zunehmender Atommasse an. Helium und Neon besitzen eine geringere Dichte als Luft. Die von Argon, Krypton, Xenon und Radon ist hingegen größer.

Kristallstruktur

Helium zeigt eine hexagonale Kristallstruktur, während die anderen Edelgase kubisch kristallisieren. 

Edelgase Eigenschaften Übersicht

In der Liste findest du die Edelgase Helium bis Radon mit ihren Eigenschaften auf einen Blick:

  Helium Neon Argon Krypton Xenon Radon
Ordnungszahl 2 10 18 36 54 86
Atommasse [u] 4.00 20,18 39,95 83,80 131,29 222,00
Dichte [g/cm3] 0,14 0,70 1,38 2,89 4,51 8,07
Schmelzpunkt [K] / [°C] 1 / -272 24 / -249 84 / -189 116 / -157 161 / -112 202 / -71
Siedepunkt [K] / [°C] 4 / -269 27 / -246 87 / -186 119 / -154 165 / -108 211 / -62
Ionisierungsenergie [eV] 24,59 21,56 15,76 14,00 12,13 10,75
Kristallstruktur hexagonal kubisch kubisch kubisch kubisch kubisch
Gasentladung weiß-rosa rot violett weiß blau (rot)

Edelgase Vorkommen

Edelgase sind Bestandteile der Luft, also der Erdatmosphäre. Zu einem geringen Anteil findest du sie auch in der Erdkruste. 

Generell kannst du sagen, dass Argon das am häufigsten vorkommende Edelgas auf der Erde ist. Dagegen zählen Krypton, Xenon und Radon zu den seltensten Elementen auf unserem Planeten. 

Das am häufigsten vorkommende Edelgas im gesamten Universum ist Helium. Direkt nach Wasserstoff ist es sogar das zweithäufigste Element überhaupt. 

Das liegt daran, dass Helium durch radioaktive Zerfallsprozesse zum Beispiel aus Uran entsteht. Durch radioaktiven Zerfall von Uran oder Thorium kann sich außerdem auch Radon bilden.

Schon gewusst? Du könntest Radon tatsächlich in deinem Keller finden, weil es aus dem Erdreich in die Häuser eindringen kann. 

Edelgase Verwendung

Edelgase finden in vielen Bereichen Verwendung:

  • in Leuchtstoffröhren wie Neon-Leuchtstoffröhren, Kryptonlampen, Xenon-Straßenlampen und –Autoscheinwerfer
  • als Oxidations- sowie Kühlmittel,
  • als Schutzgas, da sie reaktionsträge sind.
  • Helium kennst du durch die Verwendung in Ballons und Luftschiffen. 

Reaktionsverhalten Edelgase

Allgemein sind die Elemente der 8. Hauptgruppe reaktionsträge und bilden nur wenige Verbindungen aus. Durch ihre hohen Ionisierungsenergien gestaltet es sich nämlich äußerst schwierig, Helium oder Neon zu ionisieren. Derzeit gibt es kein geeignetes Oxidationsmittel (Stoff, der Elektronen aufnimmt) dafür.

Da die Ionisierungsenergie allerdings von oben nach unten in der 8. Hauptgruppe abnimmt, können die Edelgase Argon und Krypton Verbindungen eingehen. Radonverbindungen sind allerdings nicht wirklich stabil. Das liegt daran, dass Radon radioaktiv ist und somit eine geringe Halbwertszeit besitzt.

Die meisten Verbindungen geht das Edelgas Xenon ein.

Xenonverbindungen

1962 hat der Chemiker Neil Bartlett die ersten Edelgasverbindungen hergestellt: Xenonfluoride. Das sind Verbindungen, die aus den Elementen Xenon und Fluor bestehen, wie beispielsweise XeF2, XeF4, XeF6.

Er kam auf die Idee, weil Xenon und Sauerstoff fast dieselbe Ionisierungsenergie haben. Deshalb müssten neben Sauerstofffluorid (OF2) auch Xenonfluoride möglich sein. Xenon(di)fluorid XeF2 wird als starkes Oxidationsmittel in der organischen Chemie eingesetzt.

Reagieren die Xenonfluoride mit Wasser (Hydrolyse ) können außerdem Sauerstoff-Verbindungen entstehen. So konnten zum Beispiel XeO3 und XeO4 hergestellt werden. Diese Xenonoxide sind allerdings instabil und explosiv.

Zudem können Übergangsmetalle wie Gold (Au) als Ligand nutzen. Die Edelgase sind also hier um das Zentralatom wie Gold gruppiert. Daneben gibt es noch einige weitere Xenonverbindungen. 

Weitere Edelgas Verbindungen

Neben Xenon-Verbindungen gibt es noch weitere Edelgasverbindungen: 

  • Krypton: Unter niedrigen Temperaturen und elektrischer Entladung auf ein Kr/F2-Gemisch kann Krypton(II)-fluorid KrF2 entstehen. Krypton(II)-fluorid bildet dann die Grundlage für weitere Kryptonverbindungen. Es wird wie das Xenonfluorid XeF2 als Oxidationsmittel verwendet.
  • Argon: Argonfluorohydrid ist die bisher einzige hergestellte Argonverbindung, die allerdings äußerst instabil ist.
  • Helium: Das Edelgas wurde bisher nur unter hohem Druck in Verbindungen erzeugt.
  • Neon: Neonverbindungen konnten bisher überhaupt nicht synthetisiert werden.

Die Edelgase Argon, Krypton und Xenon können zudem Einschlussverbindungen bilden, sogenannte Clathrate. Es handelt sich dabei um Verbindungen, bei denen Gase von einem Feststoff eingeschlossen werden. Ein Edelgas-Hydrat kann zum Beispiel in Eis eingeschlossen werden.

Halogene 

Links neben den Edelgasen findest du im Periodensystem die Halogene. Welche Elemente dazu gehören, wo sie vorkommen und wie sich ihre Eigenschaften von denen der Edelgase unterscheiden, erklären wir dir in unserem extra Video dazu! 

Zum Video: Halogene
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