Chemie Grundlagen

Edelgase

Du hörst immer nur von der Edelgaskonfiguration, aber möchtest endlich wissen, was Edelgase eigentlich sind? Das erfährst du in diesem Artikel.

Schau dir auch gerne unser Video zu den Edelgasen an.%Videoverweis

Inhaltsübersicht

Edelgase einfach erklärt

Edelgase sind die Elemente aus der 8. Hauptgruppe des Periodensystems: Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon und Oganesson. Da sie bereits 8 Valenzelektronen besitzen, handelt es sich um sehr reaktionsträge Elemente, die vor allem für ihre Verwendung in Leuchtstoffröhren bekannt sind.

Merke

Zu den Edelgasen zählen die Elemente Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon und Oganesson aus der 8. Hauptgruppe des Periodensystems.

 

Was sind Edelgase?

Edelgase findest du im Periodensystem in der 8. Hauptgruppe. Insgesamt gibt es 6 Edelgase: Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe) und Radon (Rn). Als 7. Edelgas gibt es noch Oganesson (Og), allerdings wurde es künstlich hergestellt und zerfällt schnell, da es radioaktiv ist. Die Eigenschaften stimmen nach heutigen Erkenntnissen womöglich nicht komplett mit denen der anderen Edelgase überein.

Der Name Edelgas stammt von den Edelmetallen, die nur geringe Reaktivität an den Tag legen. Bei den Edelgasen ist der Grund dafür, dass die Atomorbitale bereits komplett gefüllt sind. Sie haben also bereits den angestrebten Zustand, den andere Atome versuchen zu erreichen, indem sie Bindungen eingehen: die Edelgaskonfiguration . Bei Raumtemperatur sind die Edelgase gasförmig.

Edelgase Eigenschaften

Edelgase sind farb-, geschmack- und geruchlos und relativ gut wasserlöslich

Wie bereits beschrieben sind die Elemente der 8. Hauptgruppe reaktionsträge, also inert. Alle Elektronenschalen beziehungsweise Atomorbitale sind bereits komplett mit Elektronen besetzt. Die Edelgase besitzen bereits eine stabile Elektronenkonfiguration und damit eine hohe Ionisierungsenergie . Ein Edelgas liegt also einfach einatomig vor, anstatt wie andere Elemente Bindungen einzugehen. Innerhalb der Gruppe sinkt die Ionisierungsenergie von oben nach unten, wodurch die Edelgase mit höheren Ordnungszahlen auch etwas reaktiver werden. Trotzdem ist Xenon am reaktivsten, da Radon radioaktiv ist und nur eine kurze Halbwertszeit besitzt. Die Reaktionsträgheit der Edelgase macht sie für den Menschen (bis auf das radioaktive Radon) ungefährlich. 

  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)

Physikalische Eigenschaften Edelgase

Zu den physikalischen Eigenschaften zählen zum Beispiel die Schmelz– und Siedepunkte. Diese sind insgesamt sehr niedrig, aber steigen in der 8. Hauptgruppe von oben nach unten an. Eine Besonderheit ist Helium: bei Normaldruck kann dieses Edelgas nämlich gar nicht erstarren. Es kommt in den speziellen Aggregatzustand Suprafluidität. Dabei geht der elektrische Widerstand verloren und das Edelgas kann über Hindernisse hinweg fließen.

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

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

Reaktionsverhalten und Verbindungen Edelgase

Allgemein sind die Elemente der 8. Hauptgruppe reaktionsträge und bilden nur wenige Verbindungen aus. Durch ihre hohen Ionisierungsenergien gestaltet es sich äußerst schwierig Helium oder Neon zu ionisieren. Aktuell gibt es kein Oxidationsmittel dafür. Da die Ionisierungsenergie allerdings von oben nach unten in der 8. Hauptgruppe abnimmt, können die Edelgase Argon und Krypton Verbindungen eingehen. Bei Radonverbindungen ist die Stabilität kaum gegeben, da es radioaktiv ist und somit eine geringe Halbwertszeit besitzt. Die meisten Verbindungen geht das Edelgas Xenon ein.

Xenonverbindungen

1962 hat Neil Bartlett die ersten Edelgasverbindungen hergestellt: Xenonfluoride (XeF2, XeF4, XeF6). Seine Idee dafür beruhte auf der Tatsache, dass Xenon und Sauerstoff fast dieselbe Ionisierungsenergie haben und damit neben Sauerstofffluorid (OF2) auch Xenonfluoride möglich sein müssten. XeF2 wird als starkes Oxidationsmittel in der organischen Chemie eingesetzt.

Durch Hydrolyse dieser Xenonfluoride können außerdem Sauerstoff-Verbindungen entstehen. Während XeO2 thermodynamisch instabil ist, konnten XeO3 und XeO4 hergestellt werden. Diese Xenonoxide sind allerdings instabil und explosiv.

Übergangsmetalle wie Gold können Xenon als Ligand nutzen. Außerdem gibt es noch einige weitere Xenonverbindungen, auf die wir hier jedoch nicht weiter eingehen.

Weitere Verbindungen

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. 

Argonfluorohydrid ist die bisher einzige hergestellte Argonverbindung, die allerdings äußerst instabil ist.

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

Helium wurde bisher nur unter hohem Druck in Verbindungen erzeugt. Neonverbindungen konnten bisher überhaupt nicht synthetisiert werden.

Edelgase Vorkommen

Helium ist im Kosmos und in der Sonne nach Wasserstoff das zweithäufigste Element und zusammen mit Argon in einigen Erdgasen zu einem größeren Anteil enthalten. Das liegt daran, dass Helium durch radioaktive Zerfallsprozesse zum Beispiel aus Uran entsteht. Ebenfalls durch radioaktiven Zerfall von Uran oder Thorium kann Radium und anschließend Radon gebildet werden. Tatsächlich könntest du Radon in deinem Keller finden, weil es aus dem Erdreich in die Häuser eindringen kann. 

In der Luft kommt Argon mit 99,8 % am Edelgasanteil am häufigsten von den Elementen der 8. Hauptgruppe vor. Neben Argon können auch Neon, Krypton und Xenon aus der Luft gewonnen werden. 

Edelgase Verwendung

Allgemein sind die Edelgase bekannt für ihre Verwendung in Leuchtstoffröhren (Neon-Leuchtstoffröhren, Kryptonlampen, Xenon-Straßenlampen und -Autoscheinwerfer) und als Oxidations– sowie Kühlmittel. Außerdem werden sie gerne als Schutzgas verwendet, da sie reaktionsträge sind. Helium kennt man durch die Verwendung in Ballons und Luftschiffen

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