Chemia/Pierwiastki grupy 18 - helowce

Gazy szlachetne emitujące światło widzialne w silnym polu elektrycznym

Pierwiastek	Konfiguracja elektronowa	Temperatura topnienia (°C)	Temperatura wrzenia (°C)
Hel (He)	[math]1s^2[/math]	-	-269
Neon (Ne)	[math](\mathrm{He})2s^21p^6[/math]	-249	-246
Argon (Ar)	[math](\mathrm{Ne})3s^23p^6[/math]	-189	-186
Krypton (Kr)	[math](\mathrm{Ar})4s24p6[/math]	-157	-153
Ksenon (Xe)	[math](\mathrm{Kr})5s^25p^6[/math]	-112	-108
Radon (Rn)	[math](\mathrm{Xe})6s^26p^6[/math]	-71	-62

Właściwości fizyczne

• Wszystkie helowce są bezbarwnymi i bezwonnymi gazami.
• Hel jest pierwiastkiem o najniższej temperaturze wrzenia (4,2 K), skroplony występuje w stanie ciekłym (poniżej 4K) oraz „nadciekłym” (temperatura 2,17 K , ciśnienie około 5 000 Pa), o bardzo małej lepkości i bardzo dobrym przewodnictwie cieplnym (1000 razy większym od przewodnictwa miedzi).
• Energie jonizacji helowców są bardzo wysokie (od 2370 kJ/mol dla helu do 1036 kJ/mol dla radonu), co tłumaczy brak reaktywności.

Występowanie i zastosowanie

• Hel występuje w atmosferze ziemskiej oraz w śladowych ilościach w gazie ziemnym. Jako lekki i obojętny gaz znalazł zastosowanie do napełniania balonów oraz przygotowywania mieszanin oddechowych dla nurków. Ciekły hel stosuje się w kriotechnice.
• Neon występuje w śladowych ilościach w atmosferze, ma zastosowanie w technice oświetleniowej.
• Argon stanowi 1% atmosfery ziemskiej, jest stosowany do utrzymywania obojętnej, beztlenowej atmosfery.
• Krypton i ksenon są stosowane w technice oświetleniowej (ksenonem napełnia się żarówki oświetleniowe dużej mocy oraz lampy błyskowe ze względu na emisje szczególnie jaskrawego, białego światła).
• Radon (promieniotwórczy) dyfunduje ze skorupy ziemskiej, głównie ze skał granitowych i terenów kopalni rud uranu (7,5 razy cięższy od powietrza kumuluje się w pomieszczeniach zamkniętych, stąd obowiązek badania aktywności promieniotwórczej w nowo powstających budynkach).

Związki chemiczne helowców

• Najwięcej związków chemicznych tworzy ksenon,
• Pierwszym związkiem ksenonu otrzymanym w 1962 roku był heksafluoroplatynian ksenonu XePtF₆ (związek o budowie jonowej w stanie stałym), w wyniku reakcji Xe z PtF₆:

Xe + PtF₆ → XePtF₆

• Tetrafluorek ksenonu XeF4 otrzymano przez ogrzewanie mieszaniny Xe i F.
• Znanych jest około 40 związków ksenonu, kryptonu i radonu

Fluorki ksenonu

• Podstawowe związki ksenonu, XeF₂ i XeF₄ są otrzymywane w wyniku ogrzewania mieszaniny ksenonu i fluoru do temperatury 300°C lub podczas wyładowań elektrycznych:

Xe + F₂ → XeF₂

XeF₂ + F₂ → XeF₄

• Dalsze fluorowanie do XeF6 wymaga stosowania wyższych ciśnień.
• Wszystkie fluorki ksenonu są bezbarwnymi ciałami krystalicznymi.
• Fluorki ksenonu wykorzystuje się jako silne środki fluorujące

Pt(s) + XeF₄(s) → Xe(g) + PtF₄(s)

• Oprócz fluorków ksenonu znany jest również fluorek kryptonu KrF₄.

Związki ksenonu z tlenem

• Tritlenek ksenonu XeO₃ powstaje w reakcji:

XeF₆ + 3 H₂O → XeO₃ + 6HF

• XeO₃ jest bezbarwnym ciałem stałym, w roztworze wodnym wykazuje silne właściwośc utleniające, utlenia jony Mn²⁺ do MnO¯₄.
• Oksofluorki XeOF₄ oraz XeO₂F₂ powstają w reakcji fluorków z wodą

XeF₆ + H₂O → XeOF₄ + 2HF

Kwasy tlenowe ksenonu

• XeO₃ jest bezwodnikiem kwasu ksenowego, H₂XeO₄.
• W reakcji z wodnymi roztworami wodorotlenków XeO₃ tworzy jon wodoroksenianowy

XeO₃ + NaOH → HXeO₄^- + Na⁺

który ulega reakcji dysproporcjonowania do ksenonu i jonu nadksenianowego XeO₆^4-, w którym ksenon przyjmuje najwyższy stopień utlenienia +8 (roztwory nadksenianów są silnymi środkami utleniającymi).

• W wyniku odwadniajacego działania H₂SO₄ na Ba₂XeO₆ powstaje XeO₄ (wybuchowy, nietrwały gaz), który jest bezwodnikiem kwasu nadksenowego.