Kolejna wędrówka po układzie okresowym pierwiastków skupi się na skrajnej prawej kolumnie: grupie 18 lub VIIIA. Z lekcji chemii mogliśmy zapamiętać, że są to gazy całkowicie niereaktywne. W rzeczywistości reaktywność ich jest znikoma, a niedawno odkryty pierwiastek 118 najprawdopodobniej nie jest gazem.

Szkolna wiedza ogranicza zastosowanie gazów szlachetnych do lamp wyładowczych, których przykładem są neony, dawniej pełniące funkcje oświetleniowe i dekoracyjne. Również w prostych pracach elektrycznych a spotykamy zastosowanie takowego gazu, np. w probówkach, zwanych czasem neonówkami, do stwierdzania obecności prądu w gniazdku elektrycznym.

Gazy szlachetne, jak widać w układzie okresowym pierwiastków, to hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon. Najniżej widzimy oganesson, ale ten nie jest gazem, choć zapewne szlachetności mu nie brakuje.


Skąd ta szlachetność?

Do 1962 roku gazy szlachetne były uznawane za niereaktywne. Wtedy też zespół The Beatles wypłynął na szerokie wody, a los gazów uległ zmianie.

By mogły powstać wiązania chemiczne, potrzebujemy pary elektronów walencyjnych. Cząstki elementarne, obarczone ujemnym ładunkiem, mogą zarówno być oddawane przez reagujące atomy, jak i przyjmowane. Gdy elektrony są sparowane na orbitalu, to na ogół nie mogą tworzyć wiązań chemicznych, chyba że mowa o wiązaniach koordynacyjnych. Jeżeli na ostatniej powłoce obsadzony jest komplet ośmiu elektronów, to mamy do czynienia z biernością chemiczną, a wszystkie elektrony na orbitalach są sparowane. Reaktywność zazwyczaj objawia się poprzez uzupełnienie elektronów na ostatniej powłoce do ośmiu, pozbycie się elektronów nadmiarowych lub uwspólnienie par elektronowych. Otrzymujemy pary jonów, obiekty o charakterze dipolów lub równocenne dla powiązanych atomów wiązania atomowe.
Opisywanie istoty wiązań chemicznych w kilku zdaniach mija się z celem, dlatego osoby zainteresowane zachęcam do wyszukiwania wyjaśnień niejasnych haseł w literaturze lub internecie.


 

 

fot. Wikimedia Commons

Hel został odkryty w widmie słonecznym 18 sierpnia 1868 roku przez Pierre’a Janssena. Odkrycie potwierdził Norman Lockyer 20 października. Nazwę pierwiastkowi, na cześć Heliosa, nadali Lockyer i Edward Frankland.
Gaz, który jest jednym z najlżejszych (lżejszy jest jedynie wodór), stosuje się w aeronautyce (balony, sterowce), czasem w energetyce jądrowej w układach chłodzenia reaktorów, zwłaszcza w wysokotemperaturowych. To świetne, choć niezbyt tanie chłodziwo.
W mieszaninie z powietrzem hel może być używany do oddychania na dużych głębokościach, nie wywołując choroby kesonowej, o której wspomniałem w tekście o azocie. Ponieważ w temperaturach bliskich zera absolutnego pierwiastek ten jest cieczą, stosuje się go do chłodzenia niskotemperaturowego, np. w urządzeniach wykorzystujących nadprzewodnictwo. W przyszłości może się on stać potencjalnym paliwem termojądrowym.

Hel pozyskuje się głównie z gazu ziemnego. Bywa też otrzymywany poprzez destylację powietrza. W UE jedyną instalację do pozyskiwania go z gazu ziemnego posiada PGNiG (w Odolanowie). Jesteśmy jednym z sześciu producentów tego gazu na świecie! Ziemski hel jest produktem rozpadu promieniotwórczego niestabilnych pierwiastków. Choć nie występuje w przyrodzie w postaci związków, to udało się takowe otrzymać. Zachowują się one stabilnie w ekstremalnie niskich temperaturach i bardzo wysokich ciśnieniach.

fot. Wikimedia Commons

Neon, odkryty przez sir Williama Ramsaya i Morrisa W. Traversa w 1898 roku, nazwę swą zyskał jako nowy. Zaproponował ją syn Ramsaya. Neon pozyskuje się poprzez frakcyjną destylację powietrza (tak też został odkryty), co sprawia, że nie jest zbyt powszechny. Stosuje się go w chłodnictwie, laserach i jeszcze niedawno popularnych neonach. Próbniki napięcia w kontaktach, kontrolki potwierdzające obecność napięcia, a także te sygnalizujące nadejście burzy wykorzystują poświatę neonową w polu elektrycznym.
Na razie nie znamy związków neonu, natomiast metody spektroskopowe potwierdzają istnienie jonów Ne+ i jego kombinacji w połączeniu z argonem i wodorem. Można więc założyć, że związki neonu czekają jeszcze na odkrycie, wyprodukowanie i badanie.

fot. Wikimedia Commons

Argon jest najbardziej powszechnym gazem szlachetnym. Jego zawartość w powietrzu to prawie 1% (0,934%).
Odkrycie pierwiastka przypadło, znów, sir Willimsowi Ramsayowi i lordowi Rayleigh w 1894 roku, choć jego obecność przewidywał Henry Cavendish w 1785. Nazwa argon z greki oznacza leniwy, co nawiązywało do jego bierności chemicznej. Skroplenia i zestalenia dokonał prof. Karol Olszewski w 1895 roku.
Pierwszy poznany związek argonu z pentakarbonylkiem wolframu wyizolowano w 1975 roku. Dostępność gazu, a zarazem jego większa gęstość od powietrza sprawiły, że jest stosowany do spawania w atmosferze obojętnej. To powoduje, że argon trafia jako wypełnienie dysków twardych, co minimalizuje zużycie elementów pracujących. Stosowany jest również w systemach gaśniczych superkomputerów. Od ponad 40 lat trwają badania nad użyciem go w silnikach plazmowych. Jako ciekawostkę, zwłaszcza dla lubiących śledzić historie pierwiastków, dodam, że do roku 1957 symbolem argonu było A, później Ar.

Czytaj dalej:

1
2