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Grundwissen

8. Hauptgruppe Edelgase

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Die Elemente der 8. Hauptgruppe, die Edelgase, reagieren fast gar nicht und wurden deshalb erst relativ spät entdeckt.
  • Sie begegnen uns in vielen Bereichen des Alltags. Helium kennst du sicherlich von den Luftballons, die nach oben steigen.
  • Neon kennst du von den leuchtend bunten Lichtröhren.
Ardfern, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Abb. 1 Mit Helium gefüllte Luftballons

Du hast sicherlich schon einmal einen Luftballon aufgeblasen und auch Luftballons auf der Kirmes gesehen (Abb. 1). Der von dir aufgeblasene Ballon sinkt nach unten, der auf dem Jahrmarkt gekaufte steigt nach oben – und wenn du nicht aufpasst, fliegt er weg. Des Rätsels Lösung: der Jahrmarkt-Ballon ist mit dem Edelgas Helium gefüllt. Dieses hat eine geringere Dichte als Luft. Die von dir ausgeatmete Luft enthält recht viel Kohlenstoffdioxid: dessen Dichte ist wesentlich höher als die von normaler Luft.

Entdeckung

Horst57, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons
Abb. 2 Luftschiff am Flughafen Essen-Mülheim

Helium ist nicht nur in Ballons enthalten, sondern auch in Luftschiffen (Abb. 2). Das liegt daran, dass es nach Wasserstoff die geringste Dichte aller Gase hat und nicht brennbar ist.

Es gehört zu den Edelgasen, die im PSE ganz rechts zu finden sind. Diese Gase haben ihren Namen bekommen, weil sie nur mit wenigen anderen Stoffen reagieren. Lange Zeit dachte man, dass sie gar nicht reagieren würden. Das liegt daran, dass ihre äußere Schale mit acht Elektronen (bei Helium zwei) gefüllt ist (Oktettregel). Sie benötigen also keine Elektronen von anderen Atomen, damit die äußere Schale gefüllt ist. Deshalb kommen Edelgase nur atomar vor.

Mut zur Lücke! Nach diesem Motto handelte Mendelejew, als er seinen Vorschlag für das Periodensystem veröffentlichte. Es fehlten damals einige Elemente und sogar eine komplette Hauptgruppe: die Edelgase waren damals noch nicht entdeckt.

Du weißt, dass alle Stoffe typische Eigenschaften haben und wir sie dadurch identifizieren können. Der Chemiker Rayleigh hatte in einem Experiment aus stickstoffhaltigen Substanzen das farb- und geruchlose Gas Stickstoff gewonnen und durch die charakteristische Dichte von \(\rm{1,25 g/L}\) nachgewiesen. In einer anderen Versuchsreihe isolierte er Stickstoff aus der Luft. Stickstoff kennst du als Hauptbestanteil der Luft. Die dort gewonnene Dichte war allerdings mit \(\rm{1,257 g/L}\) etwas höher als der oben angegebene Tabellenwert. Seine erste Vermutung: ich habe einen Fehler bei den Messungen gemacht. Aber auch bei Wiederholungen kam er immer wieder zu den oben angegebenen Werten. Sein Kollege Ramsay hatte eine ungewöhnliche Idee: wahrscheinlich ist in dem aus der Luft gewonnenen Gas nicht nur Stickstoff enthalten, sondern ein Gas, das bisher noch nicht entdeckt worden war und eine etwas höhere Dichte als Stickstoff hat. Im Jahr 1894 konnte das Gas identifiziert werden: es erhielt den Namen Argon (vom Griechischen argos für träge, bequem). Die Dichte von Argon beträgt übrigens \(\rm{1,66 g/L}\)  bei \(\rm{20°C}\) und \(\rm{1013 hPa}\).

Später wurden in der Luft noch mehrere Gase entdeckt, die kaum reagieren. Sie erhielten den Namen „Edelgase“ und wurden als 8. Hauptgruppe in das PSE eingefügt. Der Begriff „edel“ bedeutet hier, dass sie kaum reagieren. Diese Vorsilbe kennst du sicherlich von den Edelmetallen, wie Platin und Gold. Der Anteil der Edelgase in der Luft beträgt ungefähr ein Prozent.

Eigenschaften

Neben Helium \(\ce{He}\) (Abb. 3) und Argon \(\ce{Ar}\) (Abb. 4) gehören noch Neon \(\ce{Ne}\) (Abb. 5), Krypton \(\ce{Kr}\) (Abb. 6), Xenon \(\ce{Xe}\) (Abb. 7), Radon \(\ce{Rn}\) und Oganesson \(\ce{Og}\) zu den Edelgasen. Die beiden letzten sind radioaktiv. Bis auf diese beiden Elemente haben die anderen Edelgase ihre Namen von griechischen Bezeichnungen bekommen (Abb. 8):

Abb. 8 Edelgase und ihre Namen

Edelgas Name
Helium helios (Sonne)
Neon neos (neu)
Argon argos (träge)
Krypton kryptos (verborgen)
Xenon xenos (fremd)

Wissenschaftler haben Helium im Spektrum des Sonnenlichts nachgewiesen, daher stammt der Name.

Die besonderen Eigenschaften der Edelgase nutzen wir bei ihren Verwendungszwecken:

  • Helium dient als Füllgas für Ballons und Luftschiffe.
  • Neon ist bekannt von Leuchtstoffröhren (auch „Neonröhren“, Abb. 9),
  • Argon dient als Schutzgas beim Schweißen, damit die Metalle bei den hohen Temperaturen nicht mit Sauerstoff reagieren.
  • Krypton findest du als Füllgas in Glühlampen.
  • Xenon wird im Fernlicht von Autos eingesetzt (Abb. 10).
  • Die radioaktiven Edelgase Radon und Oganesson werden zur Zeit kaum verwendet.

Vielleicht hast du schon einmal im Fernsehen gesehen, dass jemand Helium einatmet und dann eine sehr hohe Stimme (Micky-Maus-Stimme) bekommt. Kinderärzte raten allerdings von der Nachahmung ab. Das ist gesundheitsschädlich und kann sogar lebensbedrohlich sein!

Abb. 5 Edelgase I 8. Hauptgruppe des Periodensystems I musstewissen Chemie
Aufgabe
Aufgabe

Ein mit Helium gefüllter Luftballon fliegt dir weg, wenn du nicht aufpasst. Was passiert mit Ballons, die a) mit Xenon oder b) mit Neon gefüllt sind? Luft hat eine Dichte von \(\mathrm{\rho}\) = 1,293 g/L.

Die Dichte von Xenon und Neon kannst du nachgucken. 

Lösung

Die Dichte von Xenon ist größer als die der Luft, die von Neon geringer. Der Mit Xenon gefüllte Ballon wird also zu Boden sinken, der mit Neon gefüllte Ballon wird wegfliegen.