Helowce ogólna charakterystyka grupy, właściwości fizyczne helowców, barwy światła widzialnego emitowanego przez helowce w silnym polu elektrycznym, hel – występowanie , otrzymywanie i zastosowanie, neon – występowanie , otrzymywanie i zastosowanie, argon – występowanie , otrzymywanie i zastosowanie, krypton – występowanie , otrzymywanie i zastosowanie, ksenon – występowanie , otrzymywanie i zastosowanie, reaktywność chemiczna, radon – występowanie , otrzymywanie i zastosowanie, przykłady równań reakcji z udziałem ksenonu i jego związków

Charakterystyka grupy Pierwiastki grupy 18 układu okresowego pierwiastków chemicznych (blok energetyczny p) z wyjątkiem helu, który ze względu na konfigurację elektronową powłoki walencyjnej należy do bloku energetycznego s i 2 grupy. Wszystkie helowce są gazami bezbarwnymi i bez zapachu. Helowce mają niskie temp. topnienia i wrzenia, ich rozpuszczalność w wodzie jest bardzo słaba, wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej. Helowce są biernie chemicznie, ze względu na bardzo słabe powinowactwo elektronowe i wysokie energie jonizacji mogą tworzyć nieliczne związki chemiczne lub klatraty, ich reaktywność chemiczna wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej Z (ze wzrostem promienia atomowego / odległością powłoki walencyjnej od jądra atomowego). klatraty: (kompleks klatratowy, związek klatratowy, sieć typu gość - gospodarz) – struktura nadcząsteczkowa, w której występuje regularna sieć krystaliczna jednego związku chemicznego, w lukach której nieregularnie rozmieszczone są cząsteczki innej substancji, np. wodziany metanu.

Właściwości fizyczne Xenon / 54Xe 131,30 - 111,60 - 107,09 Helowiec mat / [u] Tt / [oC] Tw / Powłoka walencyjna Hel / 2He 4 - - 268,78 1s23d10 Neon / 10Ne 20,18 - 248,44 - 245,93 [He]2s22p6 Argon / 18Ar 39,95 - 189,20 - 185,70 [Ne]3s23p6 Krypton / 36Kr 83,80 - 157,20 - 153,07 [Ar]4s23d104p6 Xenon / 54Xe 131,30 - 111,60 - 107,09 [Kr]5s24d105p6 Radon / 86Rn 222,02 - 71,00 - 61,7 [Xe]6s24f145d106p6 *Oganesson / 118Og (Uuo) 294 [Rn]7s25f146d107p6 * - pierwiastek otrzymany sztucznie, t1/2 < 1 milisekundy Tt i Tw – w warunkach ciśnienia normalnego, hel w tych warunkach w/w ciśnienia nie tworzy kryształów.

Barwy światła widzialnego emitowanego przez helowce w silnym polu elektrycznym

Barwa światła emitowanego przez czysty pierwiastek Barwy światła widzialnego emitowanego przez helowce w silnym polu elektrycznym Helowiec Barwa światła emitowanego przez czysty pierwiastek Barwa światła emitowana przez mieszaniny helowców z innymi pierwiastkami He żółta z parami Hg - niebieska Ne czerwonopomarań-czowa z azotem – niebieska, zielona lub czerwona Ar czerwona z azotem - niebieska, zielona lub czerwona Kr żółtozielona Xe fioletowa Rn biała

Hel – występowanie i otrzymywanie zajmuje drugie miejsce pod względem rozpowszechnienia we wszechświecie i 6 w atmosferze ziemskiej, większe ilości występują w gazie ziemnym - jako produkt rozpadu promieniotwórczego, występuje w dużej ilości w gorących gwiazdach - jest ważnym ogniwem w reakcjach proton-proton, otrzymuje się w destylacji frakcyjnej skroplonego powietrza (metoda mało opłacalna), prostszą metodą i tańszą uzyskuje ze złóż gazu ziemnego (w niektórych rejonach Polski zawartość helu w tym gazie dochodzi do 7%), skroplony gaz ziemny poddaje się destylacji frakcjonowanej, nie reaguje z tlenem, wodą, chlorowcami, kwasami i zasadami ani na zimno ani na gorąco.

Hel – zastosowanie napełniania balonów, jego zdolność nośna jest wprawdzie dwukrotnie gorsza od zdolności nośnej wodoru, wykazuje jednak cenne zalety: nie jest palny i znacznie wolniej niż wodór dyfunduje przez powłokę balonu, mieszanina helu (80%) z tlenem (20%) używana jest jako gaz, którym oddychają nurkowie, przy podwyższonym ciśnieniu, hel rozpuszcza się we krwi w znacznie mniejszym stopniu niż azot, który w przypadku zbyt szybkiego wynurzania (zmiana ciśnienia) wydziela się w postaci banieczek zamykających naczynia krwionośne. gaz ochronny do spawania w atmosferze beztlenowej, ze względu na niską temperaturę wrzenia stosuje się do badań naukowych –kriogenika i jako czynnik chłodzący w reaktorach atomowych i w układach nadprzewodzących.

Neon – występowanie, otrzymywanie i zastosowanie zawartość neonu w powietrzu wynosi 0,00161% objętościow., otrzymuje się w procesie destylacji frakcyjnej ciekłego powietrza, głównymi produktami tego procesu są ciekły tlen i azot, neon zaś stanowi produkt uboczny, neon stosowany jest w lampach jarzeniowych dla uzyskania czerwono-pomarańczowego światła, lampy napełnione neonem stosuje się w reklamach świetlnych, do wykrywania wysokiego napięcia, skroplony zastosowany jest jako wydajne chłodziwo, neon jest pierwiastkiem biernym chemicznie, znane są jego niestabilne połączenia (klatraty) z wodą, toluenem i fenolem, metodą spektrometrii masowej udało się zidentyfikować jony: Ne+ w drobinach: NeAr+, NeH+ i HeNe+.

Argon – występowanie, otrzymywanie i zastosowanie zawartość argonu w powietrzu wynosi 0,9325%, objętościowych, niewielkie ilości argonu powstają w wyniku przemian promieniotwórczych - rozpadu jąder izotopu potasu otrzymuje się przez destylację frakcyjną skroplonego powietrza, znaczne ilości argonu gromadzą się także w gazach cyrkulujących w trakcie syntezy amoniaku, wytwarzanie tzw. atmosfery obojętnej (spawanie stopów glinu), do napełniania żarówek i lamp jarzeniowych (niebieskie światło), w elektronice do napełniania tyratronów – lamp gazowych i liczników promieniowania jonizującego. pierwiastek bierny chemicznie, tworzy jedynie nietrwałe hydraty: Ar∙6H2O.

Krypton – występowanie, otrzymywanie i zastosowanie zawartość tego pierwiastka w powietrzu wynosi 0,000108% objętościowych, otrzymuje się w procesie destylacji frakcyjnej skroplonego powietrza, stosowany w sprzęcie oświetleniowym - w mieszaninie z argonem używa się go w lampach fluorescencyjnych, produkcja lamp fotograficznych ilamp stroboskopowe używanych na pasach startowych lotnisk, izotop kryptonu 85Kr stosowany jest w radioanalizie chemicznej i w medycynie - terapia antynowotworowa,

Krypton – występowanie, otrzymywanie i zastosowanie obojętny chemicznie jednak bardziej reaktywny niż hel, neon czy argon: tworzy nietrwały hydrat Kr∙6H2O oraz klatraty (z hydrochinonem i toluenem), znane są związki kryptonu z fluorem: KrF2 i KrF4, kwas kryptonowy (H2KrO4) i sól tego kwasu - kryptonian baru (BaKrO4), zidentyfikowano także następujące jony: ArKr+, KrH+ oraz KrXe+.

Ksenon – występowanie, otrzymywanie i zastosowanie zawartość tego pierwiastka w powietrzu wynosi 0,000008% objętościowych, radon często towarzyszy złożom rud uranowych, występuje także w niewielkich ilościach niektórych źródłach wód mineralnych, otrzymuje się przez destylację frakcyjną powietrza jako produkt uboczny w procesie otrzymywania azotu i tlenu, stosowany jest w produkcji działek elektronowych, lamp stroboskopowych i antybakteryjnych i lamp używanych do konstrukcji laserów wysokiej mocy, tlenki ksenonu są używane w chemii analitycznej jako czynniki utleniające, izotopy 133Xe i 135Xe powstają w reaktorach jądrowych chłodzonych powietrzem, 133Xe ma zastosowanie w radioskopii.

Ksenon – reaktywność chemiczna znanych jest ok. 80 związków ksenonu z tlenem i fluorem, niektóre z tych związków posiadają barwę, reakcja stałego ksenonu i fluoru przebiega pod ciśnieniem 6 atmosfer w obecności katalizatorów niklowych, głównym produktem jest XeF4 ale powstają również w niewielkich ilościach XeF2 i XeF6: Xe(s) + 2 F2(g)  XeF4(s) Xe(s) + F2(g)  XeF2(s) Xe(s) + 3 F2(g)  XeF6(s) ksenon nie reaguje z innymi halogenami, ponadto otrzymano ksenonian sodu (VI) – Na2XeO4, , deuterek ksenonu XeD, wodorek ksenonu – XeH, tlenek kesononu(VI) XeO3 o właściwościach wybuchowych.

Radon – występowanie, otrzymywanie i zastosowanie towarzyszy złożom rud uranowych, w niewielkich ilościach występuje także w niektórych źródłach wód mineralnych, podstawowym źródłem tego pierwiastka jest izotop radu 226Ra: stosuje się w medycynie do leczenia chorób związanych z przemianą materii, chorób stawów i obwodowego układu nerwowego (kąpiele radonowe - z naturalnych wód zawierających radon lub nasycanych nim sztucznie), wykrywanie radonu odgrywa dużą rolę w geologii przy poszukiwaniu rud uranu,

Radon – reaktywność chemiczna tworzy lotne produkty w trakcie ogrzewania mieszaniny radonu z fluorem - RnF4 i chlorem pierwiastek ten reaguje z ciekłymi fluorkami halogenków: ClF3, BrF3, BrF5 tworząc jony Rn2+ , radon podobnie jak inne helowce tworzy klatraty z wodą, fenolem i toluenem, z innymi substancjami radon nie reaguje, produkty jego rozpadu promieniotwórczego mają właściwości onkogenne, znaczne stężenia radonu mogą występować w zamkniętych i nie wietrzonych pomieszczeniach zbudowanych z materiałów naturalnych (kamienie, piasek, żwir).  

Przykłady równań reakcji z udziałem ksenonu i jego związków Równanie reakcji Uwagi 0Xe + 2 0F2  IVXe-IF4 r. redox 2 VIIIXe-IIO4  IVXe-IIO2 + 0Xe + 0O2 2 IIXeF2  IVXeF4 + 0Xe IIXeF2 + 0Hg  0Xe + IIHgF2 3 IVXeF4  2 VIXeF6 + 0Xe IVXeF4 + 2 H2-IIO  0Xe + 4 HF + 0O2 2VIXe-IF6 + 3IVSiO2  2VIXeO3 + 3IVSi-IF4 VIXe-IIO3 + 4 Ba(OH)2  2 Ba2IVXeO4 + 0O2 + 4 H2O VIXeO3 + 6 K-II + 3H2SO4  0Xe + 3 0I2 + 3 K2SO4 + 3H2O 5 VIXeO3 +6 IIMnSO4 + 18 KOH 5 0Xe + 6 KVIIMnO4 + + 6 K2SO4 + 9 H2O