ELEMENTI 18. GRUPE PLEMENITI PLINOVI

relativno hemijski inertnivolumni udio plinova u atmosferi (%):

He 5,0·10-4; Ne 1,8·10-3; Ar 0,98 ; Kr 1,1·10-4; Xe 8,0·10-6 . (Rn –radon je produkt radioaktivnog raspada a i sam se radioaktivno raspada s vremenom poluraspada od 3,8 dana)

osim radona svi ostali p.p. mogu se dobiti ukapljivanjem i frakcionom destilacijom tečnog zraka

Tabela 1: Svojstva atoma i elementarnih tvari elemenata 18. grupe

Helij Neon Argon Kripton

Ksenon Radon

Redni broj 2 10 18 36 54 86

Rel. atomska masa 4,0 20,2 39,9 83,8 131,3 222

Prva E ionizac./eV 24,6 21,6 15,8 14,0 12,1 10,8

Talište/°C - -248,7 -189,4 -157,3 -111,9 -113

Vrelište/°C -268,9 -246 -185,24 -152,3 -108,1 -65

Atomi svih p.p. imaju elektronske konfiguracije s popunjenim valentnim orbitalama (ns2np6):

He 1s2

Ne 2s22p6

Ar 3s23p6

Kr 4s24p6

Xe 5s25p6

Rn 6s26p6

Dva elektrona atoma He i osam elektrona atoma svakog drugog p.p. vrlo su stabilne konfiguracije. Ti elementi ne mogu primiti ni jedan elektron a da se ne počne popunjavati nova ljuska ( He i Ne) ili podljuska istog glavnog kvantnog broja. Velike vrijednosti za energiju ionizacije p.p. ukazuju da vrlo teško mogu otpuštati elektrone. Popunjene s-orbitale, odnosno s- i p-orbitale odgovarajućih kvantnih stanja ne dopuštaju ovim elementima međusobno spajanje.

Primjer za helij: dvije s-orbitale, od svakog atoma po jedna, trebale bi praviti dvije molekulske orbitale: jednu veznu i jednu protuveznu *. Četiri elektrona, od svakog atoma He po dva, mogla bi se smjestitiu ove orbitale, u svaku po dva. Kako je energija protuveznih orbitala veća od energije veznih orbitala, molekula se ne stvara. Osim toga, i red veze za ovu molekulu bio bi nula. Zato se p.p. međusobno ne spajaju i ne čine molekule kao ostali plinovi, nego u normalnim uslovima postoje u monoatomskom stanju.

Iako nisu do sada otkriveni spojevi p.p., postoji mogućnost da prave spojeve s drugim elementima. Tako ksenon ima popunjene s- i p-orbitale petog kvantnog stanja, ali su razlike između orbitala viših kvantnih stanja tako male da je moguće raspariti jedan ili dva elektronska para i elektrone prebaciti u d-orbitale petog kvantnog stanja.

Molekulski O2 daje sa PtF6 čvrsti spoj O2PtF6. Analizom rendgenskim zracima utvrđeno je da se ovaj spoj sastoji od kationa O2

+ i aniona PtF6-. Kako je

energija ionizacije molekuka O2 –e → O2- 12,2 eV, vrlo

blizu energiji ionizacije ksenona Xe2 –e → Xe2- 12,1 eV,

bilo je vjerovatno da se ova reakcija može izvesti sa ksenonom.

1962.g izvršen je taj pokušaj miješanjem tamnocrvenih para PtF6

s viškom Xe na sobnoj temp., nastao je čvrst žuti produkt ksenonovog heksafluoroplatinata(V), Xe+ PtF6

-, prvi stvarni spoj p.p. Xe(g) + PtF6(g) → Xe PtF6(s)

Dobijeni su još spojevi ksenona sa florom i kisikom, i neki spojevi kriptona i radona.

Dobivanje ksenonovog tetrafluorida: smjesa Xe i F u odnosu 1:5 provodi se kroz zagrijanu niklenu cijev (4000C) i dobiveni produkt naglo ohladi.

XeF4 je bezbojna čvrsta tvar s talištem 1000C. Variranjem početnog odnosa Xe i F te promjenom vremena zagrijavanja smjese, mogu se dobiti i XeF2 i XeF6 -bezbojni i čvrsti.

Sva tri spoja se rastvaraju u HF, ali je rastvor ioniziran prema reakciji:

XeF6(s) + H F → XeF5+ + HF2

-

Ovi spojevi reaguju s vodom na različite načine. XeF2

oksidira vodu na O2: +2 -2 0 0

2XeF2(s) + 2H2O → O2(g) + 2Xe(g) + 4HF

Reakcija XeF2 s vodom ovisi o pH. U kiseloj sredini nastaju spojevi Xe(VI), možda H6XeO6 i XeOF4:

XeF2 (s) + 6H2O → + H6XeO6 + 6HF 

XeF6(s) + H2O → + XeOF4 + 2HF U baznoj sredini disproporcionira na elementarni Xe i

perksenatni ion XeO64-:

+6 0 +8

4XeF6(s) + 36OH- → Xe(g)+ 3XeO64- + 24F- + 18H2O

 Među atomoma p.p. postoje samo vrlo slabe Van der

Waalsove sile, koje rastu sa porastom broja elektrona u atomu; najmanje su kod He. Zato je od svih plinova najteže ukapljiti helij koji ima najniže vrelište. Vrelište ostalih plinova raste s porastom broja elektrona u atomu.

Dobivanje i upotreba Helij- dobiva se iz prirodnih plinova koji izlaze iz izvora nafte u Texasu,

SAD- volumni udio He 2%. Upotreba: za punjenje balona, zbog male gustoće i inertnosti;daje se roniocima kao “helijev zrak” (vol. udio 21% O2 i 79% N2)

umjesto atmosferskog zraka jer se helij manje rastvara u krvi nego azot;za ispitivanje materije pri vrlo niskim temperaturama, pri hlađenju do

2,18 K i 1,013 bara (tzv. lambda-tačka) mijenja se u tečnost Helij II Neonza punjenje reklamnih svijetlećih cijevi Argonu tehnici zavarivanja daje inertnu atmosferu koja štiti varza punjenje sijalica koristi se smjesa u kojoj je vol. udio N2 15%, a Ar

85% Kripton i ksenonza punjenje električnih sijalica (termička vodljivost p.p. opada s

porastom atomske mase, pa sijalica može biti manja)