Vzácné plyny Základní charakteristika Prvky 18. skupiny (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn a Og) jsou často označovány souhrnným názvem vzácné plyny – protože jsou nereaktivní. Pro tyto prvky je charakteristické, že jejich valenční elektrony zcela zaplňují poslední vrstvu elektronového obalu. Jedná se o nekovy. Zcela zaplněné valenční orbitaly (u helia s orbital, u ostatních s a p orbitaly) jsou příčinou mimořádně nízké reaktivnosti prvků 18. skupiny, vyskytují se proto v přírodě jen jako samostatné atomy. Lehčí z těchto prvků netvoří žádné sloučeniny, těžší některé sloučeniny vytvářejí. Všechny jsou za normálních podmínek plynné látky, bez barvy a zápachu. Vzácné plyny, mají velice nízké teploty varu a jsou proto obtížně zkapalnitelné, dobře vedou elektrický proud a charakteristicky září. Jsou i rozpustné ve vodě. Lehčí z nich se svými vlastnosti blíží ideálním plynům. He – helium Historie: objev v r. 1868, Pierre-Jules Janssen a Joseph Norman Lockyer objevili novou spektrální čáru ve slunečném spektru – patřila heliu Vlastnosti: plyn bez barvy chuti a zápachu, velmi dobře vede elektrický proud (září intenzivně žlutě), teplota varu: -269°C, zůstává kapalné téměř až k teplotě absolutní nuly (-273,15 °C), teplota tání: -272,2°C, kapalné helium je tedy nejstudenější látka na světě. Zajímavou vlastností tekutého helia je supratekutost, což znamená, že kapalné helium nemá téměř žádné vnitřní tření a proto teče nesmírně rychle Výskyt: helium je po vodíku druhým nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru (23 %), na Zemi se vyskytuje ve vrchní vrstvách atmosféry, ale uniká do vesmíru. V atmosféře je v koncentraci asi 0,000524 %. Nejvíce je však zastoupeno jako součást zemního plynu (až 7%) Elektronegativita: 4,5 Významné sloučeniny: je zcela inertní, nevytváří žádné sloučeniny Příprava/výroba: frakční destilací zemního plynu Využití: plnění balónů a vzducholodí, ochranná atmosféra, zjišťování netěsností, světelné reklamy, kapalné helium jako chladící medium Ne – neon Historie: objev 1898 - Williamem Ramsayem a Morrisem Traversem - frakční destilací zkapalněného vzduchu Vlastnosti: plyn bez barvy chuti a zápachu, dobře vede el. proud (září oranžovo-červeně), teplota tání: -248°C, teplota varu: -246°C Výskyt: v zemské atmosféře v koncentraci asi 0,0018 %, Elektronegativita: 4,0 Významné sloučeniny: doposud nejsou známé žádné sloučeniny Příprava/výroba: převážně frakční destilací zkapalněného vzduchu Využití: světelné reklamy, kapalný neon jako chladící medium Ar – argon Historie: objev - lord Rayleigh a William Ramsay (1894) - zkoumáním spektrálních čar Vlastnosti: plyn bez barvy, chuti a zápachu, dobře vede elektrický proud (září většinou modrými barvami – podle koncentrace), teplota tání: -189°C, teplota varu: -185°C Výskyt: v zemské atmosféře v koncentraci asi 1% Elektronegativita: 3,9 Významné sloučeniny: jako jeden ze 3 vzácných plynů dokáže vytvářet tzv. klathráty Klathráty: jsou sloučeniny, které mají pouze „ideální“ nebo „limitní“ složení a existující jedině v pevné fázi. Jejich krystaly jsou tvořeny molekulami „hostujícími“ a „hostitelskými“. V krystalové mřížce „hostitelských“ molekul spojených vodíkovými můstky je vytvořena dutina, ve které je zachycena molekula „hostující“. Pravděpodobně nejznámější z klathrátů jsou klathráty, které tvoří Ar, Kr a Xe s hydrochinonem nebo vodou. Jsou poměrně stálé, uvolňují však plyn při rozpouštění nebo tání. Jsou známy klathráty s limitním složením 8Y.46H2O, Y.3R a 2Y.R'.17H2O (Y = Ar, Kr, Xe; R = hydrochinon, fenol; R' = aceton, chlorid uhličitý). Jejich praktické použití je spojeno s potřebou zabránit úniku radioaktivních izotopů vzácných plynů, které vznikají v jaderných reaktorech. Příprava/výroba: frakční destilací zkapal. vzduchu Využití: inertní plyn při svařování, balicí plyn E 938 v potravinářství, izolační plyn v oknech, ve směsi s dusíkem a oxidem uhličitým se používá jako náplň hasicích přístrojů, natlakovaný argon se používá pro nafukování airbagů v automobilu, využívá se také v reklamních osvětleních, záři většinou modře. Kr – krypton Historie: objev - sir William Ramsay a Morrise Travers (1898) – frakční destilace zkapal. vzduchu Vlastnosti: plyn bez barvy, chuti a zápachu, dobře vede elektrický proud (září světle fialově, při nízkých koncentracích až bíle), některé izotopy jsou radioaktivní (např. ^85Kr), teplota tání: -157°C, teplota varu: -153°C Výskyt: v zemské atmosféře v koncentraci asi 0,0001 %, vzniká také jako jeden z produktů radioaktivního rozpadu uranu a lze jej nalézt v plynných produktech jaderných reaktorů. Elektronegativita: 3,6 Významné sloučeniny: existují některé známé a nestabilní sloučeniny kryptonu s fluorem – např. fluorid kryptonatý KrF[2], který vzniká účinkem elektrického výboje nebo rentgenového záření na směs kryptonu a fluoru při nízké teplotě (-196 °C) a již za laboratorní teploty je nestabilní. Fluorid kryptonatý je nejsilnějším známým oxidačním činidlem. Tvoří také klathráty Příprava/výroba: frakční destilací zkapal. vzduchu Využití: plnění izolačních dvojskel, ve výbojkách (fialová až bílá barva). Díky tomu, že některé jeho izotopy podléhají radioaktivní přeměně, lze krypton použít při datování stáří. Izotop ^81mKr (metastabilní – stabilní jen krátce, poločas rozpadu - 13,1 s) se využívá v lékařství při diagnostice plicní ventilace – tzv. scintigrafii. Xe – xenon Historie: objev v r. 1898 - William Ramsay a Morris Travers – frakční destilace zkapal. vzduchu Vlastnosti: plyn bez barvy, chuti a zápachu, dobře vede el. proud (září fialově), teplota tání: -112°C, teplota varu: -108°C Výskyt: v zemské atmosféře v koncentraci asi 0,000008%, byl objeven také v některých minerálních pramenech, vzniká totiž také jako produkt radioaktivního rozpadu některých prvků. Vyskytuje se rovněž v plynných produktech jaderných reaktorů. Elektronegativita: 2,2 Významné sloučeniny: tvoří nejvíce sloučenin ze všech vzácných plynů. Tvoří sloučeniny především s fluorem, kyslíkem, ale také s chlorem, může dosáhnout až oxidačního stavu +VIII, dále pak +II, +IV a +VI. Tvoří také klathráty. Fluorid xenonatý (XeF[2]): lze připravit ozařováním směsi fluoru s xenonem slunečním světlem. Je silným oxidovadlem. Fluorid xenoničitý (XeF[4]): vzniká rovněž reakcí xenonu a fluoru. Je silnějším fluoračním činidlem než fluorid xenonatý. Fluorid xenonový (XeF[6]): pro jeho přípravu je třeba ještě vyšší tlak a velký přebytek fluoru v reakční směsi. S vodou prudce reaguje a výsledným produktem je oxid xenonový. rovnice Oxid xenonový (XeO[3]): se získává úplnou hydrolýzou XeF[6], je v suchém stavu extrémně explozívní. Má silné oxidační účinky. rovnice rovnice Oxid xenoničelý (XeO[4]): explozivní plyn Příprava/výroba: frakční destilací zkapalněného vzduchu Využití: ve výbojkách, používá se také jako anestetikum, některé izotopy xenonu se podobně jako u kryptonu používají v lékařské diagnostice při scintigrafii Rn – radon Historie: objev v r. 1900 - Friedrich Ernst Dorn - při zkoumání radioaktivního rozpadu radia Vlastnosti: plyn bez barvy, chuti a zápachu, je radioaktivním prvkem, tudíž podléhá radioaktivní přeměně. Existuje několik izotopů radonu, žádný však není stabilní, nejdelší poločas rozpadu má ^222Rn – 3,82 dne. V přírodě se ve stopovém množství vyskytují ještě další dva izotopy radonu: ^220Rn a ^219Rn, jejichž poločas rozpadu má hodnoty v řádech sekund. Rozpadem radonu pak vzniká polonium. Také dobře vede el. proud. Radon se může z místa vzniku šířit vzduchem a produkty vzniklé jeho rozpadem mají negativní vliv na dýchací ústrojí, mohou způsobit rakovinu plic. Teplota tání: -72°C, teplota varu: -65°C. Výskyt: výskyt radonu v atmosféře je ze všech vzácných plynů úplně nejnižší, na hranici detekci těch nejcitlivějších přístrojů. V zeminách i pevných horninách jsou obsaženy stopová množství některých radioaktivních prvků – uranu nebo thoria. Součástí rozpadových řad těchto prvků je pak i radon, který vzniká rozpadem radia. Stejným způsobem se radon dostává i do vývěrů některých minerálních vod. Elektronegativita: 2,0 Významné sloučeniny: podobně jako krypton tvoří sloučeniny jen velmi vzácně, například s fluorem – RnF[2], dále chlorem nebo kyslíkem, sloučeniny jsou velmi silnými oxidačními činidly, jsou ale nestálé. Příprava/výroba: lze ho chemicky získat z chloridu radnatého (RaCl[2]) Využití: studium obsahu izotopů radonu v podzemních vodách slouží v geologii k určení jejich původu a stáří, dále pro krátkodobé lokální ozařování vybraných tkání v medicíně, v lázeňské léčbě - radonová voda (voda obsahující rozpuštěný radon) se používá např. v jáchymovských lázních k léčbě některých chronických chorob pohybového aparátu. Og – oganesson Historie: byl poprvé syntetizován v Rusku (Dubna) ve spolupráci s USA (Livermore) v r. 2002, je pojmenován podle profesora Jurije Oganesjana. Vlastnosti: silně radioaktivní, pravděpodobně plynný chemický prvek s velmi krátkým poločasem rozpadu. Jeho chemické a fyzikální vlastnosti nebyly doposud spolehlivě určeny. Výskyt: v přírodě se oganesson nenalézá Příprava/výroba: připravuje se uměle jadernými reakcemi. Byl připraven v urychlovači částic srážkami atomů vápníku s atomy kalifornia. Využití: praktické využití oganesson ani jeho sloučeniny, kromě vědeckého výzkumu, nemá.