Vzácné plyny

≺ Vzácné plyny
IUPAC skupina	18
CAS skupina	VIII. A
Typická elektronová konfigurace	ns2 np6
Počet valenčních elektronů	8

Vzácné plyny (neboli ušlechtilé plyny) jsou členy 18. skupiny periodické tabulky. Mezi vzácné plyny patří helium, neon, argon, krypton, xenon a radon. Někdy se k nim připojuje ještě oganesson, který patří do stejné skupiny, ale jehož vlastnosti zatím nejsou známy.

Tyto prvky jsou velmi málo reaktivní, ale nejsou zcela netečné, takže označení netečné či inertní plyny je nepřesné. Příčinou nízké reaktivity a dalších specifických chemických vlastností je dokonalé zaplnění vnější elektronové slupky, protože atom se zaplněným valenčním orbitalem jen velmi těžko přijímá či ztrácí vazebný elektron.

Objevitelem většiny ušlechtilých plynů byl britský chemik William Ramsay, první sloučeniny vzácných plynů vytvořil v laboratoři angloamerický chemik Neil Bartlett.

Vlastnosti

Všechny jsou plynné látky, bez barvy a zápachu. Velmi dlouho se předpokládalo, že se nezúčastňují žádných chemických reakcí. V šedesátých letech minulého století se však podařilo vytvořit některé sloučeniny např. fluorid a oxyfluoridy kryptonu, xenonu a radonu, i kyslíkové sloučeniny (xenoničelany). Chemická reaktivita těchto plynů je přesto velmi malá, protože mají zcela zaplněné valenční orbitaly s²p⁶ (helium pouze s²). V souvislosti s tím mají také velmi vysokou ionizační energii. Všechny se vyskytují v podobě jednoatomových částic. Mají nízké teploty tání a varu (helium dokonce za normálního tlaku nelze převést do tuhého stavu).

Svými vlastnostmi je unikátní helium, které za atmosférického tlaku za velmi nízkých teplot kapalní, ale neztuhne - přejde ve supratekutou kapalinu. Další základní informace k vzácným plynům jsou uvedeny v tabulce.

Vlastnost	Helium	Neon	Argon	Krypton	Xenon	Radon	Oganesson
Protonové číslo	2	10	18	36	54	86	118
Počet přirozených izotopů	2	3	3	6	9	(1)	0
Atomová hmotnost	4,002	20,179	39,948	83,8	131,29	(222,018)	(294)
Obsah v suchém vzduchu/ppm obj.	5,24	18,18	9340	1,14	0,087	Proměnlivá stopová množství	0
Obsah ve vyvřelých horninách	3×10⁻³	7×10⁻⁵	4×10⁻²	-	-	1,7×10⁻¹⁰	0
Elektronová konfigurace vnější sféry	1s²	2s²2p⁶	3s²3p⁶	4s²4p⁶	5s²5p⁶	6s²6p⁶	7s²7p⁶
První ionizační energie/kJ*mol⁻¹	2 372	2 080	1 520	1 351	1 170	1 037	820–1130
Teplota varu/K	4,215	27,07	87,29	119,7	165,04	211	320–380
Teplota varu/°C	-268,93	-246,06	-185,86	-153,35	-108,13	-62	50–110
Teplota tání/K	Za normálního tlaku není tuhé	24,55	83,78	115,90	161,30	202	?
Teplota tání/°C	Za normálního tlaku není tuhé	-248,61	-189,37	-157,20	-111,80	-71	?
ΔH_výp/kJ*mol⁻¹	0,08	1,74	6,52	9,05	12,65	18,1	(19,4)
Hustota za standardních podmínek/mg*cm⁻³	0,178	0,9	1,784	3,749	5,897	9,73	(13,65)
Tepelná vodivost při 0 °C/Js⁻¹m⁻¹*K⁻¹	0,143	0,046	0,016	0,008	0,005	?	?
Rozpustnost ve vodě při 20 °C/cm³*kg⁻¹	8,61	10,5	33,6	59,4	108,1	230	?

Výskyt v přírodě

Všechny vzácné plyny se vyskytují ve vzduchu. Nejzastoupenější je argon, který tvoří přibližně 0,93 objemových % zemské atmosféry. Kromě vzduchu se zejména helium vyskytuje v zemním plynu (až 25 %). Helium je druhým nejrozšířenějším prvkem vesmíru a jako takové se vyskytuje ve všech hvězdách. Radon v přírodě vzniká radioaktivním rozpadem radia, které je součástí hornin. Z těchto hornin se poté radon postupně uvolňuje, což může být problém pro obyvatele dané lokality, z hlediska zvýšeného množství radioaktivity.

Získávání a výroba

Plyny	Ceny za rok 2004(USD/m³)^[1]
Helium (průmyslová výroba)	4,20–4,90
Helium (laboratorní výroba)	22,30–44,90
Argon	2,70–8,50
Neon	60–120
Krypton	400–500
Xenon	4000–5000

Neon, argon, krypton, xenon jsou získávány frakční destilací ze vzduchu. Helium se vyrábí oddělením od zemního plynu, radon je získáván z produktu radioaktivního rozpadu (radnaté soli). Tržní ceny vzácných plynů jsou ovlivněny jejich přirozeným výskytem v přírodě. Argon je nejlevnější a xenon nejdražší. Ceny za rok 2004 ve Spojených státech pro laboratorní množství každého plynu jsou uvedeny v tabulce vpravo (USD/m3).

Využití

Všechny vzácné plyny, kromě radonu, se využívají v osvětlovací technice jako výplň výbojek. Helium se kromě toho také využívá při plnění balónů, balónků, vzducholodí a dalších nafukovacích předmětů - je lehčí než vzduch a na rozdíl od vodíku není výbušné. Dále se helium využívá v analytické chemii jako nosič v plynové chromatografii, dále při hmotnostní spektrometrii a při rentgenové fluorescenci. Kapalné helium se využívá při NMR (nukleárně magnetická rezonance). Navíc mimořádně nízká teplota varu předurčuje kapalné helium jako jedno ze základních médií pro kryogenní techniky, především pro výzkum i praktické využití supravodivosti a supratekutosti různých materiálů. Díky inertnosti se dají vzácné plyny použít jako inertní atmosféra - zejména argon ve směsi s dusíkem. Vzácné plyny se používají k hašení, zejména ve stabilních hasicích zařízeních. Nejčastěji používanými hasebními plyny v budovách jsou čistý dusík, Argonit a Inergen.

Pět trubic s elektrickými výboji pěti ze šesti přirozeně se vyskytujících vzácných plynů; zleva doprava: helium, neon, argon, krypton, xenon (radon nezobrazen).

Odkazy

Reference

↑ Hwang, Shuen-Chen; Lein, Robert D.; Morgan, Daniel A. Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. [s.l.]: Wiley, 2005. DOI 10.1002/0471238961.0701190508230114.a01. Kapitola Noble Gases, s. 343–383.

Literatura

F. A. Cotton - G. Wilkinson, Anorganická chemie, 1. vyd., Academia, 1973
Jursík F.: Anorganická chemie nekovů. 1. vyd. 2002. ISBN 80-7080-504-8 (elektronická verze)
Dr. Heinrich Remy, Anorganická chemie 1. díl, 1. vydání 1961
N. N. Greenwood - A. Earnshaw, Chemie prvků 1. díl, 1. vydání 1993 ISBN 80-85427-38-9

Související články

Mnemotechnické pomůcky – chemie

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu vzácné plyny na Wikimedia Commons
Seznam děl v Souborném katalogu ČR, jejichž tématem je vzácný plyn

[kirk-1] Hwang, Shuen-Chen; Lein, Robert D.; Morgan, Daniel A. Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. [s.l.]: Wiley, 2005. DOI 10.1002/0471238961.0701190508230114.a01. Kapitola Noble Gases, s. 343–383.

[1]