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VIII. Hauptgruppe – Überblick 05:03 min

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Transkript VIII. Hauptgruppe – Überblick

Guten Tag und herzlich willkommen. Wir befassen uns heute mit den chemischen Elementen Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon. Man bezeichnet diese Elemente auch als die Edelgase. Sie gehören zur achten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. In diesem Video wollen wir uns einen Überblick verschaffen. Wir beginnen mit den Namen bzw. deren Herkunft. He ist das Symbol für Helium. Das ist abgeleitet vom Griechischen helios, was Sonne bedeutet. Ne steht für Neon, was aus dem Griechischen kommt, to neon (das Neue). Ar ist das Symbol für Argon. Das stammt aus dem Griechischen argos (das Träge). Kr steht für Krypton, das kommt auch aus dem Griechischen kryptos (verborgen). Xe ist das Symbol für Xenon, das stammt ebenfalls aus dem Griechischen, to xenon (das Fremde). Rn ist das Symbol für Radon. Der Name stammt aus dem Lateinischen, radius (Strahl). Der Name weist auf die Radioaktivität des Elementes hin. Alle Edelgase sind äußerst reaktionsträge und selten. Die Geschichte der Entdeckung der Edelgase ist äußerst instruktiv. Das chemische Element Helium wurde 1868 entdeckt, von den beiden Wissenschaftlern Jules Janssen und Norman Lockyer. Sie fanden dieses Element im Sonnenspektrum. Das Spektrum des Heliums sieht so aus. Dabei begann es schon viel früher, und zwar 1783 durch eine Entdeckung von Henry Cavendish. Cavendish befasste sich mit der Verbrennung von Luft, das heißt genauer gesagt, mit deren größten Anteil, mit der Verbrennung Stickstoffs. Dabei bildeten sich die nitrosen Gase, die Stickstoffoxide. Nach gründlicher Auswertung fand Cavendish am Ende des Versuchs immer noch einen Rest anderer Gase. Heute wissen wir, dass es die Edelgase waren. Das Edelgas Argon wurde 1894 entdeckt durch William Ramsay und Lord Rayleigh. Die chemischen Elemente Neon, Krypton und Xenon wurden etwas später gefunden. Und zwar alle im gleichen Jahr, 1898. Die Entdecker waren William Ramsay und Morris William Travers. Und schließlich entdeckte man Radon. Das war im Jahre 1900. Sein Entdecker war Friedrich Ernst Dorn. Betrachten wir nun eine wichtige physikalische Eigenschaft: die Phasenübergänge. Schmelztemperaturen und Siedetemperaturen. Bei der graphischen Darstellung von Schmelz -und Siedetemperaturen stellen wir zwei wichtige Dinge fest. 1. Die Schmelz- und Siedetemperaturen liegen dicht beieinander. Die Phasenübergangstemperaturen zeigen niedrige Werte. Die Schmelz -und Siedetemperaturen nehmen innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten zu. Betrachten wir nun die Dichte in g/l. Die Angaben gelten für Normbedingungen. Für 0°C und 1,01325 bar. Die Angaben in g/l lauten von oben nach unten: 0,18, 0,90, 1,78, 3,74, 5,89 und 9,96. Die Dichte steigt innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten. Zum Schluss noch einige Worte über die Reaktivität. Helium ist völlig träge. Von Neon und Argon sind keine Verbindungen bekannt. Es gelang Verbindungen des Kryptons und Xenons zu synthetisieren. Radon ist chemisch nur wenig untersucht, da es radioaktiv und sehr selten ist. Die Reaktivität der Edelgase nimmt innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten zu. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.

VIII. Hauptgruppe – Überblick Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video VIII. Hauptgruppe – Überblick kannst du es wiederholen und üben.

  • Bestimme die Schmelztemperaturen der Edelgase.

    Tipps

    Sinkt oder steigt die Siedetemperatur innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten?

    Die Heliumatome sind die Leichtesten in der Hauptgruppe.

    Lösung

    Die Edelgase haben sehr niedrige Siede- und Schmelztemperaturen. Helium schmilzt zum Beispiel bei ungefähr -272,2 °C und selbst Radon, das die höchste Schmelztemperatur bei den Edelgasen besitzt, schmilzt bei -71°C. Die Schmelztemperaturen steigen innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten. Bei den Edelgasen liegen Schmelz- und der Siedepunkt sehr dicht beieinander. Das bedeutet, der Temperaturbereich, in dem ein Edelgas flüssig ist, ist sehr gering.

  • Entscheide, welche Elemente zu den Edelgasen gehören.

    Tipps

    In welcher Hauptgruppe stehen die Edelgase?

    Lösung

    Die Edelgase stehen in der achten Hauptgruppe. Das bedeutet, dass sie eine voll besetzte Außenschale besitzen. Besitzt ein Element eine vollbesetzte Außenschale, ist es sehr reaktionsträge. Edelgase reagieren nicht oder nur ganz selten mit anderen Elementen. Zu den Edelgasen gehören:

    • Helium (He),
    • Neon (Ne),
    • Argon (Ar),
    • Krypton (Kr),
    • Xenon (Xe) und
    • Radon (Rn).

  • Ordne den einzelnen Edelgasnamen die griechische Bedeutung zu.

    Tipps

    Wo wurde Helium das erste Mal entdeckt?

    Lösung

    Viele Namen chemischer Elemente stammen aus dem Griechischen. Das liegt daran, dass viele Alchemisten (die Vorgänger der Chemie) aus Griechenland kamen. Die Elemente, die die Alchemisten entdeckten, bekamen dann auf Grund ihrer Eigenschaften griechische Namen. Diese Tradition setzte sich auch lange Zeit in der Chemie fort. Sehr lange waren Griechisch und Latein die Sprachen der Wissenschaft.

  • Erkläre, wie man die Edelgase voneinander unterscheiden könnte.

    Tipps

    Hat die Dichte einer Substanz Einfluss auf ihr Gewicht?

    Bei der Gasentladung durchfließt Strom die einzelnen Gase.

    Lösung

    Edelgase unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. Sie haben unterschiedliche Schmelz- und Siedetemperaturen und die Dichte steigt innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten. Die Masse eines Stoffes lässt sich mit der Formel $m= \varrho \cdot V$ berechnen. $ \varrho$ steht dabei für die Dichte und $V$ für das Volumen. Je höher die Dichte eines Stoffes ist, desto schwerer ist die Substanz.

    Jedes Edelgas zeigt eine andere Färbung bei der Gasentzündung. Bei der Gasentzündung wird in einer Geißlerröhre Strom durch das Gas geleitet. Dabei zeigt sich farbiges Licht.

    • Helium = weißrosa
    • Neon= rotorange
    • Argon =pink
    • Krypton=hellblau
    • Xenon= blaulila
    Durch diesen Farbeffekt lassen sich Edelgase gut für bunte Leuchtreklame einsetzen.

  • Beschreibe die Dichte der Edelgase.

    Tipps

    Sinkt oder steigt die Dichte innerhalb der VIII. Hauptgruppe von oben nach unten?

    Welches Gas wird häufig zum Befüllen von Luftballons verwendet und erhöht beim Einatmen die Stimme?

    Lösung

    Edelgase und die Luft
    In unserer Atemluft sind Edelgase nur in einem geringen Prozentsatz vertreten. Die Luft hat bei 20°C auf der Meerespiegelhöhe etwas die Dichte von 1,2041 kg/m³. Innerhalb der achten Hauptgruppe steigt die Dichte von oben nach unten.

    Helium besitzt eine Dichte von 0,1785kg/m³ und ist damit leichter als Luft. Es eignet sich gut zum Befüllen für Heißluftballons, weil es im Gegensatz zu Wasserstoff nicht brennbar ist. Es ist allerdings ein sehr teures Gas und hat einen sehr kleinen Ionenradius. Heißluftballons brauchen deshalb ein sehr engmaschiges Material, das möglichst wenig vom Helium durchlässt.

  • Beschreibe die Eigenschaften von Edelgasen.

    Tipps

    Welche Information über den Bau eines Atoms erhälst du über die Hauptgruppennummer?

    Edelgase sind auch Bestandteil unserer Atemluft.

    Lösung

    Als Elemente der VIII. Hauptgruppe haben Edelgase eine vollbesetzte Außenschale (Edelgaskonfiguration). Diese vollbesetzte Außenschale ist ein energetisch sehr stabiler Zustand.

    Alle Atome im Periodensystem versuchen, diesen Zustand zu erreichen, und reagieren mit anderen Atomen. Die Edelgase bilden hier eine Ausnahme, weil sie diesen Zustand schon erreicht haben. Deshalb kommen Edelgase auch als einzelne Atome vor und bilden keine Moleküle aus. Edelgase sind im Wasser unlöslich. Wegen der Edelgaskonfiguration sind sie sehr reaktionsträge.

    Dennoch steigt die Reaktivität innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten. Das lässt sich damit erklären, dass mit der Periode auch die Anzahl der Elektronenschalen steigt. Das bedeutet, die Valenzelektronen (Außenelektronen) sind immer weiter vom Atomkern und dessen Anziehungskraft entfernt und werden damit reaktionsfreudiger.