Dlaczego Gazy Szlachetne Są Mało Aktywne Chemicznie
No dobrze, spróbujmy wyjaśnić, dlaczego gazy szlachetne są tak mało aktywne chemicznie. Wyobraź sobie, że to tak, jakbyś pytał, dlaczego niektórzy ludzie wolą siedzieć w domu i nie wychodzić na imprezy. Gazy szlachetne, podobnie jak tacy ludzie, mają swoje powody, by trzymać się z dala od „chemicznych imprez”, czyli reakcji chemicznych.
Gazy szlachetne, znane również jako helowce, to grupa pierwiastków, które znajdziemy w ostatniej, 18 grupie układu okresowego. Są to: hel (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), ksenon (Xe) i radon (Rn). Czasem do tej grupy zalicza się również oganeson (Og), chociaż jego właściwości są mniej znane ze względu na jego niestabilność.
Żeby zrozumieć ich „niechęć” do reagowania, musimy przyjrzeć się ich budowie atomowej, a konkretnie temu, jak rozmieszczone są elektrony wokół jądra atomu. Pamiętasz, że atomy składają się z jądra, w którym są protony i neutrony, oraz z elektronów, które krążą wokół jądra na różnych poziomach, zwanych powłokami elektronowymi. Każda powłoka może pomieścić określoną liczbę elektronów. Pierwsza powłoka (K) może pomieścić maksymalnie 2 elektrony, druga (L) – 8, trzecia (M) – 18, i tak dalej.
Teraz najważniejsze: gazy szlachetne mają pełne (w przypadku helu) lub prawie pełne (w przypadku pozostałych gazów) ostatnie powłoki elektronowe. Co to znaczy? Oznacza to, że mają one konfigurację elektronową, która jest bardzo stabilna i nie dąży do jej zmiany.
Wyobraź sobie, że masz pudełko na klocki, które jest dokładnie wypełnione. Nie chcesz dodawać więcej klocków, bo nie ma miejsca, ani wyjmować klocków, bo pudełko przestanie być pełne i stabilne. Tak samo jest z gazami szlachetnymi. Ich ostatnia powłoka elektronowa jest „pełna”, więc nie potrzebują one ani oddawać, ani przyjmować elektronów, aby stać się bardziej stabilne. A oddawanie i przyjmowanie elektronów to właśnie to, co dzieje się podczas reakcji chemicznych!
Atomy, które nie mają pełnych powłok elektronowych, „chcą” je uzupełnić, aby stać się bardziej stabilne. Robią to poprzez łączenie się z innymi atomami i tworzenie wiązań chemicznych. Mogą oddawać elektrony, przyjmować elektrony lub dzielić się elektronami. To właśnie ta "chęć" do uzupełnienia powłoki elektronowej napędza reakcje chemiczne.
Ale gazy szlachetne są inne. One już są "szczęśliwe" i stabilne, więc nie potrzebują łączyć się z innymi atomami. Dlatego są tak mało aktywne chemicznie. Nie chcą uczestniczyć w żadnych "chemicznych imprezach"!
Hel ma tylko jedną powłokę elektronową (K), która może pomieścić maksymalnie 2 elektrony. Hel ma właśnie 2 elektrony, więc jego powłoka jest pełna. Dlatego hel jest bardzo stabilny i nie reaguje z innymi pierwiastkami.
Neon ma dwie powłoki elektronowe (K i L). Pierwsza powłoka jest pełna (2 elektrony), a druga powłoka ma 8 elektronów, co również jest pełną konfiguracją. Podobnie jest z argonem, kryptonem, ksenonem i radonem. Ich ostatnie powłoki elektronowe są wypełnione 8 elektronami (tzw. oktet elektronowy), co czyni je bardzo stabilnymi.
Oktet elektronowy to klucz do zrozumienia dlaczego gazy szlachetne są tak niereaktywne. Większość pierwiastków dąży do uzyskania konfiguracji elektronowej podobnej do gazów szlachetnych, czyli do posiadania 8 elektronów na ostatniej powłoce. Dlatego właśnie łączą się ze sobą i tworzą związki chemiczne. Gazy szlachetne już mają ten oktet, więc nie muszą nic robić!
Oczywiście, to nie znaczy, że gazy szlachetne są zupełnie niereaktywne. W ekstremalnych warunkach, takich jak bardzo wysokie ciśnienie lub bardzo niskie temperatury, niektóre z nich (szczególnie te cięższe, takie jak ksenon i krypton) mogą tworzyć związki chemiczne z bardzo reaktywnymi pierwiastkami, takimi jak fluor i tlen. Na przykład, znane są związki ksenonu z fluorem, takie jak XeF2, XeF4 i XeF6. Związki te są jednak stosunkowo niestabilne i powstają tylko w specyficznych warunkach.
Dlaczego cięższe gazy szlachetne są bardziej skłonne do reagowania niż lżejsze? Wynika to z faktu, że ich elektrony walencyjne (czyli te na ostatniej powłoce) są dalej od jądra atomu i są słabiej przez nie przyciągane. To sprawia, że łatwiej jest je oderwać od atomu i wykorzystać do tworzenia wiązań chemicznych.
Hel i neon są wyjątkowo niereaktywne ze względu na mały rozmiar atomów i silne przyciąganie elektronów przez jądro. Trudno jest zaburzyć ich stabilną konfigurację elektronową.
Warto też wspomnieć o zastosowaniach gazów szlachetnych, które wynikają właśnie z ich niereaktywności. Hel jest używany do napełniania balonów i sterowców, ponieważ jest lżejszy od powietrza i niepalny. Argon jest używany jako gaz ochronny podczas spawania, aby zapobiec utlenianiu się metali. Neon jest używany w neonowych reklamach, ponieważ emituje charakterystyczne światło pod wpływem prądu elektrycznego. Krypton i ksenon są używane w lampach błyskowych i laserach. Radon, ze względu na swoją radioaktywność, jest stosowany w radioterapii.
Niereaktywność gazów szlachetnych ma również znaczenie w przemyśle chemicznym. Są one używane jako gazy obojętne w procesach, gdzie obecność innych substancji mogłaby zakłócić reakcję lub spowodować niepożądane produkty uboczne.
Podsumowując, gazy szlachetne są mało aktywne chemicznie, ponieważ mają pełne lub prawie pełne ostatnie powłoki elektronowe. To sprawia, że są bardzo stabilne i nie potrzebują oddawać, przyjmować ani dzielić się elektronami, aby stać się bardziej stabilne. Ich niereaktywność jest wykorzystywana w wielu różnych zastosowaniach, od napełniania balonów po ochronę podczas spawania. H2 także w niektórych zastosowaniach przemysłowych jest używany jako gaz obojętny, ale w mniejszym stopniu ze względu na jego wysoką reaktywność z tlenem.
