...sie sich zu edel sind, um mit etwas zu reagieren."
Welt.de veröffentlicht regelmäßig kleine Artikel zu Chemie. Ich finde die gar nicht so unansehnlich (obwohl ich nicht immer bedingungslos Ja und Amen zu ihnen sagen würde). Diesmal geht es um Helium und wie lange es noch vorhalten wird. Dabei ist mir ein kleiner Satzteil ins Auge gesprungen, der da lautet:
Es ist bei weitem nicht falsch, aber so ganz richtig ist es eigentlich auch nicht. Jedenfalls nicht in diesem rigorosen Ton.
Eines wird uns schon sehr früh beigebracht: Edelgase heißen Edelgase, weil sie sich zu edel sind, um mit etwas zu reagieren. Das war lange Zeit auch so unbestritten, auch wenn es die ein oder andere Vermutung und nicht geglückten Versuch gegeben hat. Bis 1962 binnen weniger Monaten drei Artikel unabhängig voneinander über Synthesen von Edelgasverbindungen veröffentlicht wurden. Das war eine kleine Sensation und bis heute gibt es eine Menge Spekulationen, wieso es dafür nicht schon längst einen Nobelpreis gegeben hat.
Tatsache ist, dass Edelgase wirklich enorm reaktionsträge sind, was daran liegt, dass ihre „Schalen komplett abgeschlossen sind“. Elektronen bewegen sich in bestimmten Abständen vom Atomkern um den Atomkern herum. Auch wenn sie es nicht auf vorgegebenen, planetenartigen Bahnen machen (das Modell ist veraltet), sie machen es immerhin in Schalen (gleichen oder ähnlichen Energieniveaus), die sich wiederum aus Unterschalen („Orbitalen“) aufbauen. Orbitale sind keine in sich geschlossenen Areale, sie sind eher Gebiete, in denen man das Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (z. B. 90%) antreffen kann. Sie haben unterschiedliche Formen, die von kugelrund über kleeblattähnlich bis zu „Hantel-mit-Gürtel“ reichen (und noch mehr).
Die Vollbesetzung einer Unterschale führt zu einer gewissen Stabilität, die Vollbesetzung aller Unterschalen einer Schale, wie es bei Edelgasen der Fall ist, zu einer sehr hohen Stabilität. Dies gilt aber nicht nur bei Edelgasen, sondern für auch für den Rest der Elemente. Nehmen wir zum Beispiel das Element Chlor. Chlor hat (allein, elementar) eine vollbesetzte Schale plus eine Schale, der zur Vollbesetzung gerade ein einziges Elektron fehlt. Das macht es enorm reaktiv. Setzt es sich jedoch mit einem anderen Chlor zusammen, so hat es (einzeln betrachtet) de facto die Elektronenanordnung von Argon - und ist damit vergleichsweise stabil (vergleichsweise zum elementaren Chlor, nicht zum Argon wohlgemerkt). Das ist die Definition von „das Atom ist dann zufrieden“.
Dreht man den Spieß um und betrachtet die Edelgase, müsste man ihnen bei einer Reaktion also im Grunde ein Elektron wegnehmen (hinzufügen geht nicht, ist energetisch noch ein Stück ungünstiger als alles andere ohnehin schon) oder es zumindest schaffen, dass es ein Elektron teilt. Beides ist energetisch bei Weitem nicht so günstig, wie alle Elektronen bei sich behalten.
Den Start machte Neil Bartlett (et. al.) mit einer Veröffentlichung über die Synthese einer Xenonverbindung: Er entdeckte das Xenon-hexafluoridoplatinat, Xe[PtF6], in der Xenon formal ein Elektron fehlt („Xe+“, in Wirklichkeit ist das Xenon-hexafluoridoplatinat eine Mischung aus Verbindungen des zweifachionisierten Xenons, also Xe2+ mit diversen Platin-Fluor-Zusammensetzungen). Der einzige Wermutstropfen an der Sache ist, dass Xe[PtF6] nur bei tiefen Temperaturen existieren kann, wärmt man es auf Raumtemperatur auf, so zerfällt es wieder.
Nur wenig später veröffentlichte Rudolf Hoppe (et. al.; der übrigens dieses Jahr 88 Jahre alt wird und den man noch immer von Zeit zu Zeit an meiner Uni begegnet) die Synthese des Xenon(II)-fluorids, XeF2. Diese Verbindung ist wiederum recht handhabbar und kann käuflich erworben werden. Es ist ein sehr starkes Oxidationsmittel und wird außerdem zur Fluorierung von allerlei Molekülen genutzt.
Damit war das Eis praktisch gebrochen. Im Verlauf der darauffolgenden Jahre wurden viele Xenonverbindungen entdeckt. Oxide, Chloride, diverse Stickstoffverbindungen, sowie Komplexe mit Gold. Bis heute ist die Chemie der Edelgase weitgehend die Chemie des Xenons geblieben. Von allen Edelgasen hat es die am weitesten entfernten Valenzelektronen, was dazu führt, dass man einige von ihnen unter entsprechend abenteuerlustigen Methoden (viel Druck, sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen, vielleicht noch ein wenig UV-Strahlung oder Funkenentladung) dazu bringen kann, dem Xenon untreu zu werden. Obwohl… der Satz ist nicht ganz wahr. Radon steht unter dem Xenon und müsste noch viel leichter zu ionisieren sein. Nur ist es radioaktiv und hat eine kurze Halbwertszeit. Deshalb ist es ein Ticken schwieriger es und seine Verbindungen zu untersuchen. Krypton, welches direkt über dem Xenon steht, lässt sich nicht so leicht ionisieren und entsprechend weniger Verbindungen sind bekannt (erwähnenswert ist das Krypton(II)-fluorid, KrF2, das als das stärkste bekannte Oxidationsmittel gilt).
Argon, Neon und Helium sind jedoch tatsächlich so unreaktiv, dass von ihnen keine wirklich stabilen Verbindungen bekannt sind. Dennoch sind Verbindungen zumindest im Massenspektrometer schon nachgewiesen worden, darunter die Ionen HAr+, HNe+ und HHe+.
Wie gesagt, völlig falsch war der Satz nicht, aber wenn man es gaaaaanz genau nimmt… :D
Anmerkung
Ich möchte an dieser Stelle einer Kommilitonin danken, die auf mein Drängen hin für ihren Vortrag dieses undankbare, weil nicht wirklich für einen Vortrag ergiebige, Thema im Rahmen eines Moduls gewählt hat (das alternative Thema war allerdings genauso undankbar :P). Der Vortrag hatte einen wunderschönen roten Faden und ich konnte einen Teil davon herrlich schnell als Grundlage dieses Blogeintrags verwenden.
Kleine Anekdote
Bei uns an der Uni geht übrigens eine Anekdote um, Prof. Hoppe hätte seinerzeit ein Verbot von seinem Professor erhalten an Xenonverbindungen zu forschen. Er hat diese heimlich trotzdem verfolgt und ist eines Tages in das Büro des Chefs spaziert um ihm von seinen Fortschritten zu berichten. Der war wohl schon beim Erwähnen des Themas gar nicht glücklich und wiederholte erneut, Hoppe solle von diesem Gebiet Abstand nehmen, da es sowieso nicht funktionieren würde, woraufhin Hoppe anmerkte: „Wieso soll ich aufhören, ich hab die Verbindung doch schon!“ Was an der Geschichte wahr ist und ob sie sich so zugetragen hat, das kann ich nicht sagen, aber einige Leute behaupten heute noch, ohne das Verbot wäre Hoppe damals wohl schneller gewesen als Neil Bartlett. (Vielleicht ist es aber auch nur Wunschdenken, wer weiß. ;)
Welt.de veröffentlicht regelmäßig kleine Artikel zu Chemie. Ich finde die gar nicht so unansehnlich (obwohl ich nicht immer bedingungslos Ja und Amen zu ihnen sagen würde). Diesmal geht es um Helium und wie lange es noch vorhalten wird. Dabei ist mir ein kleiner Satzteil ins Auge gesprungen, der da lautet:
„[…]reagiert Helium mit absolut nichts[…]“
Es ist bei weitem nicht falsch, aber so ganz richtig ist es eigentlich auch nicht. Jedenfalls nicht in diesem rigorosen Ton.
Eines wird uns schon sehr früh beigebracht: Edelgase heißen Edelgase, weil sie sich zu edel sind, um mit etwas zu reagieren. Das war lange Zeit auch so unbestritten, auch wenn es die ein oder andere Vermutung und nicht geglückten Versuch gegeben hat. Bis 1962 binnen weniger Monaten drei Artikel unabhängig voneinander über Synthesen von Edelgasverbindungen veröffentlicht wurden. Das war eine kleine Sensation und bis heute gibt es eine Menge Spekulationen, wieso es dafür nicht schon längst einen Nobelpreis gegeben hat.
Tatsache ist, dass Edelgase wirklich enorm reaktionsträge sind, was daran liegt, dass ihre „Schalen komplett abgeschlossen sind“. Elektronen bewegen sich in bestimmten Abständen vom Atomkern um den Atomkern herum. Auch wenn sie es nicht auf vorgegebenen, planetenartigen Bahnen machen (das Modell ist veraltet), sie machen es immerhin in Schalen (gleichen oder ähnlichen Energieniveaus), die sich wiederum aus Unterschalen („Orbitalen“) aufbauen. Orbitale sind keine in sich geschlossenen Areale, sie sind eher Gebiete, in denen man das Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit (z. B. 90%) antreffen kann. Sie haben unterschiedliche Formen, die von kugelrund über kleeblattähnlich bis zu „Hantel-mit-Gürtel“ reichen (und noch mehr).
Die Vollbesetzung einer Unterschale führt zu einer gewissen Stabilität, die Vollbesetzung aller Unterschalen einer Schale, wie es bei Edelgasen der Fall ist, zu einer sehr hohen Stabilität. Dies gilt aber nicht nur bei Edelgasen, sondern für auch für den Rest der Elemente. Nehmen wir zum Beispiel das Element Chlor. Chlor hat (allein, elementar) eine vollbesetzte Schale plus eine Schale, der zur Vollbesetzung gerade ein einziges Elektron fehlt. Das macht es enorm reaktiv. Setzt es sich jedoch mit einem anderen Chlor zusammen, so hat es (einzeln betrachtet) de facto die Elektronenanordnung von Argon - und ist damit vergleichsweise stabil (vergleichsweise zum elementaren Chlor, nicht zum Argon wohlgemerkt). Das ist die Definition von „das Atom ist dann zufrieden“.
Dreht man den Spieß um und betrachtet die Edelgase, müsste man ihnen bei einer Reaktion also im Grunde ein Elektron wegnehmen (hinzufügen geht nicht, ist energetisch noch ein Stück ungünstiger als alles andere ohnehin schon) oder es zumindest schaffen, dass es ein Elektron teilt. Beides ist energetisch bei Weitem nicht so günstig, wie alle Elektronen bei sich behalten.
Den Start machte Neil Bartlett (et. al.) mit einer Veröffentlichung über die Synthese einer Xenonverbindung: Er entdeckte das Xenon-hexafluoridoplatinat, Xe[PtF6], in der Xenon formal ein Elektron fehlt („Xe+“, in Wirklichkeit ist das Xenon-hexafluoridoplatinat eine Mischung aus Verbindungen des zweifachionisierten Xenons, also Xe2+ mit diversen Platin-Fluor-Zusammensetzungen). Der einzige Wermutstropfen an der Sache ist, dass Xe[PtF6] nur bei tiefen Temperaturen existieren kann, wärmt man es auf Raumtemperatur auf, so zerfällt es wieder.
Nur wenig später veröffentlichte Rudolf Hoppe (et. al.; der übrigens dieses Jahr 88 Jahre alt wird und den man noch immer von Zeit zu Zeit an meiner Uni begegnet) die Synthese des Xenon(II)-fluorids, XeF2. Diese Verbindung ist wiederum recht handhabbar und kann käuflich erworben werden. Es ist ein sehr starkes Oxidationsmittel und wird außerdem zur Fluorierung von allerlei Molekülen genutzt.
Damit war das Eis praktisch gebrochen. Im Verlauf der darauffolgenden Jahre wurden viele Xenonverbindungen entdeckt. Oxide, Chloride, diverse Stickstoffverbindungen, sowie Komplexe mit Gold. Bis heute ist die Chemie der Edelgase weitgehend die Chemie des Xenons geblieben. Von allen Edelgasen hat es die am weitesten entfernten Valenzelektronen, was dazu führt, dass man einige von ihnen unter entsprechend abenteuerlustigen Methoden (viel Druck, sehr hohe oder sehr niedrige Temperaturen, vielleicht noch ein wenig UV-Strahlung oder Funkenentladung) dazu bringen kann, dem Xenon untreu zu werden. Obwohl… der Satz ist nicht ganz wahr. Radon steht unter dem Xenon und müsste noch viel leichter zu ionisieren sein. Nur ist es radioaktiv und hat eine kurze Halbwertszeit. Deshalb ist es ein Ticken schwieriger es und seine Verbindungen zu untersuchen. Krypton, welches direkt über dem Xenon steht, lässt sich nicht so leicht ionisieren und entsprechend weniger Verbindungen sind bekannt (erwähnenswert ist das Krypton(II)-fluorid, KrF2, das als das stärkste bekannte Oxidationsmittel gilt).
Argon, Neon und Helium sind jedoch tatsächlich so unreaktiv, dass von ihnen keine wirklich stabilen Verbindungen bekannt sind. Dennoch sind Verbindungen zumindest im Massenspektrometer schon nachgewiesen worden, darunter die Ionen HAr+, HNe+ und HHe+.
Wie gesagt, völlig falsch war der Satz nicht, aber wenn man es gaaaaanz genau nimmt… :D
Anmerkung
Ich möchte an dieser Stelle einer Kommilitonin danken, die auf mein Drängen hin für ihren Vortrag dieses undankbare, weil nicht wirklich für einen Vortrag ergiebige, Thema im Rahmen eines Moduls gewählt hat (das alternative Thema war allerdings genauso undankbar :P). Der Vortrag hatte einen wunderschönen roten Faden und ich konnte einen Teil davon herrlich schnell als Grundlage dieses Blogeintrags verwenden.
Kleine Anekdote
Bei uns an der Uni geht übrigens eine Anekdote um, Prof. Hoppe hätte seinerzeit ein Verbot von seinem Professor erhalten an Xenonverbindungen zu forschen. Er hat diese heimlich trotzdem verfolgt und ist eines Tages in das Büro des Chefs spaziert um ihm von seinen Fortschritten zu berichten. Der war wohl schon beim Erwähnen des Themas gar nicht glücklich und wiederholte erneut, Hoppe solle von diesem Gebiet Abstand nehmen, da es sowieso nicht funktionieren würde, woraufhin Hoppe anmerkte: „Wieso soll ich aufhören, ich hab die Verbindung doch schon!“ Was an der Geschichte wahr ist und ob sie sich so zugetragen hat, das kann ich nicht sagen, aber einige Leute behaupten heute noch, ohne das Verbot wäre Hoppe damals wohl schneller gewesen als Neil Bartlett. (Vielleicht ist es aber auch nur Wunschdenken, wer weiß. ;)
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