Hidrogén és nemesgázok
I. Hidrogén: kivételes elem, nem fémes, a periódus rendszer kezdő eleme, az I/A eleme, az S mező eleme. Azért is kivételes elem, mert egy protonja és egy elektronja van, de neutronja nincs. Ha elektronját leadja, akkor csak proton marad, melynek pozitív a töltése, de nem pozitív töltésű
hidrogén ion lesz, mert nincs neutronja. Kovalens kötéssel stabil kétatomos hidrogén molekulát alkot (H2), az azonos rendszámú, de különböző tömegszámú elemeket izotópoknak nevezzük. A hidrogénnek három izotópja van:
proton szám neutron szám tömegszám
1H 1 0 1
2H 1 1 2
3H 1 2 3
Fizikai tulajdonság: színtelen, szagtalan, éghető gáz, olvadáspontja és forráspontja igen alacsony és egymáshoz közel vannak (ha az olvadáspontja alá hűtjük, akkor molekula rácsot alkot). A platinát és platiniumot oldja. Kötési energiája nagy (-436KJ/mol), ezért stabil. Oxigénnel keverve eltartható, de ha energiát közlünk vele durranógáz lesz belőle. Kémiai tulajdonsága: minden savnak az alkatrésze. A savak vízben való oldáskor protont adnak le a vízbe, amikor vízből hidroxonium ion keletkezik, amely a savasságért felel.
H Cl + H2O = H3O+ + Cl¯
hidroxonium ion
Előfordulás: elemi állapotban (6∙1023 – több mint az összes ember hajszála a világon) a magas légrétegben fordul elő, vulkáni gázokban, a kozmoszban és a napban (a nap anyagának 86,6%-a atomos hidrogén). Kötött állapotban (vegyületekben) kőzetekben, vízben és szerves vegyületekben található.
Előállítása: laboratóriumban cinkporba sósavat öntünk: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (9)
iparban:
1. CH4 + H2O 1000C° 6H2 + CO
szintézisgáznak nevezzük
2. víz elektrolízise során katód folyamatban keletkezik.
Forgalmazása vörös palackban történik.
Felhasználás: a vegyiparban sósav, ammóniagáz, műanyag, műtrágya, robbanógázok, gyógyszer gyártásához használják, továbbá hidrogénvágás, hegesztéshez (oxigénnel keverve 250C° érhető el).
II. Nemesgázok:
Csoportjellemzés: VIII/A oszlop elemei és a p mező elemei, egy kivétellel (H 1s1-nem nemesgáz):
1. He 1s2
2. Ne 2s22p6
3. As 3s23p6
4. Kr 4s24p6
5. Xe 5s25p6
6. Rn 6s26p6
Olvadáspontja, forráspontja, atomsugara lefelé (a periódus táblázatban lefelé) nő.
A nemesgázok igen stabilak, mert a külső elektronhéj 8 elektronnal telített, ez a nemesgáz héjkonfiguráció. Ebben az elrendezésben a 8 elektron 4 elektronpárban helyezkedik el, tehát csak párosított elektronjuk van, ezek pedig kémiai reakcióban nem vesznek részt. Ennek következtében a nemesgázok csak elemi (atomos) formában fordulnak elő, a levegőben a He ezen kívül a kozmoszban és a földgázban, az Rn-t ásványokban.
A He a H magfúziós reakciójából keletkezik, a magban több millió °C-on, miközben óriási mennyiségű fény és hő szabadul fel (tulajdonképpen ez játszódik le a napban).
Felhasználás:
– He: léggömbtöltés (nem gyúlékony, a H-nál nehezebb), oxigénnel keverve a légzést fokozza, cseppfolyósítva hűtésre használható, gázhőmérők készítésére (-269°C-ig mér);
– Kr, Ar, Xe : izzólámpák töltésére (a wolframmal nem lépnek reakcióba, ezért a wolfram nem párolog el);
– Ne: reklámcsövek töltésére;
– Ar, Xe: hegesztésénél védőgáz (fémekkel nem lép reakcióba).