Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen

Verwendungsmöglichkeiten von Edelgasen Übung

• Gib die Bereiche an, in denen Edelgase Anwendung finden.

  Tipps

  Die Leuchtreklame stellt eine Anwendung von Edelgasen dar.

  Für die Eisenherstellung werden keine Edelgase eingesetzt.

  Lösung

  Die fünf großen Einsatzgebiete von Edelgasen sind die Medizin, die Wissenschaft, die Erzeugung von Licht, Technik und die Chemie.

  Die Edelgase wurden erst spät entdeckt, da sie kaum bis keine Reaktionen mit anderen Stoffen zeigten. So waren sie immer recht unauffällig dabei. In der Luft befinden sich ca. 1 % Edelgase. Der größte Teil davon ist Argon.

• Bestimme, welche Anwendungen zu welchem Anwendungsgebiet zählen.

  Tipps

  Beim Schweißen entstehen hohe Temperaturen. Dadurch können unerwünschte Reaktionen mit der Luft ablaufen. Ein Medium, welches keine Reaktionen eingeht, hilft dabei.

  Solch ein Medium bezeichnet man als Schutzgas.

  Die Gaschromatografie wird in der Chemie zur Analyse von Stoffen eingesetzt.

  Lösung

  Edelgase haben in den einzelnen Bereichen vielfältige Anwendungen. So wird Xenon, aufgrund seiner betäubenden Wirkung, als Narkosemittel eingesetzt.

  Wenn unerwünschte Reaktionen unterdrückt werden sollen, greift man gern auf ein Schutzgas zurück. Dafür können Edelgase wie Argon benutzt werden, da es sehr stabil und reaktionsträge ist. Schutzgas wird beim Verpacken von Lebensmitteln und auch beim Schweißen eingesetzt.

  Die Gaschromatografie ist eine Analysemethode der Chemie, bei der Stoffgemische aufgetrennt werden. Eine zu untersuchende Probe wird mithilfe eines Gases durch eine Säule geschickt. Dabei wechselwirken die einzelnen Bestandteile der Probe unterschiedlich stark mit der inneren Beschichtung der Säule und benötigen so unterschiedlich lange durch die Säule. Das Trägergas sollte möglichst keine Reaktionen mit der Probe eingehen. Daher eignen sich hier die Edelgase gut.

  Werden Edelgase elektrisch angeregt, so kann man diese zum Leuchten bringen. Dies war eine der ersten Anwendungen der Edelgase. Sicher kennst du den Begriff Neonlampe.

• Ordne die Edelgase nach ihrer Ordnungszahl.

  Tipps

  Lösung

  Die Edelgase befinden sich in der achten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Die Ordnungszahl gibt dabei an, wie viele Protonen sich im Kern des Atoms befinden. Da ein Atom elektrisch neutral geladen ist, besitzt es gleich viele Elektronen. Innerhalb der Gruppe nimmt die Ordnungszahl nach unten hin zu. Die richtige Reihenfolge lautet also Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon. Radon gehört ebenfalls zur Gruppe, ist allerdings nicht stabil, da es radioaktiv ist.

  Mit zunehmender Ordnungszahl werden die Atomradien immer größer und die Atome schwerer. Je größer der Atomradius, desto weiter sind die äußeren Elektronen vom Kern entfernt. Die Anziehungskraft zwischen Kern und Außenelektronen wird also schwächer, je weiter unten das Edelgas in der Gruppe steht. Dadurch neigen die schweren Edelgase eher zu Reaktionen als die leichteren. Das erklärt auch, dass Helium praktisch keine Reaktionen zeigt, während von Krypton und Xenon einige Verbindungen bekannt sind.

• Begründe die Verwendung von Edelgasen als Schutzgas.

  Tipps

  Ein Schutzgas soll unerwünschte Reaktionen verhindern.

  Je weniger Energie eine Verbindung enthält, desto weniger kann sie in einer Reaktion abgeben. Damit ist sie stabiler.

  Lösung

  Mit dem Streben nach der Edelgaskonfiguration können viele Verbindungen und Reaktionen erklärt werden. So bilden beispielsweise die Elemente der 1.$~$ Hauptgruppe, die Alkalimetalle, einfach positiv geladene Ionen. Sie geben ein Elektron ab und erreichen so die Elektronenkonfiguration des Edelgases der vorherigen Periode. Das $Na^+$ Ion besitzt also die gleiche Elektronenkonfiguration wie Neon. Somit besitzt es eine vollbesetzte Außenschale und ist damit stabil.

• Nenne Anwendungsbeispiele für die Edelgase.

  Tipps

  Waschaktive Substanzen sind Tenside. Edelgase haben mit dem Waschvorgang nichts zu tun.

  Im Geigerzähler wird Edelgas benutzt, um die Strahlung durch ein Knacken erkennbar zu machen.

  Lösung

  Eine der wichtigsten Anwendungen der Edelgase ist die Lasertechnik. Hier wird das Edelgas in eine Röhre gefüllt und durch elektrischen Strom angeregt. Dabei gibt das Edelgas Licht ab. Dieses kann gebündelt werden und so einen Laserstrahl erzeugen. Dieser wird für Experimente und zur Laserortung verwendet.

  Beim Tauchen in große Tiefen wird dem Gasgemisch Helium anstatt Stickstoff beigemischt. Das Problem am Stickstoff ist, dass es bei zu schnellem Auftauchen in der Blutbahn vom gelösten Zustand in den gasförmigen übergeht. Das liegt an der raschen Veränderung des Drucks. Unter hohem Druck, wie tief im Wasser, kann das Blut viel mehr Stickstoff lösen als unter Normaldruck. Beim Auftauchen muss es also abgeatmet werden. Steht dafür nicht genug Zeit zur Verfügung, bilden sich Blasen im Blut und können Adern verschließen und Hirnembolien oder Schlaganfälle auslösen. Bei Helium besteht dieses Problem in geringerem Maße.

• Erkläre die Veränderung der Stimme durch Helium.

  Tipps

  Ein mit Helium gefüllter Ballon steigt an der Luft nach oben aufgrund der geringeren Dichte von Helium.

  Je höher die Frequenz eines Tons, desto höher hört er sich für uns an.

  Lösung

  Durch die geringere Dichte von Helium kann sich der Schall dreimal schneller ausbreiten als in der Luft. Unsere Stimme erzeugt beim Sprechen Schallwellen. Diese Wellen haben eine bestimmte Frequenz. Durch das dünnere Medium Helium ist diese Frequenz erhöht. In unserem Ohr gibt es Bereiche, die nur bestimmte Frequenzen wahrnehmen können. Je höher die Frequenz, desto höher hört sich der Ton dann für uns an. Ab einem bestimmten Punkt wird die Frequenz aber zu hoch und kann von unseren Ohren nicht mehr wahrgenommen werden. Hunde zum Beispiel können aber weit höhere Frequenzen wahrnehmen als wir und so noch Töne hören, die wir nicht mehr hören.