Edelgase einfach erklärt – Eigenschaften und Reaktionsträgheit

Edelgase sind die sechs Elemente der achten Hauptgruppe im Periodensystem: Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und das radioaktive Radon. Sie stehen ganz rechts im Periodensystem und liegen bei Raumtemperatur alle als farblose, geruchlose Gase vor, die aus einzelnen Atomen bestehen und keine Moleküle bilden.

Der Name „Edelgas“ verweist auf ihre besondere Zurückhaltung bei chemischen Reaktionen, ähnlich wie man von Edelmetallen spricht, die kaum korrodieren. Edelgase besitzen bereits im ungebundenen Zustand eine vollständig besetzte Außenschale mit acht Außenelektronen, nur Helium bildet mit zwei Außenelektronen eine Ausnahme, weil seine einzige Schale bereits bei zwei Elektronen voll ist.

Ein typischer Fehler ist zu glauben, Edelgase reagierten überhaupt nie. Tatsächlich lassen sich unter extremen Bedingungen einige Verbindungen der schwereren Edelgase herstellen, etwa Xenonfluoride, doch im normalen Chemieunterricht und im Alltag gelten Edelgase zu Recht als reaktionsträge.

Die Reaktionsträgheit der Edelgase erklärt sich aus dem Schalenmodell des Atoms. Atome streben danach, eine besonders stabile Elektronenanordnung zu erreichen, meist acht Außenelektronen, das nennt man die Oktettregel. Andere Elemente erreichen diesen Zustand erst durch die Abgabe, Aufnahme oder gemeinsame Nutzung von Elektronen mit Bindungspartnern.

Edelgase besitzen diese stabile Anordnung bereits von Natur aus, ohne dass sie Elektronen abgeben, aufnehmen oder teilen müssten. Deshalb gehen sie unter normalen Bedingungen weder Ionenbindungen noch Elektronenpaarbindungen mit anderen Elementen ein, und deshalb liegen sie stets einatomig vor, während zum Beispiel Sauerstoff und Stickstoff als zweiatomige Moleküle auftreten.

Alle Edelgase sind bei Raumtemperatur farblos, geruchlos und ungiftig, sie leiten Wärme und Strom nicht und lösen sich kaum in Wasser. Innerhalb der Gruppe steigen Siedepunkt und Schmelzpunkt mit zunehmender Atommasse deutlich an, weil größere Atome mehr Elektronen besitzen und dadurch stärkere Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Atomen wirken.

So siedet Helium bereits bei minus 268,9 Grad Celsius, dem niedrigsten Siedepunkt aller Elemente überhaupt, während das deutlich schwerere Radon erst bei minus 61,7 Grad Celsius siedet. Diese regelmäßige Zunahme lässt sich sehr gut mit den steigenden Atommassen innerhalb einer Hauptgruppe erklären.

Ein weiteres gemeinsames Merkmal ist die geringe Dichte der leichten Edelgase: Helium ist nach Wasserstoff das zweitleichteste Element und wird deshalb für Ballons verwendet, die in normaler Luft aufsteigen.

Ein häufiger Fehler ist die Annahme, Edelgase reagierten unter keinen Umständen. Die schwereren Edelgase Krypton, Xenon und Radon lassen sich unter extremen Bedingungen tatsächlich mit sehr reaktionsfreudigen Elementen wie Fluor verbinden, weil ihre Außenelektronen bei größerem Atomradius weniger fest gebunden sind. Für den Schulunterricht gilt die Reaktionsträgheit trotzdem als zuverlässige Grundregel.

Ein zweiter Fehler ist, Helium fälschlich als Edelmetall oder als besonders schweres Gas einzuordnen. Helium ist chemisch ein Edelgas, aber physikalisch eines der leichtesten Elemente überhaupt, mit nur zwei Außenelektronen statt acht, weil seine einzige Elektronenschale bereits bei zwei Elektronen vollständig besetzt ist.

Ein dritter Fehler ist, Argon mit Sauerstoff zu verwechseln, wenn es um die Zusammensetzung der Luft geht. Tatsächlich macht Argon nur knapp ein Prozent der Luft aus, während Stickstoff und Sauerstoff den weitaus größten Anteil bilden.

Edelgase werden gezielt wegen ihrer Reaktionsträgheit eingesetzt. Argon füllt zum Beispiel den Zwischenraum in modernen Glühlampen und Isolierglasfenstern, weil es weder mit dem heißen Glühdraht noch mit dem Fensterrahmen reagiert und dadurch die Lebensdauer verlängert beziehungsweise die Wärmedämmung verbessert. Beim Schweißen schützt Argon zudem die heiße Metallschmelze vor Reaktionen mit dem Sauerstoff der Luft.

Neon leuchtet in Leuchtröhren charakteristisch rot-orange, wenn elektrischer Strom hindurchfließt, daher der Name Neonreklame, auch wenn moderne bunte Leuchtreklamen oft mit anderen Gasen oder Leuchtstoffen arbeiten. Helium wird wegen seiner geringen Dichte für Ballons und Luftschiffe verwendet und ist als Ersatz für den entzündlichen Wasserstoff deutlich sicherer.