Edelgase

Leuchtende Reklameschilder in der Stadt, der Heliumballon vom Jahrmarkt, der deine Stimme piepsig macht, das Schutzgas beim Schweißen in der Werkstatt — hinter all dem stecken Edelgase. Sie sind unsichtbar, geruchlos und so „vornehm", dass sie mit fast niemandem reagieren. In diesem Artikel lernst du, welche Elemente zu den Edelgasen gehören, warum sie so reaktionsträge sind und wo du ihnen im Alltag begegnest.

Was sind Edelgase?

Die Edelgase sind die Elemente der 8. Hauptgruppe des Periodensystems (nach der neueren Zählung: Gruppe 18). Sie stehen ganz rechts am Rand des Periodensystems. Zur Gruppe gehören sechs natürlich vorkommende Elemente:

• Helium (He, Ordnungszahl 2)
• Neon (Ne, Ordnungszahl 10)
• Argon (Ar, Ordnungszahl 18)
• Krypton (Kr, Ordnungszahl 36)
• Xenon (Xe, Ordnungszahl 54)
• Radon (Rn, Ordnungszahl 86) — das einzige radioaktive Edelgas

Dazu kommt das künstlich erzeugte Element Oganesson (Og, Ordnungszahl 118), von dem bisher nur einzelne Atome hergestellt wurden.

Ihren Namen haben die Edelgase von den Edelmetallen wie Gold: So wie Gold nicht rostet und kaum mit anderen Stoffen reagiert, gehen auch Edelgase fast keine chemischen Reaktionen ein. Man nennt sie deshalb auch inerte Gase oder Inertgase (von lateinisch iners = träge, untätig).

Merke: Edelgase = 8. Hauptgruppe (Gruppe 18): Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon. Sie sind extrem reaktionsträge.

Tipp: Ein beliebter Merksatz für die Reihenfolge ist: „Heute Nehmen Arme Kranke Xenien Ruhe" — die Anfangsbuchstaben stehen für He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn.

Die Edelgaskonfiguration: Warum sind Edelgase so träge?

Um die Trägheit der Edelgase zu verstehen, musst du auf ihre Elektronenhülle schauen — also auf die Elektronen, die den Atomkern umgeben. Die Elektronen verteilen sich auf Schalen. Für chemische Reaktionen ist nur die äußerste Schale wichtig; die Elektronen darin heißen Außenelektronen (oder Valenzelektronen).

Das Besondere an Edelgasen: Ihre äußerste Schale ist vollständig besetzt. Helium hat 2 Außenelektronen (mehr passt auf die erste Schale nicht), alle anderen Edelgase haben 8 Außenelektronen. Diesen besonders stabilen Zustand nennt man Edelgaskonfiguration.

Beispiel: Ein Neon-Atom hat 10 Elektronen. Sie verteilen sich so: 2 Elektronen auf der ersten Schale, 8 Elektronen auf der zweiten (äußersten) Schale. Die Außenschale ist damit voll — Neon ist im „Wunschzustand" aller Atome und hat keinen Grund, Elektronen abzugeben, aufzunehmen oder zu teilen. Genau deshalb reagiert es praktisch mit nichts.

Eine volle Außenschale ist energetisch besonders günstig. Deshalb gilt für alle anderen Elemente die Edelgasregel (bei 8 Außenelektronen auch Oktettregel genannt): Atome geben Elektronen ab, nehmen welche auf oder teilen sie in Bindungen, um selbst Edelgaskonfiguration zu erreichen. Natrium gibt zum Beispiel ein Elektron ab und hat dann die Elektronenanordnung von Neon; Chlor nimmt ein Elektron auf und erreicht die von Argon.

Aus der vollen Außenschale folgt noch etwas: Edelgase bilden keine Moleküle — nicht einmal mit sich selbst. Während Sauerstoff als \(O_2\) und Stickstoff als \(N_2\) vorkommen, schweben Edelgasatome einatomig durch die Luft.

Merke: Volle Außenschale (2 bzw. 8 Außenelektronen) = Edelgaskonfiguration. Sie macht Edelgase einatomig und reaktionsträge — und sie ist das Ziel, das alle anderen Atome bei Reaktionen anstreben.

Eigenschaften der Edelgase

Alle Edelgase sind bei Raumtemperatur farblose, geruchlose, einatomige Gase. Weil zwischen den Atomen nur sehr schwache Anziehungskräfte wirken, werden sie erst bei extrem tiefen Temperaturen flüssig. Die Siedepunkte steigen mit der Atommasse:

Edelgas	Symbol	Außenelektronen	Siedepunkt
Helium	He	2	\(-269\,^\circ\text{C}\)
Neon	Ne	8	\(-246\,^\circ\text{C}\)
Argon	Ar	8	\(-186\,^\circ\text{C}\)
Krypton	Kr	8	\(-153\,^\circ\text{C}\)
Xenon	Xe	8	\(-108\,^\circ\text{C}\)
Radon	Rn	8	\(-62\,^\circ\text{C}\)

Helium hält dabei den Rekord: Sein Siedepunkt liegt nur rund 4 Grad über dem absoluten Nullpunkt (\(-273{,}15\,^\circ\text{C}\)), der tiefsten überhaupt möglichen Temperatur. Außerdem ist Helium nach Wasserstoff das leichteste Gas — deshalb steigen Heliumballons auf.

Beispiel: Warum wird ein Heliumballon und kein Wasserstoffballon verkauft? Wasserstoff wäre sogar leichter, aber er ist brennbar und bildet mit Luft explosive Gemische. Helium ist als Edelgas unbrennbar — es kann gar nicht mit Sauerstoff reagieren. Sicherheit schlägt hier die etwas größere Tragkraft.

Vorkommen und Gewinnung

Edelgase stecken vor allem in der Luft — allerdings in sehr unterschiedlichen Mengen. Argon ist mit einem Volumenanteil von etwa \(0{,}93\,\%\) nach Stickstoff und Sauerstoff sogar der dritthäufigste Bestandteil der Luft. Alle anderen Edelgase sind nur Spurengase: Neon, Helium, Krypton und Xenon zusammen machen weniger als \(0{,}003\,\%\) der Luft aus.

Im Universum sieht es ganz anders aus: Dort ist Helium nach Wasserstoff das zweithäufigste Element überhaupt — Sterne wie unsere Sonne erzeugen es bei der Kernfusion aus Wasserstoff.

Gewonnen werden die meisten Edelgase durch fraktionierte Destillation verflüssigter Luft (Linde-Verfahren): Luft wird stark abgekühlt, bis sie flüssig ist, und dann werden die Bestandteile nach ihren unterschiedlichen Siedepunkten getrennt. Helium gewinnt man dagegen überwiegend aus Erdgas, in dem es eingeschlossen sein kann. Radon entsteht ständig neu beim radioaktiven Zerfall von Uran im Boden — es kann sich in schlecht gelüfteten Kellern ansammeln und gilt dort als Gesundheitsrisiko.

Wofür verwendet man Edelgase?

Die Verwendungen nutzen fast immer eine von zwei Eigenschaften: die Reaktionsträgheit oder das charakteristische Leuchten bei elektrischer Entladung.

Edelgas	Typische Verwendung
Helium	Ballon- und Luftschiff-Füllgas, Kühlmittel für supraleitende Magnete (z. B. im MRT), Atemgasgemisch beim Tieftauchen
Neon	Leuchtröhren (leuchtet rot-orange)
Argon	Schutzgas beim Schweißen und in der Metallherstellung, Füllgas in Glühlampen und Isolierglasfenstern
Krypton	Füllgas für Glühlampen
Xenon	Autoscheinwerfer („Xenonlicht"), Kinoprojektoren, Narkosemittel
Radon	Früher in der Medizin (Radontherapie); heute vor allem als radioaktives Risiko im Blick

Als Schutzgas verdrängt Argon den Luftsauerstoff: Beim Schweißen verhindert es, dass das heiße Metall mit Sauerstoff reagiert und die Naht spröde wird. In Gasentladungslampen leuchtet jedes Edelgas in seiner eigenen Farbe, wenn Strom hindurchfließt — Neon zum Beispiel rot-orange. Die „Neonröhre" an der Decke ist übrigens meist gar keine: Leuchtstofflampen arbeiten mit Quecksilberdampf.

Tipp: Frag dich bei jeder Anwendung: Wird hier die Trägheit genutzt (Schutzgas, Ballon, Lampenfüllung) oder das Leuchten (Reklame, Scheinwerfer)? So kannst du dir die Verwendungen leicht herleiten.

Entdeckung und Edelgasverbindungen

Lange kannte man die Edelgase gar nicht — sie reagieren ja mit nichts und sind unsichtbar. Helium wurde 1868 zuerst nicht auf der Erde, sondern im Licht der Sonne entdeckt: Astronomen fanden im Sonnenspektrum eine unbekannte gelbe Linie (daher der Name, griechisch helios = Sonne). 1894 isolierten Lord Rayleigh und William Ramsay das Argon aus der Luft; 1898 fanden Ramsay und Travers auch Neon, Krypton und Xenon. 1900 folgte das radioaktive Radon.

Man hielt Edelgase lange für völlig reaktionsunfähig. Doch 1962 gelang Neil Bartlett die erste Edelgasverbindung mit Xenon. Heute kennt man mehrere Verbindungen der schweren Edelgase, vor allem mit dem extrem reaktionsfreudigen Fluor, etwa Xenon(II)-fluorid (\(XeF_2\)). Je schwerer das Edelgas, desto weiter sind die Außenelektronen vom Kern entfernt und desto leichter lassen sie sich zu einer Bindung „überreden". Von Helium und Neon sind dagegen bis heute keine stabilen Verbindungen bekannt.

Zusammenfassung

• Die Edelgase bilden die 8. Hauptgruppe (Gruppe 18): Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon (+ künstliches Oganesson).
• Ihre äußerste Elektronenschale ist voll besetzt (He: 2, sonst 8 Außenelektronen) — das ist die Edelgaskonfiguration.
• Deshalb sind Edelgase einatomig, farblos, geruchlos und extrem reaktionsträge; andere Atome streben diesen Zustand nach der Edelgasregel (Oktettregel) an.
• Argon ist mit ca. \(0{,}93\,\%\) das häufigste Edelgas der Luft; im Universum ist Helium das zweithäufigste Element.
• Gewinnung: meist aus verflüssigter Luft (Linde-Verfahren), Helium aus Erdgas.
• Verwendung: Schutzgas (Argon), Ballons und Kühlmittel (Helium), Leuchtröhren und Scheinwerfer (Neon, Xenon).
• Seit 1962 kennt man Edelgasverbindungen der schweren Edelgase, vor allem mit Fluor.

Interaktiv üben

Deine Lernziele

• Ich kann die sechs natürlichen Edelgase nennen und im Periodensystem einordnen.
• Ich kann mit der Edelgaskonfiguration erklären, warum Edelgase reaktionsträge und einatomig sind.
• Ich kann die Edelgasregel (Oktettregel) auf andere Elemente anwenden.
• Ich kann typische Eigenschaften und das Vorkommen der Edelgase beschreiben.
• Ich kann Alltagsanwendungen dem passenden Edelgas und der genutzten Eigenschaft zuordnen.

Die Edelgase im Überblick

Leuchtreklame, Heliumballons, Schweißschutzgas — überall stecken Edelgase drin. Bevor du erklärst, warum sie so besonders sind, brauchst du erst einmal den Überblick: Wer gehört dazu, und wo stehen sie im Periodensystem?

Definition

Edelgase

Die Edelgase bilden die 8. Hauptgruppe (Gruppe 18) ganz rechts im Periodensystem. Dazu gehören sechs natürliche Elemente: Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe) und das radioaktive Radon (Rn) — plus das künstlich erzeugte Oganesson (Og). Weil sie kaum reagieren, heißen sie auch Inertgase (träge Gase).

Merke

Merksatz für die Reihenfolge: „HEute NEhmen ARme KRanke XEnien Ruhe" — He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn.

Edelgaskonfiguration: der Schlüssel zur Trägheit

Warum reagieren Edelgase mit fast nichts? Die Antwort steckt in ihrer Elektronenhülle — genauer: in der äußersten Schale.

Definition

Edelgaskonfiguration

Bei Edelgasen ist die äußerste Elektronenschale vollständig besetzt: Helium hat 2 Außenelektronen, alle anderen Edelgase haben 8. Dieser Zustand heißt Edelgaskonfiguration. Er ist energetisch besonders stabil — das Atom hat keinen Grund, Elektronen abzugeben, aufzunehmen oder zu teilen.

Beispiel

Elektronenverteilung beim Neon-Atom (10 Elektronen): Schritt 1: Auf die erste Schale passen maximal 2 Elektronen → 2 Elektronen. Schritt 2: Die restlichen 8 Elektronen füllen die zweite Schale — sie ist damit voll. Ergebnis: Neon hat 8 Außenelektronen, also Edelgaskonfiguration. Es reagiert praktisch mit nichts und schwebt als einzelnes Atom durch die Luft.

Merke

Volle Außenschale = Edelgaskonfiguration = reaktionsträge und einatomig. Alle anderen Atome wollen diesen Zustand erst noch erreichen — das ist die Edelgasregel (Oktettregel).

Eigenschaften und Vorkommen

Du weißt jetzt, warum Edelgase träge sind. Jetzt geht es darum, wie sie sich verhalten — und wo man sie überhaupt findet.

Definition

Eigenschaften der Edelgase

Alle Edelgase sind bei Raumtemperatur farblose, geruchlose, einatomige Gase. Zwischen den Atomen wirken nur schwache Anziehungskräfte, deshalb liegen die Siedepunkte extrem tief. Sie steigen mit der Atommasse: von Helium (\(-269\,^\circ\text{C}\)) bis Radon (\(-62\,^\circ\text{C}\)).

Beispiel

Wo steckt am meisten Edelgas? In der Luft — aber sehr ungleich verteilt: Argon macht etwa 0,93 % der Luft aus und ist damit nach Stickstoff und Sauerstoff der dritthäufigste Bestandteil. Alle anderen Edelgase sind nur Spurengase. Rechnung: 0,93 % von 1000 Litern Luft sind \(1000 \cdot 0{,}0093 = 9{,}3\) Liter Argon — Xenon steckt in denselben 1000 Litern nur mit weniger als 0,1 Milliliter.

Gut zu wissen

Im Universum sieht die Rangliste ganz anders aus: Dort ist Helium nach Wasserstoff das zweithäufigste Element — Sterne erzeugen es bei der Kernfusion. Auf der Erde gewinnt man die meisten Edelgase aus verflüssigter Luft (Linde-Verfahren), Helium dagegen aus Erdgas.

Verwendung im Alltag

Vom Jahrmarkt bis zur Werkstatt: Fast jede Edelgas-Anwendung nutzt eine von zwei Eigenschaften — die Reaktionsträgheit oder das farbige Leuchten bei elektrischer Entladung.

Beispiel

Warum Helium im Ballon und nicht Wasserstoff? Schritt 1: Wasserstoff ist zwar noch leichter als Helium und würde mehr tragen. Schritt 2: Aber Wasserstoff ist brennbar und bildet mit Luft explosive Gemische. Schritt 3: Helium hat eine volle Außenschale und kann gar nicht mit Sauerstoff reagieren. Ergebnis: Helium ist unbrennbar — Sicherheit schlägt Tragkraft.

Gut zu wissen

In Gasentladungslampen leuchtet jedes Edelgas in seiner eigenen Farbe: Neon rot-orange, Argon violett, Krypton und Xenon bläulich. Die „Neonröhre" an der Zimmerdecke ist übrigens meist gar keine — Leuchtstofflampen arbeiten mit Quecksilberdampf. Und flüssiges Helium kühlt die supraleitenden Magnete im MRT auf wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt.

Entdeckung und Edelgasverbindungen

Unsichtbar, geruchlos, reagiert mit nichts — kein Wunder, dass die Edelgase lange niemand bemerkte. Ihre Entdeckung ist ein Wissenschaftskrimi aus dem 19. Jahrhundert.

Gut zu wissen

Lange galten Edelgase als völlig reaktionsunfähig. Doch 1962 zeigte Neil Bartlett: Xenon lässt sich zu Verbindungen zwingen. Heute kennt man mehrere Verbindungen der schweren Edelgase, vor allem mit dem extrem reaktionsfreudigen Fluor — etwa Xenon(II)-fluorid (\(XeF_2\)). Je schwerer das Edelgas, desto weiter sind die Außenelektronen vom Kern entfernt und desto leichter gelingt eine Bindung. Von Helium und Neon kennt man bis heute keine stabilen Verbindungen.

Alles auf einen Blick

Zeit zum Sortieren: Die Mindmap zeigt dir das ganze Thema auf einen Blick, mit den Karten prägst du dir die Kernfakten ein.

Abschluss-Check

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