Edelgase und Halogene

Chlor ist bei Raumtemperatur ein Gas, Brom eine Flüssigkeit und Iod ein Feststoff, und doch stehen alle drei in derselben Spalte.

Die letzten beiden Spalten des Periodensystems stehen nebeneinander, verhalten sich aber gegensätzlich. Gruppe 17, die Halogene, gehört zu den reaktivsten bekannten Elementen. Gruppe 18, die Edelgase, zu den am wenigsten reaktiven. Der Unterschied zwischen ihnen ist ein einziges Elektron, und wer dieses eine Elektron betrachtet, versteht einen großen Teil der Chemie.

Edelgase: volle Schalen

Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon haben vollständig gefüllte äußere Schalen: 2 Elektronen bei Helium, 8 bei den übrigen. Eine volle Schale ist eine sehr stabile Anordnung. Die Atome haben keinen starken Drang, Elektronen abzugeben, aufzunehmen oder zu teilen, deshalb existieren sie als einzelne Atome statt als Moleküle und reagieren nur unter besonderen Bedingungen. Xenon bildet zwar Verbindungen mit Fluor und Sauerstoff, aber Helium, Neon und Argon bilden unter normalen Bedingungen überhaupt keine stabilen Verbindungen.

Ihre geringe Reaktivität macht sie nützlich. Argon macht fast 1 % der Luft aus und wird in Glühbirnen gefüllt und zum Schutz von heißem Metall beim Schweißen verwendet, weil es weder mit dem glühenden Draht noch mit dem geschmolzenen Metall reagiert. Helium ist leichter als Luft und brennt nicht, deshalb füllt es statt Wasserstoff Partyballons und Luftschiffe. Neon leuchtet rotorange, wenn Strom hindurchfließt, und gab damit der Leuchtreklame ihren Namen Neonschild.

Halogene: ein Elektron zu wenig

Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat haben 7 Außenelektronen, eines weniger als eine volle Schale. Nehmen sie ein einziges Elektron auf, haben sie dieselbe Anordnung wie das benachbarte Edelgas, deshalb ziehen sie begierig Elektronen von anderen Atomen ab. Darum haben sie eine so hohe Elektronegativität, und darum sind sie als reine Elemente gefährlich. Chlorgas greift die Lunge an, Fluor reagiert mit fast allem, sogar mit Glas. Der Name Halogen kommt von griechischen Wörtern mit der Bedeutung „Salzbildner“, weil sie sich mit Metallen zu Salzen wie Natriumchlorid verbinden.

In der Gruppe nach unten werden die Moleküle (F₂, Cl₂, Br₂, I₂) größer und schwerer, und die Kräfte zwischen ihnen wachsen. Bei Raumtemperatur sind Fluor und Chlor Gase, Brom ist eine rotbraune Flüssigkeit und Iod ein dunkler Feststoff, der violetten Dampf abgibt. Die Schmelzpunkte von PubChem im Modell zeigen den Anstieg: Fluor 53.53 K, Chlor 171.65 K, Brom 265.95 K und Iod 386.85 K, also etwa 114 °C. Die Reaktivität verläuft umgekehrt: Fluor ist am reaktivsten, und jedes Halogen darunter ist etwas weniger begierig auf ein Elektron.

Gebändigt in Verbindungen begegnen uns Halogene überall im Alltag. Kochsalz ist Natriumchlorid. Kleine Mengen Chlor werden Leitungswasser und Schwimmbädern zugesetzt, um Keime abzutöten. Viele Zahnpasten enthalten Fluorid, und Salz wird oft mit Iod angereichert verkauft, weil der Körper ein wenig Iod für die Schilddrüsenhormone braucht. In jedem Fall liegt das Halogen als negatives Ion oder in einer Verbindung vor, nicht als gefährliches reines Element.