O gases nobres Eles são um conjunto de elementos que se encontram no grupo 18 da tabela periódica. Com o passar dos anos, eles também foram chamados de gases raros ou inertes, ambos imprecisos; alguns deles são muito abundantes fora e dentro do planeta Terra, e também são capazes, em condições extremas, de reagir.
Seus sete elementos constituem talvez o grupo mais singular da tabela periódica, cujas propriedades e baixas reatividades são tão impressionantes quanto as dos metais nobres. Entre eles desfilam o elemento mais inerte (néon), o segundo mais abundante do Cosmos (hélio), e o mais pesado e instável (oganeson)..
Gases nobres são as substâncias mais frias da natureza; resistir a temperaturas muito baixas antes de condensar. Ainda mais difícil é seu congelamento, uma vez que suas forças intermoleculares baseadas no espalhamento de Londres e a polarizabilidade de seus átomos são muito fracas para mantê-los coesos em um cristal..
Devido à sua baixa reatividade, são gases relativamente seguros para armazenar e não apresentam muitos riscos. No entanto, eles podem deslocar o oxigênio dos pulmões e causar asfixia se inalados excessivamente. Por outro lado, dois de seus membros são elementos altamente radioativos e, portanto, fatais à saúde..
A baixa reatividade dos gases nobres também é usada para fornecer às reações uma atmosfera inerte; de forma que nenhum reagente ou produto corre o risco de oxidar e afetar o desempenho da síntese. Isso também favorece os processos de soldagem a arco elétrico..
Por outro lado, em seus estados líquidos são excelentes refrigerantes criogênicos que garantem as mais baixas temperaturas, essenciais para o correto funcionamento de equipamentos altamente energéticos, ou para que alguns materiais atinjam estados de supercondutividade..
Índice do artigo
Talvez os gases nobres sejam os elementos que compartilham mais qualidades em comum, tanto físicas quanto químicas. Suas principais características são:
- Todos eles são incolores, inodoros e insípidos; mas quando são embalados em ampolas a baixas pressões e recebem um choque elétrico, ionizam-se e emitem luzes coloridas (imagem superior).
- Cada gás nobre tem sua própria luz e espectro.
- São espécies monoatômicas, as únicas da tabela periódica que podem existir em seus respectivos estados físicos sem a participação de ligações químicas (já que os metais são unidos por ligações metálicas). Portanto, são perfeitos para estudar as propriedades dos gases, pois se adaptam muito bem ao modelo esférico de um gás ideal..
- Esses são geralmente os elementos com os pontos de fusão e ebulição mais baixos; tanto assim, que o hélio não pode nem mesmo cristalizar no zero absoluto sem um aumento na pressão.
- De todos os elementos, eles são os menos reativos, ainda menos do que os metais nobres.
- Suas energias de ionização são as mais altas, assim como suas eletronegatividades, supondo que formem ligações puramente covalentes..
- Seus raios atômicos também são os menores porque estão nas extremidades certas de cada período..
Os sete gases nobres são, de cima para baixo, descendo pelo grupo 18 da tabela periódica:
-Helium, He
-Neon, Ne
-Argônio, Ar
-Krypton, Kr
-Xenon, Xe
-Radon, Rn
-Oganeson, Og
Todos eles, exceto o oganeson instável e artificial, foram estudados por suas propriedades físicas e químicas. Acredita-se que o Oganeson, devido à sua grande massa atômica, nem mesmo seja um gás, mas um líquido ou sólido nobre. Pouco se sabe sobre o radônio, por causa de sua radioatividade, em relação ao hélio ou argônio..
Diz-se que gases nobres têm sua camada de valência totalmente preenchida. Tanto que suas configurações eletrônicas são utilizadas para simplificar a de outros elementos, utilizando seus símbolos entre colchetes ([He], [Ne], [Ar], etc.). Suas configurações eletrônicas são:
-Hélio: 1sdois, [He] (2 elétrons)
-Neon: 1sdois2sdois2 P6, [Ne] (10 elétrons)
-Argônio: 1sdois2sdois2 P63sdois3p6, [Ar] (18 elétrons)
-Criptônio: 1sdois2sdois2 P63sdois3p63d104sdois4p6, [Kr] (36 elétrons)
-Xenon: 1sdois2sdois2 P63sdois3p63d104sdois4p64d105sdois5 p6, [Xe] (54 elétrons)
-Radon: 1sdois2sdois2 P63sdois3p63d104sdois4p64d104f145sdois5 p65 d106sdois6p6, [Rn] (86 elétrons)
O importante não é lembrar deles, mas detalhar que terminam em nsdoisnp6: o octeto de valência. Da mesma forma, aprecia-se que seus átomos possuam muitos elétrons, que devido à grande força nuclear efetiva encontram-se em menor volume em relação aos demais elementos; ou seja, seus raios atômicos são menores.
Portanto, seus raios atômicos eletronicamente densos exibem uma característica química que todos os gases nobres compartilham: eles são difíceis de polarizar..
Gases nobres podem ser imaginados como esferas de nuvens de elétrons. Ao descer pelo grupo 18, seus raios aumentam e, da mesma forma, a distância que separa o núcleo dos elétrons de valência (os dos nsdoisnp6).
Esses elétrons, ao sentirem uma força menos atrativa por parte do núcleo, podem se mover com mais liberdade; as esferas são mais facilmente deformadas quanto mais volumosas forem. Como conseqüência de tais movimentos, regiões de baixa e alta densidade de elétrons aparecem: os pólos δ + e δ-.
Quando o átomo de um gás nobre é polarizado, torna-se um dipolo instantâneo capaz de induzir outro ao átomo vizinho; ou seja, estamos enfrentando as forças dispersivas de Londres.
É por isso que as forças intermoleculares aumentam do hélio ao radônio, refletidas em seus pontos de ebulição crescentes; e não só isso, mas suas reatividades também aumentam.
À medida que os átomos se tornam mais polarizados, há uma possibilidade maior de que seus elétrons de valência participem de reações químicas, após as quais compostos de gases nobres são gerados..
Entre os gases nobres, os menos reativos são o hélio e o néon. Na verdade, o néon é o elemento mais inerte de todos, embora sua eletronegatividade (pela formação de ligações covalentes) exceda a do flúor..
Nenhum de seus compostos é conhecido em condições terrestres; Porém, no Cosmos a existência do íon molecular HeH é bastante provável+. Da mesma forma, quando são excitados eletronicamente, são capazes de interagir com átomos gasosos e formar moléculas neutras de vida curta, chamadas excímeros; como HeNe, CsNe e Nedois.
Por outro lado, embora não sejam considerados compostos em um sentido formal, os átomos de He e Ne podem dar origem a moléculas de Van der Walls; isto é, compostos que são mantidos "juntos" simplesmente por forças dispersivas. Por exemplo: Ag3He, HeCO, HeIdois, CF4Bebê3Cldois e NeBeCO3.
Da mesma forma, tais moléculas de Van der Walls podem existir graças a fracas interações dipolo induzidas por íons; por exemplo: Na+eu tenho8, Rb+Ele, cu+Ne3 e cu+Ne12. Observe que é até possível que essas moléculas se tornem aglomerados de átomos: clusters.
E, finalmente, os átomos de He e Ne podem ser "aprisionados" ou intercalados em complexos endoédricos de fulerenos ou clatratos, sem reagir; por exemplo: [email protegido]60, (Ndois)6Ne7, Ele (HdoisOU)6 e Ne • NH4Fe (HCOO)3.
Os gases nobres argônio e criptônio, por serem mais polarizáveis, tendem a apresentar mais "compostos" do que o hélio e o néon. No entanto, uma parte deles é mais estável e caracterizável, pois têm uma vida útil mais longa. Entre alguns deles está o HArF, e o íon molecular ArH+, presente nas nebulosas pela ação dos raios cósmicos.
Do criptônio começa a possibilidade de obtenção de compostos em condições extremas, mas sustentáveis. Este gás reage com o flúor de acordo com a seguinte equação química:
Kr + Fdois → KrFdois
Observe que o criptônio adquire um número de oxidação de +2 (Krdois+) graças ao flúor. O KrFdois na verdade, pode ser sintetizado em quantidades comercializáveis como um agente oxidante e fluorinante.
O argônio e o criptônio podem estabelecer um amplo repertório de clatratos, complexos endoédricos, moléculas de Van der Walls e alguns compostos aguardando descoberta após sua existência prevista..
O xenônio é, entre os gases nobres, o rei da reatividade. Forma os compostos verdadeiramente estáveis, comercializáveis e caracterizáveis. Na verdade, sua reatividade se assemelha à do oxigênio nas condições apropriadas..
Seu primeiro composto sintetizado foi “XePtF6", Em 1962 por Neil Bartlett. Este sal na verdade, de acordo com a literatura, consistia em uma mistura complexa de outros sais fluorados de xenônio e platina.
No entanto, isso foi mais do que suficiente para demonstrar a afinidade entre o xenônio e o flúor. Entre alguns desses compostos temos: XeFdois, XeF4, XeF6 e [XeF]+[PtF5]-. Quando o XeF6 se dissolve na água, gera um óxido:
XeF6 + 3 HdoisO → XeO3 + 6 HF
Este XeO3 pode originar as espécies conhecidas como xenatos (HXeO4-) ou ácido xênico (HdoisXeO4) Xenates desproporcionais aos perxenatos (XeO64-); e se o meio for então acidificado, em ácido peroxênico (H4XeO6), que é desidratado em tetróxido de xenônio (XeO4):
H4XeO6 → 2 HdoisO + XeO4
O radônio deve ser o mais reativo dos gases nobres; Mas é tão radioativo que mal tem tempo de reagir antes de se desintegrar. Os únicos compostos que foram totalmente sintetizados são o seu flúor (RnFdois) e óxido (RnO3).
Os gases nobres tornam-se mais abundantes no Universo à medida que descemos ao grupo 18. Na atmosfera, porém, o hélio é escasso, pois o campo gravitacional da Terra não consegue retê-lo ao contrário dos outros gases. É por isso que não foi detectado no ar, mas no Sol.
Por outro lado, no ar há notáveis quantidades de argônio, proveniente da decadência radioativa do radioisótopo. 40K. O ar é a fonte natural mais importante de argônio, néon, criptônio e xenônio do planeta.
Para produzi-los, o ar deve primeiro ser liquefeito para que se condense em um líquido. Em seguida, esse líquido passa por uma destilação fracionada, separando-se cada um dos componentes de sua mistura (Ndois, OUdois, COdois, Ar, etc.).
Dependendo de quão baixas devem estar a temperatura e a abundância do gás, seus preços aumentam, classificando o xenônio como o mais caro, enquanto o hélio como o mais barato..
O hélio, por sua vez, é obtido de outra destilação fracionada; mas não do ar, mas do gás natural, enriquecido com hélio graças à liberação de partículas alfa dos minerais radioativos tório e urânio.
Da mesma forma, o radônio "nasce" da decomposição radioativa do rádio em seus respectivos minerais; mas devido à sua menor abundância e à curta meia-vida dos átomos de Rn, sua abundância é ridícula em comparação com a de seus congêneres (os outros gases nobres).
E, finalmente, o oganeson é um “gás” nobre, altamente radioativo, ultramassico, feito pelo homem, que pode existir apenas brevemente sob condições controladas dentro de um laboratório..
O principal risco dos gases nobres é que eles limitam o uso de oxigênio pelo homem, principalmente quando se produz uma atmosfera com alta concentração deles. É por isso que não é recomendado inalá-los excessivamente..
Nos Estados Unidos, uma alta concentração de radônio foi detectada em solos ricos em urânio, o que devido às suas características radioativas pode ser um risco à saúde.
Hélio e argônio são usados para criar uma atmosfera inerte para proteção durante a soldagem e corte. Além disso, eles são usados na fabricação de semicondutores de silício. O hélio é usado como gás de enchimento em termômetros.
O argônio, em combinação com o nitrogênio, é usado na fabricação de lâmpadas incandescentes. Krypton misturado com halogênios, como bromo e iodo, é usado em lâmpadas de descarga. O néon é usado em letreiros luminosos, misturado com fósforo e outros gases para tingir sua cor vermelha.
O xenônio é usado em lâmpadas de arco que emitem luz semelhante à luz do dia, usadas em faróis e projetores de automóveis. Os gases nobres são misturados com halogênios para produzir ArF, KrF ou XeCl, que são usados na produção de lasers de excímero.
Esse tipo de laser produz luz ultravioleta de ondas curtas que produz imagens de alta precisão e é usado na fabricação de circuitos integrados. Hélio e néon são usados como gases refrigerantes criogênicos.
O hélio é usado como substituto do nitrogênio na mistura de gases respiratórios, devido à sua baixa solubilidade no corpo. Isso evita a formação de bolhas na fase de descompressão durante a subida, além de eliminar a narcose por nitrogênio..
O hélio substituiu o hidrogênio como o gás que permite a elevação de dirigíveis e balões de ar quente, por ser um gás leve e incombustível..
O hélio é usado na fabricação de ímãs supercondutores usados em equipamentos de ressonância magnética nuclear: uma ferramenta de múltiplas aplicações na medicina.
Krypton é usado em lâmpadas halógenas usadas em cirurgia ocular a laser e angioplastia. O hélio é usado para facilitar a respiração em pacientes asmáticos.
O xenônio é usado como anestésico devido à sua alta lipossolubilidade e é considerado o anestésico do futuro. Xenon também é usado em imagens médicas de pulmão.
O radônio, um gás nobre radioativo, é usado na radioterapia para alguns tipos de câncer.
O argônio é usado na síntese de compostos que substituem o nitrogênio na atmosfera inerte. O hélio é usado como gás de arraste em cromatografia gasosa, bem como em contadores Geiger para medir a radiação.
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