Caractéristiques des gaz nobles, configuration, réactions, utilisations

Les gaz nobles Ce sont un ensemble d'éléments qui intégrent le groupe 18 du tableau périodique. Au fil des ans, ils ont également été appelés gaz rares ou inertes, deux dénominations inexactes; Certains d'entre eux sont très abondants à l'extérieur et sur la planète Terre, et ils sont également capables, dans des conditions extrêmes, pour réagir.

Ses sept éléments intègrent peut-être le groupe le plus unique du tableau périodique, dont les propriétés et peu de réactivités impressionnent autant que celle des métaux nobles. Parmi eux défilé l'élément le plus inerte (néon), le deuxième plus abondant du cosmos (hélium), et le plus lourd et le plus instable (oganèse).

La luminosité de cinq des gaz nobles dans les routes ou les cloques de verre. Source: New Workist-HP (Talk) www.Pse-mendelejew.de); Images uniques originales: Jurii, http: // images-Of-Elements.com. [CC par 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)]

Les gaz nobles sont les substances les plus froides de la nature; Les températures très basses résistent avant de condensation. Plus difficile, c'est plus difficile, car ses forces intermoléculaires basées sur la dispersion de Londres, et la polarisabilité de leurs atomes, sont très faibles comme pour les garder cohérentes dans un cristal.

En raison de leur faible réactivité, ce sont des gaz relativement sûrs à stocker et ne représentent pas trop de risques. Cependant, ils peuvent se déplacer vers l'oxygène des poumons et provoquer une suffocation s'ils sont inhalés en excès. D'un autre côté, deux de ses membres sont des éléments hautement radioactifs et, par conséquent, mortels pour la santé.

La faible réactivité des gaz nobles est également utilisée pour fournir les réactions d'une atmosphère inerte; de sorte qu'aucun réactif ou produit ne risque d'oxyder et n'affecte les performances de la synthèse. Cela favorise également les processus de soudage à l'arc électrique.

D'un autre côté, dans leurs états liquides, ce sont d'excellents réfrigérants cryogéniques qui garantissent les températures les plus basses, indispensables pour le bon fonctionnement de l'équipement hautement énergétique, ou pour que certains matériaux atteignent les états de suprconductivité.

[TOC]

Caractéristiques des gaz nobles

À droite (surlignée en orange), se trouve le groupe de gaz nobles. De haut en bas: Helium (He), Neon (NE), Argon (AR), Crypton (KR), Xenon (XE) et Radon (RN).

Peut-être que les gaz nobles sont les éléments qui partagent des qualités plus communes, à la fois physiques et chimiques. Ses principales caractéristiques sont:

- Ils sont tous incolores, les toilettes et insipides; Mais quand ils sont verrouillés en ampoules à basse pression et reçoivent un choc électrique, les lumières colorées sont ionisées et tirées (image supérieure).

- Chaque noble gaz a sa propre lumière et spectre.

- Ce sont des espèces monoatomiques, les seules dans le tableau périodique qui peuvent exister dans leurs états physiques respectifs sans la participation de liens chimiques (car les métaux sont liés à la liaison métallique). Par conséquent, ils sont parfaits pour étudier les propriétés des gaz, car ils s'adaptent très bien au modèle sphérique d'un gaz idéal.

- Ce sont généralement les éléments avec les points de fusion et d'ébullition les plus bas; À tel point que l'hélium ne peut même pas cristalliser dans un zéro absolu sans augmentation de la pression.

- De tous les éléments sont les moins réactifs, encore moins que les métaux nobles.

- Ses énergies d'ionisation sont les plus élevées, ainsi que leurs électronégativités, en supposant qu'elles forment des liaisons purement covalentes.

- Ses radios atomiques sont également les plus petites pour être aux droits de chaque période.

Les 7 gaz nobles

Les sept gaz nobles sont, de haut en bas descendant par le groupe 18 du tableau périodique:

-Helio, il

-Néon, ne

-Argon, ar

-Kripton, KR

-Xenón, Xe

-Radón, RN

-Oganeson, OG

Peut vous servir: Phénolphthalein (C20H14O4)

À tous, à l'exception de l'oganeseon instable et artificiel, leurs propriétés physiques et chimiques ont été étudiées. On pense que Oganesen, en raison de sa grande masse atomique, n'est même pas un gaz, mais un liquide noble ou solide. On sait peu de choses sur le radon, en raison de sa radioactivité, par rapport à l'hélium ou à l'argon.

Configuration électronique

Il a été dit que les gaz nobles ont leur couche de valence totalement pleine. C'est ainsi que ses configurations électroniques sont utilisées pour simplifier celles des autres éléments en utilisant leurs symboles verrouillés entre crochets ([il], ​​[NE], [AR], etc.). Ses configurations électroniques sont:

-Helio: 1², [Il] (2 électrons)

-Néon: 1²2s²2 P⁶, [NE] (10 électrons)

-Argon: 1²2s²2 P⁶3s²3p⁶, [AR] (18 électrons)

-Kripton: 1²2s²2 P⁶3s²3p⁶3D^dix4s²4p⁶, [KR] (36 électrons)

-Xenon: 1²2s²2 P⁶3s²3p⁶3D^dix4s²4p⁶4d^dix5s²5 P⁶, [XE] (54 électrons)

-Radon: 1²2s²2 P⁶3s²3p⁶3D^dix4s²4p⁶4d^dix4F¹⁴5s²5 P⁶5 D^dix6s²6p⁶, [RN] (86 électrons)

L'important est de ne pas se souvenir d'eux, mais de détailler qu'ils se terminent par NS²NP⁶: L'Octeto de Valence. Il est également apprécié que leurs atomes disposent de nombreux électrons, qui suivant la grande force nucléaire efficace sont dans un volume inférieur par rapport à celui des autres éléments; c'est-à-dire que leurs radios atomiques sont plus petites.

Par conséquent, ses radios atomiques denses denses présentent une caractéristique chimique que tous les gaz nobles partagent: ils sont difficiles à polariser.

Polarisabilité

Les gaz nobles peuvent imaginer comme des sphères de nuages ​​électroniques. Bien qu'il descend par le groupe 18, ses radios augmentent et, de la même manière, la distance qui sépare le noyau des électrons de Valencia (ceux du NS²NP⁶).

Ces électrons ressentant une force d'attraction plus faible par le noyau, peuvent être déplacés avec une plus grande liberté; Les sphères sont retardées plus facilement, plus elles sont volumineuses. À la suite de tels mouvements, les régions de densités électroniques faibles et élevées apparaissent: les pôles Δ + et δ-.

Lorsque l'atome d'un gaz noble est polarisé, il devient un dipôle instantané capable d'induire un autre à l'atome voisin; c'est-à-dire que nous sommes confrontés aux forces dispersives de Londres.

C'est pourquoi les forces intermoléculaires passent de l'hélium au radon, se reflétant dans leurs points d'ébullition croissants; Et non seulement cela, mais aussi leurs réactivités augmentent.

En polarisant plus d'atomes, il y a une plus grande possibilité que leurs électrons de valence participent à des réactions chimiques, après quoi des composés de gaz nobles sont générés.

Réactions

Hélium et néon

Parmi les gaz nobles, les moindres réactifs sont l'hélium et le néon. En fait, le néon est l'élément le plus inerte de tous, même lorsque son électronégativité (de la formation de liaisons covalentes) dépasse celle du fluor.

Aucun de ses composés n'est connu dans des conditions terrestres; Cependant, dans le cosmos, l'existence de l'ion moléculaire heh est très probable⁺. De plus, lorsqu'ils sont excités électroniquement, ils sont capables d'interagir avec les atomes gazeux et de former des molécules neutres éphémères appelées excitateurs; comme Hene, CSNE et NE₂.

D'un autre côté, bien que les composés ne soient pas pris en compte dans un sens formel, les atomes de HE et NE peuvent entraîner des molécules des murs de van der; c'est-à-dire des composés qui restent "unis" simplement par des forces dispersives. Par exemple: AG₃Lui, hao, hei₂, Cf₄NE, NE₃CL₂ et nébeco₃.

De même, ces molécules de van der murs peuvent exister grâce aux interactions faibles induites par ion-dipolo; Par exemple: na⁺Il₈, RB⁺Lui, cu⁺Ne₃ et cu⁺Ne₁₂. Notez qu'il est même possible pour ces molécules de devenir des agglomérats d'atomes: grappes.

Peut vous servir: acide borique: structure chimique, propriétés, préparation, utilisations

Et enfin, les atomes de lui et NE peuvent être «piégés» ou entrecoupés dans des complexes endoédicaux de Fullerrenos ou de CLA Tracts, sans réagir; Par exemple: [l'e-mail protège]₆₀, (N₂)₆Ne₇, Je (h₂SOIT)₆ et ne • nh₄Foi (HCOO)₃.

Argon et Kripton

Les gaz Noble Argon et Kripton parce qu'ils sont plus polarisables, ont tendance à présenter plus de "composés" que ceux de l'hélium et du néon. Cependant, une partie d'entre elles sont plus stables et caractérisées, car ils ont une durée de vie plus longue. Parmi certains d'entre eux, il y a harf, et l'ion moléculaire arh⁺, présent dans les nébuleuses par l'action des rayons cosmiques.

De Kripton commence la possibilité d'obtenir des composés dans des conditions extrêmes, mais durables. Ce gaz réagit avec le fluorure selon l'équation chimique suivante:

Kr + f₂ → KRF₂

Notez que le Kripton acquiert un nombre d'oxydation de +2 (kr²⁺) Merci au fluorure. Le krf₂ En fait, il peut être synthétisé en quantités négociables en tant qu'agent oxydant et fluor.

Argon et Kripton peuvent établir un large répertoire de Clatrates, Endo -Métal Complex.

Xénon et radon

Le xénon est, parmi les gaz nobles, le roi de la réactivité. Formez les composés vraiment stables, marchands et caractérisables. En fait, sa réactivité ressemble à celle de l'oxygène dans des conditions appropriées.

Son premier composé synthétisé était le «Xeptf₆», En 1962 par Neil Bartlett. Ce sel en fait, selon la bibliographie, consistait en un mélange complexe d'autres sels de xénon et de platine fluorés.

Cependant, c'était plus que suffisant pour démontrer l'affinité entre le xénon et le fluorure. Parmi certains de ces composés que nous avons: XEF₂, Xef₄, Xef₆ et [XEF]⁺[PTF₅]]^-. Lorsque le XEF₆ Il se dissout dans l'eau, génère un oxyde:

Xef₆ + 3 h₂O → Xeo₃ + 6 HF

Ce Xeo₃ peut provoquer les espèces appelées xénatos (hxeo₄^-) ou l'acide xénique (H₂Xeo₄). Xenatos disproportion avec Perxenatos (Xeo₆^4-)); Et si le milieu est ensuite acidifié, dans l'acide perxénique (h₄Xeo₆), qui est déshydraté au tétroxyde de xénon (Xeo₄):

H₄Xeo₆ → 2 h₂O + Xeo₄

Le radon doit être le plus réactif des gaz nobles; Mais il est tellement radioactif, qu'il a pratiquement à peine le temps de réagir avant de se désintégrer. Les seuls composés qui ont complètement synthétisé sont son fluorure (RNF₂) et l'oxyde (RNO₃).

Production

Liquéfaction aérienne

Les gaz nobles deviennent plus abondants dans l'univers alors que nous descendons par le groupe 18. Dans l'atmosphère, cependant, l'hélium est rare, car le champ gravitationnel de la Terre ne peut pas le conserver contrairement aux autres gaz. C'est pourquoi il n'a pas été détecté dans les airs mais au soleil.

D'un autre côté, dans les airs, il y a des quantités notables d'argon, de la carie radioactive radio-isotope ⁴⁰K. L'air est la source naturelle de l'argon, du néon, du krpton et du xénon le plus important sur la planète.

Pour les produire, l'air doit être soumis à une liquéfaction pour se condenser dans un liquide. Ensuite, ce liquide est fabriqué une distillation fractionnée, séparant ainsi chacun des composants de son mélange (n₂, SOIT₂, CO₂, Ar, etc.).

Selon la baisse de la température et de l'abondance de gaz, ses prix augmentent, ont localisé le xénon comme le plus cher, tandis que l'hélium est le moins cher.

Distillation au gaz naturel et minéraux radioactifs

L'hélium, quant à lui, est obtenu à partir d'une autre distillation fractionnée; Mais pas de l'air, mais du gaz naturel, enrichi par l'hélium grâce à la libération de particules alpha des minéraux radioactifs de Torio et d'uranium.

Peut vous servir: éthanamide: structure, propriétés, utilisations, effets

De même, le radon "est né" de la décadence radioactive du rayon dans leurs minéraux respectifs; Mais en raison de son abondance inférieure, et au court laps de demi-vie des atomes RN, son abondance est ridicule par rapport à celle de leurs pairs (les autres gaz nobles).

Et enfin, Oganeseon est un "gaz" artificiel, ultra-ram et très radioactif, qui ne peut exister que brièvement dans des conditions contrôlées au sein d'un laboratoire.

Dangers

Le principal risque de gaz nobles est qu'ils limitent l'utilisation de l'oxygène par l'homme, surtout lorsqu'une atmosphère avec une concentration élevée se produit. C'est pourquoi il n'est pas recommandé de les inhaler excessivement.

Aux États-Unis, une concentration élevée du radon a été détectée sur des terres riches en uranium, qui en raison de ses caractéristiques radioactives pourraient être un risque pour la santé.

Applications

Industrie

L'hélium et l'argon sont utilisés pour créer une atmosphère inerte qui sert de protection pendant le soudage et la coupe. De plus, ils sont utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs en silicium. L'hélium est utilisé comme gaz de farce dans les thermomètres.

L'argon, en combinaison avec l'azote, est utilisé dans l'élaboration des lampes à incandescence. Le Kripton mélangé à des halogènes, comme le brome et l'iode, est utilisé dans les lampes à décharge. Le néon est utilisé dans des avertissements légers, mélangés à des allumettes et à d'autres gaz pour clarifier sa couleur rouge.

Le xénon est utilisé dans les lampes à arc qui émettent une lumière qui ressemble à la lumière du jour, qui sont utilisées dans les phares et projecteurs de voiture. Les gaz nobles sont mélangés avec des halogènes pour produire de l'ARF, du KRF ou du XECL, qui sont utilisés dans la production d'excitation.

Ce type de laser produit une lumière ultraviolette à onde courte qui produit des images de haute précision et est utilisée dans la fabrication de circuits intégrés. L'hélium et le néon sont utilisés comme gaz réfrigérant cryogénique.

Ballons et réservoirs respiratoires

L'hélium est utilisé comme substitut d'azote dans le mélange de gaz respiratoires, en raison de sa faible solubilité corporelle. Cela évite la formation de bulles pendant la phase de décompression pendant l'ascension, en plus d'éliminer l'azote par l'azote.

L'hélium a remplacé l'hydrogène comme gaz qui permet l'élévation du dirigeable et des ballons aérostatiques, car il s'agit d'un gaz léger et incombustible.

Médecine

L'hélium est utilisé dans la fabrication d'aimants supraconducteurs utilisés dans l'équipement de résonance magnétique nucléaire: un outil d'application de médicaments multiples.

Kripton est utilisé dans les lampes halogènes utilisées dans la chirurgie oculaire au laser et l'angioplastie. L'hélium est utilisé pour faciliter la respiration chez les patients asthmatiques.

Le xénon est utilisé comme anesthésique en raison de sa forte solubilité lipidique, et on pense que c'est l'anesthésie de l'avenir. Le xénon est également utilisé dans les images médicales pulmonaires.

Le radon, un gaz noble radioactif, est utilisé dans la radiothérapie de certains types de cancer.

Autres

L'argon est utilisé dans la synthèse de composés remplaçant l'azote comme atmosphère inerte. L'hélium est utilisé comme gaz porteur dans la chromatographie en phase gazeuse, ainsi que dans les compteurs Geiger pour mesurer les rayonnements.

Les références

1. Fhiver & Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chimie. (8e Ed.). Cengage Learning.
3. Helmestine, Anne Marie, Ph.D. (6 juin 2019). Gaz nobles, utilisation et sources. Récupéré de: Thoughtco.com
4. Wikipédia. (2019). gaz rare. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
5. Balle de Philippe. (18 janvier 2012). Chimie impossible: forcer les gaz nobles à fonctionner. Récupéré de: Newscientist.com
6. Professeur Patricia Shaley. (2011). Gas de chimie noble. Récupéré de: butane.Chem.Uiuc.Édu
7. Gary J. Schrobilgen. (28 février 2019). gaz rare. Encyclopædia Britannica. Récupéré de: Britannica.com