Anar al contingut

Gasos nobles

De L'Enciclopèdia, la wikipedia en valencià
Gasos nobles
Tubos de descàrrega contenint gasos nobles, excitats eléctricament, mostrant la llum emesa

Els gasos nobles són un grup d'elements químics en propietats molt similars: per eixemple, baix condiciones normals, són gasés monoatómicos, incoloros i presenten una reactivitat molt baixa. Se situen en el grup 18 (VIIIA)[1] de la taula periòdica (anteriorment cridat grup 0). Els sis gasos que es troben en la naturalea són el heli (He), el neó (Ne), l'argón (Ar), el kriptón (Kr), el xenón (Xe) i el radiactiu radón (Rn).[1] Encara que l'IUPAC ha utilisat el terme «gas noble» indistintament per a referir-se al «grup 18» i, per tant, inclouria al oganesón (Og),[2] element altament radiactiu produït sintéticament, pot ser que no siga significativament noble des del punt de vista químic i es preveu que trenque la tendència i siga reactiu per efectes relativistes.[3][4] Per l'extremadament curta semivida de 0.7 ms del seu únic isòtop conegut, les seues propietats químiques requerixen estudis experimentals i pràctics adicionals per a validar estes prediccions.[5]

Les propietats dels gasos nobles poden ser explicades per les teories modernes de l'estructura atòmica: al seu capa electrònica d'electrons valente li la considera completa,[6] donant-los poca tendència a participar en reaccions químiques, per lo que solament uns pocs composts de gasos nobles han segut preparats fins a 2008. El xenón reacciona de manera espontànea en el flúor (per l'alta electronegatividad d'este), i a partir dels composts resultants s'han alcançat uns atres. També s'han aïllat alguns composts en kriptón. Els punts de fusió i d'ebullició de cada gas noble estan molt pròxims, diferint en menys de 10 °C; conseqüentment, solament són líquits en un ranc molt chicotet de temperatures molt baixes

El neó, argón, kriptón i xenón s'obtenen de l'aire[7] usant els métodos de liqüefacció i destilació fraccionada.[8] L'heli és típicament separat del gas natural i el radón s'aïlla normalment a partir del decaiguda radioactivo de composts dissolts del ràdio. Els gasos nobles tenen moltes aplicacions importants en indústries com allumenament, soldadura i exploració espacial. La combinació heli-oxigen-nitrogen (trimix) s'ampra per a respirar en immersions de profunditat per a evitar que els buços sofrixquen l'efecte narcòtic del nitrogen. Despuix de vore's els riscs causats per la inflamabilidad del hidrogen, est va ser reemplaçat per heli en els dirigibles i globos aerostáticos.

Història

[editar | editar còdic]

Gas noble és una traducció del nom alemà Edelgas, usat per primera volta en 1898 per Hugo Erdmann,[9] per a indicar el seu extremadament baix nivell de reactivitat. El nom fa una analogia en el terme «metals nobles», com l'or, associat en riquea i noblea, i que té també una baixa reactivitat. També s'ha donat als gasos nobles el nom gasos inertes, pero esta etiqueta ha segut desaprovada a mida que els gasos nobles s'han anat coneixent més.[10] Gasos rars és un atre terme que s'ha utilisat,[11] pero també és incorrecte perque l'argón conforma una part prou considerable (0.94 % per volum, 1.3 % per massa) de l'atmòsfera terrestre.[12]

El heli va ser detectat per primera volta en el Sol per les seues característiques de llínees espectrals.

Pierre Janssen i Joseph Norman Lockyer varen ser els primers en descobrir un gas noble el 18 d'agost de 1868 quan examinaven la cromosfera del Sol, i ho varen cridar heli a partir de la paraula grega per al Sol, ἥλιος (heli).[13] Anteriorment, en 1784, el químic i físic anglés Henry Cavendish havia descobert que l'aire contenia una chicoteta proporció d'una substància menys reactiva que el nitrogen.[14] Un sigle més tart, en 1895, lord Rayleigh va descobrir que les mostres de nitrogen de l'aire són de diferent densitat que les del nitrogen com a conseqüència de reaccions químiques. En colaboració en William Ramsay, científic del University College de Londres, Lord Rayleigh va postular que el nitrogen extret de l'aire es trobava mesclat en un atre gas i va eixecutar un experiment que va conseguir aïllar exitosamente un nou element: el argón, paraula derivada del grec ἀργός (argós), «inactiu».[14] A partir d'este descobriment, varen notar que faltava una classe completa de gasés en la taula periòdica. Durant la seua busca del argón, Ramsay també va conseguir aïllar l'heli per primera volta, en calfar cleveíta, un mineral. En 1902, despuix d'acceptar l'evidència de l'existència dels elements heli i argón, Dmitri Mendeléyev va incloure estos gasos nobles com a Grup 0 en la seua classificació d'elements, que posteriorment es convertiria en la taula periòdica.[15]

Ramsay va continuar en la busca d'estos gasos usant el método de la destilació fraccionada per a separar aire líquit en varis components. En 1898, va descobrir el kriptón, el neó i el xenón, cridats aixina a partir del grec κρυπτός (kryptós, ‘amagat’), νέος (néos, ‘nou’), i ξένος (xénos, ‘estrany’), respectivament. Per la seua banda, el radón va ser identificat per primera volta en 1898 per Friedrich Ernst Dorn,[16] i se li va cridar emanació de ràdio, pero no va ser considerat com un gas noble fins a 1904, quan es va determinar que les seues característiques eren similars a les dels atres gasos nobles.[17] Eixe mateix any, Rayleigh i Ramsay varen rebre el Premi Nobel de Física i Química, respectivament, pel descobriment dels gasos nobles.[18][19]

El descobriment dels gasos nobles va ajudar a la compressió de l'estructura atòmica. En 1895, el químic francés Henri Moissan va intentar infructuosament produir una reacció entre el flúor, l'element més electronegativo, i el argón, un dels gasos nobles, en la finalitat d'aïllar de l'atmòsfera aquells gasos caracterisats per la seua extraordinària inèrcia química, començant pel que està en major abundància relativa, i de crear nous elements o composts.[20][21] Els científics varen ser incapaços de produir composts de argón fins a fins de el XX, pero els seus intents varen ajudar a desenrollar noves teories de l'estructura atòmica. Basant-se en estos experiments, el físic danés Niels Bohr va propondre en 1913 que els electrons en els àtoms es trobaven ordenats en capes electròniques entorn al núcleu i que en el cas dels gasos nobles, exceptuant a l'heli, la capa exterior sempre contenia huit electrons.[17] En 1916, Gilbert N. Lewis va formular la regla de l'octet, la qual conclou que la configuració més estable per a qualsevol àtom és contar en huit electrons en la capa exterior; esta configuració produïx elements que no reaccionen en uns atres, ya que no necessiten més electrons per a completar la seua capa exterior.[22]

En 1962 Neil Bartlett va descobrir el primer compost químic d'un gas noble, el hexafluoroplatinato de xenón.[23] Composts d'atres gasos nobles varen ser descoberts poc despuix: en 1962, el fluorur de radón,[24] i en 1963, el difluoruro de kriptón (KrF2).[25] El primer compost estable de argón es va reportar en 2000 quan es va formar el fluorohidruro de argón a una temperatura de 40 K (−233.2 °C; −387.7 °F).[26]

En decembre de 1998, científics del Joint Institute for Nuclear Research treballant en Dubna, Rússia, varen bombardejar plutoni (Pu) en calcio (Ca) per a produir un únic àtom de l'element 114,[27] baix el nom Flerovio (Fl).[28] Experiments químics preliminars indiquen que este element pot ser el primer element transuránico en mostrar propietats anormals i paregudes a les dels gasos nobles, aun cuando és membre del grup 14 en la taula periòdica.[29] En octubre de 2006, científics del Joint Institute for Nuclear Research i del Lawrence Livermore National Laboratory varen sintetisar exitosamente l'oganesson (Og), el sèptim element en el Grup 18, en bombardejar californi (Cf) en calcio (Ca).[30] Com a curiositat cal indicar que la discussió científica sobre la possibilitat de licuar estos gasos va donar lloc al descobriment de la superconductividad pel físic neerlandés Heike Kamerlingh Onnes.

Propietats físiques i atòmiques

[editar | editar còdic]
Propietat Gas noble
Número atómico 2 10 18 36 54 86 118
Nom de l'element Heli Neó Argón Kriptón Xenón Radón Oganesón
Densitat (kg/m³) 0.1785 0.9002 1.7818 3.708 5.851 9.97 13.65
Radi atòmic (nm) 0.05 0.07 0.094 0.109 0.13 0.152 —
Punt d'ebullició (°C) –268.83 –245.92 –185.81 –151.7 –106.6 –62
Punt de fusió (°C) –272 –248.52 –189.6 –157 –111.5 –71

Els gasos nobles conten en forces intermoleculars molt dèbils i, per lo tant, tenen punts de fusió i d'ebullició molt baixos. Tots ells són gasos monoatómicos baix condicions estàndar, incloent aquells que tenen masses atòmiques majors que alguns elements que es troben normalment en estat sòlit. L'heli té vàries propietats úniques sobre atres elements: tant el seu punt d'ebullició com el de fusió són menors que els de qualsevol atra substància coneguda; és l'únic element conegut que presenta superfluidez; de la mateixa manera no pot ser solidificado per refredat baix condicions estàndar, sino que es convertix en sòlit baix una pressió de 25 atm (2500 kPa; 370 psi) i 0.95 K (−272.2 °C; −457.96 °F).[31] Els gasos nobles fins al xenón tenen múltiples isòtops estables. El radón no té isòtops estables; el seu isòtop de major duració té un periodo de semidesintegración de 3.8 dies que pot formar heli i poloni.[17]

El radi atòmic dels gasos nobles aumenta d'un periodo a un atre per l'increment en el número d'electrons. El tamany de l'àtom es relaciona en vàries propietats. Per eixemple, el potencial de ionisació disminuïx a mida que aumenta el radi ya que els electrons de valència en els àtoms més grans es troben més alluntats del núcleu i, per lo tant, no es troben lligats tan fortament per l'àtom. Els gasos nobles tenen els majors potencials de ionisació de cada periodo, la qual cosa reflectix lo estable que és la seua configuració electrònica i genera la seua falta de reactivitat química.[32] No obstant, alguns dels gasos nobles més pesats tenen potencials de ionisació lo suficientment baixos per a ser comparables als d'atres elements i molècules. El químic Neil Bartlett, intentant crear el compost d'un gas noble, va notar que el potencial de ionisació del xenón era similar al de la molècula d'oxigen, per lo que va intentar oxidar xenón usant hexafluoruro de platí, un agent oxidant tan fort que és capaç de reaccionar en oxigen.[23] Els gasos nobles no poden acceptar un electró per a formar aniones estables. Açò vol dir que posseïxen una afinitat electrònica negativa.[33]

Gràfic de potencial de ionisació respecte al número atómico. Els gasos nobles tenen el major potencial de ionisació de cada periodo.

Les propietats físiques macroscòpiques dels gasos nobles estan determinades per les dèbils forces de Van der Waals que es donen entre àtoms. Les forces d'atracció aumenten en el tamany de l'àtom com un resultat de l'increment en la polarizabilidad i el descens del potencial de ionisació. Açò du a tendències grupales sistemàtiques. Per eixemple, a mida que es baixa en els grups de la taula periòdica, el radi atòmic i les forces interatómicas aumenten. D'igual forma, s'adquirixen majors punts de fusió i d'ebullició, entalpia de vaporisació i solubilidad. L'aument de densitat es deu a l'increment en massa atòmica.[32]

Els gasos nobles es comporten com gasos ideals baix condicions normals de pressió i temperatura, pero les seues tendències anormals a la llei dels gasos ideals proporcionen claus importants per a l'estudi de les forces i interaccions moleculars. El potencial de Lennard-Jones, usat freqüentment per a modelar forces intermoleculars, va ser deduït en 1924 per John Lennard-Jones a partir de senyes experimentals del argón ans que el desenroll de la mecànica quàntica proporcionara les ferramentes necessàries per a entendre les forces intermoleculars a partir de primers principis.[34] L'anàlisis teòric d'estes forces es va tornar viable degut a que els gasos nobles són monoatómicos, i per tant isótropo (independents de la direcció).

Referències

[editar | editar còdic]
  1. ↑ 1,0 1,1 Atkins, Peter; Jones, {{{nom2}}} (2006). tambien és conseqüència de l'efecte hivernàcul.cceso=2 de març de 2018 Principis de química: els camins del descobriment (en és), Ed. Mèdica Panamericana. ISBN 9789500600804.
  2. ↑ Pure and Applied Chemistry.88(4)
    401-405.doi:10.1515/pac-2015-0802.
  3. ↑ Chemie in unserer Zeit.51(6)
    418–426.doi:10.1002/ciuz.201700838.
  4. ↑ Angewandte Chemie International Edition.58(40)
    14260-14264.doi:10.1002/anie.201908327.
  5. ↑ Angewandte Chemie International Edition.59(52)
    23636-23640.doi:10.1002/anie.202011976.
  6. ↑ Melo, Sergio Hurtado (30 de setembre de 2014). Operacions bàsiques del procés, mescles i dissolució. QUIE0108, IC Editorial. ISBN 9788416207046.
  7. ↑ Pérez, Rogelio González (22 d'agost de 2013). el+aire&hl=és&sa=X&vore=0ahUKEwibyu_g083ZAhWD0RQKHQSvAqY4ChDoAQgmMAA#v=onepage&q=ne%C3%B3n,%20arg%C3%B3n,%20kript%C3%B3n%20i%20xen%C3%B3n%20es%20obtenen%20de el%20aire&f=false Criogenia: Càlcul d'equips. Recipients a pressió, Edicions Díaz de Sants. ISBN 9788499698755.
  8. ↑ Sharpe, Alan G. (September 1996). Química inorgànica, Reverte. ISBN 9788429175011.
  9. ↑ 13
    268-270.doi:10.1126/science.13.320.268.
  10. ↑ Ozima 2002, p. 30
  11. ↑ Ozima 2002, p. 4
  12. ↑ Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas».
  13. ↑ Oxford English Dictionary (1989), s.v. «helium». Retrieved December 16, 2006, from Oxford English Dictionary Online. També, citat allí: Thomson, W. (1872). Rep. Brit. Assoc. xcix: «Frankland i Lockyer troben que les prominència grogues emeten una llínea lluenta molt marcada no molt llunt de D, pero que fins ara no s'ha identificat en cap flama terrestre. Sembla indicar una nova substància, que proponen cridar heli».
  14. ↑ 14,0 14,1 Ozima 2002, p. 1
  15. ↑ Mendeleev 1903, p. 497
  16. ↑ (1957).179(4566)doi:10.1038/179912a0.
  17. ↑ 17,0 17,1 17,2 Erro en la seqüencia d'órdens: no existix el mòdul «Citas».
  18. ↑ Cederblom, J. E.. «The Nobel Prize in Physics 1904 Presentation Speech».
  19. ↑ Cederblom, J. E.. «The Nobel Prize in Chemistry 1904 Presentation Speech».
  20. ↑ Ramsay, pp. 258.
  21. ↑ Moissan, pp. 185.
  22. ↑ Gillespie, R. J.; Robinson, E. A.(2007).28(1)
    87-97.doi:10.1002/jcc.20545.
  23. ↑ 23,0 23,1 (1962).(6)doi:10.1039/PS9620000197.
  24. ↑ Fields, Paul R.; Stein, Lawrence; Zirin, Moshe H.(1962).84(21)
    4164-4165.doi:10.1021/ja00880a048.
  25. ↑ Grosse, A. V.; Kirschenbaum, A. D.; Streng, A. G.; Streng, L. V.(1963).139
    1047-1048.doi:10.1126/science.139.3559.1047.
  26. ↑ Khriachtchev, Leonid; Pettersson, Mika; Runeberg, Nino; Lundell, Jan; Räsänen, Markku406(406)
    874-876.doi:10.1038/35022551.
  27. ↑ Oganessian, Yu. Ts.(1999).American Physical Society.83doi:10.1103/PhysRevLett.83.3154.
  28. ↑ «Chemical element No. 110 finally gets a name—darmstadtium». Consultat el 26 de juny de 2008.
  29. ↑ «Gas Phase Chemistry of Superheavy Elements» (PDF). Texas A&M University. Archivat des d'el original, el 28 de maig de 2008. Consultat el 31 de maig de 2008.
  30. ↑ 74(4)doi:10.1103/PhysRevC.74.044602.
  31. ↑ «Solid Helium». University of Alberta. Archivat des d'el original, el 31 de maig de 2008. Consultat el 22 de juny de 2008.
  32. ↑ 32,0 32,1 Greenwood 1997, p. 891
  33. ↑ Wheeler, John C.(1997).74
    123-127.; Kalcher, Josef; Sax, Alexander F.(1994).94
    2291-2318.doi:10.1021/cr00032a004.
  34. ↑ (1955).1
    175-184.doi:10.1098/rsbm.1955.0013.
Obtingut de «https://www.lenciclopedia.org/w/index.php?title=Gasos_nobles&oldid=817972»