Gases nobres: características, configuração, reações, usos - Ciência - 2023

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o gases nobres São um conjunto de elementos que integram o grupo 18 da tabela periódica. Ao longo dos anos, eles também foram chamados de gases raros ou inertes, ambos nomes 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 (neon), 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 London 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 de 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, letais para a 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, no estado líquido são excelentes refrigerantes criogênicos que garantem as temperaturas mais baixas, essenciais para o correto funcionamento de equipamentos altamente energéticos, ou para que alguns materiais atinjam estados de supercondutividade.

Características do gás nobre

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 se unem por ligações metálicas). Portanto, são perfeitos para estudar as propriedades dos gases, pois se adaptam muito bem ao modelo esférico de um gás ideal.

- Geralmente são os elementos com os menores pontos de fusão e ebulição; tanto que o hélio não consegue nem mesmo cristalizar no zero absoluto sem um aumento na pressão.

- De todos os elementos são os menos reativos, ainda menos 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 na extrema direita de cada período.

Os 7 gases nobres

Os sete gases nobres são, de cima para baixo, descendo pelo grupo 18 da tabela periódica:

-Helio, ele

-Neon, Ne

-Argon, 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 sim um líquido ou sólido nobre. Pouco se sabe sobre o radônio, por causa de sua radioatividade, em relação ao hélio ou argônio.

Configuração eletronica

Diz-se que gases nobres têm sua camada de valência totalmente preenchida. Tanto que suas configurações eletrônicas são usadas para simplificar a de outros elementos, usando seus símbolos entre colchetes ([He], [Ne], [Ar], etc.). Suas configurações eletrônicas são:

-Hélio: 1s², [He] (2 elétrons)

-Neon: 1s²2s²2 P⁶, [Ne] (10 elétrons)

-Argon: 1s²2s²2 P⁶3s²3p⁶, [Ar] (18 elétrons)

-Krypton: 1s²2s²2 P⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶, [Kr] (36 elétrons)

-Xenon: 1s²2s²2 P⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5 p⁶, [Xe] (54 elétrons)

-Radon: 1s²2s²2 P⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰4f¹⁴5s²5 p⁶5 d¹⁰6s²6p⁶, [Rn] (86 elétrons)

O importante não é lembrar deles, mas detalhar que terminam em ns²np⁶: o octeto de valência. Da mesma forma, aprecia-se que seus átomos possuam muitos elétrons, que devido à grande força nuclear efetiva estão em um volume menor em comparação com os outros 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.

Polarizabilidade

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 ns²np⁶).

Esses elétrons sentem uma força menos atrativa pelo núcleo, eles podem se mover mais livremente; as esferas são mais facilmente deformadas quanto mais volumosas forem. Como consequência de tais movimentos, surgem regiões de baixa e alta densidade de elétrons: 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 diante das 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 também suas reatividades 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.

Reações

Hélio e néon

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 Ne₂.

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, HeI₂, CF₄Bebê₃Cl₂ 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, (N₂)₆Ne₇, Ele (H₂OU)₆ e Ne • NH₄Fe (HCOO)₃.

Argônio e criptônio

Os gases nobres argônio e criptônio, por serem mais polarizáveis, tendem a apresentar mais "compostos" que o hélio e o neon. No entanto, parte deles são mais estáveis e caracterizáveis, visto que possuem 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 + F₂ → KrF₂

Observe que o criptônio adquire um número de oxidação de +2 (Kr²⁺) graças ao flúor. O KrF₂ de fato, pode ser sintetizado em quantidades comercializáveis como um agente oxidante e fluorinante.

Argônio e criptônio podem estabelecer um amplo repertório de clatratos, complexos endoédricos, moléculas de Van der Walls e alguns compostos aguardando descoberta após sua existência prevista.

Xenônio e radônio

O xenônio é o rei da reatividade entre gases nobres. Forma os compostos verdadeiramente estáveis, comercializáveis e caracterizáveis. Na verdade, sua reatividade se assemelha à do oxigênio nas condições adequadas.

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: XeF₂, XeF₄, XeF₆ e [XeF]⁺[PtF₅]⁻. Quando o XeF₆ se dissolve na água, gera um óxido:

XeF₆ + 3 H₂O → XeO₃ + 6 HF

Este XeO₃ pode dar origem às espécies conhecidas como xenatos (HXeO₄^–) ou ácido xênico (H₂XeO₄) Xenates desproporcionais aos perxenatos (XeO₆^4-); e se o meio for então acidificado, em ácido peroxênico (H₄XeO₆), que é desidratado em tetróxido de xenônio (XeO₄):

H₄XeO₆ → 2 H₂O + 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 (RnF₂) e óxido (RnO₃).

Produção

Liquefação de ar

Os gases nobres se tornam 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, existem quantidades notáveis de argônio no ar, proveniente do decaimento radioativo 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 (N₂, OR₂, CO₂, 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.

Destilação de gás natural e minerais radioativos

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 de 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 irrisória em comparação com a de seus congêneres (os outros gases nobres).

E, finalmente, o oganeson é um "gás" nobre altamente radioativo, ultramassico e artificial, que pode existir apenas brevemente sob condições controladas dentro de um laboratório.

Perigos

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.

Formulários

Indústria

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 a fósforos e outros gases para sombrear 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.

Balões e tanques respiratórios

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.

Remédio

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 solubilidade em lipídios e é considerado o anestésico do futuro. O xenônio também é usado em imagens médicas de pulmão.

O radônio, um gás nobre radioativo, é usado na radioterapia para alguns tipos de câncer.

Outras

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.

Referências

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