GASES NOBLES

Gases nobles

Artículo destacado

Tubos de descarga conteniendo gases nobles, excitados eléctricamente, mostrando la luz emitida.

Los gases nobles son un grupo de elementos químicos con propiedades muy similares: por ejemplo, bajo condiciones normales, son gases monoatómicos inodoros, incoloros y presentan una reactividad química muy baja. Se sitúan en el grupo 18 (VIIIA) 1 de la tabla periódica (anteriormente llamado grupo 0). Los siete gases son helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe), el radiactivo radón (Rn) y ununoctio (Uuo).

Las propiedades de los gases nobles pueden ser explicadas por las teorías modernas de la estructura atómica: a su capa electrónica de electrones valentes se la considera completa, dándoles poca tendencia a participar en reacciones químicas, por lo que solo unos pocos compuestos de gases nobles han sido preparados hasta 2008. El xenón reacciona de manera espontánea con el flúor (debido a la alta electronegatividad de éste), y a partir de los compuestos resultantes se han alcanzado otros. También se han aislado algunos compuestos con kriptón. Los puntos de fusión y de ebullición de cada gas noble están muy próximos, difiriendo en menos de 10 C°; consecuentemente, solo son líquidos en un rango muy pequeño de temperaturas.

El neón, argón, kriptón y xenón se obtienen del aire usando los métodos de licuefacción y destilación fraccionada. El helio es típicamente separado del gas natural y el radón se aísla normalmente a partir del decaimiento radioactivo de compuestos disueltos del radio. Los gases nobles tienen muchas aplicaciones importantes en industrias como iluminación, soldadura y exploración espacial. La combinación helio-oxígeno-nitrógeno (trimix) se emplea para respirar en inmersiones de profundidad para evitar que los buzos sufran el efecto narcótico del nitrógeno. Después de verse los riesgos causados por la inflamabilidad del hidrógeno, éste fue reemplazado por helio en los dirigibles y globos aerostáticos.

Índice [ocultar]

1 Historia

2 Propiedades físicas y atómicas

3 Propiedades químicas

3.1 Compuestos

4 Abundancia y producción

5 Usos

6 Véase también

7 Fuentes

7.1 Notas y referencias

7.2 Bibliografía

8 Enlaces externos

Historia[editar]

Gas noble es una traducción del nombre alemán Edelgas, usado por primera vez en 1898 por Hugo Erdmann,2 para indicar su extremadamente bajo nivel de reactividad. El nombre hace una analogía con el término "metales nobles", como el oro, asociado con riqueza y nobleza, y que tiene también una baja reactividad. También se ha dado a los gases nobles el nombre gases inertes, pero esta etiqueta ha sido desaprobada a medida que los gases nobles se han ido conociendo más.3 Gases raros es otro término que se ha utilizado,4 pero también es incorrecto porque el argón conforma una parte bastante considerable (0,94 % por volumen, 1,3 % por masa) de la atmósfera terrestre.5

El helio fue detectado por primera vez en el Sol debido a sus características de líneas espectrales.

Pierre Janssen y Joseph Norman Lockyer fueron los primeros en descubrir un gas noble el 18 de agosto de 1868 cuando examinaban la cromosfera del Sol, y lo llamaron helio a partir de la palabra griega para el Sol, ήλιος (ílios o helios).6 Anteriormente, en 1784, el químico y físico inglés Henry Cavendish había descubierto que el aire contenía una pequeña proporción de una sustancia menos reactiva que el nitrógeno.7 Un siglo más tarde, en 1895, Lord Rayleigh descubrió que las muestras de nitrógeno del aire son de diferente densidad que las del nitrógeno como consecuencia de reacciones químicas. En colaboración con William Ramsay, científico del University College de Londres, Lord Rayleigh postuló que el nitrógeno extraído del aire se encontraba mezclado con otro gas y ejecutó un experimento que consiguió aislar exitosamente un nuevo elemento: el argón, palabra derivada del griego argós, "inactivo".7 A partir de este descubrimiento, notaron que faltaba una clase completa de gases en la tabla periódica. Durante su búsqueda del argón, Ramsay también consiguió aislar el helio por primera vez, al calentar cleveíta, un mineral. En 1902, después de aceptar la evidencia de la existencia de los elementos helio y argón, Dmitri Mendeléyev incluyó estos gases nobles como Grupo 0 en su clasificación de elementos, que posteriormente se convertiría en la tabla periódica.8

Ramsay continuó con la búsqueda de estos gases usando el método de la destilación fraccionada para separar aire líquido en varios componentes. En 1898, descubrió el kriptón, el neón y el xenón, llamados así a partir del griego κρυπτός (kryptós, "oculto"), νέος (néos, "nuevo"), y ξένος (xénos, "extraño"), respectivamente. Por su parte, el radón fue identificado por primera vez en 1898 por Friedrich Ernst Dorn,9 y se le llamó emanación de radio, pero no fue considerado como un gas noble hasta 1904, cuando se determinó que sus características eran similares a las de los otros gases nobles.10 Ese mismo año, Rayleigh y Ramsay recibieron el premio Nobel de Física y Química, respectivamente, por el descubrimiento de los gases nobles.11 12

El descubrimiento de los gases nobles ayudó a la compresión de la estructura atómica. En 1895, el químico francés Heri Moissan intentó infructuosamente producir una reacción entre el flúor, el elemento más electronegativo, y el argón, uno de los gases nobles, con el fin de aislar de la atmósfera aquellos gases caracterizados por su extraordinaria inercia química, comenzando por el que está en mayor abundancia relativa, y de crear nuevos elementos o compuestos.13 14 Los científicos fueron incapaces de producir compuestos de argón hasta fines del siglo XX, pero sus intentos ayudaron a desarrollar nuevas teorías de la estructura atómica. Basándose en estos experimentos, el físico danés Niels Bohr propuso en 1913 que los electrones en los átomos se encontraban ordenados en capas electrónicas en torno al núcleo y que en el caso de los gases nobles, exceptuando al helio, la capa exterior siempre contenía ocho electrones.10 En 1916, Gilbert N. Lewis formuló la regla del octeto, la cual concluye que la configuración más estable para cualquier átomo es contar con ocho electrones en la capa exterior; esta configuración produce elementos que no reaccionan con otros, ya que no necesitan más electrones para completar su capa exterior.15

En 1962 Neil Bartlett descubrió el primer compuesto químico de un gas noble, el hexafluoroplatinato de xenón.16 Compuestos de otros gases nobles fueron descubiertos poco después: en 1962, el fluoruro de radón,17 y en 1963, el difluoruro de kriptón (KrF2).18 El primer compuesto estable de argón se reportó en 2000 cuando se formó el fluorohidruro de argón a una temperatura de 40 K (−233,2 °C; −387,7 °F).19

En diciembre de 1998, científicos del Joint Institute for Nuclear Research trabajando en Dubna, Rusia, bombardearon plutonio (Pu) con calcio (Ca) para producir un único átomo del elemento 114,20 bajo el nombre Flerovio (Fl).21 Experimentos químicos preliminares indican que este elemento puede ser el primer elemento transuránico en mostrar propiedades anormales y parecidas a las de los gases nobles, aun cuando es miembro del grupo 14 en la tabla periódica.22 En octubre de 2006, científicos del Joint Institute for Nuclear Research y del Lawrence Livermore National Laboratory sintetizaron exitosamente el ununoctio (Uuo), el séptimo elemento en el Grupo 18,23 al bombardear californio (Cf) con calcio (Ca).24 Como curiosidad cabe indicar que la discusión científica sobre la posibilidad de licuar estos gases dio lugar al descubrimiento de la superconductividad por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes.

Propiedades físicas y atómicas[editar]

Propiedad Gas noble

Número atómico 2 10 18 36 54 86

Nombre del elemento Helio Neón Argón Kriptón Xenón Radón

Densidad (kg/m³) 0,1785 0,9002 1,7818 3,708 5,851 9,970

Radio atómico (nm) 0,050 0,070 0,094 0,109 0,130 —

Punto de ebullición (°C) –268,83 –245,92 –185,81 –151,70 –106,60 –62

Punto de fusión (°C) –272 –248,52 –189,6 –157 –111,5 –71

Los gases nobles cuentan con fuerzas intermoleculares muy débiles y, por lo tanto, tienen puntos de fusión y de ebullición muy bajos. Todos ellos son gases monoatómicos bajo condiciones estándar, incluyendo aquellos que tienen masas atómicas mayores que algunos elementos que se encuentran normalmente en estado sólido. El helio tiene varias propiedades únicas con respecto a otros elementos: tanto su punto de ebullición como el de fusión son menores que los de cualquier otra sustancia conocida; es el único elemento conocido que presenta superfluidez; de la misma manera no puede ser solidificado por enfriamiento bajo condiciones estándar, sino que se convierte en sólido bajo una presión de 25 atm (2500 kPa; 370 psi) y 0,95 K (−272,20 °C; −457.960 °F).25 Los gases nobles hasta el xenón tienen múltiples isótopos estables. El radón no tiene isótopos estables; su isótopo de mayor duración tiene un periodo de semidesintegración de 3,8 días que puede formar helio y polonio.10

El radio atómico de los gases nobles aumenta de un periodo a otro debido al incremento en el número de electrones. El tamaño del átomo se relaciona con varias propiedades. Por ejemplo, el potencial de ionización

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