Gases Nobles

Los elementos del grupo 18 son gases nobles (helio, neón, argón, criptón, xenón y radón). Se ganaron el nombre de “nobles” porque se suponía que no eran reactivos, ya que han llenado sus capas de valencia. En 1962, el Dr. Neil Bartlett de la Universidad de Columbia Británica demostró que esta suposición era falsa.

Estos elementos están presentes en la atmósfera en pequeñas cantidades. Algunos gases naturales contienen entre el 1 y el 2% de helio en masa. El helio se aísla del gas natural mediante la licuefacción de los componentes condensables, dejando sólo helio como gas. El radón proviene de otros elementos radiactivos. Más recientemente, se observó que este gas radiactivo está presente en cantidades muy pequeñas en suelos y minerales. Sin embargo, su acumulación en edificios bien aislados y herméticos constituye un riesgo para la salud, principalmente cáncer de pulmón.

Los puntos de ebullición y de fusión de los gases nobles son extremadamente bajos en relación con los de otras sustancias de masas atómicas o moleculares comparables. Esto se debe a que sólo las fuerzas de dispersión débiles de London débiles están presentes, y estas fuerzas pueden mantener los átomos unidos sólo cuando el movimiento molecular es muy leve, ya que es una temperatura muy baja.

Los orbitales s y p completos de la capa de valencia añaden estabilidad a los gases nobles. Estos elementos tienen las primeras energías de ionización más grandes, lo que indica que la remoción de un electrón es difícil. Al descender por el grupo, el radio atómico aumenta y la energía de ionización disminuye. Los valores positivos de afinidad electrónica de estos elementos revelan que también es poco probable que ganen electrones. En el cuadro 1 se resumen las propiedades de los gases nobles.

Tabla 1: Propiedades de los gases nobles.

El argón es útil en la fabricación de bombillas eléctricas llenadas de gas, donde su baja conductividad térmica e inercia química hicieron que fuera preferible al nitrógeno para inhibir la vaporización del filamento de tungsteno y prolongar la vida útil de la bombilla. Los tubos fluorescentes suelen contener una mezcla de argón y vapor de mercurio. El argón es el tercer gas más abundante en el aire seco.

El helio se utiliza para rellenar globos y naves más ligeras que el aire porque no se quema, lo que lo hace más seguro de usar que el hidrógeno. El helio líquido (punto de ebullición, 4,2 K) es un refrigerante importante para alcanzar las bajas temperaturas necesarias para la investigación criogénica, y es esencial para lograr las bajas temperaturas necesarias para producir superconducción en materiales superconductores tradicionales utilizados en imanes potentes y otros dispositivos.

El neón es un componente de las lámparas y señales de neón.  Pasar una chispa eléctrica a través de un tubo que contiene neón a baja presión genera el conocido resplandor rojo del neón. Es posible cambiar el color de la luz mezclando argón o vapor de mercurio con el neón o utilizando tubos de vidrio de un color especial.

Los tubos de flash de xenón-criptón se utilizan para tomar fotografías a alta velocidad. Una descarga eléctrica a través de tal tubo da una luz muy intensa que dura sólo 1/50.000 de segundo. El criptón forma un difluoruro, que es térmicamente inestable a temperatura ambiente.

Cuando el xenón reacciona con el flúor, se forman compuestos estables de xenón. El difluoruro de xenón, XeF₂, se forma después de calentar un exceso de gas de xenón con gas flúor y luego enfriarlo. El material forma cristales incoloros, que son estables a temperatura ambiente en una atmósfera seca. El tetrafluoruro de xenón, XeF₄ y el hexafluoruro de xenón, XeF₆, se preparan de forma análoga, con una cantidad estequiométrica de flúor y un exceso de flúor, respectivamente. Los compuestos con oxígeno se preparan sustituyendo los átomos de flúor de los fluoruros de xenón por oxígeno.

Cuando XeF₆ reacciona con el agua, se produce una solución XeO₃ y el xenón permanece en el estado de oxidación +6 . El trióxido de xenón seco y sólido, XeO₃, es extremadamente explosivo, y se detona espontáneamente.

Se forman compuestos inestables de argón a bajas temperaturas, pero no se conocen compuestos estables de helio y neón.

Este texto es adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 18.2: Ocurrencia, Preparación y Propiedades de los Gases Nobles.