8.8:
Gas nobili
8.8:
Gas nobili
Gli elementi del gruppo 18 sono gas nobili (elio, neon, argon, krypton, xeno e radon). Si sono guadagnati il nome di “nobili” perché si presumeva che non fossero reattivi poiché hanno riempito i gusci di valenza. Nel 1962, il Dr. Neil Bartlett dell’Università della Columbia Britannica dimostrò che questa ipotesi era falsa.
Questi elementi sono presenti nell’atmosfera in piccole quantità. Alcuni gas naturali contengono l’1-2% di elio in massa. L’elio è isolato dal gas naturale liquefaendo i componenti condensabili, lasciando solo elio come gas. Il radon proviene da altri elementi radioattivi. Più recentemente, è stato osservato che questo gas radioattivo è presente in quantità molto piccole nei suoli e nei minerali. Il suo accumulo in edifici ben isolati e ben sigillati, tuttavia, costituisce un pericolo per la salute, principalmente il cancro ai polmoni.
I punti di ebollizione e i punti di fusione dei gas nobili sono estremamente bassi rispetto a quelli di altre sostanze di masse atomiche o molecolari comparabili. Questo perché sono presenti solo deboli forze di dispersione londinesi, e queste forze possono tenere insieme gli atomi solo quando il moto molecolare è molto leggero, in quanto è una temperatura molto bassa.
Gli orbitali s e p completi del guscio di valenza aggiungono stabilità ai gas nobili. Questi elementi hanno le prime energie di ionizzazione più grandi, indicando che la rimozione di un elettrone è difficile. Scendendo lungo il gruppo, il raggio atomico aumenta e l’energia di ionizzazione diminuisce. I valori positivi di affinità elettronica di questi elementi rivelano che è improbabile che guadagnino anche elettroni. La tabella 1 riassume le proprietà dei gas nobili.
Tabella 1: Proprietà dei gas nobili.
| Elemento | Configurazione elettronica | Raggio atomico (pm) | IE1 (kJ/mol) | EA (kJ/mol) | Densità a STP (g/L) |
| Lui | 1s2 | 32 | 2370 | +20 | 0.18 |
| Ne | [Lui] 2s22p6 | 70 | 2080 | -30 anni | 0.90 |
| Ar | [Ne] 3s23p6 | 98 | 1520 | +35 | 1.78 |
| Kr | [Ar] 4s24p6 | 112 | 1350 | +40 | 3.74 |
| Xe | [Kr] 5s25p6 | 130 | 1170 | +40 | 5.90 |
L’argon è utile nella produzione di lampadine elettriche riempite di gas, dove la sua minore conduttività termica e l’inertità chimica lo hanno reso preferibile all’azoto per inibire la vaporizzazione del filamento di tungsteno e prolungare la vita del bulbo. I tubi fluorescenti contengono comunemente una miscela di argon e vapore di mercurio. L’argon è il terzo gas più abbondante nell’aria secca.
L’elio viene utilizzato per riempire palloncini e imbarcazioni più leggere dell’aria perché non brucia, rendendolo più sicuro da usare rispetto all’idrogeno. L’elio liquido (punto di ebollizione, 4,2 K) è un refrigerante importante per raggiungere le basse temperature necessarie per la ricerca criogenica, ed è essenziale per raggiungere le basse temperature necessarie per produrre superconduzione nei materiali superconduttori tradizionali utilizzati in potenti magneti e altri dispositivi.
Il neon è un componente di lampade e segni al neon. Passare una scintilla elettrica attraverso un tubo contenente neon a bassa pressione genera il familiare bagliore rosso del neon. È possibile cambiare il colore della luce mescolando argon o vapore di mercurio con il neon o utilizzando tubi di vetro di un colore speciale.
I tubi flash allo xeno di krypton sono usati per scattare fotografie ad alta velocità. Una scarica elettrica attraverso un tale tubo dà una luce molto intensa che dura solo 1/50.000 di secondo. Krypton forma un difluoruro, che è termicamente instabile a temperatura ambiente.
Composti stabili dello xeno si formano quando lo xeno reagisce con il fluoro. Il difluoruro di xeno, XeF2, si forma dopo aver riscaldato un eccesso di gas allo xeno con gas fluorurato e quindi raffreddamento. Il materiale forma cristalli incolori, che sono stabili a temperatura ambiente in un’atmosfera secca. Il tetrafluoruro di xeno, XeF4, e l’esafluoruro di xeno, XeF6, sono preparati in modo analogo, rispettivamente con una quantità stechiometrica di fluoro e un eccesso di fluoro. I composti con ossigeno vengono preparati sostituendo gli atomi di fluoro nei fluoruri di xeno con l’ossigeno.
Quando XeF6 reagisce con l’acqua, si verifica una soluzione di XeO3 e lo xeno rimane allo stato di ossidazione +6. Il triossido di xeno secco e solido, XeO3, è estremamente esplosivo – esploderà spontaneamente.
I composti instabili dell’argon si formano a basse temperature, ma non sono noti composti stabili di elio e neon.
Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 18.2: Occurrence, Preparation, and the Properties of Noble Gases.