Nous expliquons ce que sont les gaz nobles, quand ils ont été découverts et comment ils sont classés. Aussi, quelles sont ses caractéristiques et ses propriétés.
Que sont les gaz nobles ?
Les gaz nobles ou gaz inertes sont connus comme l’ ensemble des éléments chimiques qui constituent le groupe 18 (VIIIA) du tableau périodique des éléments et qui présentent une série de caractéristiques en commun : la plus importante est son très faible degré de réactivité, c’est-à-dire , sa faible capacité à former des composés et à structurer des molécules complexes . Il n’y a que quelques composés avec ces éléments.
Les gaz nobles, dans les conditions normales de température et de pression, sont des gaz monoatomiques dépourvus de couleur, d’odeur et de goût , qui sont présents en proportions variables dans l’ air de l’ atmosphère et dans d’autres situations naturelles.
Malgré leur faible réactivité, ou précisément à cause de celle-ci , les gaz nobles trouvent diverses applications dans les industries humaines et sont produits massivement.
Voir aussi: Gaz parfaits
Histoire des gaz nobles
La plupart de ces éléments chimiques ont été découverts vers le 19ème siècle , lorsque Pierre Janssen et Joseph Norman Lockyer, examinant le soleil , ont découvert l’hélium, dont le nom vient du mot grec pour roi soleil.
Plus tard, le krypton, le néon et l’argon ont été découverts à partir de l’étude chimique de l’air et, vers la fin du XIXe siècle, Lord Rayleigh et William Ramsay ont postulé l’existence des gaz nobles, ce qui leur a valu le prix Nobel de physique et de chimie.
Il faudra attendre le XXe siècle pour que sa production industrielle commence à se développer à grande échelle, au fur et à mesure que l’on découvre ses particularités et ses utilisations.
Exemples de gaz nobles
Il existe sept gaz nobles :
- Hélium (He) . C’est le deuxième élément le plus abondant dans l’ univers , produit par des réactions nucléaires au cœur des étoiles par la fusion de l’hydrogène . Il est très populaire car il altère la voix humaine lorsqu’il est inhalé et parce qu’il est beaucoup plus léger que l’air, il a donc toujours tendance à s’élever.
- Néon (Ne) . Très abondant dans l’univers, c’est lui qui donne la teinte rouge à la lumière des lampes fluorescentes. Il est utilisé dans l’éclairage à tubes (néon) et dans la technologie TV .
- Argon (Ar) . Courant dans l’air atmosphérique, c’est un élément largement utilisé comme isolant dans l’industrie et dans l’obtention de différents lasers.
- Krypton (Kr) . Bien qu’il s’agisse d’un gaz rare, il est connu pour réagir avec le fluor et quelques autres éléments à forte électronégativité. Émet une lumière verte et orange très brillante. Il contient six isotopes stables et dix-sept radioactifs.
- Xénon (Xe) . C’est un gaz très lourd , présent à la surface de la terre seulement à l’état de traces. C’était le premier gaz rare synthétisé.
- Radon (Rn) . Il est issu de la désintégration d’éléments radioactifs comme le radium-226 ou l’actinium (on l’appelle alors actinon), c’est donc un gaz noble mais radioactif, dont l’isotope le plus stable ( 222 Rn) a une demi-vie de 3,8 jours. puis se désintègre en polonium-218.
- Oganéson (Og) . Aussi appelé eka-radon, Ununoctio (Uuo) ou élément 118, c’est un élément synthétique et hautement radioactif. Les résultats de leur découverte ont finalement été publiés en 2006.
Pourquoi les appelle-t-on gaz nobles ?
Ces éléments étaient initialement appelés gaz inertes ou gaz rares lorsqu’ils ont été découverts, car ils étaient considérés comme chimiquement passifs et rares dans l’univers.
Les deux idées se sont avérées fausses, c’est pourquoi l’utilisation de « gaz nobles » est préférée , traduction du terme allemand avec lequel Hugo Erdmann les a baptisés en 1898 : Edelgas .
Ce nom est emprunté aux « métaux nobles » comme l’ or , dont le comportement chimique montre également une tendance à une faible réactivité, c’est-à-dire à ne pas former de composés chimiques.
Gaz nobles ou gaz inertes ?
Le terme gaz inertes est généralement utilisé comme synonyme de gaz rares , bien que ce dernier terme soit préféré.
En effet, il existe d’autres gaz qui, dans certaines circonstances, peuvent se comporter de manière inerte , sans faire partie des gaz nobles : c’est le cas de l’azote , dont la réactivité n’augmente qu’à haute température, par exemple.
Configuration électronique des gaz nobles
La raison pour laquelle les gaz nobles ne sont pas très réactifs peut s’expliquer par leur configuration électronique, puisque leur couche la plus externe ou couche de valence est toujours complète , sans qu’il soit nécessaire d’accepter ou d’abandonner des électrons.
Cela signifie que, à quelques exceptions près, les gaz nobles ne participent pas aux réactions chimiques pour former des composés chimiques, car ils sont très stables par eux-mêmes.
Réactivité des gaz nobles
Les gaz nobles sont peu réactifs, c’est-à-dire qu’ils ne forment pratiquement pas de composés chimiques . Cela signifie qu’ils ne réagissent pas beaucoup avec d’autres substances, ils ne réagissent même pas entre les atomes d’un même gaz, comme c’est le cas avec les gaz diatomiques comme l’oxygène (O 2 ) ou l’hydrogène (H 2 ), qui forment des molécules. L’hélium et le néon sont particulièrement inertes, suivis de l’argon, du krypton, du xénon et du radon.
Les exceptions à cette règle sont peu nombreuses et concernent généralement les gaz nobles plus lourds, comme le xénon ou le radon, capables de former des composés avec le fluor et l’oxygène, comme l’hexafluorure de krypton (KrF6) ou l’acide xénique (H 2 X e O 4 ).
Dans des conditions de température particulières (-60 et -90 °C respectivement), le krypton peut se lier avec l’azote et l’oxygène de manière stable . Aucun composé de néon n’a été identifié dans l’univers à ce jour.
Utilisations des gaz nobles
Les gaz nobles ont de nombreuses utilisations pour l’homme et l’une des principales est d’agir comme isolants , puisque leur faible réactivité le leur permet.
De plus, ils sont souvent liquéfiés pour être utilisés comme réfrigérants , essentiels pour les machines délicates telles que les aimants supraconducteurs utilisés dans les IRM nucléaires. Ils sont également utilisés dans les procédés cryogéniques.
D’autre part, l’hélium est utilisé en mélange avec d’autres gaz comme composant respirable , pour les astronautes et les plongeurs, car il réduit l’effet narcotique du « mal des profondeurs », qui peut tuer un plongeur s’il remonte très rapidement des profondeurs. .
Une autre utilisation de l’hélium est comme gaz pour les ballons gonflables ou les dirigeables , en remplacement de l’hydrogène hautement inflammable.
Une utilisation très courante du néon, du xénon et du krypton est dans l’éclairage , car ils remplissent les ampoules à incandescence et produisent des couleurs de lumière spécifiques, tout en prolongeant la durée de vie de la lampe.
Ils sont également utilisés pour la production de lasers utilisés dans les chirurgies ou les procédures industrielles.
Propriétés physiques des gaz nobles
Les gaz nobles sont presque toujours des gaz, bien qu’ils puissent être liquéfiés puis solidifiés , dans des conditions particulières de pression et de température. Comme ils ont des forces intermoléculaires très faibles , ils ont des points de fusion et d’ébullition bas, tous à peu près dans la même gamme.
L’hélium est particulier : c’est l’élément avec le point de fusion et d’ébullition le plus bas connu et le seul élément qui présente une superfluidité. De plus, l’hélium ne peut pas être solidifié à basse température , mais plutôt dans des conditions de pression particulières.
D’autre part, tous les gaz nobles ont des isotopes stables sauf le radon, qui est radioactif et après 3,8 jours son isotope le plus stable (radon-222) se désintègre en polonium-218.
Abondance de gaz nobles
Les gaz nobles sont d’autant plus abondants dans l’univers que leur numéro atomique diminue . Plus ils sont légers, comme l’hélium, plus ils sont abondants ; en fait, la quantité d’hélium dans l’univers augmente à mesure que se produit la fusion atomique de l’hydrogène des étoiles.
Le néon, l’argon, le xénon et le krypton se trouvent dans l’air même que nous respirons , d’où ils peuvent être séparés par liquéfaction et distillation fractionnée ; tandis que le radon, plus rare, apparaît lors des séquences de désintégration du radium et d’autres matières radioactives .
Gaz nobles dangereux
Les gaz nobles ne sont pas toxiques ou dangereux en eux-mêmes, mais ils présentent un danger mécanique pour les êtres vivants : ce sont des gaz potentiellement asphyxiants, car ils déplacent l’oxygène de l’air que nous respirons.
Ainsi, un individu enfermé dans une pièce où sont injectés des gaz nobles peut s’évanouir puis mourir asphyxié par manque d’oxygène dans l’air.
En outre, les gaz nobles radioactifs présentent des dangers intrinsèques , tels que le radon, l’oganeson et certains isotopes du krypton, qui sont hautement cancérigènes.
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