Gases nobles

Los gases nobles (también inertes [2] o gases raros [3] ) son un grupo de elementos químicos con propiedades similares: en condiciones normales, son gases monoatómicos incoloros, inodoros e insípidos con una reactividad química muy baja . Los gases nobles incluyen helio (He), neón (Ne), argón (Ar), criptón (Kr), xenón (Xe) y radón radiactivo (Rn). Formalmente, el oganesón (Og) recientemente descubierto también se incluye en este grupo, pero sus propiedades químicas casi no se estudian y es probable que estén cerca de las propiedades de metaloides como el astato (At) y el telurio (Te).

En los primeros 6 períodos de la tabla periódica de elementos químicos, los gases inertes pertenecen al último grupo 18 . Según el antiguo sistema europeo de numeración de grupos de la tabla periódica , el grupo de gases inertes se designa como VIIIA (el subgrupo principal del grupo VIII, o subgrupo de helio), según el antiguo sistema americano - VIIIB ; además, en algunas fuentes, especialmente en las antiguas, el grupo de gases inertes se indica con el número 0, debido a su característica valencia cero. Es posible que por efectos relativistas, el elemento del 7º período del 4º grupo, el flerovio , tenga algunas de las propiedades de los gases nobles [4] . Puede reemplazar a oganesson en la tabla periódica [5] . Los gases nobles son químicamente inactivos y pueden participar en reacciones químicas solo en condiciones extremas.

Las características de los gases nobles se explican por las teorías modernas de la estructura atómica : sus capas electrónicas de electrones de valencia están llenas, lo que permite que participe solo un número muy pequeño de reacciones químicas: solo se conocen unos pocos cientos de compuestos químicos de estos elementos .

El neón, el argón, el criptón y el xenón se separan del aire mediante instalaciones especiales , utilizando los métodos de licuefacción de gases y condensación fraccionada . El helio se obtiene de depósitos de gas natural con altas concentraciones de helio, que se separa mediante técnicas de separación de gas criogénico . El radón generalmente se obtiene como un producto de desintegración radiactiva del radio a partir de soluciones de compuestos de este elemento.

Propiedades químicas

Los gases nobles no favorecen la combustión y no se encienden en condiciones normales.

Conexiones

Los gases inertes son químicamente inactivos (de ahí el nombre). Sin embargo, en 1962, Neil Barlett demostró que todos pueden formar compuestos bajo ciertas condiciones (especialmente fácilmente con flúor ). El neón y el helio más "inertes": para hacerlos reaccionar, es necesario aplicar mucho esfuerzo, ionizando artificialmente cada átomo. El xenón, por el contrario, es demasiado activo (para gases inertes) y reacciona incluso en condiciones normales , mostrando casi todos los estados de oxidación posibles (+1, +2, +4, +6, +8). El radón también tiene una alta actividad química (en comparación con los gases inertes ligeros), pero es radiactivo y se descompone rápidamente, por lo que un estudio detallado de sus propiedades químicas es complicado, a diferencia del xenón.

Oganesson , a pesar de pertenecer al grupo 18 de la tabla periódica, puede no ser un gas inerte, ya que se supone que en condiciones normales, debido a efectos relativistas que afectan el movimiento de electrones cerca de su núcleo altamente cargado, estará en un sólido estado [6] .

Propiedades físicas

Los gases inertes son incoloros, transparentes e inodoros e insípidos. Están presentes en pequeñas cantidades en el aire y en algunas rocas , así como en las atmósferas de algunos planetas gigantes y planetas terrestres. El helio es el segundo (después del hidrógeno) elemento más abundante en el universo, pero para la Tierra es un gas raro que escapó al espacio durante la formación del planeta. Casi todo el helio producido es un producto radiogénico de la desintegración alfa del uranio, el torio y sus elementos secundarios que se produce durante miles de millones de años en las entrañas de la Tierra ; solo una pequeña parte del helio de la tierra ha sobrevivido desde la era de la formación del sistema solar. De manera similar, el argón es principalmente radiogénico, como resultado de la desintegración radioactiva gradual del potasio-40 .

En condiciones normales, todos los elementos del grupo 18 (excepto, posiblemente, oganesson) son gases monoatómicos. Su densidad aumenta al aumentar el número de períodos. La densidad del helio en condiciones normales es unas 7 veces menor que la densidad del aire, mientras que el radón es casi ocho veces más pesado que el aire.

A presión normal, los puntos de fusión y ebullición de cualquier gas noble difieren en menos de 10 °C; por lo tanto, permanecen líquidos solo en un pequeño rango de temperatura. Las temperaturas de licuefacción y cristalización aumentan con el número del período. El helio bajo presión atmosférica no se vuelve sólido en absoluto, incluso en el cero absoluto, la única de todas las sustancias.

Acción biológica

Los gases inertes no tienen toxicidad química . Sin embargo, una atmósfera con una mayor concentración de gases inertes y una correspondiente disminución de la concentración de oxígeno puede tener un efecto asfixiante en una persona, hasta la pérdida del conocimiento y la muerte [7] [8] . Se conocen casos de muerte de personas por fuga de gases inertes.

Debido a la alta radiactividad de todos los isótopos del radón, es radiotóxico. La presencia de radón y sus productos de desintegración radiactiva en el aire inhalado provoca efectos estocásticos de exposición crónica, en particular el cáncer .

Los gases inertes tienen un efecto biológico, que se manifiesta en su efecto narcótico sobre el cuerpo y, de acuerdo con la fuerza de este efecto, se ordenan en orden descendente en el siguiente orden ( también se comparan el nitrógeno y el hidrógeno ): Xe - Kr - Ar - N 2  - H 2  - Ne - He . Al mismo tiempo, el xenón y el criptón exhiben un efecto narcótico a presión barométrica normal, argón - a una presión superior a 0,2 MPa (2 atm ) , nitrógeno - superior a 0,6 MPa (6 atm) , hidrógeno - superior a 2,0 MPa (20 atm) . El efecto narcótico del neón y el helio no se registra en los experimentos, ya que bajo presión los síntomas del “síndrome nervioso de alta presión” (HNSVD) aparecen antes [9] .

Aplicación

Los gases inertes ligeros tienen puntos de ebullición y fusión muy bajos, lo que les permite ser utilizados como refrigerante en ingeniería criogénica . El helio líquido , que hierve a 4,2 K (−268,95 °C) , se utiliza para producir superconductividad, en particular, para enfriar las bobinas superconductoras de los electroimanes utilizados, por ejemplo, en imágenes de resonancia magnética y otras aplicaciones de resonancia magnética nuclear . El neón líquido, aunque su punto de ebullición (-246,03 °C) no alcanza valores tan bajos como el del helio líquido, también encuentra uso en criogenia, porque sus propiedades refrigerantes ( calor específico de vaporización ) son más de 40 veces mejores que helio líquido, y más de tres veces mejor que el hidrógeno líquido.

El helio, debido a su reducida solubilidad en líquidos, especialmente lípidos, se utiliza en lugar de nitrógeno como componente de mezclas respirables para respiración presurizada (como el buceo ). La solubilidad de los gases en la sangre y los tejidos biológicos aumenta bajo presión. Si se usa aire u otras mezclas de respiración que contienen nitrógeno para respirar, esto puede causar un efecto conocido como envenenamiento por nitrógeno .

Debido a su menor solubilidad en lípidos, los átomos de helio quedan atrapados por la membrana celular , por lo que el helio se utiliza en mezclas para respirar como trimix y heliox , reduciendo el efecto narcótico de los gases que se produce en profundidad. Además, la solubilidad reducida del helio en los fluidos corporales permite evitar la enfermedad por descompresión durante el ascenso rápido desde la profundidad. Reducir la cantidad de gas disuelto en el cuerpo significa que se forman menos burbujas de gas durante el ascenso; esto reduce el riesgo de embolia gaseosa . Otro gas inerte, el argón, se considera la mejor opción para su uso como capa intermedia de traje seco [10] para el buceo.

El argón, el más barato entre los gases inertes (su contenido en la atmósfera es de alrededor del 1%), se usa ampliamente en soldadura en gases de protección, corte y otras aplicaciones para aislar metales del aire que reaccionan con el oxígeno (y el nitrógeno) cuando se calientan. así como para el procesamiento de acero líquido. El argón también se usa en lámparas fluorescentes para evitar la oxidación del electrodo de tungsteno calentado. Además, debido a la baja conductividad térmica, el argón (así como el criptón) se usa para llenar ventanas de doble acristalamiento.

Después del accidente del dirigible Hindenburg en 1937, el hidrógeno inflamable fue reemplazado por helio no inflamable como gas de llenado en dirigibles y globos, a pesar de una reducción del 8,6% en la flotabilidad en comparación con el hidrógeno. A pesar del reemplazo, el desastre tuvo un impacto desproporcionado en todo el campo de los aviones presurizados más livianos que el aire y socavó los planes para expandir este campo de la aviación durante más de medio siglo. Se han vuelto más populares recientemente, con el desarrollo de tejidos de nanofibras y energía alternativa.

Colores y espectros de gases nobles

Véase también

• heliometría

Notas

1. ↑ Meija J. , Coplen T. B. , Berglund M., Brand W. A., Bièvre P. D., Gröning M., Holden N. E., Irrgeher J., Loss R. D., Walczyk T. et al. Pesos atómicos de los elementos 2005 (Informe Técnico IUPAC)  (Inglés) // Química Pura y Aplicada - IUPAC , 2016. - Vol. 88, edición. 3.- ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1515/PAC-2015-0305
2. ↑ Gases inertes // Kazajstán. Enciclopedia Nacional . - Almaty: Enciclopedias kazajas , 2005. - T. II. — ISBN 9965-9746-3-2 .  (Ruso) (CC POR SA 3.0)
3. ↑ [www.xumuk.ru/encyklopedia/588.html Gases nobles] - artículo de la Enciclopedia química
4. ↑ Laboratorio Flerov de reacciones nucleares . JINR. Consultado el 8 de agosto de 2009. Archivado desde el original el 6 de octubre de 2011. (indefinido)
5. ↑ Nash, Clinton S. Propiedades atómicas y moleculares de los elementos 112, 114 y 118  // J. Phys  . química A : diario. - 2005. - vol. 109 , núm. 15 _ - Pág. 3493-3500 . -doi : 10.1021/ jp050736o . —PMID 16833687 .
6. ↑ Wieser ME Pesos atómicos de los elementos 2005 (Informe técnico de la IUPAC  )  // Pure Appl. química  : diario. - 2006. - vol. 78 , núm. 11 _ - Pág. 2051-2066 . -doi : 10.1351/ pac200678112051 .
7. ↑ Peligros al trabajar con nitrógeno y argón . Consultado el 31 de marzo de 2011. Archivado desde el original el 16 de octubre de 2014. (indefinido)
8. ↑ Instrucciones de funcionamiento para cilindros de argón utilizados en el laboratorio espectral (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 31 de marzo de 2011. Archivado desde el original el 25 de julio de 2010. (indefinido) 
9. ↑ Pavlov B. N. El problema de la protección humana en condiciones extremas de un hábitat hiperbárico . www.argonavt.com (15 de mayo de 2007). Fecha de acceso: 22 de mayo de 2010. Archivado desde el original el 22 de agosto de 2011. (Ruso)
10. ↑ en : Dry_suit 

Literatura

• Bennett, Pedro; Elliott, David. La Fisiología y Medicina del  Buceo . - Publicaciones SPCK, 1998. - ISBN 0-7020-2410-4 .
• Servicios de preparación de exámenes Bobrow. Cliffs AP  Química . — Notas de acantilados, 2007. - ISBN 0-470-13500-X .
• Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Química de los elementos  (inglés) . — 2do. - Oxford: Butterworth-Heinemann, 1997. - ISBN 0-7506-3365-4 .
• Harding, Charlie J.; Janes, Rob. Elementos del Bloque  P. - Sociedad Real de Química , 2002. - ISBN 0-85404-690-9 .
• Holloway, John. Química  de los gases nobles . — Londres : Methuen Publishing, 1968. - ISBN 0-412-21100-9 .
• Mendeleiev, Dmitry Fundamentos de Química . - 7mo. (Ruso)
• Ojima, Minoru; Podosek, Frank. Geoquímica de gases nobles  . - Prensa de la Universidad de Cambridge , 2002. - ISBN 0-521-80366-7 .
• Weinhold, F.; Landis, C. Valencia y vinculación  (inglés) . - Prensa de la Universidad de Cambridge , 2005. - ISBN 0-521-83128-8 .
• Skerry, Eric. La tabla periódica, su historia y su significado  . - Oxford University Press , 2007. - ISBN 0-19-530573-6 .

Enlaces

• Química de los gases inertes .

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