Gases nobres

“Gases nobres” é um termo que se refere a um grupo de elementos químicos do grupo 18 da tabela periódica, os quais são chamados de "nobres" porque historicamente se pensava que eram muito inertes, ou seja, não reativos, devido à sua configuração eletrônica estável. Nesse contexto, essa estabilidade eletrônica é caracterizada por ter uma camada de elétrons externa completa, o que os torna menos propensos a formar ligações químicas com outros átomos.

Em vista disso, são conhecidos por sua baixa reatividade, tornando-os úteis em várias aplicações, como iluminação, soldagem, enchimento de lâmpadas, preservação de alimentos e resfriamento em aplicações de alta tecnologia. Embora historicamente considerados inertes, alguns gases nobres, como o xenônio e o criptônio, podem realmente formar compostos em condições extremas de pressão e temperatura, desafiando a ideia original de sua completa inatividade química.

Leia também: Afinal, o que são gases?

Resumo sobre gases nobres

• Gases nobres pertencem ao grupo 18 da tabela periódica.

• Incluem hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio, radônio e oganessônio.

• São conhecidos por sua baixa reatividade química.

• Possuem uma camada de valência completa.

• São geralmente encontrados em estado gasoso à temperatura ambiente.

• Possuem alta energia de ionização e baixa afinidade eletrônica.

• As densidades variam, com hélio sendo o mais leve e radônio, o mais pesado.

• Hélio é usado em ressonância magnética devido à sua baixa temperatura de ebulição.

• Neônio e xenônio são utilizados em iluminação, como lâmpadas de néon e incandescentes.

• Argônio tem aplicação em soldagem para proteger metais derretidos.

• Criptônio é usado em lâmpadas fluorescentes e laser na medicina.

• Radônio é radioativo e perigoso para a saúde.

• Oganessônio é altamente instável e pouco conhecido.

Videoaula sobre gases nobres

Quais são os gases nobres?

Os gases nobres listados na tabela periódica são:

• hélio (He);

• neônio (Ne);

• argônio (Ar);

• criptônio (Kr);

• xenônio (Xe);

• radônio (Ra);

• oganessônio (Og).

Sendo este último ainda um objeto de estudo quanto às suas propriedades e aplicações.

Propriedades dos gases nobres

No que tange as propriedades dos gases nobres, fisicamente eles são todos incolores, inodoros e insípidos em suas formas naturais. Além disso, possuem pontos de ebulição e fusão extremamente baixos, por isso, à temperatura ambiente, todos estão no estado gasoso. Quanto às densidades, elas aumentam com o número atômico, ou seja, o hélio é o mais leve e o oganessônio é o mais pesado, conforme dispõe o quadro abaixo:

*Desc. = Desconhecido (a)

Já em relação às propriedades químicas, possuem altas energias de ionização, o que significa que requerem muita energia para remover um elétron da camada de valência, o que contribui para sua baixa reatividade. Já a afinidade eletrônica é geralmente muito baixa ou nula, ou seja, eles não ganham elétrons facilmente.

Além disso, possuem eletronegatividades relativamente baixas em comparação com outros não metais, pois eles não atraem elétrons com a mesma intensidade que elementos como o flúor ou o oxigênio. Por fim, são termicamente estáveis, pois mesmo quando aquecidos eles não se decompõem ou reagem facilmente com outros elementos.

Veja também: O que determina o ponto de fusão e o ponto de ebulição dos elementos químicos?

Inércia dos gases nobres

Primeiramente, devemos entender que a inércia química se refere à resistência de uma substância a reagir quimicamente com outras. Nesse caso, os gases nobres são inertes devido à configuração eletrônica de seus átomos, porquanto possuem uma camada de valência (a camada mais externa de elétrons) completamente cheia, isto é, com 8 elétrons. Contudo, no caso do hélio, temos uma exceção, pois sua camada externa só pode conter até 2 elétrons.

Em vista disso, esses átomos estão em um estado de energia muito baixo e estável, uma vez que enquanto os átomos de outros elementos tentam reagir para ganhar, perder ou compartilhar elétrons, a fim de alcançar estabilidade química, os gases nobres já possuem essa configuração naturalmente, o que lhes confere essa notável inércia.

Entretanto, vale destacar que sob condições extremas, como altas pressões ou a presença de catalisadores específicos, alguns compostos com xenônio e criptônio podem ser formados. Por exemplo, o xenônio pode formar compostos como o hexafluoroplatinato de xenônio (Xe[PtF₆]), e o criptônio pode formar o difluoreto de criptônio (KrF₂). Além disso, o radônio, por ser radioativo, também apresenta comportamento químico um pouco diferente, podendo formar compostos mais variados devido à sua instabilidade.

Características dos gases nobres

Os gases nobres compartilham algumas características gerais como a inércia química, devido à sua camada de valência completa, que os torna muito estáveis e pouco reativos. São incolores e inodoros em condições normais de temperatura e pressão. Além disso, possuem baixa solubilidade em água. Outro fator é que eles existem como átomos individuais (monoatômicos) em suas formas naturais, ao contrário de muitos outros gases que formam moléculas diatômicas ou poliatômicas.

Nesse sentido, veja no quadro abaixo as principais características desses gases na ordem em que aparecem na tabela periódica:

Outra característica interessante dos gases nobres é sua capacidade de emitir luz de cores características quando eletricamente excitados. Por exemplo, o neônio emite uma luz vermelha brilhante, enquanto o criptônio pode emitir uma luz azulada, conforme a imagem abaixo.

Aplicação dos gases nobres

A inércia dos gases nobres tem muitas aplicações práticas. Por exemplo, gases como o hélio e argônio são usados em ambientes onde é crucial evitar reações químicas, como na soldagem e na fabricação de semicondutores, para proteger o metal derretido da atmosfera, evitando a formação de óxidos. Além disso, o hélio é utilizado em equipamentos criogênicos e em ressonâncias magnéticas.

O radônio, por outro lado, é utilizado em estudos geológicos, como fonte de radiação em laboratórios para calibração de equipamentos de detecção de radiação, monitoramento de atividades sísmicas e vulcânicas, e algumas terapias médicas, embora seu uso seja limitado devido à radioatividade. Já o neônio e o xenônio são utilizados em letreiros luminosos e lâmpadas de alta intensidade devido às suas capacidades de emitirem luz quando eletricamente excitados, sem reagir com outros materiais do tubo.

O criptônio, por sua vez, é usado em lâmpadas fluorescentes e de descarga de gás, como as lâmpadas de krypton, que produzem uma luz brilhante e branca, as quais são usadas em projetores de cinema, faróis de automóveis e em fotografia de alta velocidade. Ademais, tem aplicações em alguns tipos de laser, como o laser de criptônio, que é usado em medicina para cirurgias e tratamentos oftalmológicos.

Quanto ao oganessônio, os estudos sobre esse elemento são teóricos e computacionais, visando prever suas propriedades e comportamentos químicos e físicos, já que experimentos práticos são difíceis devido à sua curta meia-vida. Devido a isso, seu principal uso é em pesquisa científica, especificamente no campo da Química e Física Nuclear para entender melhor as propriedades dos elementos superpesados e os limites da tabela periódica.

Saiba mais: Quais são os metais nobres da tabela periódica?

Exercícios resolvidos sobre gases nobres

1) (Comperv) No ano de 2012, completam-se 50 anos da perda da "nobreza" dos chamados gases nobres, a qual ocorreu em 1962, quando o químico inglês Neil Bartlett conseguiu sintetizar o Xe[PtF₆] ao fazer reagir o xenônio com um poderoso agente oxidante, como o hexafluoreto de platina PtF₆.

Esses gases eram chamados assim pois, na época de sua descoberta, foram julgados como não reativos, ou inertes, permanecendo "imaculados".

A explicação para a não reatividade dos gases nobres se fundamentava:

a) na regra do dueto, segundo a qual a configuração de dois elétrons no último nível confere estabilidade aos átomos.

b) na regra do octeto, segundo a qual a configuração de oito elétrons no penúltimo nível confere estabilidade aos átomos.

c) na regra do octeto, segundo a qual a configuração de oito elétrons no último nível confere estabilidade aos átomos.

d) na regra do dueto, segundo a qual a configuração de dois elétrons no penúltimo nível confere estabilidade aos átomos.

Gabarito: C

Segundo a regra do octeto, os átomos, de modo geral, adquirem estabilidade química quando atingem um total de oito elétrons em suas camadas de valência. No caso dos gases nobres, eles já possuem o octeto completo, não sendo necessário reagirem naturalmente com outros átomos. Contudo, descobriu-se que em condições específicas essa reatividade acontece, gerando novas perspectivas.

2) (Enem) Por terem camada de valência completa, alta energia de ionização e afinidade eletrônica praticamente nula, considerou-se por muito tempo que os gases nobres não formariam compostos químicos. Porém, em 1962, foi realizada com sucesso a reação entre o xenônio (camada de valência 5s²5p⁶) e o hexafluoreto de platina, e, desde então, mais compostos novos de gases nobres vêm sendo sintetizados. Tais compostos demonstram que não se pode aceitar acriticamente a regra do octeto, na qual se considera que, numa ligação química, os átomos tendem a adquirir estabilidade assumindo a configuração eletrônica de gás nobre. Dentre os compostos conhecidos, um dos mais estáveis é o difluoreto de xenônio, no qual dois átomos do halogênio flúor (camada de valência 2s²2p⁵) se ligam covalentemente ao átomo de gás nobre para ficarem com oito elétrons de valência.

Ao se escrever a fórmula de Lewis do composto de xenônio citado, quantos elétrons na camada de valência haverá no átomo do gás nobre?

a) 6

b) 8

c) 10

d) 12

e) 14

Gabarito: C

O composto em questão é o difluoreto de xenônio, cujo prefixo nos indica dois átomos de flúor ligados a um átomo de xenônio (XeF₂). Outro dado importante é que eles estão ligados covalentemente. Diante disso, devemos lembrar que o xenônio possui 8 elétrons de valência (5s²5p⁶), portanto, ao compartilhar elétrons com dois átomos de flúor, ele passa a ter 10 elétrons em sua camada de valência, pois cada flúor fornece um elétron no compartilhamento.

Créditos da imagem

^[1] Wikimedia Commons

Fontes

ATKINS, P.; JONES, L.; LAVERMAN, L. Grupo 18: Os gases nobres. In: Princípios de Química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 7. ed. Porto Alegre: Bookman, 2018. p. 699–701.

L. BROWN, T. et al. GRUPO 8A: GASES NOBRES. In: Química: a ciência central. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil., 2016. p. 300–301.

PORCELLI, D.; PEPIN, R. O. The Origin of Noble Gases and Major Volatiles in the Terrestrial Planets. In: Treatise on Geochemistry. [s.l: s.n.]. v. 4–9p. 319–347.

PUBCHEM DATABASE. Periodic Table of Elements - PubChem. Disponível em: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/periodic-table/

WELLER, M. et al. Os elementos do grupo 18. In: Química Inorgânica. 6. ed. Porto Alegre: Bookman, 2017. p. 479–486.

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