Processus d'étude des gaz nobles et leur rôle dans les industries

Dans la chimie, il existe d'innombrables éléments qui peuvent ou non être liés les uns aux autres. Il existe des métaux, des non-métaux, des lanthanides et des actinides, des métaux de transition et des alcalino-terreux; et bien sûr nous avons l'un des éléments chimiques À qui nous avons prêté peu d'attention pendant les cours de chimie, et encore moins lorsqu'il s'agit de passer à autre chose. Je parle, bien entendu, des gaz rares.

Ces éléments que, étant si rares dans l'environnement, on ne peut pas trop analyser. Ici, nous découvrirons l'histoire des gaz rares, leurs utilisations et leurs propriétés, ainsi que d'autres curiosités. Restez ici et apprenez les choses les plus intéressantes sur les gaz rares.

Apprenons à connaître les gaz

Il s'agit d'un groupe de composés chimiques aux propriétés très similaires les uns aux autres. Par exemple, dans des conditions normales, ils sont des gaz monatomiques incolores, inodores et ont une très faible réactivité chimique. Ceux-ci sont situés dans le groupe numéro 18 du tableau périodique et sont connus sous le nom de: Hélium, néon, xénon, argon, krypton, le radioactif: Radon et le synthétique: Oganeson.

Ses propriétés peuvent être expliquées par les théories modernes existantes sur la structure atomique. Leur coquille d'électrons valent est considérée comme complète, ce qui leur donne une tendance limitée à participer à des réactions chimiques, et est l'une des raisons pour lesquelles ils sont mal compris. En fait, très peu de composés de gaz rares ont été préparés à ce jour.

D'où obtenons-nous les gaz rares?

Nous obtenons du néon, de l'argon, du xénon et du krypton de l'air en utilisant des méthodes de distillation fractionnée et de liquéfaction. L'hélium se trouve dans le gaz naturel, où il devrait être généralement séparé. Et le radon est obtenu par la désintégration radioactive de composés dissous dans le radium.

Et Oganeson est un élément synthétique créé en 2002, et qui a obtenu sa nomenclature IUPAC en 2016. Il est connu pour être assez réactif et instable, donc peu de travail a été fait avec lui.

Ces gaz ont eu des utilisations très importantes dans les domaines de l'éclairage, du soudage et de l'exploration spatiale. Trimix, qui est une solution d'hélium-oxygène-azote, est utilisé pour que les plongeurs ne subissent pas l'effet narcotique de l'azote dans les profondeurs. En outre, après avoir pris connaissance des risques d'inflammabilité de l'hydrogène, cela a été remplacé par l'hélium dans la création de dirigeables et de ballons à air chaud.

Propriétés de ces gaz

Les gaz nobles tirent leur nom de la traduction de l'allemand edelgas, nom utilisé pour la première fois en 1898 par le chimiste Hugo Erdman. Avec ce nom cherchait à faire référence au faible taux de réactivité de ces éléments. En fait, ce sont les éléments les moins réactifs connus, à tel point qu'ils sont pratiquement inertes ou non réactifs.

En effet, ils ont une coquille de valence complète qui leur laisse une faible capacité à libérer des électrons et rend leur comportement proche de celui d'un gaz idéal.

En général, les gaz rares partagent des propriétés différentes.

• Ce sont des éléments non métalliques: Étant gazeux, il ne contient aucune particule métallique dans sa conformation. En même temps, ils ne sont pas capables de réagir avec d'autres métaux.
• Ils sont incolores et inodores: bien qu'ils puissent être donnés couleurs aux ampoules et lampes créés au moyen de ces gaz en utilisant l'électricité, ils sont à l'origine incolores et inodores.
• Ils ont une couche de valence complète: Le néon, le xénon, l'argon, le krypton et le radon ont huit électrons dans leur dernière couche. De son côté, l'hélium possède deux électrons. De cette manière, les gaz rares ont une coquille de valence complète. C'est pourquoi, dans des circonstances normales, ces éléments ne forment pas de liens.
• Ils existent sous forme de gaz monoatomiques: Tel que compris, ces éléments, même les plus grands atomiquement, n'ont qu'un seul atome.

• Ils sont pratiquement non réactifs: En raison de leur pleine valence et de leur difficulté à délivrer des électrons, ils sont considérés comme pratiquement inertes.

• Ils conduisent l'électricité et produisent de la fluorescenceBien que très faibles, ces gaz sont capables de conduire l'électricité et, ce faisant, ils brillent de manière phosphorescente.

• Ils ont un point de fusion et d'ébullition basCes gaz rares ont des points de fusion et d'ébullition très bas.

• Ils ont une très faible électronégativité: ces éléments sont très faiblement électronégatifs

• Ils ont une énergie d'ionisation élevée: Votre énergie d'ionisation est en fait la plus élevée de vos règles.
• Ils ne sont pas inflammables: Même en raison de la coupe inflammable d'hydrogène, il a été remplacé par l'hélium dans la fabrication des dirigeables et des ballons.

Comme pour la réactivité, leurs forces interatomiques sont également très faibles, c'est pourquoi ils ont des températures de fusion et d'ébullition basses, et ce sont tous des gaz monoatomiques dans des conditions normales, y compris des gaz de masse atomique plus élevée.

L'hélium a de nombreuses propriétés qu'aucun autre gaz rare ou tout autre élément du tableau périodique n'a. Le sien le point de fusion est le plus bas dans tous les connus, en plus d'être le seul élément qui possède un état de superfluidité; un état dans lequel la matière est à l'état liquide, mais peut fonctionner sans perdre d'énergie cinétique. L'hélium a besoin d'une pression de 25atm et d'une température de -272ºC pour pouvoir se solidifier.

Leur coquille de valence pleine est également responsable de ces gaz ayant une capacité d'ionisation élevée (la plus élevée du tableau périodique). et ne peut pas former d'ions facilement, qui montre sa stabilité dans sa configuration électronique.

L'énergie d'ionisation diminue à mesure que le groupe diminue, car le rayon atomique augmente et les électrons de valence sont plus éloignés du noyau et donc moins attirés par celui-ci. Cela fait que, bien que sa période soit la plus élevée, certains gaz rares ont une énergie d'ionisation comparable à celle d'autres éléments. Par exemple, l'énergie d'ionisation du xénon est comparable à l'énergie d'ionisation de l'oxygène.

Utilisations de ces gaz

En ayant des points d'ébullition et de fusion aussi bas, ils sont particulièrement utiles dans la fabrication d'équipements de réfrigération, et les rend également utiles comme réfrigérants cryogéniques.

L'hélium liquide, qui bout à 4,2K (-268,93 ° C), est utilisé dans la fabrication d'aimants supraconducteurs, tels que ceux utilisés pour l'imagerie par résonance magnétique et la résonance magnétique nucléaire.

Le néon liquide, bien qu'il n'atteigne pas les basses températures de l'hélium liquide, a plus d'applications en cryogénie, car il a une capacité à 40 fois plus de refroidissement que l'hélium liquide et 3 fois supérieure à celle de l'hydrogène liquide.

L'hélium est utilisé comme composant des gaz respirables pour remplacer l'azote, grâce à son faible solubilité dans les fluides, en particulier dans les lipides. Les gaz sont absorbés dans le sang et les tissus corporels lorsqu'il y a une pression, comme la plongée sous-marine, ce qui produit un effet anesthésique appelé mal des profondeurs. En raison de sa faible solubilité, peu d'hélium pénètre dans les membranes cellulaires, ce qui aide à freiner l'effet narcotique.

En raison de sa faible combustibilité et légèreté, et après la catastrophe de Hindenburg en 1937, l'hélium a remplacé l'hydrogène dans la fabrication de carburant, même malgré une perte de flottabilité de 8,6%

Ces gaz sont utilisés dans l'éclairage en raison de leur conductivité. Dans la fabrication des ampoules à incandescence, un mélange d'argon et d'azote est utilisé pour les remplir. Krypton utilisé dans les ampoules haute performancecomme les lampes halogènes, qui ont une température de couleur plus élevée et une efficacité plus élevée.

Le xénon est couramment utilisé dans les phares au xénon, qui, en obtenant un spectre lumineux similaire à la lumière du jour, est utilisé dans les projecteurs de films ainsi que dans les phares de voiture.

En médecine, l'hélium est utilisé pour améliorer la facilité de respiration chez les patients asthmatiques. Le xénon peut être utilisé comme anesthésique En raison de sa forte solubilité dans les lipides, ce qui le rend plus efficace que l'oxyde nitreux habituel, et comme il est facilement éliminé par l'organisme, il permet une récupération plus rapide.

La capture d'images qui est effectuée au moyen de la résonance magnétique nucléaire, a du xénon combiné avec d'autres gaz. Le radon, qui est hautement radioactif et disponible uniquement sous forme de traces, est utilisé en radiothérapie.

Production et abondance

L'abondance et la facilité avec lesquelles les gaz rares peuvent être obtenus sont en proportion inverse de leur numéro atomique. Par conséquent, l'abondance de ces gaz diminue à mesure que leur numéro atomique augmente.

Dans l'univers, l'hélium est le deuxième élément le plus facile à obtenir, après l'hydrogène, avec un pourcentage massique d'environ 24%. La majeure partie de la quantité d'hélium dans l'univers a été formée par nucléosynthèse primordiale, mais sa quantité augmente grâce à la participation de l'hydrogène à la nucléosynthèse stellaire (un processus qui résulte de réactions nucléaires au cours du processus évolutif des étoiles).

Le reste des gaz n'est pas aussi abondant ni aussi simple à obtenir. Le radon, par exemple, peut être forme dans la lithosphère par la désintégration alpha du radium; Pendant ce temps, il xénon a développé une théorie connue sous le nom de «théorie du xénon manquant» en raison de sa quantité relativement faible dans l'atmosphère.

Parlons un peu de chacun

• Helio: En raison de sa faible combustibilité, et parce que c'est le deuxième élément le plus facile à obtenir, il a pu remplacer l'hydrogène comme élément potentiel pour remplir les ballons et les zeppelins, car ils n'explosent pas lorsqu'ils entrent en contact avec le feu.
• néon: Ce gaz, de par sa fluorescence et sa teinte rouge-orangée obtenue au contact de l'électricité, est utilisé à des fins publicitaires. Facilement trouvé dans les néons. Des tubes au néon et des lampes qui ont d'autres couleurs sont également disponibles, bien qu'ils contiennent en fait d'autres gaz.
• Argon: Ce gaz est utilisé dans les lampes à incandescence car il ne réagit pas avec le filament dans des conditions de température et de pression élevées. Dans les tubes fluorescents, il génère une couleur vert-bleu. Il est également utilisé dans le domaine industriel pour éviter les réactions chimiques indésirables.
• Krypton: Il est utilisé avec d'autres gaz dans la création et la fabrication de lampes éclairage d'aéroport, en raison de l'intensité des feux rouges émis; il peut également être utilisé dans les projecteurs de cinéma. L'utilisation du krypton est également utile en chirurgie rétinienne au laser.
• Xénon: l'utilisation principale du xénon est l'élaboration d'émetteurs de lumière aux caractéristiques bactéricides; tubes lumineux, flashs photographiques, et également dans des tubes fluorescents avec la capacité d'exciter le laser rubis.
• Radon: Ce gaz est généré par la désintégration radioactive de l'uranium en radio. Pour cette raison et parce qu'il est très radioactif, il a très peu d'applications dans la vie quotidienne.

Pour réfléchir 

Bien qu'ils soient quelque peu composés difficile à obtenir à l'état naturel (sauf peut-être pour l'hélium), et parce qu'ils génèrent ou permettent assez peu de réactions avec eux, les gaz rares sont des composés importants que l'on peut voir, et même utiliser au quotidien.

Peut-être que leurs utilisations sont limitées à des domaines spécifiques, mais cela ne signifie pas qu'elles sont complètement inutiles. De l'éclairage de nos maisons avec des ampoules et des lampes, à la conservation de nos aliments lorsqu'ils sont utilisés dans des réfrigérateurs, à sauver des vies lorsqu'il est utilisé en médecineCes gaz, naturels ou synthétiques, n'ont pas encore montré tout ce qu'ils peuvent faire pour nous. Et il est certain qu'au fur et à mesure que la recherche progressera, son utilisation sera beaucoup plus grande.