Gases nobles: definición, propiedades y elementos del grupo 18
Descubre los gases nobles (grupo 18): definición, propiedades y elementos — helio, neón, argón, krypton, xenón, radón — usos en iluminación y su notable inercia química.
Los gases nobles son un grupo de elementos que, en condiciones normales, se presentan como gases monoatómicos y cuyo comportamiento químico es muy poco reactivo. Estos elementos ocupan el grupo 18 de la tabla periódica. Su baja reactividad se debe a que poseen una capa de valencia completa: en la mayoría de ellos esa capa contiene ocho electrones (configuración de octeto), mientras que el helio tiene su capa externa completa con sólo dos electrones. Casi nunca reaccionan con otros elementos, aunque los gases nobles más pesados pueden formar compuestos bajo condiciones adecuadas.
Elementos del grupo 18
- helio (He, Z = 2)
- neón (Ne, Z = 10)
- argón (Ar, Z = 18)
- krypton (Kr, Z = 36)
- xenón (Xe, Z = 54)
- radón (Rn, Z = 86)
Propiedades físicas y químicas
Características generales:
- Monoatómicos en estado gaseoso a temperatura ambiente.
- Bajas fuerzas intermoleculares (fuerzas de dispersión de London), lo que les confiere puntos de fusión y ebullición muy bajos.
- Gran estabilidad química: su tendencia a formar enlaces covalentes es muy limitada, especialmente para helio y neón.
- El tamaño atómico y la densidad aumentan al descender en el grupo; el punto de ebullición también aumenta con la masa atómica.
Abundancia y obtención
En la atmósfera terrestre el argón es el más abundante y constituye aproximadamente el 0,93% en volumen. Los demás (neón, helio, krypton, xenón) están presentes en cantidades mucho menores (partes por millón o por billón). El radón aparece en la atmósfera en concentraciones muy bajas y localizadas, porque es radiactivo y procede de la desintegración del uranio en el suelo.
La separación y obtención industrial de los gases nobles se realiza típicamente por destilación fraccionada del aire líquido (para argón, neón, krypton, xenón) y por procesos especiales para el helio, que se extrae principalmente de yacimientos de gas natural donde su concentración es más alta.
Usos principales
- Helio: inflado de globos y dirigibles (por ser menos denso y no inflamable), criogenia (líquido He) y como gas refrigerante en investigación y superconductividad.
- Neón: iluminación (neones y señales luminosas) y en algunos detectores de gases.
- Argón: atmósfera inerte para soldadura, protección de metales a altas temperaturas, y en lámparas incandescentes y de halógeno para preservar el filamento.
- Krypton: iluminación de alta intensidad, algunas aplicaciones en fotografía y en láseres de kryptón.
- Xenón: lámparas de flash, lámparas de descarga de alta intensidad, propulsión iónica (como gas ionizado en motores eléctricos de satélites), y usos médicos (anestesia y tomografía con propiedades específicas).
- Radón: por su radiactividad tiene usos históricos limitados en radioterapia y en estudios geofísicos, pero en general es un peligro para la salud en el interior de edificios debido a su radiactividad.
Compuestos de gases nobles
Durante mucho tiempo se creyó que los gases nobles eran totalmente inertes. A partir de mediados del siglo XX se descubrieron compuestos estables de xenón (por ejemplo, xenatos y fluoruros de xenón) y también compuestos de krypton. Estos compuestos se forman generalmente con elementos muy electronegativos (fluoruro, oxígeno) y bajo condiciones específicas (altas energías, presiones o en presencia de agentes oxidantes). Helio y neón apenas forman compuestos neutrales, y los compuestos reportados suelen ser extremadamente inestables o de naturaleza exótica (iones, complejos de van der Waals).
Color en descargas eléctricas
Cuando se excitan por una descarga eléctrica en tubos de cátodo frío, cada gas noble emite luz de un color característico, por eso se usan en señales luminosas y tubos de descarga. El radón, por ser radiactivo, no suele utilizarse con este fin. A continuación se muestran imágenes de tubos de descarga con algunos de estos gases:
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Helio
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Neón
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Argón
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Krypton
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Xenón
Elemento 118 y gases nobles sintéticos
El Ununoctio (nombre sistemático antiguo para el elemento 118) es el siguiente elemento en la misma columna y, por su configuración, pertenece al grupo de los gases nobles. Actualmente se conoce por el nombre de oganesón (Og). Se han sintetizado unos pocos átomos de este elemento en aceleradores; su vida media es extremadamente corta (del orden de milisegundos para los isótopos observados), y tras decaer se transforma en elementos más ligeros. Debido a su rápida desintegración, su uso práctico es prácticamente nulo.
Historia
Los gases nobles fueron identificados a finales del siglo XIX gracias a los trabajos de Lord Rayleigh (John William Strutt) y Sir William Ramsay. La investigación de Rayleigh sobre las densidades de los gases llevó al descubrimiento del argón, y Ramsay fue responsable de aislar otros gases nobles y de demostrar su naturaleza inerte. Ambos recibieron reconocimiento internacional: Rayleigh obtuvo el Premio Nobel de Física en 1904 por sus investigaciones sobre los gases y el descubrimiento del argón, y Ramsay obtuvo el Nobel de Química en 1904 por sus trabajos sobre estos elementos.
Seguridad
En general, los gases nobles son no tóxicos e inertes; el principal riesgo asociado es el desplazamiento del oxígeno en espacios cerrados (asfixia por falta de O2) cuando se libera un volumen grande de gas. El radón representa un riesgo radiológico importante en interiores y debe controlarse en viviendas y minas, ya que la exposición prolongada aumenta el riesgo de cáncer de pulmón.
En resumen, los gases nobles son un grupo de elementos con propiedades físicas y químicas distintivas (monoatómicos, con capas de valencia completas y baja reactividad) y con aplicaciones tecnológicas importantes, desde la iluminación y la soldadura hasta la criogenia y la investigación científica.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué son los gases nobles?
R: Los gases nobles son un grupo de elementos que son todos gases y se encuentran en el grupo 18 de la tabla periódica. Tienen una capa externa de electrones completa de 8 electrones, lo que significa que cada molécula es un único átomo y casi nunca reaccionan con otros elementos.
P: ¿Cuántos gases nobles hay?
R: Hay seis gases nobles: helio, neón, argón, criptón, xenón y radón.
P: ¿Dónde se pueden encontrar estos gases nobles?
R: Estos gases nobles pueden encontrarse en el aire y constituyen alrededor del 0,96% de la atmósfera.
P: ¿Se pueden formar compuestos a partir de los gases nobles?
R: Sí, se pueden formar compuestos a partir de gases nobles.
P: ¿Qué ocurre cuando el gas noble se utiliza en tubos catódicos fríos para producir luz?
R: Cuando el gas noble se utiliza en tubos de cátodo frío para producir luz, cada uno de ellos tiene un color diferente.
El radón no suele utilizarse para producir luz porque es radiactivo.
P: ¿Quién descubrió los gases nobles?
R: Los Gases Nobles fueron descubiertos por Lord Rayleigh y Sir William Ramsay, ambos galardonados con el Premio Nobel por sus trabajos sobre ellos - Rayleigh ganó el Premio Nobel de Física en 1904 y Ramsay ganó el Premio Nobel de Química también en 1904.
P: ¿Qué elemento sigue al radón como parte del Grupo 18 de la Tabla Periódica?
R: El Oganesson (elemento 118) sigue al Radón como parte del Grupo 18 en la Tabla Periódica pero tiene una vida media de 0,89 ms tras la cual decae a Livermorium (Elemento 116), por lo que su uso es probablemente limitado.
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