OS GASES NOBRES

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OS GASES NOBRES
Os gases nobres é o último grupo do bloco p da tabela periódica, contendo seis
elementos: hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio e radônio. São pouco reativos e,
consequentemente, formam uma variedade limitada de compostos. Existem, portanto,
como átomos isolados, sendo que todos são monoatômicos, incolores, inodoros e
encontrados no ar atmosférico.
O Grupo 18 tem sido denominado “gases inertes” e “gases raros”, entretanto
ambos são inadequados, uma vez que se descobriu que o xenônio não é inerte, já que
há fluoretos do mesmo. Além disso, o argônio compõe uma parte da atmosfera, cerca
de 0,9%, sendo este o mais abundante em seu grupo. A denominação usual refere-se
à reatividade dos elementos, já citado.
Todos os compostos tem grande estabilidade e são pouco reativos. Isto se deve
a sua configuração eletrônica, seguindo esta a regra do octeto, sendo que, exceto o
hélio, que possui somente a camada 1s2 completa, todos possuem um octeto completo
(ns2np6) em sua camada mais externa. Além disso, as suas energias de ativação são
muito elevadas em condições normais, assim é necessário um alto índice de energia
para que ocorram reações, não sendo viável a natureza tal processo. Outras
propriedades gerais do grupo são referentes à afinidade eletrônica, sendo estas
negativas.
Os calores de vaporização, pontos de fusão e ebulição, que são muito baixos,
sendo o do hélio o mais baixo de todos, e os raios atômicos, que são todos muito
grandes, aumentam de cima para baixo dentro do Grupo, ressaltando que tais raios
são raios não-ligantes e devem ser comparados com raios de van der Waals de outros
átomos, e não com os raios covalentes. As forças que se manifestam entre os átomos
desses elementos são unicamente forças de van der Waals muito fracas.
PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS GERAIS
Tabela 1.0 - Configuração Eletrônica
Elemento Símbolo Configuração eletrônica
Hélio He 1s2
Neônio Ne 1s2 2s2 2p6
Argônio Ar 1s2 2p6 3s2 3p6
Criptônio Kr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d10 4s2 4p6
Xenônio Xe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d10 4s2 4p64d10 5s2 5p6
Radônio Rn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p64d10 5s2 5p6 4f14 5d10
6s2 6p6
Tabela 1.1 -
He Ne Ar Kr Xe Rn
Número atômico 2 10 18 36 54 86
Massa atômica/u 4 20,18 39,95 83,8 131,30 222
Raio
Covalente/PM
99 160 192 197 217 -
Ponto de fusão/ºC -270 -249 -189 -157 -112 -71
Ponto de
ebulição/ºC
-269 -246 -186 -152 -108 -62
Densidade g/m 0,126 1,20 1,784 2,6 3,06 -
Eletronegatividade - - - 3,0 2,6 -
Condutividade
térmica W/(m ºC)
0,1426 0,0458 0,0163 0,0088 0,0051 0,00361
Afinidade
eletrônica/(kj mol-1)
-48,2 -115,8 -96,5 -96,5 -77,2 -
Primeira energia
de ionização/(kJ
mol-1)
2370 2080 1520 1350 1170 1040
Entalpia de
vaporização/(kj
mol-1)
0,08 1,7 6,5 9,1 12,7 18,1
Abundância na
atmosfera (% em
volume)
5,2x10-4 1,5x10-3 0,93 1,1x10-4 8,7x10-6 -
Métodos de obtenção
Todos os elementos fazem parte da constituição do ar e o método para a
obtenção dos elementos pertencentes ao grupo 18 da tabela periódica é através da
destilação fracionada do ar líquido, que se baseia no resfriamento do ar até que o
mesmo se liquefaça e inicie o processo de destilação em si, onde os gases serão
liberados a partir do ponto de ebulição. No caso do xenônio e do criptônio, após a
destilação, purifica-se o composto com sílica-gel, separando os elementos por uma
nova destilação e tratando-os com titânio aquecido para assim remover as impurezas.
A produção do argônio natural (40Ar) é através da desintegração radioativa de
40K. Já industrialmente, é produzido através da destilação do ar líquido, seguido de
oxidação catalítica, para retirar todo o oxigênio e outros gases presentes, aumentando
sua pureza.
O hélio pode ser obtido dos poços de petróleo, onde há uma maior
concentração, visto que na atmosfera há apenas 5 ppm em volume e dos gases
naturais, cuja maior fonte provem do sudoeste dos Estados Unidos, que contem cerca
de 0,5% a 0,8%, o que abastece grande parte das necessidades mundiais de hélio. No
Canadá, Argélia, Polônia e na antiga União Soviética foram encontrados gases naturais
contendo hélio. Produz-se cerca de 5.000 toneladas de hélio por ano.
O criptônio pode ser obtido através da extração e posterior destilação fracionada
de gases vulcânicos e águas termais, acarretando um processo demasiado complexo.
Obtém-se o radônio através do decaimento radioativo de minerais de
rádio e tório. Uma fonte é o isótopo 226Ra, onde sua proporção é de 100g para 2 ml de
radônio por dia.
A obtenção dos gases nobres em laboratório é difícil, pois estes são capazes de
se difundir através de materiais como: o vidro, da borracha, de materiais plásticos e de
alguns metais.
Aplicabilidade dos Gases Nobres
Hélio
Durante a Segunda Guerra Mundial, o hélio foi muito usado para enchimento de
balões dirigíveis, substituindo assim o hidrogênio, uma vez que este era altamente
explosivo e até os dias de hoje ainda é utilizado para esta função. Embora do He2 seja
mais barato, tenha densidade menor e seja obitdo mais facilmente que o He, prefere-se
o último por questões de segurança, pois o He2 é altamente inflamável. É empregado
como gás de resfriamento em um tipo de reator nuclear resfriado a gás, e como gás de
arraste em cromatografia gás-líquido.
É também usado para o tratamento da asma, misturado ao oxigênio, já que se
difunde mais rapidamente do que o ar nos canais apertados dos pulmões. Tal mistura
também é usada por mergulhadores a grandes profundidades, pois o hélio, ao contrário
do nitrogênio, não provoca a “síndrome por descompressão” ou “mal das profundezas”,
já que é um elemento pouco solúvel.
Neônio
O neônio tornou-se conhecido devido à emissão de luz brilhante ao ser
atravessado por uma corrente elétrica sob baixas pressões. Tal luz é caracterizada pela
cor laranja avermelhada, bastante utilizada em anúncios e letreiros luminosos. Pode-se
produzir também os tons azul, com a mistura do neônio com mercúrio e violeta, através
da mistura de neônio e gás carbônico. Já o laser de cor vermelha, é obtida com a
combinação do neônio e hélio.
Na forma líquida, é bastante utilizado em sensores ultrassensíveis de
infravermelho e como líquido criogênico (que produz frio) econômico (devido ao seu
baixo ponto de ebulição), que é 40 vezes maior que a capacidade
Argônio
O principal uso do argônio é fornecer uma atmosfera inerte para a produção de
compostos sensíveis ao ar e atuar como manta de gás inerte para inibir a oxidação dos
metais durante operações de soldagens. Pode ser usado também como refrigerante
criogênico e em termômetros para medição de temperaturas extremamente baixas e
em cromatografia.
É utilizado também em lasers para medicina oftalmológica, no diagnóstico e
tratamento de doenças oculares e na fabricação de lâmpadas de iluminação comum,
impedindo a oxidação do filamento da mesma, como isolante, preenchendo os espaços
entre a estrutura cristalina da substância, como o quinol-clorato, de composição 3C6H4
(OH)2 .8 Ar.
Criptônio
É utilizado em alguns tipos de lâmpadas de flash para fotografias em altas
velocidades, em lasers, que emitem radiações em comprimento de onda que variam de
acordo com a operação, já foi usado como o comprimento da unidade SI metro, usando
como base o comprimento de onda espectral do isótopo 86Kr, além de poder detectar
vazamentos em recipientes selados, devido a radiação emitida pelos átomos que
escapam de operação.
Xenônio
É usado para o enchimento de lâmpadas especiais tipo pisca-pisca.
Radônio
Usa-se tal elemento na quimioterapia e na composição de cápsulas para
aplicação em pacientes com câncer.
Conhecendo mais sobre os elementos
Hélio
O mais leve elemento conhecido, depois do hidrogênio, foi descoberto em 1868
na atmosfera do Sol por P. Janssen e J. Norman Lockyer, separadamente. William
Ramsey, em 1895, comprovou a presença do gás na Terra, e H. Kayser, no mesmo
ano, comprovou que o mesmo está presente na atmosfera da Terra
Propriedades específicasdo hélio
Possui duas fases líquidas. O hélio I, que é um líquido normal e o hélio II, um
superfluído. O superfluído é um estado bastante incomum da matéria. Quando a
temperatura do elemento diminui até o valor de 4,2K, ele se liquefaz a hélio I, que
continua fervendo vigorosamente até atingir a temperatura de 2,2K, formando-se o
hélio II, sendo ainda um líquido, uma vez que as forças intermoleculares não são
suficientemente fortes para formar um sólido, entretanto o movimento térmico
praticamente cessou. Quando passa de um estado a outro, muitas características
físicas mudam bruscamente. O calor específico varia segundo um fator de 10, a
condutividade térmica aumenta em um fator de 106 e se torna 800 vezes maior que a
do cobre, por exemplo. Torna-se um super condutor, mostrando resistência elétrica
nula, e sua viscosidade atinge valores nulos, correspondentes a 1/100 dos valores do
hidrogênio gasoso.
Isótopos:
Fonte: http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
As fases líquidas dos dois primeiros isótopos citados apresentam propriedades
importantes para a teoria dos quanta (a qual diz que a emissão e a absorção de
energia de um corpo ocorrem de forma interrompida, como fossem “pequenos pacotes”
denominados quantum ou fóton), como: (1)- ambos não se solidificam sem a ajuda
externa de uma pressão de cerca de 25 atm e permanecem líquidos mesmo com
temperaturas extremamente baixas; (2)- He4 apresenta um ponto de transição à
temperatura de 2,19ºK, abaixo do qual certas propriedades, como calor específico,
coeficiente de dilatação, condutividade térmica e viscosidade, mudam rapidamente.
Espectros:
Emissão Absorção
Fonte: http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
Neônio
O neônio foi descoberto por William Ramsay e M. W. Travers em 1898, com
destilação fracionada do argônio líquido, como um componente de fração volátil do
argônio cru liquefeito.Em 1909 Armand Gautier mostrou que havia neônio em gases
emanados do vulcão Vesúvio, na Itália.
Sua terminologia é derivada do grego neos (novo). Tem proporções
aproximadamente 18,18 (v\v), classificado como o quarto gás mais abundante na
atmosfera, após o nitrogênio, o oxigênio e o argônio. Suas reservas mundiais são
estimadas como sendo da ordem de 6,5 x 1010t, tudo na atmosfera.
Propriedades específicas do neônio
Isótopos:
Fonte: http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
Espectros:
Emissão Absorção
http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
Fonte: http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
Argônio
Em 1785, Cavendish, ao analisar a composição do ar, notou a presença de um
gás que possuía as mesmas propriedades do nitrogênio, entretanto com a densidade
maior e não realizada reação química. Descobriu ser um novo elemento, dando o nome
deste de argônio (Argos, “preguiçoso”). Posteriormente, em 1894, Rayleigh e Ramsey,
com base na idéia de Cavendish, isolaram o argônio através da destilação do ar
líquido.
Propriedades específicas do argônio
Isótopos:
Fonte: http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
Espectros:
Emissão Absorção
http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
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Criptônio
Foi descoberto por Sir William Ramsey e M. W. Travers em 1898 a partir da
destilação fracionada do ar líquido. O criptônio foi identificado por espectroscopia,
caracterizando-se pela presença de linhas amarelas e verdes desconhecidas em outros
gases.
Propriedades específicas do Criptônio
Seu espectro é caracterizado por brilhantes linhas, verdes e laranjas. No estado
sólido, é uma substância cristalina de estrutura cúbica.
Fonte: http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
Seu espectro de emissão é: Seu espectro de absorção é:
http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
Xenônio
O xenônio foi descoberto por William Ramsay e M. W. Travers no ano de 1898, atraves
das analises nos resíduos resultantes da evaporação dos componentes do ar líquido.
Seu nome deriva do grego ξένον (encontrado ou convidado). Apenas em 1962, o
químico Neil Bartlett conseguiu a formação do composto hexafluoreto de xenônio e
platina (XePtF6), contestando a nomenclatura do grupo (inertes, nobres). Este possui 9
isotopos naturais, dos quais o mais abundante é o de numero de massa 132, e
inúmeros isotopos radioativos.
Fonte: http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
Espectros:
Emissão Absorção
Fonte: http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
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Radônio
No fim do seculo XIX, inúmeros químicos começaram a relatar liberação de gás
nos compostos de rádio, tório, actínio que denominaram de emanações de seus
respectivos elementos. A respeito de seu descobridor há controversas de autores.
Segundo AFONSO (2009, p. 267) ‘’Em 1901, Rutherford e sua assistente Harriet
Brooks fizeram um experimento. (...) Esse experimento também pode ser considerado
o primeiro isolamento bem-sucedido do radônio, por isso, é mais correto creditar a eles
a descoberta do novo elemento, em contraposição à maioria das referências que dão o
pioneirismo para Friedrich Dorn.’’
No entanto, a partir de pesquisas e analises cientificas notou-se que as
emanações pertenciam a um mesmo elemento químico o radônio, sendo assim os
demais seus isotopos. Desta maneira, torônio (simbolo Tn) é o isótopo 220Rn (meia vida
55,6 segundos), actinônio (simbolo An) se trata do isótopo 219Rn (meia vida 3,96
segundos) e o radônio corresponde ao isótopo 222Rn (meia vida 3,823 dias). Todos
tendo seus nomes fixados em função do radônio, pois é o isotopo com o maior período
de meia-vida. Todos eles desintegram-se emitindo partículas alfa, produzindo isótopos
do elemento polônio (Z = 84).
Espectros:
Emissão Absorção
Fonte: http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
REAÇÕES
Mesmo os gases nobres adquirindo esta nomenclatura devida a pouca
reatividade, ainda há uma variedade pequena de compostos verdadeiros formados a
partir dos elementos criptônio, xenônio e radônio. Isso se deve a energia de ativação
que são menores desses elementos em comparação ao grupo pertencente (Xe<Rn,
http://www.voni.leao.nom.br/Tabela/tabelanova.htm
Kr).
Tendo as várias formas de reação para a formação de compostos, sendo elas:
em condições excitadas, por dipolo induzido, compostos clatratos e por coordenação.
É possível a formação de compostos a partir de reações em estado excitado,
estados nessas condições (altamente energéticas) são obtidas com descargas elétricas
ou bombardeamento eletrônico. Pois, em um tudo de descarga pode-se observar a
presença de He2+, HeH2+ e HeH+, no entanto, estes são momentâneos. São absorvidos
por eletrodos metálicos presentes e formam produtos como Pt3He, FeAr e FeHe, como
compostos intersticiais.
E por dipolo induzido, pois os elementos pertencentes a este grupos podem ser
polarizados por um dipolo forte de outra molécula, possuindo assim um fraco dipolo
induzido. Visto que a solubilidade em água é elevada e aumenta com o tamanho do
átomo. Certos derivados do fenol, como Kr(fenol)2, Xe(fenol)2 e Rn(fenol)2, pode
apresentar está atração (por moléculas de água).
Os compostos clatratos, segundo ATKINS (2008, p.453) ‘’o íon ‘’convidado’’
situa-se dentro da cavidade do fulereno, tais como Cn+60 e C70n+ (n= 1,2 e 3) com He e
C+60 com Ne. Cálculos dos orbitais moleculares indicam que o Ar deve ser capaz de
penetrar na cavidade do Cn+60, mas este complexo ainda não foi observado.’’
Verificou-se que o composto hexafluoreto de platina é um poderoso oxidante,
que pode oxidar o oxigênio PtF6+ O2 -> O2+[PtF6]-. Sendo a energia necessária para a
oxidação do oxigênio (O2 -> O2+; de 1.165 kJ mol-1) semelhando para a oxidação do
xenônio (Xe -> Xe+; de 1.170 kJ mol-1).
Resolveu-se reagir então o xenônio com o hexafluoreto de platina, e desta foi
obtido facilmente em temperatura ambiente, um pó amarelo avermelhado e identificado
(erroneamente) como hexafluoro-platinado (V) de xenônio (Xe+[PtF6]-). Apesar disso,
posteriormente a reação foi descrita deste modo:
Xe+[PtF6] + PtF6 -25°-> [XeF]+[PtF6]- + PtF5 -60°-> [XeF]+[Pt2F11]-.
Após, descobriu-se que o xenônio reage diretamente como fluor, em um recipiente
fechado de níquel aquecido a 400°C, tendo o seu produto dependente da quantidade de fluor.
Sendo a quantidade da mistura para formação de XeF2, XeF4 e XeF6, respectivamente, 2:1,
1:5 e 1:20.Estes tem como caracteristicas estão no estado solido, brancos que podem ser
conservados indefinitivamente em recipientes de níquel e sublimam a temperatura ambiente.
Em relação as suas estruturas moleculares XeF2 é linear, XeF4 é quadrático plano e
XeF6 é um octaedro distorcido.
Como são altamente oxidantes reagem com o hidrogênio, como mostra as
reações a seguir:
XeF2 + H2 -> 2HF + Xe
XeF4 + 2H2 -> 4HF + Xe
XeF6 + 3H2 -> 6HF + Xe
Os fluoretos reagem com a água de formas diferentes. Vê-se por XeF2 é solúvel
em água, no entanto, hidrolisa-se lentamente, esta é mais rápida em meio ácido. O
XeF4 e XeF6 reagem violentamente em contato com água, formando trióxido de
xenônio (XeO3). Tendo suas equações da reação, em sua devida ordem:
2XeF2 + 2H2O -> 2Xe + 4HF + O2 (1)
2XeF4 + 6H2O -> 2Xe +`XeO3 + 12HF +1 1\2 O2 (2)
2XeF6 + 3H2O -> XeO3 + 6HF (3)
O Trióxido de xenônio (XeO3) é um sólido branco, altamente explosivo, é solúvel
em água, porém não se dissocia. Contudo, em soluções alcalinas superiores a 10,5,
formam o íon xenato, [HXeO4]-.
XeO3 + NaOH -> Na+[HXeO4]-
Compostos de xenônio com Oxigênio
Os óxidos de xenônio são endergônicos, juntamente com os oxofluoretos são
preparados através dos fluoretos de xenônio.
XeF6 + 3H2O -> XeO3 + 6HF
3XeF4 + 6H2O -> XeO3 + 2Xe + 3\2 O2 + 12HF
XeF6 + H2O -> XeOF4 + 2HF
O trióxido de xenônio piramidal, XeO3, é um composto altamente explosivo e
endergónico, sendo representante de uma série de elementos. Assim, em meio ácido
ele é forte oxidante. Em soluções aquosas básicas há a formação de uma ânion.
2HXeO-4 + 2OH- -> XeO-46+ Xe + O2 + 2H2O
Os perxenatos são sólidos brancos, cristalinos com unidades octaédricas de
XeO-46.
Ainda existem compostos orgânicos com a presença do xenônio.Que em 1989
foi exposto o primeiro composto tendo Xe-C.São mais fáceis de serem obtidos através
dos fluoretos, XeF2 e XeF4. O primeiro composto formado foi pela reação entre XeF4 e
C6F5BF2 em CH2CL2:
C6F5BF2 + XeF4 -CH2Cl2-> [C6F5XeF2] [BF4]
A reação mais utilizada é por meio da xenodeborilação, que é a substituição do
boro por xenônio.
(C6F5)3B+ XeF2 -CH2Cl2-> [C6F5Xe]+ + [(C6F5)nBF4-n]- n=1,2
No entanto, na presença de HF anidro, s grupos C6F5 são transferidos para o
Xe.
(C6F5)3B+ 3XeF2 -CH2Cl2-> 3 [C6F5Xe]+ + [BF4]- + 2 [F(HF)n]-
Sendo outro processo possível a partir de C6F5SiMe3.
3 C6F5SiMe3 + 2 XeF2 -CH2Cl2-> Xe(C6F5) + C6F5XeF+ 3Me3SiF
Estes compostos são estáveis e decompõem-se acima de -40°C.
A reação do criptônio é realizada quando, o mesmo, é submetido a descarga
elétrica em baixa temperatura, reage com o flúor, originando o KrF2 (fluoreto de
criptônio), um sólido cristalino branco.
Kr + F2 à KrF2.
Dentre as reações do radônio há a formação do RnF2 (difluoreto de radônio).
Referencias bibliográficas
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COMPLETA
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc32_4/09-EQ10909.pdf
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