Los gases nobles son un grupo de elementos de la tabla periódica que se caracterizan, en condiciones normales de presión y temperatura, por ser gases monoatómicos sin olor, sin color y con muy baja reactividad química.
El grupo de los gases nobles abarca los seis primeros períodos del grupo 18 de la tabla periódica e incluye estos seis elementos:
- Helio (He, número atómico 2)
- Neón (Ne, número atómico 10)
- Argón (Ar, número atómico 18)
- Kriptón (Kr, número atómico 36)
- Xenón (Xe, número atómico 54)
- Radón (Rx, número atómico 86)
El oganesón (Og) es un elemento sintético obtenido por primera vez en el año 2002 (nombrado oficialmente por la IUPAC en 2016). Su número atómico es el 118 y se sitúa en el período 7 del grupo 18. Aunque aún no se ha estudiado en profundidad por ser muy inestable, parece ser que es bastante reactivo y que no está en estado gaseoso en condiciones normales de presión y temperatura, por lo que no se suele entender como un gas noble a pesar de pertenecer al grupo 18.
En la Tierra, los gases nobles se obtienen por licuado y separación de aire. El argón es el tercer elemento más abundante de la atmósfera terrestre con una concentración en volumen del 0.9340%. El helio es el segundo elemento más abundante del Universo después del hidrógeno.
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Propiedades generales
Los gases nobles deben su nombre a la traducción del alemán Edelgas, nombre utilizado por primera vez en 1898 por el químico Hugo Erdmann (Huego Wilhelm Traugott Erdmann) para referirse a la baja reactividad de estos elementos. De hecho, son los elementos de menor reactividad de toda la tabla periódica, tan baja que son prácticamente inertes o no-reactivos. Esto se debe a que cuentan con una capa de valencia completa que les confiere baja tendencia a captar o liberar electrones y un comportamiento similar a lo que sería un gas ideal en condiciones estándares.
En general, los gases nobles comparten estas propiedades:
- Son elementos no metálicos
- Prácticamente no reactivos
- Capa de valencia completa
- Existen como gases monoatómicos
- Electronegatividad muy baja
- Alta energía de ionización
- Baja temperatura de fusión y de ebullición
- No tienen color ni olor
- No son inflamables
- Conducen electricidad y producen fluorescencia
Al igual que la reactividad, las fuerzas interatómicas en los gases nobles también son muy débiles y por ello tienen bajas temperaturas de fusión y de ebullición, siendo todos gases monoatómicos en condiciones normales, incluso los gases nobles de mayor masa atómica.
El helio tiene muchas propiedades únicas que no se encuentran ni en otros gases nobles ni en ningún otro elemento de la tabla periódica. Su punto de fusión es el más bajo de todos los elementos conocidos y es además el único elemento que muestra superfluidez, un estado en el que la materia está en estado líquido pero puede fluir sin perder energía cinética. El helio necesita una presión de 25 atm (2500 kPa) y una temperatura de -272 ºC para solidificar.
La capa de valencia completa también es responsable de que los gases nobles tengan un alto potencial de ionización (el más alto de cada período de la tabla periódica) y no formen iones fácilmente, lo que demuestra la estabilidad de su configuración electrónica.
La energía de ionización decrece a medida que se desciende en el grupo, pues aumenta el radio atómico y los electrones de valencia está más lejos del núcleo y, por tanto, menos atraídos por él. Esto hace que, aunqua sea la más alta en su período, algunos gases nobles tengan una energía de ionización comparable con otros elementos; por ejemplo, el xenón tiene una energía de ionización similar al oxígeno.
Las propiedades físicas macroscópicas de los gases nobles también están regidas por la debilidad de las interacciones interatómicas, en especial de las bajas fuerzas de van der Waals. Pero al descender en el grupo y aumentar el tamaño de los átomos, aumenta la capacidad de polarización, disminuye la energía de ionización y aumenta la atracción interatómica, haciendo que al bajar en el grupo aumente la temperatura de fusión, la de ebullición y la solubilidad en agua.
Compuestos de gases nobles
El grupo de los gases nobles fue llamado con anterioridad grupo 0, pues la capa de valencia completa les confería una valencia igual a cero y, por tanto, la incapacidad para unirse con otros elementos para formar compuestos. Sin embargo, a pesar de su baja reactividad, se conocen compuestos de gases nobles, aunque sean relativamente pocos si se comparan con otros elementos.
La reactividad de los gases nobles sigue este orden creciente: Ne, He, Ar, Kr, Xe y Rn. No se ha encontrado ningún compuesto neutral en cuyos enlaces químicos participen el neón o el helio, si con los otros gases nobles. Los compuestos de gases nobles más abundantes son de xenón combinados con elementos muy electronegativos, principalmente flúor y oxígeno, y muchos de ellos se utilizan como agentes oxidantes en síntesis química, por ejemplo el difluoruro de xenón (XeF2).
Tabla comparativa
| Helio | |
|---|---|
| Número atómico | 2 |
| Radio atómico (picómetros) | 31 |
| Energía de ionización (KJ/mol) | 2372 |
| Densidad (g/dm3) | 0.1786 |
| Punto de ebullición (°C) | −268.928 |
| Punto de fusión (°C) | −272.20 (a 2.5 MPa) |
| Entalpía de vaporización (KJ/mol) | 0.08 |
| Solubilidad en agua (20 °C) | 8.61 |
| Neón | |
| Número atómico | 10 |
| Radio atómico (picómetros) | 38 |
| Energía de ionización (KJ/mol) | 2080 |
| Densidad (g/dm3) | 0.9002 |
| Punto de ebullición (°C) | −245,85 |
| Punto de fusión (°C) | −248.45 |
| Entalpía de vaporización (KJ/mol) | 1.74 |
| Solubilidad en agua (20 °C) | 10.5 |
| Argón | |
| Número atómico | 18 |
| Radio atómico (picómetros) | 71 |
| Energía de ionización (KJ/mol) | 1520 |
| Densidad (g/dm3) | 1.7818 |
| Punto de ebullición (°C) | −185.75 |
| Punto de fusión (°C) | −189.55 |
| Entalpía de vaporización (KJ/mol) | 6.52 |
| Solubilidad en agua (20 °C) | 33.6 |
| Kriptón | |
| Número atómico | 36 |
| Radio atómico (picómetros) | 88 |
| Energía de ionización (KJ/mol) | 1351 |
| Densidad (g/dm3) | 3.708 |
| Punto de ebullición (°C) | −151.65 |
| Punto de fusión (°C) | −157.35 |
| Entalpía de vaporización (KJ/mol) | 9.05 |
| Solubilidad en agua (20 °C) | 59.4 |
| Xenón | |
| Número atómico | 54 |
| Radio atómico (picómetros) | 108 |
| Energía de ionización (KJ/mol) | 1170 |
| Densidad (g/dm3) | 5.851 |
| Punto de ebullición (°C) | −106.55 |
| Punto de fusión (°C) | −111.45 |
| Entalpía de vaporización (KJ/mol) | 12.65 |
| Solubilidad en agua (20 °C) | 108.1 |
| Radón | |
| Número atómico | 86 |
| Radio atómico (picómetros) | 120 |
| Energía de ionización (KJ/mol) | 1037 |
| Densidad (g/dm3) | 9.97 |
| Punto de ebullición (°C) | −61.65 |
| Punto de fusión (°C) | −70.95 |
| Entalpía de vaporización (KJ/mol) | 18.1 |
| Solubilidad en agua (20 °C) | 230 |