Gás nobre

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Gases nobres. Da esquerda para a direita: Hélio, Neon, Argônio, Criptônio e Xenônio

Um gás nobre (também conhecido por gás raro) é um membro da família dos gases nobres da Tabela Periódica. O termo “gás nobre” vem do fato que, do ponto de vista humano, nobre é aquele que geralmente evita as pessoas comuns. Logo,receberam essa denominação devido ao fato de não se combinarem com facilidade aos demais elementos conhecidos, já que possuem uma baixa reatividade. A justificativa para essa baixa reatividade deve-se ao fato de possuírem baixa afinidade eletrônica e alta energia de ionização.

Embora existam em quantidades consideráveis na atmosfera terrestre, não foram descobertos devido à baixa reatividade que possuem. A primeira evidência da existência dos gases nobres foi a diferença de densidade entre o nitrogênio do ar e o nitrogênio obtido a partir de reações químicas que sugeria um composto mais pesado na composição do ar. Mais tarde, o hélio foi isolado da atmosfera terrestre por William Ramsay. Os gases nobres apresentam forças de atração interatômicas muito fracas, daí apresentarem baixos pontos de fusão e ebulição. Por isso, são gasosos nas condições normais, mesmo aqueles que apresentam átomos mais pesados.

São elementos químicos do grupo 18 (grupo 0 ou 8A nas tabelas mais antigas); especificamente: hélio (He), neônio (Ne), argônio (Ar), criptônio (Kr), xenônio (Xe), radônio (Rn) e ununóctio (Uuo).

Com a exceção do Hélio (He), que tem sua configuração eletrônica 1s², os demais gases nobres possuem seu elétron de valência com a configuração eletrônica nnp6(onde n representa o período ao qual ele pertence). Com as camadas de valência totalmente preenchidas sua afinidade eletrônica é muito baixa. E como energia de ionização está diretamente ligada ao raio atômico, os gases nobres possuem as maiores energias de ionização, uma vez que possuem os menores raios atômicos. Sendo assim, a medida que aumentamos o período a energia de ionização vai diminuindo.

Assim, pode-se induzir o xenônio a formar compostos com o flúor. Em 1962, Neil Bartlett, trabalhando na Universidade da Colúmbia Britânica, reagiu o xenônio com o flúor produzindo os compostos XeF2, XeF4, e XeF6. O radônio foi combinado com o flúor formando o fluoreto de radônio, RnF, que brilha intensamente na cor amarelada quando no estado sólido. Além disso, o criptônio pode ser combinado com o flúor formando KrF2, o xenônio para produzir o biatômico de curta-duração Xe2 , e pode-se reagir gás nobre com outros haletos produzindo, por exemplo, XeCl usado em lasers. Em 2002, foram descobertos compostos nos quais o urânio formava moléculas com argônio, criptônio ou xenônio. Isso sugere que os gases nobres podem formar compostos com os demais tipos de metais.O fluoreto de argônio (ArF2) foi descoberto em 2003 pelo químico suíço Helmut Durrenmatt.

Na tabela periódica, abaixo do radônio, existe um espaço vazio. Isto significa que, teoricamente, pode existir outro gás nobre ainda não descoberto. Este gás nobre ainda a descobrir tem sido nomeado temporariamente como Ununoctium.[1]

História[editar | editar código-fonte]

Gás nobre é uma tradução da língua alemã do substantivo Edelgas utilizado por Hugo Erdmann em 1898 para indicar um nível de reatividade química extremamente baixa.[2] O nome faz uma analogia ao termo "metais nobres", que também possuem baixa reatividade. Os gases nobres também são referidos como gases inertes mas este rótulo está depreciado uma vez que já são conhecidos compostos de gases nobres.[3] Gases raros é outro termo que foi empregado,[4] mas não é preciso uma vez que o argônio é encontrado em quantidade considerável (0,94% por volume e 1,3% por massa) na atmosfera terrestre.[5]

Um gráfico com a linha espectral do espectro visível mostrando linhas finas no topo.
O hélio foi inicialmente detectado no Sol devido a sua linha espectral característica.

Pierre Janssen e Joseph Norman Lockyer descobriram um novo elemento em 18 de agosto de 1868 enquanto examinavam a cromosfera do Sol, e nomearam o elemento Hélio em depois da palavra grega para o Sol, ήλιος (ílios ou helios).[6] Nenhuma análise química foi possível na época, porém posteriormente constatou-se que o Hélio era um gás nobre. Antes deste, em 1784, o químico inglês Henry Cavendish havia descoberto que o ar continha uma pequena porção de uma substância menos reativa que o nitrogênio.[7] Um século depois em 1895, Lord Rayleigh descobriu que amostras de nitrogênio do ar possuíam uma densidade diferente do nitrogênio resultante de reações químicas. Junto com o cientista escocês William Ramsay, Lord Rayleigh teorizou que o nitrogênio extraído do ar era uma mistura de outro gás e realizou um experimento que isolou o novo elemento com sucesso: o argônio, da palavra grega αργός (argós, "inativo").[7] Com esta descoberta, eles descobriram uma nova classe inteira de gases que estavam faltando na tabela periódica. Durante a procura pelo argônio. Ramsay também conseguiu isolar o hélio pela primeira vez a partir do aquecimento da cleveíta, um mineral. Em 1902, tendo aceitado a evidência para os novos elementos hélio e argônio, Dmitri Mendeleev incluiu estes gases como um grupo 0 em seu arranjo de elementos, que posteriormente iria se tornar a tabela periódica.[8]

Ramsay continuou a procura por gases utilizando o método de destilação fracionada para separar ar liquefeito em vários componentes. Em 1898, descobriu os elementos criptônio, neônio e Xenônio que foram nomeados a partir das palavras gregas κρυπτός (kryptós, "oculto"), νέος (néos, "novo"), e ξένος (xénos, "estranho"), respectivamente. O radônio foi identificado inicialmente por Friedrich Ernst Dorn em 1898,[9] e foi nomeado emanação do rádio mas não foi considerado um gás nobre até 1904 quando suas características foram descobertas como sendo similares aos de outros gases nobres.[10] Rayleigh e Ramsay receberam o Prêmio Nobel em física e química, respectivamente, por suas descobertas dos gases nobres;[11] e nas palavras de J. E. Cederblom, então presidente da Academia Real das Ciências da Suécia, "a descoberta de um novo grupo de elementos inteiro, do qual nenhum outro elementos havia sido descoberto com alguma incerteza, é uma coisa absolutamente única na história da química, sendo intrinsicamente um avanço na ciência de significância peculiar".[12]

A descoberta dos gases nobres ajudou no desenvolvimento do entendimento geral da estrutura atômica. Em 1895 o químico francês Henri Moissan tentou reagir o flúor, o elemento mais eletronegativo, e o argônio, um dos gases nobres, mas não foi bem sucedido. Os cientistas não eram capazes de preparar compostos com argônio até o final do século XX, mas tais tentativas ajudaram o desenvolvimento da estrutura atômica. O aprendizado destes experimentos ajudou Niels Bohr a propor em 1913 que os elétrons nos átomos são arranjados em camadas eletrônicas que circulam o núcleo atômico, e que para todos os gases nobres exceto o Hélio a camada mais exterior possuía oito elétrons.[10] Em 1916 Gilbert N. Lewis postulou a regra do octeto que postula que um octeto de oito elétrons na última camada era o arranjo mais estável para qualquer átomo; este arranjo causava a não-reatividade destes com outros elementos uma vez que estes não requeriam mais elétrons para completar suas camadas externas.[13]

Em 1962 Neil Bartlett descobriu o primeiro composto químico de um gás nobre, o hexaflourplatinato de xenônio.[14] Posteriormente, compostos de outros gases nobres foram descobertos: difluoreto de radônio ainda em 1962[15] e o difluoreto de criptônio em 1962 (KrF2).[16] O primeiro composto estável do argônio foi relatado em 2000 quando o fluoridreto de argônio (HArF) foi formado a temperatura de 40 K.[17]

Em dezembro de 1998, cientistas do Joint Institute for Nuclear Research em Dubna, Rússia bombardearam Plutônio (Pu) com Cálcio (Ca) para produzir um único átomo do elemento 114,[18] o Fleróvio (Fl).[19] Experimentos preliminares de química indicaram que este elemento poderia ser o primeiro elemento superpesado a demonstrar propriedades similares a um gás nobre de modo anormal, embora fosse do grupo 14 da tabela periódica.[20] Em outubro de 2002, cientistas do mesmo instituto junto com o Lawrence Livermore National Laboratory criaram com sucesso o ununoctium (Uuo), o sétimo elemento do grupo 18,[21] pelo bombardeamento do Califórnio (Cf) com Cálcio (Ca).[22]

Ocorrência e obtenção[editar | editar código-fonte]

O hélio é o elemento mais comum no universo após o hidrogênio, com um percentual em massa de aproximadamente 24%. A maior parte do hélio no universo foi formada durante a nucleossíntese primordial, mas a quantidade do elemento está aumentando constantemente devido à fusão nuclear do hidrogênio na nucleossíntese estelar e, numa quantidade menor, no decaimento alfa de elementos pesados.[23] [24] A ocorrência na Terra segue um padrão diferente no qual o hélio é somente o terceiro gás nobre mais abundante na atmosfera. A razão é que devido a sua baixa massa atômica, não há hélio primordial retido pelo campo gravitacional terrestre. As fontes de hélio na Terra provém do decaimento alfa de elementos pesados tais como o Urânio e Tório encontrados na crosta terrestre e que tendem a se acumular em campos de gás natural.[25] A abundância do argônio, por outro lado, é aumentada devido ao decaimento beta do potássio-40, também encontrado na crosta terrestre, que forma o 40Argônio que é o isótopo mais abundante na atmosfera embora seja relativamente raro no Sistema Solar. Este processo é a base para a datação Potássio-Argônio.[26] O Xenônio possui uma abundância inesperadamente baixa na atmosfera, o que tem sido denominado "problema do xenônio desaparecido" do qual uma teoria é de que o xenônio desaparecido está preso em minerais no interior da crosta terrestre em clatratos ou sedimentos de rocha.[27] Após a descoberta do dióxido de xenônio, uma pesquisa demonstrou que o xenônio pode substituir o Silício no quartzo.[28] O Radônio é formado na litosfera a partir do decaimento alfa do rádio e pode se acumular em prédios através de fendas na fundação e áreas não ventiladas. Devido a sua alta radioatividade, representa um risco significativo à saúde.[29]

Para uso em escala industrial, o hélio pode ser extraído do gás natural através da destilação fracionada que contém pode conter até 7% de hélio.[30] O Neon, Argônio, Criptônio e Xenônio são obtidos a partir do ar utilizando métodos de liquefação de gases, para convertê-los ao estado líquido, e destilação fracionada para separar as frações da mistura. O Radônio é isolado a partir do decaimento radioativo de compostos de Rádio.[10]

Ocorrência Hélio Neon Argônio Criptônio Xenônio Radônio
Sistema Solar (para cada átomo de silício)[31] 2343 2,148 0,1025 5,515 × 10−5 5,391 × 10−6
Atmosfera terrestre (fração volumétrica em ppm)[32] 5.20 18,20 9340,00 1,10 0,09 (0,06–18) × 10−19[33]
Rocha ígnea (fração mássica em ppm)[34] 3 × 10−3 7 × 10−5 4 × 10−2 1.7 × 10−10

Propriedades atômicas e físicas[editar | editar código-fonte]

Propriedade[10] [34] Hélio Neon Argônio Criptônio Xenônio Radônio
Densidade (g/dm³) 0,1786 0,9002 1,7818 3,708 5,851 9,97
Ponto de ebulição (K) 4,4 27,3 87,4 121,5 166,6 211,5
Ponto de fusão (K) 0,95[35] 24,7 83,6 115,8 161,7 202,2
Entalpia de vaporização (kJ/mol) 0,08 1,74 6,52 9,05 12,65 18,1
Solubilidade em água a 20 °C (cm3/kg) 8,61 10,5 33,6 59,4 108,1 230
Número atômico 2 10 18 36 54 86
Raio atômico (calculado) (pm) 31 38 71 88 108 120
Energia de ionização (kJ/mol) 2372 2080 1520 1351 1170 1037
Eletronegatividade[36] 4.16 4.79 3.24 2.97 2.58 2.60

Os gases nobres possuem uma força interatômica fraca, e consequentemente um ponto de fusão e ponto de ebulição muito baixos. Todos são gases monoatômicos nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP), incluindo os elementos com números atômicos maiores que muitos elementos normalmente sólidos.[10] O Hélio possui várias propriedades únicas quando comparado a outros elementos: os pontos de fusão e vaporização são os menores entre qualquer outra substância conhecida; é o único elemento conhecido a demonstrar a superfluidez; é o único elemento que não pode ser solidificado somente pelo resfriamento em condição padrões - uma pressão atmosférica de 25 Atm precisa ser aplicada na temperatura de 0,95K para convertê-lo ao estado sólido.[37] Os gases nobres maiores que o Xenônio possuem múltiplos isótopos estáveis. O Radônio não possui isótopos estáveis e o de maior duração, o 222Rn, tem um tempo de meia-vida de 3,8 dias e decai para formar o Hélio e o Polônio que posteriormente decai até levar ao Chumbo.[10]

Um gráfico de energia de ionização vs. número atômico mostrando picos afiados para os átomos de gases nobres.
Este é um gráfico do potencial de ionização versus número atômico. Os gases nobres, que estão rotulados, tem a maior energia de ionização dentro de cada período.

Os gases nobres, assim como os átomos da maioria dos grupos, tem o raio atômico levemente aumentado a cada período da tabela periódica devido ao número crescente de elétrons. O tamanho do átomo está relacionado a várias propriedades. Por exemplo, o potencial de ionização diminui com o aumento do raio porque os elétrons de valência estão mais afastados do núcleo atômico e portanto não estão firmemente presos ao átomo. Os gases nobres possuem o maior potencial de ionização dentro de seu respectivo período, o que reflete a estabilidade de sua configuração eletrônica e está relacionada à sua falta de reatividade química.[34] Todavia, gases nobres mais pesados possuem potencial de ionização menor o suficiente para serem comparados a outros elementos ou moléculas. Esta percepção de que o Xenônio tem um potencial de ionização similar à molécula de oxigênio que levou a Bartlett tentar oxidar o Xenônio usando hexafluoreto de platina, um agente oxidante conhecido por ser forte o suficiente para reagir com o oxigênio.[14] Os gases nobres não aceitam elétrons na forma estável para formar ânions, isto é, eles tem uma afinidade eletrônica negativa.[38]

As propriedades físicas macroscópicas dos gases nobres são governadas pelas forças de Van der Waals entre os átomos. A força atrativa aumenta com o tamanho do átomo como resultado do aumento da polarizabilidade e decréscimo do potencial de ionização. Isto resulta numa tendência sistemática no grupo: conforme descendo no grupo 18, o raio atômico e as forças interatômicas aumentam e, como resultado, aumentam o ponto de fusão, vaporização, entalpia de vaporização e solubilidade. O aumento da densidade é devido ao aumento da massa atômica.[34]

Os gases nobres são quase gases ideais sob condições normais, mas seus desvios em relação à lei dos gases ideais forneceram importantes sinais para o estudo das interações intermoleculares. O potencial de Lennard-Jones, algumas vezes utilizado como modelo para interações intermoleculares, foi deduzida em 1924 por John Lennard-Jones a partir de dados experimentais do Argônio antes do desenvolvimento da mecânica quântica forneceram as ferramentas para o entendimento das forças intermoleculares da noção primitiva.[39]

Propriedades químicas[editar | editar código-fonte]

Um diagrama de camadas elentrônicas com o núcleo do neon, 2 elétrons na camada interiore e 8 na camada externa.
Gases nobres como o neon possuem a camada de valência completa com oito elétrons, exceto pelo hélio que possui dois elétrons.

Gases nobres são incolores, inodoros, insípidos e não inflamáveis em condições padrões. Eram rotulados como o grupo 0 da tabela periódica porque se acreditava que tinham a valência de zero, o que significa que seus átomos não podem se combinar com de outros elementos para formar compostos. Todavia, este termo caiu em desuso após ser descoberto que os gases nobres podem formar compostos.[10] Os gases nobres possuem a camada de valência completo, que normalmente é a camada que participa em ligações químicas. Consequentemente, são extremamente estáveis e não tendem a formar ligações químicas seja ganhando ou perdendo elétrons.[40]

Notação com gases nobres[editar | editar código-fonte]

Como resultado da camada externa completa, os gases nobres podem ser utilizados em conjunto com a notação de configuração eletrônica para formar a notação de gás nobre. Nesta notação, o gás nobre mais próximo que precede o elemento em questão é usado para abreviar parte da notação eletrônica completa do elemento. Por exemplo, a notação eletrônica do magnésio é 1s²2s²2p63s² e a notação de gás nobre é [Ne]3s². Esta notação facilita a identificação dos elementos e abrevia a escrita da notação completa dos orbitais atômicos.[41]

Compostos[editar | editar código-fonte]

Um modelo da molécula química, com um átomo central azul (Xe) simetricamente ligado a quatro átomos periféricos verdes (F).
Estrutura do XeF4, um dos primeiros compostos de gás nobre a ser descoberto

Os gases nobres possuem uma reatividade química extremamente baixa e consequentemente, pouco mais de uma centena de compostos de gases nobres foi criada. Compostos neutros em que o hélio e o neônio estão envolvidos nas ligações químicas ainda não foram descobertos, embora exista algumas evidências teóricas para alguns compostos com o hélio. O xenônio, criptônio e o argônio demonstram pouca reatividade e possuem compostos.[42] The reactivity follows the order Ne < He < Ar < Kr < Xe < Rn.

Em 1933, Linus Pauling previu que os gases nobres mais pesados poderiam formar compostos com o flúor e o oxigênio. Ele previu a existência do hexafluoreto de criptônio (KrF6) e do hexafluoreto de xenônio (XeF6), especulou a existência do (XeF8) poderia existir como um composto instável e sugeriu que o ácido xenônico poderia formar sais de perxenonato.[43] [44] Foi demonstrado que estas previsões são geralmente precisas, exceto para o (XeF8) o qual acredita-se ser termodinamicamente e cineticamente instável.[45]

Os compostos de xenônio são os mais comuns entre os gases nobres o qual já se evidenciou a formação.[46] A maioria destes possui um estado de oxidação de +2, +4, +6 ou +8 ligados a um átomo extremamente eletronegativo tal como o flúor ou oxigênio, formando o difluoreto de xenônio (XeF2), tetrafluoreto de xenônio (XeF4), hexafluoreto de xenônio (XeF6), tetróxido de xenônio (XeO4) e o perxanato de sódio (Na4XeO6). O xenônio reage com o flúor para formar diversos fluoretos de acordo com as seguintes equações:

Xe + F2 → XeF2
Xe + 2F2 → XeF4
Xe + 3F2 → XeF6

Alguns destes compostos tem utilidade na síntese química como agente oxidante. (XeF2), em particular, está comercialmente disponível e pode ser usado como um agente fluorante.[47] Até 2007, aproximadamente quinhentos compostos de xenônio ligados a outros elementos foram identificados, incluindo compostos orgânicos e átomos de xenônio ligados ao nitrogênio, cloro, ouro, mercúrio e o próprio xenônio.[42] [48] Compostos de xenônio ligados ao boro, hidrogênio, bromo, iodo, berílio, enxofre, titânio, cobre e prata também têm sido observados porém somente em baixas temperaturas em matrizes de isolamento.[42]

Teoricamente, o radônio é mais reativo que o xenônio e portanto deveria formar ligações químicas mais facilmente. Todavia, devido a sua alta radioatividade e tempo de meia-vida curto dos isótopos de radônio, somente alguns poucos fluoretos e óxidos de radônio já foram formados na prática.[49]

O criptônio é menos reativo que o xenônio porém possui diversos compostos relatados com o estado de oxidação +2.[42] O difluoreto de criptônio é o mais facilmente caracterizado, e é criado de acordo com a seguinte equação sob condições extremas:

Kr + F2 → KrF2

Compostos em que o criptônio forma uma ligação simples com nitrogênio e oxigênio também tem sido caracterizados,[50] mas são estáveis somente a temperaturas inferiores a 60ºC e 90ºC, respectivamente. Os átomos de criptônio se ligam a outros não metais (hidrogênio, cloro, carbono) assim como alguns metais de transição (cobre, prata, ouro) que tem sido observados, porém somente a baixas temperaturas em matrizes de isolamento. Condições similares tem sido utilizadas para obter o primeiro composto de argônio em 2000, tais como o fluoridreto de argônio (HArF) e alguns conpostos de metais de transição como cobre, prata e ouro. Até 2007, nenhuma molécula estável envolvendo o hélio e o neon havia sido relatada.[42]

Os gases nobres - incluindo o hélio - podem formar um íon molecular estável na fase gasosa. O mais simples é o íon de hidreto de hélio, HeH+, descoberto em 1925.[51] Por ser formado pelos dois elementos mais abundantes no universo, hidrogênio e hélio, acredita-se que ocorra naturalmente no meio interestelar, embora não tenha sido detectado ainda.[52] Além de íons, são conhecidos muito excímeros neutros de gases nobres. Estes são compostos tais como o ArF e o KrF que são estáveis somente quando no estado eletrônico excitado.

Além dos compostos em que os gases nobres estão envolvidos em uma ligação covalente, estes também formam ligações não-covalentes em compostos. Os clatratos, descritos inicialmente em 1949,[53] consistem de um gás nobre aprisionado dentro das cavidades da estrutura cristalina de certas substâncias orgânicas e inorgânicas. A condição essencial para a formação destes é de que o átomo "convidado" (gás nobre) precisa ter o tamanho apropriado para encaixar nas cavidades da estrutura cristalina "anfitriã". Por exemplo, argônio, criptônio e xenônio formam clatratos com a hidroquinona mas o hélio e o neônio não porque são muito pequenos ou insuficientemente polarizáveis para serem retidos.[54] Neon, argon, krypton, and xenon also form clathrate hydrates, where the noble gas is trapped in ice.[55]

Estrutura molecular do fulereno com um átomo no centro.
Um composto de fulereno endohedral contendo um átomo de gás nobre

Gases nobres podem formar compostos de fulerenos endohedrais, em que o átomo de gás nobre é aprisionado no interior da molécula de fulereno. Em 1993, foi descoberto que quando o C60, uma molécula esférica consistindo de 60 átomos de carbono, é exposto a um gás nobre sob alta pressão, um complexo tal como o He@C60 pode ser formado (a notação @ indica que o HE está contido no interior do C60 mas não covalentemente ligado a ele).[56] Até 2008, haviam sido obtidos complexos endohedrais com hélio, neon, argônio, criptônio e xenônio.[57] Estes compostos têm sido utilizados no estudo da estrutura e reatividade de fulerenos por meio da ressonância magnética nuclear do átomo de gás nobre.[58]

Ligações no XeF2 de acordo com o modelo de Ligação de três centros quatro elétrons.

Gases nobres tais como o difluoreto de xenônio são considerados hipervalentes porque violam a regra do octeto. As ligações em tais compostos podem se explicadas utilizando o modelo de Ligação de três centros quatro elétrons.[59] [60] Este modelo, proposto inicialmente em 1951, considera a ligação de três ´atomos colineares. Por exemplo, a ligação no XeF2 é descrita como um conjunto de três orbitais moleculares (OMs) derivados dos orbitais-p de cada átomo. As ligações resultantes da combinação de um orbital p preenchido do Xe com orbital p semipreenchido de cada átomo de F, resulta em um orbital de ligação preenchido, um orbital não-ligante preenchido e um orbital anti-ligante. O orbital molecular ocupado mais alto está localizado nos dois átomos terminais. Isto representa a localização da carga que é facilitada pelo alta eletronegatividade do flúor.[61]

Aplicação[editar | editar código-fonte]

Um cilindro grande e sólido com um furo no seu centro e um trilho anexado ao seu lado
Hélio líquido é usado para refrigerar os magnetos supercondutores em modernos scanners MRI

Os gases nobres têm pontos de ebulição e de fusão muito baixos, o que os tornam úteis aos processos criogênicos como os refrigerantes.[62] Em particular, o hélio líquido, que ferve a 4,2 K, é usado para ímã supercondutores, tais como aqueles necessários em ressonância magnética nuclear e ressonância magnética nuclear.[63] Neon líquido, embora não alcance uma temperatura tão baixa quanto o hélio líquido, também e utilizado em processos criogênicos devido a sua capacidade refrigerante 40 vezes maior que o hélio líquido e três vezes maior que o hidrogênio líquido.[33]

O hélio é utilizado como um componente do gás respirável em substituição ao nitrogênio, devido a sua baixa solubilidade especialmente em lipídios. Gases são absorvidos pelo sangue e tecido corporal quando sob pressão por exemplo durante o mergulho em grande profundidade, que causa um efeito anestésico conhecido como narcose por nitrogênio.[64] Devido a sua solubilidade reduzida, pouco hélio é absorvido pelas membranas celulares e quando o hélio é utilizado para substituir parte das misturas respiráveis, tais como o trimix e o heliox, é obtido um decréscimo do efeito narcótico no gás.[65] O hélio também oferece vantagem na redução da condição conhecida como mal de descompressão.[10] [66] A quantidade de gás dissolvido que foi reduzida significa menos bolhas de gás durante a redução da pressão na ascensão. O argônio é considerado a melhor opção para uso como gás de inflação de roupas de mergulho.[67] O hélio também é utilizado como gás de preenchimento de varetas de combustível de reatores nucleares.[68]

Dirigível em formato de charuto com "Good Year" escrito na lateral.
Dirigível Goodyear

Desde o desastre de Hindenburgo em 1937,[69] o hélio tem substituído o hidrogênio como gás de suspensão em dirigíveis e balões devido a sua leveza e não inflamabilidade, embora reduza o empuxo em 8,6%.[70] [10]

Em muitas aplicações, os gases nobres são usados para prover uma atmosfera inerte. O argônio é usado na síntese de compostos sensíveis ao ar devido a presença de oxigênio ou nitrogênio. O argônio sólido também tem sido utilizado para o estudo de compostos muito instáveis, tais como intermediários reativos, pelo aprisionamento destes em uma matriz de isolamento inerte em temperaturas muito baixas.[71] O hélio é usado como gás de arraste na cromatografia gasosa, como gás de preenchimento para termômetros e para medidores de radiação tais como contadores Geiger e câmara de bolhas.[72] Tanto o hélio quanto o argônio são utilizados como gás de proteção no arco de solda para proteção do metal de base da atmosfera durante a soldagem e corte, assim como durante outros processos metalúrgicos e na produção do silício para a indústria de semicondutores.[33]

Vidro esférico elongado com duas hastes de metal dentro, uma de frente para outra. Uma haste é mais espessa que a outra.
Lâmpada de arco de xenônio de 15.000-watt utilizada em projetores IMAX

Gases nobres são comumente utilizados em na iluminação devido a sua falta de reatividade química. O argônio, misturado com o nitrogênio, é utilizado como gás de preenchimento da lâmpada incandescente.[33] O Criptônio é utilizado em lâmpadas de alta performance, que tem uma temperatura de cor maior e alta eficiência, porque reduz a taxa de evaporação do filamento mais do que o argônio; lâmpada de halogênios, em particular, utilizam criptônio com uma pequena quantidade de iodo e bromo.[33] Os gases nobres brilham com cores distintas quando utilizados no interior de uma lâmpada de descarga de gás, tais como as "lâmpadas de neon". Estas lâmpadas são chamadas neon mas às vezes podem conter outros gáses e fósforos, que acrescentam várias tonalidades ao laranja-avermelhado do neon. O xenônio é utilizado na lâmpada de arco de xenônio que, devido ao seu espectro quase contínuo se assemelha a luz do dia, sendo utilizada em projetores de filmes e lâmpadas de automóveis.[33]

Os gases nobres também são usados em lasers excímeros, que são baseados em moléculas eletronicamente excitadas por um curto período conhecidas como excímeros. Os excímeros usados para lasers podem ser dímeros de gás nobres tais como Ar2, Kr2 ou Xe2, ou mais comumente, o gás nobre combinado com um halogênio como excímero tais como ArF, KrF, XeF ou XeCl. Estes lasers produzem luz ultravioleta que devido ao seu comprimento de onda curto (193 nm para o ArF e 248 nm para o KrF), permite uma imagem de alta precisão. Lasers de excímeros possuem muitas aplicações industriais, médicas e científicas. São utilizados para microlitografias e microfabricação, que são essenciais para a fabricação de circuitos integrados e para cirurgias à lase que incluem a angioplastia e cirurgia ocular.[73]

Alguns gases nobres possuem aplicação direta na medicina. O Hélio é algumas utilizado para melhorar a capacidade de respiração de asmáticos e o xenônio como um anestésico devido a sua alta solubilidade em lipídios, que o torna mais potente que o óxido nitroso, e a pronta eliminação pelo organismo que resulta numa recuperação rápida.[74] Também é utilizado em tecnologias para geração de imagens dos pulmões através da tomografia por ressonância magnética hiperpolarizada.[75] O radônio, que é altamente radioativo e disponível em poucas quantidades, é utilizado na radioterapia.[10]

Coloração[editar | editar código-fonte]

Cores e os espectros nas descargas elétricas na pureza dos gases nobres
Glass tube shining violet light with a wire wound over it Glass tube shining orange light with a wire wound over it Glass tube shining violet-blue light with a wire wound over it Glass tube shining white light with a wire wound over it Glass tube shining blue light with a wire wound over it
Glass tube shining red Glass tube shining red Glass tube shining red Glass tube shining red Glass tube shining red
Illuminated light red gas discharge tubes shaped as letters H and e Illuminated orange gas discharge tubes shaped as letters N and e Illuminated blue gas discharge tubes shaped as letters A and r Illuminated white gas discharge tubes shaped as letters K and r Illuminated violet gas discharge tubes shaped as letters X and e
Helium line spectrum Neon line spectrum Argon line spectrum Krypton line spectrum Xenon line spectrum
Hélio Néon Árgon
Crípton Xénon

A cor de emissão de descarga de gás depende de vários fatores, incluindo as seguintes:[76]

  • parâmetros de descarga (valor local de densidade de corrente e campo elétrico, temperatura, etc - note a variação de cor ao longo da descarga na linha superior);
  • A pureza do gás (mesmo pequena fração de certos gases podem afetar a cor);
  • material do envelope tubo de descarga - a supressão nota dos componentes UV e azul nos tubos para a linha inferior, feita de vidro para uso doméstico de espessura.

Referências

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Referências bibliográficas[editar | editar código-fonte]


Ligações externas[editar | editar código-fonte]