E verdade que o ar e uma mistura de gases entre os quais está o nitrogênio um gás nobre ou raro?

Fala Gás Nobre, hoje falaremos de vocês, os Gases Nobres, esses gases formam um grupo de elementos químicos com propriedades similares. Em condições normais de temperatura e pressão (CNTP) encontram-se todos no estado gasoso, são monoatômicos, apresentam baixa reatividade química e possuem todos 8 elétrons na sua camada de valência (exceto o hélio, que possui apenas 2).

Os gases nobres que ocorrem de maneira natural são o Hélio (He), o Neônio (Ne), o Argônio (Ar), o Criptônio (Kr), o Xenônio (Xe) e o Radônio (Rn), já o Organésson (Og) ocorre apenas artificialmente, sendo obtido em laboratórios equipados para isso.

Os gases nobres são tipicamente pouco reativos, exceto quando submetidos a situações extremas de temperatura e pressão. Essa baixa reatividade pode ser explicada pela sua estrutura atômica, ou pela regra do octeto. Estes elementos possuem sua camada de valência completa, com 8 elétrons (exceto o Hélio que possui apenas a camada L e se estabiliza com 2 elétrons), ou seja, vão apresentar uma baixa tendência a participar de reações químicas. Mesmo hoje, com o avanço científico e tecnológico são poucos os compostos químicos com gases nobres conhecidos.

Outra característica destes elementos é que assim como outras substâncias gasosas a temperatura ambiente, estes elementos possuem pouca diferença de temperatura entre seu ponto de fusão e ebulição, sendo encontrados na forma líquida em intervalos de menos de 10º.

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Neônio, Argônio, Criptônio e Xenônio são obtidos a partir da separação do ar usando métodos de liquefação de gases e destilação fracionada. Já o Hélio é obtido a partir de campos de exploração de gás natural onde há altas concentrações deste elemento, usando técnicas de separação criogênica de gases. O Radônio é normalmente isolado a partir do decaimento radioativo de compostos dissolvidos de urânio, tório e rádio.

O termo Gás Nobre é uma tradução do termo alemão Edelgas utilizado pelo cientista alemão Hugo Wihelm Traugott Erdmann (1862 – 1910) em 1898 para indicar a baixa reatividade destas substâncias. O termo fazia analogia ao termo “metais nobres”, que também possui baixa reatividade (Ouro-Au, Prata-Ag, Platina-Pt, Paládio-Pd). Esses elementos já foram também chamados de “Gases Raros”, mas caiu em desuso quando descobriu que o Argônio compõe mais de 1% da atmosfera terrestre. “Gases Inertes” também foi outro termo utilizado que acabou caindo em desuso após a descoberta de gases nobres podiam reagir formando compostos químicos em condições específicas. 

O primeiro Gás Nobre da Tabela Periódica, o Hélio, foi descoberto pelo astrônomo francês Pierre Jules César Janssen (1824-1907) e pelo cientista inglês Joseph Norman Lockyer (1836-1920) enquanto observavam e examinavam a cromosfera do sol. Esses cientistas observaram que havia uma linha espectral específica nunca antes observada, ou seja, só podia ser referente a um novo elemento. A este elemento nomearam de Hélio, palavra grega para o Sol, ήλιος (ílios ou helios). Na época não foi realizado nenhum outro tipo de análise, sendo o hélio reconhecido como gás nobre anos depois.

Antes da descoberta do Hélio, em 1784, o físico e químico inglês Henry Cavendish (1731-1810) havia descoberto que o ar atmosférico tinha uma pequena porção de uma substância menos reativa que o nitrogênio. Mais de 100 anos depois, em 1895, o físico e matemático inglês John William Strut, conhecido como Lord Rayleigh (1842-1919) descobriu que amostras de nitrogênio possuíam uma densidade diferente do nitrogênio resultante de reações químicas.

Lord Rayleigh, junto com o químico escocês Sir William Ramsay (1852-1916), teorizou que o nitrogênio extraído do ar era na verdade uma mistura com outro gás. Juntos realizaram um experimento onde conseguiram com sucesso isolar o novo elemento químico, chamando-o de argônio, da palavra grega αργός (argós, “inativo”). A partir desta descoberta descobriu-se uma nova classe de elementos que estavam faltando na Tabela Periódica. Ramsay ainda conseguiu isolar o Hélio pela primeira vez a partir do aquecimento da cleveita, um mineral.

Em 1902, a partir das descobertas de Lord Rayleigh e William Ramsay, Dimitri Mendeleev inclui os gases Hélio e Argônio como um grupo novo na sua tabela de elementos que viria se tornar a precursora da tabela periódica atual.

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Ramsay continuou seus experimentos envolvendo estes gases, conseguindo realizar a separação de mais destes elementos através do uso da destilação fracionada para separar o ar liquefeito em vários componentes por diferença de temperatura de fusão e ebulição.

Em 1898, Ramsay consegue isolar mais 3 gases nobres, nomeando-os de Criptônio, Neônio e Xenônio, que originam das palavras gregas κρυπτός (kryptós, “oculto”), νέος (néos, “novo”), e ξένος (xénos, “estranho”), respectivamente.

William Ramsay foi laureado com o Nobel de Química e Lord Rayleigh com o de Física de 1904 pelos seus estudos envolvendo os gases nobres, pela determinação da densidade destes elementos e pela descoberta do Argônio.

O elemento Radônio foi identificado inicialmente pelo físico polonês Friedrich Ernst Dorn (1848-1916) em 1898 e foi nomeado como sendo uma “emanação do elemento rádio”. Este elemento só passa a ser considerado um gás nobre em 1904, quando suas propriedades são analisadas e descobre-se que são muito similares aos demais gases nobres conhecidos.

Diversos cientistas tentaram criar compostos a partir dos gases nobres sem sucesso. Em 1895, o químico francês Henri Moissan (1852-1907) tentou reagir o flúor, o elemento mais eletronegativo, com o argônio, sem obter resultados. Essas observações ajudaram no desenvolvimento da estrutura atômica. Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962) propôs que os átomos eram constituídos de camadas eletrônicas onde eram localizados os elétrons circulando ao redor do núcleo, de acordo com o modelo de Bohr, os gases nobres possuem 8 elétrons na sua última camada (camada de valência), exceto o hélio, que possuí 2.

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Seguindo esse raciocínio, o físico-químico estadunidense Gilbert Newton Lewis (1875-1946) postulou em 1916 a chamada Regra do Octeto, onde um arranjo de oito elétrons na última camada eletrônica seria o arranjo mais estável que um átomo poderia assumir. Tal arranjo explicava a não reatividade dos gases nobres uma vez que estes já possuíam 8 elétrons na sua última camada.

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No entanto, em 1962, o químico inglês Neil Bartlett (1932-2008) descobriu o primeiro composto químico de um gás nobre, o hexafluorplatinato de xenônio (XePtF6). Outros compostos foram descobertos logo depois como os difluoretos de radônio (RnF2), de xenônio (XeF2) e de criptônio (KrF2) e o fluoridreto de argônio (HArF). Cabe ressaltar que todos foram sintetizados em condições extremas de temperatura e pressão.

Em 2006, cientistas do Joint Institute for Nuclear Research (Rússia) e do Lawrence Livermore National Laboratory (EUA) anunciaram que haviam detectado o elemento 118 através do bombardeamento do elemento Califórnio (Cf) com o elemento Cálcio (Ca). O novo elemento foi chamado inicialmente de ununócito (Uuo), que significa un-1, un-1, óctio-8, em alusão ao seu número atômico. Em 2015 a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) reconhece a descoberta do elemento 118 e em 2016 ele é renomeado como Organesson, em homenagem ao físico nuclear russo Yuri Oganessian (1933, 87 anos).

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Quanto às aplicações desses elementos, temos: Hélio (He): Por ser menos denso que o ar, é utilizado em balões dirigíveis, atmosféricos, de fins publicitários e recreativos. É misturado com oxigênio em tanques de oxigênio, pois o nitrogênio sobre altas pressões oferece risco ao mergulhador. Utilizado na obtenção de ímãs supercondutores, devido às baixas temperaturas de fusão e ebulição. Como agente refrigerante em reatores nucleares. Em aplicações médicas de imagem por ressonância magnética.

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Neônio (Ne): Indicadores de presença de alta tensão elétrica e radiofrequências; Telas e tubos de televisão; Lâmpadas isolado ou junto com o gás argônio; Comercializado na forma líquida como refrigerante criogênico; Fonte luminosa para leitores de códigos de barra em lojas comerciais. Sua aplicação mais famosa é em letreiros publicitários, geralmente chamados de luz neon, no entanto, as diferentes cores observadas nesses letreiros são referentes a não apenas o neônio, mas aos outros gases nobres também.

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Argônio (Ar): É utilizado como gás de preenchimento de lâmpadas incandescentes já que não reage com o material do filamento. Pode ser utilizado como substituto do neônio em lâmpadas fluorescente. Utilizado como gás de arraste em análises químicas. Utilizado como atmosfera inerte para evitar reações químicas indesejadas e preservar materiais. Outras aplicações são solda em arco elétrico, extintores de incêndio e datação de amostras de gelo e águas subterrâneas, com possibilidade de definir a idade em milhões de anos através do decaimento do isótopo 39Ar.

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Criptônio (Kr): A definição do metro era, entre 1960 e 1983 , baseada na radiação emitida pelo átomo excitado de crípton; na verdade, o metro era definido como 1.650.763,73 vezes o comprimento de onda da emissão vermelho-alaranjada de um átomo de Kr-86. É usado, isolado ou misturado com neônio e argônio, em lâmpadas fluorescentes; É utilizado em sistemas de iluminação de aeroportos, já que o alcance da luz vermelha emitida é maior que a comum inclusive em condições climatológicas adversas; e nas lâmpadas incandescentes de filamento de tungstênio de projetores cinematográficos. O laser de criptônio é usado em medicina para cirurgia da retina do olho. O isótopo Kr-81 é usado no estudo do pulmão pela medicina nuclear.

Xenônio (Xe): Dispositivos de emissão de luz, lâmpadas, flashes fotográficos e anestésico em procedimentos cirúrgicos.

Radônio (Rn): Utilizado no tratamento de alguns tipos de cânceres por radioterapia.

Organesson (Og): Este elemento é obtido apenas de maneira artificial e possui uma meia vida de apenas 0,89ms (milissegundos).

Beleza Gás Nobre, agora você está por dentro de tudo sobre esse grupo de elementos da Tabela Periódica, suas características, como ocorreu sua descoberta e suas principais aplicações. Reage!

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