Nous expliquons ce que sont les gaz nobles, comment ils ont été découverts, quelles sont leurs utilisations, leurs applications, d’autres caractéristiques et des exemples.
Que sont les gaz nobles ?
En chimie , les gaz nobles ou gaz inertes sont appelés un ensemble d’ éléments chimiques qui composent le groupe 18 (VIIIA) du tableau périodique des éléments.
Leur principale caractéristique commune est leur très faible degré de réactivité chimique , c’est-à-dire leur faible propension à former des molécules et des composés avec d’autres éléments. En fait, il n’y a qu’un petit ensemble de composés issus des gaz nobles, contrairement à la plupart des éléments connus qui peuvent former un plus grand nombre de composés chimiques .
Dans les conditions habituelles de température et de pression , les gaz nobles sont des substances gazeuses monoatomiques (c’est-à-dire constituées d’un seul atome ). Beaucoup d’entre eux sont présents dans des proportions différentes dans l’ air qui compose l’ atmosphère .
Malgré leur faible réactivité chimique, ou parfois en raison de celle-ci, ces éléments ont des applications très diverses dans l’industrie , et sont le plus souvent produits en série.
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Découverte des gaz nobles
La plupart des gaz nobles ont été découverts au XIXe siècle, à la suite d’études sur le Soleil par Pierre Janssen (Français, 1824-1907) et Joseph Norman Lockyer (Britannique, 1836-1920). Ces astronomes ont découvert l’hélium, nommé d’après le mot grec ( Helios ) pour étoile .
La surprise des propriétés caractéristiques de ce nouvel élément a ouvert la porte à la recherche d’autres similaires. C’est ainsi que furent découverts le krypton, le néon et l’argon, issus de l’étude chimique de l’air.
Vers la fin du XIXe siècle, les chercheurs britanniques Lord Rayleigh (1842-1919) et William Ramsay (1852-1916) ont postulé l’existence conjointe des gaz nobles, avec lesquels ils ont obtenu le prix Nobel de physique et de chimie. Ce n’est qu’au XXe siècle que la production industrielle à grande échelle de ces gaz a commencé , à mesure que de nouvelles propriétés et utilisations ont été découvertes.
Caractéristiques des gaz nobles
En général, les gaz nobles sont caractérisés par :
- Présentent peu ou pas de réactivité chimique , c’est-à-dire qu’ils ne réagissent pas facilement. En effet, sa dernière coque électronique ou son dernier niveau d’énergie est toujours plein.
- Être dépourvu de couleur , d’odeur et de goût .
- Présentent des points de fusion et d’ ébullition très proches et très bas , avec une différence de seulement 10 ºC, ils sont donc presque toujours à l’état gazeux , bien qu’ils ne puissent être transformés en liquide que dans des plages de température très précises.
- Se comportent comme des gaz parfaits dans des conditions normales de pression et de température (1 atm et 0 ºC) , c’est-à-dire que l’on peut considérer que leurs particules n’interagissent pas et respectent l’équation d’état des gaz parfaits :
Où:
-
- P. Représente la pression du gaz et est exprimée en atmosphères (atm) ou en unités équivalentes.
- V. Représente le volume du gaz et est exprimé en litres (L) ou en unités équivalentes.
- n.m. Il représente la quantité de matière du gaz et s’exprime en moles (mol).
- A. C’est la constante des gaz parfaits et sa valeur est de 8,314 joules/mol Kelvin (J/mol K).
- T. Représente la température du gaz et est exprimée en Kelvin (K) ou unités équivalentes.
- Dans le cas de l’hélium, il a des propriétés très particulières : il a des points de fusion et d’ébullition plus bas que n’importe quelle substance connue, c’est le seul élément qui présente de la superfluidité (état du fluide qui ne présente pas de viscosité , c’est-à-dire qu’il s’écoule sans frottement ), et il ne peut pas se transformer en solide dans des conditions de pression standard.
Pourquoi les appelle-t-on gaz nobles ?
Initialement, ces éléments étaient baptisés « gaz inertes » ou « gaz rares » , puisqu’on pensait à l’époque qu’il s’agissait d’éléments totalement inertes chimiquement et, par conséquent, très rares dans l’ univers . Les deux caractéristiques se sont avérées fausses.
De nos jours, on préfère les « gaz nobles », traduction de « Edelgas », terme allemand avec lequel le chimiste Hugo Erdmann (1862-1910) les baptisa en 1898. Erdmann tira ce nom des « métaux nobles » comme l’or, dont la réactivité est très modérée . Ainsi, tout comme l’or avait tendance à rester pur et à conserver sa noblesse, il en était de même pour ces gaz.
Utilisations et applications des gaz nobles
Ces éléments ont de nombreuses utilisations pour l’ être humain , telles que :
- Isolateurs. En raison de leur faible réactivité, il est possible de les utiliser pour contenir des substances hautement réactives ou dangereuses.
- réfrigérants cryogéniques. Grâce à des processus qui extraient la chaleur et réduisent la pression , les gaz sont transformés en liquides, et ces liquides sont idéaux pour faire fonctionner des machines délicates, telles que des aimants supraconducteurs ou des équipements de résonance magnétique nucléaire. L’hélium est largement utilisé à cette fin.
- composant respirant. L’hélium mélangé à d’autres gaz est utilisé dans les réservoirs des astronautes et des plongeurs, car il réduit l’effet narcotique de la soi-disant « maladie profonde », qui est causée par une forte concentration de gaz dans le sang et les tissus. Comme l’hélium a une faible solubilité, il est moins susceptible de traverser les membranes cellulaires .
- Rempli de ballons gonflables ou dirigeables. L’hélium peut être utilisé pour gonfler des ballons car il est plus léger que l’air et très sûr, un remplacement parfait pour l’hydrogène, qui est hautement inflammable.
- Éclairage. Le néon, le xénon, l’argon et le krypton peuvent être utilisés en remplissant des ampoules à incandescence pour produire des couleurs de lumière spécifiques , dans ce que nous appelons communément des « néons ».
- Fabriquer des lasers. Ils sont souvent utilisés dans les cabinets chirurgicaux ou les procédures industrielles.
exemples de gaz nobles
Les gaz nobles ne sont que sept :
- Hélium (He). C’est le deuxième élément le plus abondant dans l’univers connu. L’une des manières de l’obtenir est le produit de réactions de fusion d’hydrogène au cœur des étoiles . Il a la particularité d’altérer la voix humaine lorsqu’il est inhalé et d’être beaucoup plus léger que l’air.
- Néon (Ne). Un autre élément abondant dans l’univers connu. Il est utilisé pour fabriquer des lampes fluorescentes car il leur donne une couleur rouge. Il est notamment utilisé dans la fabrication de téléviseurs. Il est également largement utilisé dans la production du laser He-Ne.
- Argon (Ar). L’un des gaz les plus courants dans l’air que nous respirons, il est largement utilisé comme isolant industriel et dans l’obtention de lasers.
- Krypton (Kr). Bien qu’il s’agisse d’un gaz rare, il peut réagir avec le fluor et quelques autres substances hautement électronégatives, et il possède six isotopes stables et dix-sept isotopes radioactifs.
- Xénon (Xe). C’est un gaz très lourd, présent uniquement à l’état de traces dans l’atmosphère terrestre. C’était le premier des gaz nobles à être synthétisé artificiellement.
- Radon (Rn). Résultat de la désintégration radioactive d’éléments tels que le radium ou l’actinium (pour cette raison, il était auparavant appelé actinon ), c’est un gaz noble mais radioactif, dont l’isotope le plus stable peut durer au maximum 3,8 jours, avant de se désintégrer en polonium -218.
- Oganesson (Og). Aussi appelé eka-émanation , ununoctium (Uuo) ou élément 118, ce mystérieux gaz noble est hautement radioactif et d’origine synthétique, c’est-à-dire qu’il n’existe pas dans la nature . Il a été « découvert » en 2002.
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