Grup → 18 ↓ Període 1 2 3 4 5 6 7 Llegenda
Els gasos nobles són un grup d'elements químics que tenen propietats similars. En condicions estàndard, són gasos inodors, incolors, monoatòmics i de molt baixa reactivitat. Els sis gasos nobles presents a la natura són l'heli (He), el neó (Ne), l'argó (Ar), el criptó (Kr), el xenó (Xe) i el radó (Rn), que és radioactiu. L'oganessó (Og), un element sintètic del qual encara no s'han estudiat les propietats químiques, podria ser un gas noble o, al contrari, trencar la tendència a causa dels efectes relativistes.
En els sis primers períodes de la taula periòdica, els gasos nobles coincideixen exactament amb els membres del grup 18. Són molt poc reactius excepte en determinades condicions extremes.
Les propietats dels gasos nobles estan ben explicades per les teories modernes de l'estructura atòmica; es considera que la seva capa exterior d'electrons de valència està «plena», cosa que provoca que tinguin poca tendència a participar en reaccions químiques i només s'han elaborat uns quants centenars de compostos de gasos nobles. Els punts de fusió i d'ebullició dels gasos nobles són propers i difereixen en menys de 10 °C; per consegüent, només són líquids en un interval de temperatures molt petit.
El neó, l'argó, el criptó i el xenó s'obtenen a partir de l'aire mitjançant els mètodes de liqüefacció de gasos i de destil·lació fraccionada. L'heli se sol separar del gas natural, i el radó s'obté de la desintegració radioactiva de compostos dissolts de radi. Els gasos nobles tenen diverses aplicacions importants en indústries com ara la il·luminació, la soldadura i l'exploració espacial. Els bussos de gran profunditat utilitzen una mescla de gasos d'heli i nitrogen a profunditat com a gas respirable, per evitar patir toxèmia d'oxigen, l'efecte letal de l'oxigen a alta pressió, i el mal de fondària, l'efecte narcòtic del nitrogen a l'aire per sobre del llindar de pressió parcial. Després que el risc causat per la inflamabilitat de l'hidrogen es fes evident, fou substituït per heli als dirigibles i globus.
Història Gas noble és la traducció del mot alemany , utilitzat per primer cop el 1898 per Hugo Erdmann en referència a la seva reactivitat extremament baixa. El terme traça una analogia amb el terme «metalls nobles», com ara l'or, que estaven associats amb la riquesa i la noblesa, i també tenen una reactivitat baixa. Els gasos nobles també han estat denominats «gasos inerts», però aquest nom és obsolet, car es coneixen molts compostos de gasos nobles. «Gasos rars» és un altre terme que ha estat utilitzat, però també és erroni, car l'argó forma una part bastant considerable (0,94% en volum, 1,3% en massa) de l'atmosfera terrestre. miniatura|esquerra|L'heli fou detectat per primer cop al Sol a causa de les seves línies espectrals característiques. Pierre Janssen i Joseph Norman Lockyer foren els primers a descobrir un gas noble el 18 d'agost del 1868, mentre observaven la cromosfera del Sol, i l'anomenaren heli en referència al mot grec per dir «sol», ().Oxford English Dictionary (1989), s.v. «helium». Consultat el 16 de desembre del 2006, d'Oxford English Dictionary Online. També de la següent citació: Thomson, W. (1872). Rep. Brit. Assoc. xcix: «Frankland i Lockyer troben que les prominències grogs emeten una línia brillant molt marcada no gaire lluny de D, però que fins ara no s'ha identificat amb cap flama terrestre. Sembla indicar una nova substància, que proposen anomenar heli». Abans d'ells, el 1784, el químic i físic Henry Cavendish havia descobert que l'aire conté una petita proporció d'una substància menys reactiva que el nitrogen. Un segle més tard, el 1895, Lord Rayleigh descobrí que mostres de nitrogen de l'aire tenien una densitat diferent de la del nitrogen que resultava de reaccions químiques. Juntament amb el científic William Ramsay al University College de Londres, Lord Rayleigh teoritzà que el nitrogen extret de l'aire estava barrejat amb un altre gas, duent a un experiment que aïllà amb èxit un nou element, l'argó, del mot grec (, 'inactiu'). Amb aquest descobriment, s'adonaren que mancava una classe sencera de gasos a la taula de periòdica. Durant la seva recerca d'argó, Ramsay també aconseguir aïllar heli per primer cop escalfant cleveïta, un mineral. El 1902, havent acceptat les proves pels elements heli i argó, Dmitri Mendeléiev inclogué aquests gasos nobles com el grup 0 de la seva disposició dels elements, que més tard esdevindria la taula periòdica.
Ramsay continuà buscant aquests gasos utilitzant el mètode de destil·lació fraccionada per separar aire líquid en diversos components. El 1898, descobrí els elements criptó, neó i xenó, i els anomenà en referència als mots grecs (, 'amagat'), (, 'nou') i (, 'desconegut'), respectivament. El radó fou identificat per primer cop el 1898 per Friedrich Ernst Dorn, i fou anomenat «emanació de radi», però no se'l considerà un gas noble fins al 1904, quan es descobrí que les seves característiques eren similars a la de la resta de gasos nobles. Rayleigh i Ramsay reberen els Premis Nobel del 1904 de Física i Química, respectivament, pel seu descobriment dels gasos nobles; citant J. E. Cederblom, aleshores president de la Reial Acadèmia de les Ciències de Suècia, «el descobriment d'un grup d'elements completament nou, del qual no s'havia conegut ni un sol representant amb certesa, és quelcom de totalment únic en la història de la química, que és intrínsecament un avenç científic de particular importància».
El descobriment dels gasos nobles contribuí al desenvolupament d'una comprensió general de l'estructura atòmica. El 1895, el químic francès Henri Moissan intentà formar una reacció entre el fluor, l'element més electronegatiu, i l'argó, un dels gasos nobles, però fracassà. Els científics foren incapaços de preparar compostos d'argó fins a finals del , però aquests intents contribuïren a desenvolupar noves teories de l'estructura atòmica. Aprenent d'aquests experiments, el físic danès Niels Bohr suggerí el 1913 que els electrons dels àtoms estan distribuïts en capes que envolten el nucli, i que en tots els gasos nobles tret de l'heli, la capa exterior sempre conté vuit electrons. El 1916, Gilbert Newton Lewis formulà la regla de l'octet, que concloïa que un octet d'electrons a la capa exterior era la configuració més estable per qualsevol àtom; aquesta configuració fa que no reaccionin amb altres elements, car no necessiten més electrons per omplir la capa exterior.
No fou fins al 1962 que Neil Bartlett descobrí el primer compost químic d'un gas noble, l'hexafluoroplatinat de xenó. Poc després es descobriren compostos d'altres gasos nobles: el 1962 li tocà al radó amb el fluorur de radó, i el 1963 al criptó, amb el difluorur de criptó (KrF₂). El primer compost estable d'argó fou observat el 2000, quan es formà fluorohidrur d'argó (HArF) a una temperatura de 40K.
El desembre de 1998, científics de l'Institut de Recerca Nuclear de Dubna (Rússia) bombardejaren plutoni (Pu) amb calci (Ca) per produir un únic àtom de l'element 114, al qual donaren el nom temporal d'ununquadi (Uuq) (actualment conegut com a 'flerovi'). Experiments químics preliminars han indicat que aquest element podria ser el primer element superpesant a presentar propietats anormals semblants a les dels gasos nobles, tot i que és un membre del grup 14 de la taula periòdica. A l'octubre del 2006, científics de l'Institut de Recerca Nuclear i el Laboratori Nacional Lawrence Livermore aconseguiren sintetitzar l'oganessó (Og), el setè element del grup 18, bombardejant californi (Cf) amb calci (Ca).
Propietats físiques i atòmiques Propietat Heli Neó Argó Criptó Xenó Radó Densitat (g/dm³) 0,1786 0,9002 1,7818 3,708 5,851 9,97 Punt d'ebullició (K) 4,4 27,3 87,4 121,5 166,6 211,5 Punt de fusió (K) 0,95A una pressió de 25 bar 24,7 83,6 115,8 161,7 202,2 Calor de vaporització (kJ/mol) 0,08 1,74 6,52 9,05 12,65 18,1 Solubilitat en aigua a 20 °C (cm³/kg) 8,61 10,5 33,6 59,4 108,1 230 Nombre atòmic 2 10 18 36 54 86 Radi atòmic (calculat) (pm) 31 38 71 88 108 120 Energia d'ionització (kJ/mol) 2.372 2.080 1.520 1.351 1.170 1.037 Electronegativitat d'Allen 4,16 4,79 3,24 2,97 2,58 2,60
Els gasos nobles tenen una força interatòmica feble i, per tant, tenen un punt de fusió i d'ebullició molt baixos. Tots són gasos monoatòmics en condicions estàndard, incloent-hi els elements amb una massa atòmica més gran que la d'elements normalment sòlids. L'heli té diverses qualitats úniques en comparació amb altres elements: els seus punts d'ebullició i de fusió són més baixos que els de qualsevol altra substància coneguda; és l'únic element conegut que presenti superfluïdesa; és l'únic element que no es pot solidificar per refredament en condicions estàndard - cal aplicar-hi una pressió de 25 atm a una temperatura de 0,95 K per convertir-lo en sòlid. Els gasos nobles fins al xenó tenen múltiples isòtops estables. El radó manca d'isòtops estables; el seu isòtop més longeu, 222Rn, té un període de semidesintegració de 3,8 dies i es desintegra per formar heli i poloni, que finalment es desintegra en plom. miniatura|esquerra|Relació entre el potencial d'ionització i el nombre atòmic. Els gasos nobles, que estan etiquetats, tenen el potencial d'ionització més elevat de cada període. Els àtoms de gasos nobles, com els àtoms de la majoria de grups, augmenten constantment en radi atòmic d'un període al següent, a causa del nombre creixent d'electrons. La mida de l'àtom està relacionada amb diverses propietats. Per exemple, el potencial d'ionització minva amb el creixement del radi, car els electrons de valència dels gasos nobles més grans es troben més lluny del nucli i, per tant, no estan subjectes tan fermament a l'àtom. Els gasos nobles tenen el potencial d'ionització més elevat dels elements de cada període, cosa que reflecteix l'estabilitat de la seva configuració electrònica i està relacionada amb la seva manca relativa de reactivitat. Tanmateix, alguns dels gasos nobles més pesants tenen un potencial d'ionització prou baix com per comparar-lo amb el d'altres elements i molècules. Fou el coneixement que el xenó té un potencial d'ionització semblant al de la molècula d'oxigen el que conduí Bartlett a intentar oxidar el xenó utilitzant hexafluorur de platí, un agent oxidant que se sabia que era prou fort com per reaccionar amb l'oxigen. Els gasos nobles no poden acceptar un electró per formar anions estables; és a dir, tenen una afinitat electrònica negativa.;
Les propietats físiques macroscòpiques dels gasos nobles estan dominades per forces de Van der Waals febles entre els àtoms. La força d'atracció augmenta amb la mida de l'àtom com a resultat de l'augment de la polaritzabilitat i la reducció del potencial d'ionització. Això resulta en tendències sistemàtiques de grup; a mesura que es baixa pel grup 18, el radi atòmic, i amb ell les forces interatòmiques, creix, resultant en un punt de fusió, un punt d'ebullició, una calor de vaporització i una solubilitat més elevats. L'increment en densitat es deu a la massa atòmica.
En condicions estàndard, els gasos nobles són gairebé gasos ideals, però la seva desviació de la llei dels gasos ideals proporcionà pistes importants per l'estudi de les interaccions intermoleculars. El potencial de Lennard-Jones, utilitzat sovint per modelar interaccions intermoleculars, fou deduït el 1924 per John Lennard-Jones a partir de dades experimentals sobre l'argó, abans que el desenvolupament de la mecànica quàntica oferís les eines per comprendre les forces intermoleculars a partir dels primers principis. L'anàlisi teòrica d'aquestes interaccions esdevingué tractable perquè els gasos nobles són monoatòmics i els àtoms són esfèrics, cosa que significa que la interacció entre els àtoms és independent de la direcció, o isotròpica.
Propietats químiques