Gases inertes: qué son, características químicas y ejemplos
¿Qué son los gases inertes?
Los gases inertes, también conocidos como gases raros o nobles, son aquellos que no tienen una reactividad apreciable. La palabra ‘inerte’ significa que los átomos de estos gases no son capaces de formar un número considerado de compuestos y, algunos de ellos, como el helio, no reaccionan en lo absoluto.
Así, en un espacio ocupado por átomos de gases inertes, estos reaccionarán con átomos muy específicos, sin importar las condiciones de presión o temperatura a las que se les someten. En la tabla periódica componen el grupo VIIIA o 18, llamado grupo de gases nobles.
Cada uno de los gases nobles es capaz de brillar con sus propios colores mediante la incidencia de la electricidad.
Los gases inertes pueden encontrarse en la atmósfera, aunque en diferentes proporciones. El argón, por ejemplo, tiene una concentración de 0.93% del aire, mientras que el neón de 0.0015%.
Otros gases inertes emanan del Sol y llegan hasta la Tierra, o se generan en sus cimientos rocosos, encontrándose como productos radiactivos.
Características de los gases inertes
Los gases inertes varían en función de sus matas atómicas. No obstante, todos presentan una serie de características definidas por las estructuras electrónicas de sus átomos.
Capas de valencia completas
Recorriendo cualquier período de la tabla periódica de izquierda a derecha, los electrones van ocupando los orbitales disponibles para una capa electrónica n. Una vez llenados los orbitales s, seguido de los d (a partir del cuarto período) y después los orbitales p.
El bloque p se caracteriza por tener configuración electrónica nsnp, dando lugar a un número máximo de ocho electrones, llamado octeto de valencia, ns2np6.
Los elementos que presentan esta capa completamente llena se ubican al extremo derecho de la tabla periódica: los elementos del grupo 18, el de los gases nobles.
Por lo tanto, todos los gases inertes tienen capas de valencia completas con configuración ns2np6. Así, variando el número de n se obtiene cada uno de los gases inertes.
La única excepción a esta característica es el helio, cuyo n=1 y carece en consecuencia de orbitales p para ese nivel energético. Así, la configuración electrónica del helio es 1s2 y no tiene un octeto de valencia, sino dos electrones.
Interactúan mediante fuerzas de London
Los átomos de los gases nobles pueden visualizarse como esferas aisladas con muy poca tendencia a reaccionar.
Al tener sus capas de valencia llenas, no necesitan aceptar electrones para formar enlaces, y además, poseen una distribución electrónica homogénea. Por lo tanto, no forman enlaces ni entre ellos mismos (a diferencia del oxígeno, O2, O=O).
Al tratarse de átomos, no pueden interactuar unos con otros mediante fuerzas dipolo-dipolo. De manera que la única fuerza que puede mantener unidos momentáneamente a dos átomos de gases inertes son las fuerzas de London o de dispersión.
Esto se debe a que, aun siendo esferas con distribución electrónica homogénea, sus electrones pueden originar dipolos instantáneos muy breves; lo suficiente como para polarizar un átomo vecino de gas inerte.
Así, dos átomos B se atraen mutuamente y por un tiempo muy corto forman un par BB (no un enlace B-B).
Puntos de fusión y ebullición muy bajos
Como resultado de las débiles fuerzas de London que mantienen unidos sus átomos, estos apenas pueden interactuar para mostrarse como gases incoloros.
Para condensar en una fase líquida, requieren de temperaturas muy bajas, para obligar así a que sus átomos se “ralenticen” y perduren más las interacciones BBB···.
Esto también puede lograrse aumentando la presión. Al hacer esto, se obliga a sus átomos a colisionar a mayores velocidades unos con otros, forzándoles a condensar en líquidos con propiedades muy interesantes.
Si la presión es muy alta (decenas de veces superior a la atmosférica), y la temperatura muy baja, los gases nobles incluso pueden pasar a fase sólida. Así, los gases inertes pueden existir en las tres fases principales de la materia (sólido-líquido-gaseoso).
Sin embargo, las condiciones necesarias para ello demandan tecnología y métodos laboriosos.
Energías de ionización
Los gases nobles tienen energías de ionización muy altas; las más altas de todos los elementos de la tabla periódica. ¿Por qué? Por la razón de su primera característica: una capa de valencia completa.
Al tener el octeto de valencia ns2np6, el quitarle un electrón a un orbital p, y convertirse en un ion B+ de configuración electrónica ns2np5, requiere de mucha energía. Tanta, que la primera energía de ionización I1 para estos gases tiene valores que sobrepasan los 1.000 kJ/mol.
Enlaces fuertes
No todos los gases inertes pertenecen al grupo 18 de la tabla periódica. Algunos de ellos simplemente forman enlaces lo suficientemente fuertes y estables que no pueden romperse con facilidad.
Dos moléculas enmarcan este tipo de gases inertes: la del nitrógeno, N2, y la del dióxido de carbono, CO2.
El nitrógeno se caracteriza por tener un triple enlace muy fuerte, N≡N, el cual no puede romperse sin condiciones de extrema energía; por ejemplo, las desatadas por un rayo eléctrico. Mientras que el CO2 posee dos dobles enlaces, O=C=O, y es producto de todas las reacciones de combustión con exceso de oxígeno.
Ejemplos de gases inertes
Helio
Designado con las letras He, es el elemento más abundante del Universo después del hidrógeno. Forma alrededor de la quinta parte de la masa de las estrellas y del Sol.
En la Tierra puede encontrarse en reservorios de gas natural, ubicados en Estados Unidos y al este de Europa.
Neón, argón, kriptón, xenón, radón
El resto de los gases nobles del grupo 18 son Ne, Ar, Kr, Xe y Rn (neón, argón, kriptón, xenón y radón).
De todos ellos, el argón es el más abundante en la corteza terrestre (el 0.93% del aire que respiramos es argón), mientras que el radón es por lejos el más escaso, producto del decaimiento radiactivo del uranio y del torio.
Por lo tanto, el radón se encuentra en varios terrenos con estos elementos radiactivos, aun si se encuentran a grandes profundidades bajo tierra.
Debido a que estos elementos son inertes, son de gran utilidad para desplazar al oxígeno y agua del ambiente; de esta manera, garantizan que no intervengan en ciertas reacciones donde alteran los productos finales. El argón encuentra mucho uso para este propósito.
Asimismo, son utilizados como fuentes luminosas (luces de neón, faroles de vehículos, lámparas, rayos láser, etc.).
Referencias
- Cynthia Shonberg. (2018). Inert Gas: Definition, Types & Examples. Recuperado de: study.com
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgánica. En los elementos del grupo 18 (cuarta edición). Mc Graw Hill.
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química (8va ed.). CENGAGE Learning, p. 879-881.
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- Brian L. Smith. (1962). Inert Gases: Ideal Atoms for Research [PDF]. Tomado de: calteches.library.caltech.edu
- Professor Patricia Shapley. (2011). Noble Gases. University of Illinois. Recuperado de: butane.chem.uiuc.edu
- The Bodner Group (s.f.). The Chemistry of the Rare Gases. Recuperado de: chemed.chem.purdue.edu