Éléments du groupe 18


Éléments du groupe 18

Gaz noble

On appelle gaz nobles les éléments chimiques du groupe 18 (anciennement « groupe VIIIA » voire « groupe 0 ») du tableau périodique des éléments. Ils sont en fait généralement appelés gaz rares — usage consacré par le dictionnaire — en raison de leur faible prévalence historique comme substance chimique, bien que cela soit plutôt impropre car l'hélium constitue 24 % de la matière baryonique de l'univers, et l'argon 0,94 % de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer. Autrefois également appelés gaz inertes, cette appellation est tombée en désuétude depuis qu'on a synthétisé des centaines de composés du xénon. Préconisée par l'IUPAC et le Bulletin officiel[1], l'appellation gaz nobles, issue de l'allemand Edelgas par analogie avec les métaux nobles (tels que l'or, également peu réactif), apparaît donc de plus en plus comme devant légitimement remplacer à terme celle de gaz rares ; c'est celle retenue dans cet article.

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1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra * Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
   
  * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb  
  * Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No

Les gaz nobles forment une série chimique ayant des propriétés assez homogènes : aux conditions normales de température et de pression, ce sont des gaz monoatomiques incolores et inodores quasiment dépourvus de réactivité chimique, dont les points de fusion et d'ébullition sont séparés de moins de 10 °C à pression atmosphérique.

Les six gaz nobles naturels sont l'hélium (He), le néon (Ne), l'argon (Ar), le krypton (Kr), le xénon (Xe) et le radon (Rn), ce dernier étant radioactif (avec une période radioactive de 3,8 jours) et produit lui-même par la désintégration radioactive du radium. Un septième élément est venu s'ajouter à la liste au début des années 2000 : l'ununoctium (Uuo), synthétisé artificiellement et dont la dénomination est encore provisoire ; si on pouvait en disposer en quantité macroscopique[2], l'ununoctium ne serait pas un gaz mais plutôt un solide semiconducteur aux propriétés chimiques rappelant peut-être les métalloïdes.

La difficulté à mettre en évidence une chimie des gaz nobles provient de leur configuration électronique : les sous-couches s et p de leur couche électronique externe sont en effet complètes, avec respectivement deux et six électrons[3], de sorte qu'il ne leur reste pas d'électron de valence disponible pour établir une liaison chimique avec un autre atome, en vertu de la règle de l'octet.

C'est ce qui explique leur inertie chimique, inertie totale pour le néon, quasi totale pour l'hélium et l'argon (encore faut-il réaliser des conditions extrêmement particulières[4] pour détecter indirectement de rares composés de ces atomes) mais plus relative pour le krypton et surtout le xénon, dont on a isolé plusieurs centaines de composés. Le radon semble également assez réactif, mais sa radioactivité en a freiné l'étude, tandis que l'ununoctium aurait, selon les simulations numériques, une configuration électronique affectée par des couplages spin-orbite lui conférant une réactivité chimique quasi « normale ».

Période     Élément chimique Configuration électronique
Période 1 no 2 He Hélium 1s2
Période 2 no 10 Ne Néon 1s2 2s2 2p6
Période 3 no 18 Ar Argon 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Période 4 no 36 Kr Krypton 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6
Période 5 no 54 Xe Xénon 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6
Période 6 no 86 Rn Radon 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6
Période 7 no 118 Uuo Ununoctium   1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10 7p6 ?

Le néon, l'argon, le krypton et le xénon sont obtenus à partir de l'air par liquéfaction et distillation fractionnée. L'hélium est séparé du gaz naturel, et le radon est généralement isolé à partir des produits de désintégration de composés de radium dissous.

Les gaz nobles ont plusieurs applications technologiques importantes, telles que l'éclairage, le soudage et l'exploration spatiale. Les plongeurs utilisent un mélange d'oxygène et d'hélium afin de prévenir l'hyperoxie et la narcose à l'azote au-delà de 55 m de profondeur, et l'hélium est utilisé dans les ballons à gaz.

Notes et références

  1. BO physique-chimie.pdf, p 17.
  2. Seuls trois atomes d'ununoctium ont été produits à ce jour.
  3. Hormis bien sûr l'hélium, qui n'a qu'une sous-couche s et pas de sous-couche p puisqu'il n'a que deux électrons en tout et pour tout.
  4. Par bombardement électronique de cibles métalliques en présence d'hélium ou matrice cryogénique d'argon, notamment.

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1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


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