Chimie des gaz nobles - Définition

Introduction

Les gaz nobles, souvent appelés gaz rares, rarement gaz inertes (cf. l'article Gaz noble au sujet de ces différentes dénominations), forment une série chimique d'éléments a priori très peu réactifs car, ayant une couche de valence complète, ils n’ont aucun électron de valence pour former une liaison chimique. Il en découle que ces éléments ont une énergie d'ionisation élevée et une affinité électronique pratiquement nulle, et on a longtemps cru qu'ils ne pouvaient participer à aucune réaction chimique pour former des composés.

Approche théorique

Linus Pauling prédit dès 1933 que les gaz nobles les plus lourds pouvaient se combiner au fluor et même à l'oxygène. Plus précisément, il prédit l'existence de l'hexafluorure de xénon XeF₆ et de l'hexafluorure de krypton KrF₆, spécula sur l'existence d'un octafluorure de xénon XeF₈ instable, et suggéra que l'acide xénique H₂XeO₄ puisse former des sels de perxénates XeO₆^4-. Ces prédictions se sont avérées quasiment exactes, bien que des études ultérieures ont indiqué que l'octafluorure de xénon XeF₈ serait instable non seulement thermodynamiquement, mais encore cinétiquement; il n'a d'ailleurs jamais été synthétisé à ce jour.

Les gaz nobles les plus lourds ont en effet plus de couches d'électrons que les plus légers, de sorte que, pour les électrons périphériques, les couches électroniques intérieures écrantent davantage le noyau dans les atomes lourds (xénon, krypton, argon) que dans les atomes plus légers (néon, hélium). Il en résulte une énergie d'ionisation plus faible pour ces gaz nobles plus lourds, suffisamment faible pour permettre la formation de composés stables avec les éléments les plus électronégatifs, en l'occurrence le fluor et l'oxygène.

Premiers composés « véritables » d'un gaz noble

Synthèse de l'hexafluoroplatinate de xénon

On doit à Neil Bartlett la première synthèse, en 1962, d'un composé de gaz noble. Le raisonnement était le suivant :

1. L'énergie d'ionisation de l'oxygène O₂ en oxycation dioxygényle O₂⁺ vaut 1 165 kJ/mol contre 1 170 kJ/mol pour ioniser Xe en Xe⁺.
2. Or l'hexafluorure de platine PtF₆ est capable d'oxyder O₂ en O₂⁺.
3. Donc PtF₆ devrait être capable d'oxyder Xe en Xe⁺ puisque les énergies d'ionisation de l'oxygène et du xénon sont semblables.

C'est ainsi que Bartlett publia la synthèse d'un solide cristallin qu'il formula comme de l'hexafluoroplatinate de xénon Xe⁺PtF₆^-.

On montra par la suite qu'en réalité cette phase était plus complexe, et résultait du mélange de plusieurs espèces moléculaires, XeFPtF₆, XeFPt₂F₁₁ et Xe₂F₃PtF₆.

Il s'agissait bien du premier composé synthétisé d'un gaz noble.

Fluorures de xénon

À la suite de la synthèse de l'hexafluoroplatinate de xénon, Howard Claassen publia en septembre 1962 la synthèse d'un composé binaire simple du xénon, le tétrafluorure de xénon XeF₄ en soumettant un mélange de xénon et de fluor à température élevée.

Deux mois plus tard, le difluorure de xénon XeF₂ était annoncé par Rudolf Hoppe.

Depuis lors, la grande majorité des composés de gaz nobles synthétisés l'ont été à partir du xénon.