Gaz noble - Définition et Explications

On appelle gaz nobles, ou plus couramment gaz rares, les éléments chimiques du groupe 18 (anciennement « groupe VIIIA » voire « groupe 0 ») du tableau périodique des éléments. L’appellation gaz rares vient de leur faible prévalence historique comme substance chimique, bien que cela soit plutôt impropre car l'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) constitue 24 % de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) baryonique de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), et l'argon (L’argon est un élément chimique, de symbole Ar et de numéro atomique 18.) 0,94 % de l'atmosphère terrestre (L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre solide. L'air sec se compose...) au niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de...). Autrefois également appelés gaz inertes, cette appellation est tombée en désuétude depuis qu'on a synthétisé des centaines de composés du xénon (Le xénon est un élément chimique, de symbole Xe et de numéro atomique 54. Le...). Préconisée par l'IUPAC et le Bulletin officiel, 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 (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) et de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...), ce sont des gaz monoatomiques incolores et inodores quasiment dépourvus de réactivité chimique, dont les points de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) et d'ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps...) sont séparés de moins de 10 °C à pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.).

Les six gaz nobles naturels sont l'hélium (He), le néon (Le néon est un élément chimique, de symbole Ne et de numéro atomique 10.) (Ne), l'argon (Ar), le krypton (Le krypton est un élément chimique, de symbole Kr et de numéro atomique 36.) (Kr), le xénon (Xe) et le radon (Le radon est un élément chimique du tableau périodique de symbole Rn et de...) (Rn), ce dernier étant radioactif (avec une période radioactive (La demi-vie est le temps mis par une substance (médicament, noyau radioactif, ou autres) pour...) de 3,8 jours) et produit lui-même par la désintégration radioactive du radium (Le radium est un élément chimique de symbole Ra et de numéro atomique 88.). Un septième élément est venu s'ajouter à la liste au début des années 2000 : l'élément 118 (ununoctium, Uuo), élément synthétique relevant de la dénomination systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour...) de l'UICPA ; néanmoins, si on pouvait en disposer en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) macroscopique, cet élément ne serait sans doute pas un gaz mais plutôt un solide semiconducteur aux propriétés chimiques rappelant peut-être les métalloïdes — sa caractérisation n'ayant pas encore été validée par l'UICPA, il ne devrait, en toute rigueur, être rangé dans aucune série chimique.

La difficulté à mettre en évidence une chimie des gaz nobles (Les gaz nobles, souvent appelés gaz rares, rarement gaz inertes (cf. l'article Gaz noble au...) 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, de sorte qu'il ne leur reste pas d'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge...) de valence disponible pour établir une liaison chimique (La liaison chimique est le phénomène physique qui lie les atomes entre eux en...) avec un autre atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que...), en vertu de la règle de l'octet (L’octet est une unité de mesure en informatique mesurant la quantité de...).

C'est ce qui explique leur inertie (L'inertie d'un corps découle de la nécessité d'exercer une force sur celui-ci pour modifier sa...) chimique, inertie totale pour le néon, quasi totale pour l'hélium et l'argon (encore faut-il réaliser des conditions extrêmement particulières 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 (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur...) en a freiné l'étude, tandis que l'ununoctium aurait, selon les simulations numériques, une configuration électronique (En physique des particules comme en chimie quantique, la configuration électronique est la...) 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

Le néon, l'argon, le krypton et le xénon sont obtenus à partir de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) par liquéfaction (La liquéfaction est un changement d'état qui fait passer un corps de l'état gazeux...) et distillation (La distillation est un procédé de séparation de mélange de substances liquides...) fractionnée. L'hélium est séparé du gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent...), 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 (Le soudage (Voir article sur la théorie du soudage) est un moyen d'assemblage permanent. Il a...) et l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) spatiale. Les plongeurs utilisent un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) et d'hélium afin de prévenir l'hyperoxie et la narcose à l'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) au-delà de 55 m de profondeur, et l'hélium est utilisé dans les ballons à gaz.

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