Gaz noble

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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.

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) est 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'élément 118 (ununoctium, Uuo), élément synthétique relevant de la dénomination systématique de l'UICPA ; néanmoins, si on pouvait en disposer en quantité macroscopique[1], 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.

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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 Fl Uup Lv 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  

Sémantique[modifier | modifier le code]

L’appellation gaz rares vient 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 du ministère français de l'Éducation nationale[2], 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.

Caractéristiques physicochimiques[modifier | modifier le code]

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 (sauf pour le xénon), dont les points de fusion et d'ébullition sont séparés de moins de 10 °C à pression atmosphérique.

Les gaz nobles ne sont liquides que dans une fourchette très étroite de températures.

Forte inertie chimique[modifier | modifier le code]

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)

Cette inertie est plus relative pour le krypton et plus encore pour le xénon, dont on a isolé plusieurs centaines de composés, certains étant stables à température ambiante.

Le radon semble également assez réactif, mais sa radioactivité en a freiné l'étude.

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

Production[modifier | modifier le code]

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. Le radon est généralement isolé à partir des produits de désintégration de composés de radium dissous.

Application[modifier | modifier le code]

Les gaz nobles ont plusieurs applications technologiques importantes, dont :


Fluorescence de gaz rares sous une alimentation de 5 kV, 20 mA et 25 kHz.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Seuls trois atomes de 294118 ont été produits à ce jour.
  2. BO physique-chimie.pdf, p 17.
  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.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
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 Fl Uup Lv 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  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés