Gaz noble - Définition et Explications

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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. 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 ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des...) constitue 24 % de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) 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 de 78,08 % d'azote, 20,95 % d'oxygène, 0,93 % d'argon,...) 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 référence adéquat.). 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 xénon est un gaz noble, inodore et incolore. Dans une lampe à décharge, il émet une...). 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 étudiée en thermométrie. Dans la vie...) et de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.), 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 liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de...) et d'ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps de l’état liquide vers l’état vapeur. Ce...) 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 numéro atomique 86. C'est un gaz rare, radioactif, d'origine naturelle, qui est principalement formé par la désintégration du...) (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 perdre la moitié de son activité pharmacologique, physiologique ou radioactive. En...) 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 objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre, basé sur des principes divers. Elle ne doit pas être confondue avec...) de l'UICPA ; néanmoins, si on pouvait en disposer en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la...) 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 sujet de ces différentes dénominations), forment une série chimique d'éléments a priori très peu réactifs car,...) 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 électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) de valence disponible pour établir une liaison chimique avec un autre atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec...), en vertu de la règle de l'octet.

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 vitesse (vectorielle). Ainsi, un corps immobile ou en mouvement rectiligne uniforme (se...) 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 l'uranium et très vite confirmé par Marie Curie pour le thorium, est un phénomène physique naturel au cours duquel des...) 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

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 incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec...) par liquéfaction (La liquéfaction est un changement d'état qui fait passer un corps de l'état gazeux à l'état liquide. Elle est la transformation inverse de la vaporisation. L'usage vulgaire appelle...) et distillation (La distillation est un procédé de séparation de substances, mélangées sous forme liquide. Elle consiste à porter le mélange à ébullition et à recueillir une fraction légère appelée distillat, et une fraction lourde...) fractionnée. L'hélium est séparé du gaz naturel (Le gaz naturel est un combustible fossile, il s'agit d'un mélange d'hydrocarbures présent naturellement dans des roches poreuses sous forme gazeuse.), 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 (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 qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) d'oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) 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 numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2,...) au-delà de 55 m de profondeur, et l'hélium est utilisé dans les ballons à gaz.

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