Noble gas

Contexte et histoire

Les gaz nobles sont incolores, inodores et monoatomiques dans des conditions normales, les six premiers membres — hélium, néon, argon, krypton, xénon et radon — présentant une très faible réactivité chimique et des points d'ébullition cryogéniques. Leur caractéristique déterminante est une couche externe complète d'électrons de valence, ce qui leur donne peu de tendance à participer à des réactions chimiques ; seules quelques centaines de composés de gaz nobles sont connus. Les forces intermoléculaires entre leurs atomes sont les très faibles forces de dispersion de Londres, ce qui entraîne que tous leurs points d'ébullition sont cryogéniques. Leur inertie les rend utiles là où les réactions chimiques ne sont pas souhaitées : l'argon sert de gaz de protection en soudage et de gaz de remplissage dans les ampoules à incandescence, l'hélium assure la portance des dirigeables et des ballons, et l'hélium et le néon sont utilisés comme réfrigérants en raison de leurs faibles points d'ébullition. Les quantités industrielles de tous les gaz nobles sauf le radon sont obtenues en liquéfiant et en distillant fractionnellement l'air ; l'hélium est également un sous-produit de l'extraction du gaz naturel, tandis que le radon est isolé de la désintégration radioactive des composés dissous de radium, de thorium ou d'uranium. Le septième membre, l'oganesson, est un élément synthétique instable à la chimie incertaine, prédit comme étant un solide dans des conditions normales et suffisamment réactif pour ne pas être fonctionnellement qualifié de « noble ». Le terme « gaz noble » a été utilisé pour la première fois en 1900 par Hugo Erdmann, faisant une analogie avec les métaux nobles. Leur découverte a commencé en 1868 lorsque l'hélium a été trouvé sur le Soleil, suivi de l'argon en 1895, puis du krypton, du néon et du xénon en 1898 ; le radon a été identifié en 1898 mais n'a été reconnu comme gaz noble qu'en 1904.

Guide du lecteur

La découverte des gaz nobles a été unique dans l'histoire de la chimie, car il s'agissait d'un groupe d'éléments entièrement nouveau sans aucun représentant connu auparavant. Leur caractéristique déterminante est une couche externe complète d'électrons de valence, ce qui leur donne une très faible tendance à réagir chimiquement ; seuls quelques centaines de composés sont connus. Dans des conditions normales, les six premiers sont des gaz inodores, incolores et monoatomiques avec des points d'ébullition cryogéniques, maintenus ensemble uniquement par de faibles forces de dispersion de Londres. Cette inertie les rend précieux là où les réactions chimiques ne sont pas souhaitées : l'argon sert de gaz de protection en soudage et de gaz de remplissage dans les ampoules à incandescence, l'hélium assure la portance des dirigeables et des ballons, et l'hélium et le néon sont tous deux utilisés comme réfrigérants. Les quantités industrielles de tous sauf le radon sont obtenues à partir de l'air par liquéfaction et distillation fractionnée ; l'hélium est également un sous-produit de l'extraction du gaz naturel. Le radon est isolé de la désintégration radioactive des composés de radium, de thorium ou d'uranium. L'oganesson, le septième membre, est un élément synthétique instable à la chimie incertaine ; seuls cinq atomes à très courte durée de vie ont été synthétisés, et il est prédit comme étant un solide dans des conditions normales et suffisamment réactif pour ne pas être fonctionnellement qualifié de gaz noble. La découverte de ce groupe — commençant par l'hélium sur le Soleil en 1868, puis l'argon, le krypton, le néon, le xénon et le radon — a aidé à développer la théorie de la structure atomique, conduisant à la règle de l'octet et à la compréhension que pour tous les gaz nobles sauf l'hélium, la couche la plus externe contient huit électrons.

Le saviez-vous ?

• L'argon forme environ 0,94 % en volume de l'atmosphère terrestre en raison de la désintégration du potassium-40 radioactif.
• L'hélium est le seul élément qui ne peut pas être solidifié par refroidissement à pression atmosphérique ; une pression de 25 atmosphères standard à 0,95 K est nécessaire.