gas nobili mappa concettuale

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I gas nobili sono gli elementi del gruppo 18 della tavola periodica: elio, neon, argon, kripton, xeno, radon e, con riserva, l'oganesson. La mappa illustra la loro configurazione elettronica completa, la bassissima reattività, gli stati fisici e gli usi pratici, dall'illuminazione al criogenia. Approfondisce anche le rare eccezioni, come i composti dello xeno, e il ruolo dell'argon nelle saldature e nelle lampade.

Perché sono così poco reattivi
La scarsa reattività dei gas nobili deriva dalla loro configurazione elettronica esterna completa. Con il livello energetico più esterno pieno, questi elementi non hanno bisogno di acquisire, cedere o condividere elettroni per raggiungere una configurazione stabile, e questo rende la formazione di legami chimici sfavorita dal punto di vista energetico. L'energia di ionizzazione, cioè l'energia necessaria per strappare un elettrone, è molto alta e diminuisce scendendo nel gruppo, perché gli elettroni esterni sono più lontani dal nucleo e schermati dagli orbitali interni. Per questo i composti dei gas nobili si formano solo con gli elementi più pesanti del gruppo, come kripton e soprattutto xeno, mentre elio e neon restano praticamente inerti in tutte le condizioni conosciute.

I composti dello xeno
Per decenni si è ritenuto che i gas nobili non formassero alcun composto. Nel 1962 Neil Bartlett osservò che l'esafluoruro di platino, un potente ossidante, riusciva a ossidare l'ossigeno molecolare, e ipotizzò che potesse fare lo stesso con lo xeno, che ha un'energia di ionizzazione simile. L'esperimento produsse un solido giallo-arancio, considerato il primo composto di un gas nobile. Da allora sono stati preparati fluoruri come XeF2, XeF4 e XeF6, oltre a ossidi come XeO3. Questi composti sono stabili solo in condizioni particolari e la loro reattività resta elevata: confermano però che l'inertezza del gruppo 18 non è un principio assoluto, ma dipende dalle energie coinvolte.

Proprietà fisiche e andamento nel gruppo
Tutti i gas nobili sono monoatomici, incolori e inodori, e presentano punti di ebollizione molto bassi, poiché tra i loro atomi agiscono solo deboli forze di van der Waals. Queste forze aumentano con la dimensione dell'atomo, quindi i punti di ebollizione crescono regolarmente scendendo nel gruppo: l'elio bolle a circa 4 kelvin, il neon a 27, l'argon a 87, mentre lo xeno supera i 160 kelvin. Per questo l'elio liquido è il refrigerante più freddo disponibile e viene usato per raffreddare i magneti superconduttivi, come quelli della risonanza magnetica. L'argon, più abbondante e più economico, è il gas nobile più utilizzato nell'industria.

Radon e questioni di sicurezza
Il radon è l'unico gas nobile radioattivo in natura: si forma dal decadimento del radio presente nelle rocce e nei suoli granitici o ricchi di uranio. Essendo un gas, può accumularsi in ambienti chiusi come scantinati e piani interrati, dove la concentrazione può risultare significativamente più alta che all'aperto. L'esposizione prolungata a concentrazioni elevate è considerata un fattore di rischio per la salute, in particolare per i polmoni, e in diverse zone montane d'Europa vengono effettuati rilievi nelle abitazioni. Gli altri gas nobili non sono radioattivi e l'argon, il neon e l'elio si maneggiano con le normali precauzioni per i gas compressi.