Por que os gases nobres são estáveis

Na verdade, não é necessário se aprofundar mecânica quântica. Existem várias razões pelas quais os gases nobres são estáveis (como gases à temperatura ambiente).

Em primeiro lugar, existe a óbvia camada de valência total. A tendência na tabela periódica deixa claro que a carga do núcleo cresce da esquerda para a direita em cada período. A força atrativa para os elétrons, portanto, aumenta. (Isso vale também de cima para baixo.) Elétrons em orbitais inferiores ($ n < \ text {period} $) agora protegem a carga do núcleo. Isso será mais ou menos o mesmo ao longo do período. (Os orbitais também encolhem devido à carga mais alta do núcleo.) Em gases nobres, a camada de valência é completamente preenchida, fornecendo um bom escudo para a próxima camada. Além disso, o aumento no número quântico principal significa um aumento significativo no nível de energia do orbital seguinte. Isso torna improvável que um gás nobre aceite outro elétron.

Devido à alta carga do núcleo, também não é fácil remover um elétron de um orbital. No entanto, isso é possível de (pelo menos) Argônio para baixo. Por exemplo: $ \ ce {HArF} $ é estável em uma matriz à temperatura ambiente. Ele possui uma forte ligação covalente $ \ sigma $ ($ \ ce {H \ bond {-} Ar +} $) e uma ligação iônica não tão forte ($ \ ce {[HAr] + \ cdots F -} $). Krypton já faz uma química sofisticada, que é estável à temperatura ambiente. Como disse o tio Al, o xenônio é bem conhecido por sua reatividade.

Mas por que a mudança repentina? É bastante intuitivo que a densidade máxima de elétrons para cada orbital com o aumento do número quântico principal também esteja mais longe do núcleo. Isso torna a concha de valência muito bem polarizável. Além disso, os elétrons são mais bem protegidos pelas camadas anteriores. No entanto, a ocorrência natural desses elementos são gases (homonucleares).

No entanto, se você colocar esses elementos em contato próximo um com o outro, foi descoberto que eles têm uma energia de dissociação muito pequena ($ D_e < 1 ~ \ text {meV} $). Isso se deve à dispersão e às Forças de van-der-Waals, que é a principal interação entre esses elementos. No entanto, em $ \ ce {He2} $ nenhum modo de ligação foi observado (dissociação instantânea).

Mas isso ainda não responde, por que esses elementos são estáveis como gases, como apontado que existem de fato forças atrativas. O motivo é tão simples quanto óbvio: entropia. Se dois gases nobres formariam uma molécula / aduto, a energia de ligação / associação desta molécula teria que compensar a perda de entropia (dois elementos de volume se tornariam um, portanto, o gás teria que se expandir para cobrir o quarto anteriormente ocupado, que requer energia de trabalho).

A explicação de tschoppi também cobre porque, do ponto de vista do MO, não poderia haver uma ligação em $ \ ce {He2} $. Vá em frente e pergunte a si mesmo se isso seria verdade para $ \ ce {He3} $. Também sabemos que a sobreposição orbital é apenas um componente da verdade. Existem muitos outros mais. Se não fosse por algo tão bom como a dispersão e outras interações químicas fracas , não existiríamos.

Comentários

• O plural de gases são gases. " Gases " é uma forma do verbo " para gas ", ou seja, para emitir gás.

Eles são estáveis porque a energia é inferior. (Ah, a resposta universal para todos os problemas de química!)

Deixe-me explicar: se gases nobres ocorressem como elementos diatômicos, a energia deveria ser menor em comparação com sua forma monoatômica. Mas quando você combina os orbitais atômicos dos parceiros de ligação aos orbitais moleculares (MO-LCAO), você preenche os elétrons em todos os MOs, os MOs de ligação e também os de anti-ligação.

Como os orbitais anti-ligação são mais anti-ligantes do que os orbitais de ligação , a energia geral do composto é aumentada. Portanto, este é um estado que o sistema prefere evitar, dando a você elementos monoatômicos.

Comentários

• Devido à dispersão de Londres, a molécula $ \ ce { He2} $ é ligeiramente ligante, então acredito que esta resposta não esteja completamente correta.
• @Martin: Você está falando sobre a dispersão intramolecular de Londres na vizinhança? Você poderia dar uma referência à sua declaração?
• Eu a encontrei por acidente neste maravilhoso livro-texto de química quântica de Ira N. Levine . No entanto, ele está se referindo a Molecular Spectra And Molecular Structure, IV. Constants Of Diatomic Molecules, KP Huber G. Herzberg .

http://chemistry.about.com/od/noblegasfacts/a/Noble-Gas-Compounds.htm
Gases nobres são reativos. A seguir estão alguns exemplos,

Comentários

• Eu cito o website vinculado a: " Hélio, néon, argônio, criptônio, xenônio, rádon completaram camadas de elétrons de valência, portanto são altamente estáveis. " Eles ' não são tão reativos quanto, digamos, o oxigênio. Você precisa de altas pressões para obter esses compostos.
• Formas de difluoreto de xenônio a partir dos elementos a baixa pressão com luz UV, J. Am. Chem. Soe, 184 (23) 4612 (1962). Xe reage com PtF6 como tiro, em uma linha de vácuo ou a 77 kelvin em SF6 líquido, doi: 10.1016 / S0010-8545 (99) 00190-3
• Ele ' certamente é verdade que os compostos de gases nobres não são ' t totalmente inertes, mas ' também é certo verdade que eles são muito inertes à maioria das condições. Embora informativa, sem contexto, esta resposta é um pouco enganosa.
• Enrole a rosca do tubo com fita de Teflon antes de aparafusar. Veda melhor, evita escoriações e facilita a desmontagem. Se for um tubo de alumínio, a junta com fita frequentemente explode. Procure o / _ \ H_f do AlF3 anidro. Toda a diversão está nas notas de rodapé.