Gases nobres: a química oculta dos elementos inertes

Instituto de Química
Universidade Federal do Rio de Janeiro
Escola de Química e Ciência Forense
Universidade de Kent (Reino Unido)
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Imperceptíveis, mas onipresentes, os gases nobres permeiam silenciosamente nosso cotidiano. Estão contidos no ar que respiramos, dão luz aos letreiros de néon que adornam nossas ruas e até mesmo preenchem os balões de festa que decoram ocasiões especiais. Devido à sua relutância em reagir com outros elementos químicos, ganharam fama de ‘inertes’. Hoje em dia, compreendemos as condições nas quais gases nobres formam compostos moleculares e conhecemos diversos de seus derivados, tanto em ambientes terrestres quanto extraterrestres.

Na Grécia Antiga, uma visão proeminente afirmava que toda a existência derivava de quatro elementos fundamentais: água, terra, fogo e ar. Em contraste com essa visão, a compreensão moderna da matéria se baseia em uma lista muito mais ampla de elementos. 

Atualmente, reconhecemos os átomos como as unidades básicas de matéria conhecida e identificamos ao menos 118 tipos distintos deles. Cada um corresponde a um elemento – seja o hidrogênio (H), cuja fusão ocorre no coração do Sol e de todas as estrelas, ou o carbono (C), presente em todas as formas de vida que conhecemos. 

Tudo o que vemos, tocamos e experimentamos é resultado da combinação desses 118 elementos, classificados e meticulosamente organizados segundo suas propriedades químicas e físicas na célebre Tabela Periódica.

Essa estrutura organizacional – indiscutivelmente, uma das maiores conquistas da humanidade – fornece um mapa valioso para navegar pela vasta diversidade e complexidade da matéria no universo.

Os gases nobres, encontrados no grupo 18 da Tabela Periódica, são tradicionalmente chamados ‘inertes’ ou ‘raros’, por causa da percepção inicial de suas incapacidades em formar compostos químicos. Ou seja, gases nobres pareciam não reagir com outros elementos.

Os gases nobres, encontrados no grupo 18 da Tabela Periódica, são tradicionalmente chamados ‘inertes’ ou ‘raros’, por causa da percepção inicial de suas incapacidades em formar compostos químicos

Essa família de elementos inclui o hélio (He), neônio (Ne), argônio (Ar), criptônio (Kr), xenônio (Xe) e radônio (Rn). Suas propriedades físicas notáveis incluem não só uma densidade baixa, mas também uma emissão luminosa bem característica como resposta à absorção de energia de uma fonte.  

Cada um dos 118 tipos de átomos, ao absorverem energia e passarem a um estado denominado ‘excitado’, emite luz em ‘cores’ (frequências) muito específicas. O conjunto dessas emissões – caracterizado por linhas finas, coloridas e descontínuas entre si – é chamado espectro luminoso (ou eletrônico).

Essas linhas espectrais atuam como uma ‘impressão digital’, o que possibilita a identificação precisa do elemento que a está emitindo.  A origem dessas linhas espectrais está baseada no fato de os elétrons de cada elemento químico responderem de modo muito particular à energia que eles absorvem.

De modo geral, os elétrons, ao ganharem energia extra, ‘saltam’ para níveis de energia mais elevados, ou seja, mais distantes do núcleo atômico. Em seguida, retornam ao seu estado original, liberando a energia absorvida na forma de luz. Esse processo é realizado de forma única por cada tipo de elemento (figura 1).    

No cotidiano, a emissão luminosa intensa dos gases nobres é observada nos letreiros de ‘luz néon’ – no caso, a energia extra vem de uma fonte elétrica. Encontramos também, no dia a dia, aplicações da baixa densidade desses gases: os balões de hélio, que flutuam, por serem mais ‘leves’ que o ar.

Figura 1. Mecanismo de formação do espectro luminoso de um elemento químico; elétrons (setas) saltam de níveis (indicados pela letra ‘n’) menos energéticos para mais energéticos (distantes do núcleo); ao retornarem, eles devolvem a energia absorvida na forma de luz; no destaque, exemplo de linhas espectrais, únicas para cada elemento.

Crédito: Baseado em https://scienceready.com.au/pages/bohrs-atomic-model

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