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Les gaz nobles constituent le groupe 18 des éléments du tableau périodique (anciennement groupe VIII-A). Ces éléments se caractérisent par une configuration électronique remplie de coques dans laquelle le dernier niveau d’énergie a ses orbitales syp complètement remplies. Cette configuration électronique est particulièrement stable, c’est pourquoi ces éléments n’ont pas besoin de former des liaisons chimiques pour partager des électrons recherchant plus de stabilité. En fait, la plupart des réactions chimiques que subissent les autres éléments du tableau périodique le font pour s’entourer des mêmes 8 électrons qui entourent les gaz nobles. C’est ce qu’on appelle la règle de l’octet.
Par le fait même qu’ils sont si stables, les éléments du groupe 18 sont également extrêmement inertes et ne se combinent avec pratiquement aucun autre élément. De plus, ces éléments n’ont même pas tendance à se lier entre eux, et les seules interactions qui se produisent entre deux atomes sont de faibles forces de dispersion de Londres. Pour cette raison, ces éléments ont des points d’ébullition très bas et sont généralement à l’état gazeux dans les conditions normales de température et de pression. Ces deux caractéristiques physico-chimiques ont valu à ces éléments le nom de gaz rares.
En bref, ce qui fait des gaz nobles des gaz nobles, c’est qu’ils sont à l’état gazeux et qu’ils sont chimiquement inertes. C’est un point important pour déterminer quel est le gaz noble le plus lourd.
Que signifie être le gaz rare le plus lourd ?
Définissons d’abord ce que nous entendons par « le gaz noble le plus lourd ». Ce qualificatif peut en fait avoir l’une des deux interprétations suivantes : d’une part, il peut désigner l’élément gazeux ayant le poids atomique le plus élevé. D’autre part, on pourrait parler de gaz plus dense.
Bien que la densité soit proportionnelle à la masse molaire d’un gaz et que la masse molaire des gaz augmente à mesure que vous descendez d’un groupe sur le tableau périodique, la réponse à la question de savoir quel gaz est le plus lourd n’est pas aussi simple que de faire défiler la liste pour le dernier élément du groupe.
En fait, il y a deux candidats pour le gaz rare le plus lourd, et aucun n’est le dernier élément du groupe.
L’Oganese n’est pas le gaz noble le plus lourd.
Comme nous l’évoquions tout à l’heure, contrairement à l’intuition initiale, le gaz rare le plus lourd n’est pas le dernier membre du groupe, c’est-à-dire l’oganeson, symbole chimique Og. Cela est dû à plusieurs raisons. Pour commencer, l’oganeson est un élément transactinide synthétique, ce qui signifie que cet élément n’existe pas dans la nature, mais a été synthétisé dans un accélérateur de particules par fusion nucléaire.
Le problème avec l’oganeson, et la principale raison pour laquelle nous ne pouvons pas lui donner le titre de gaz noble le plus lourd, c’est qu’il a une durée de vie très courte ; moins de 1 ms. De plus, les éléments synthétiques sont produits en très petites quantités. Pour ces deux raisons, il est presque impossible d’accumuler suffisamment d’atomes d’oganeson sur une durée suffisamment longue pour mesurer ses propriétés physico-chimiques. Par conséquent, rien n’est connu avec certitude sur l’état physique de cet élément à température et pression normales.
En fait, on estime que, s’il durait assez longtemps, cet élément serait un solide à température ambiante. Cela en soi le disqualifie comme le « gaz noble » le plus lourd, bien qu’il soit l’élément le plus lourd connu de l’homme.
D’autre part, de multiples calculs théoriques ont également été effectués sur la structure électronique que cet élément aurait et les résultats sont vraiment inattendus. On suppose que la grande charge nucléaire accélérerait les électrons à presque la vitesse de la lumière, les faisant se comporter très différemment des autres éléments connus. La conséquence la plus claire de cela est que nous ne savons même pas vraiment s’il aurait les mêmes caractéristiques inertes que les autres membres du groupe.
Sous certaines conditions, le xénon peut remporter le trophée
Étant donné que les gaz, en particulier les gaz nobles, se comportent comme des gaz parfaits dans des conditions normales de température et de pression, une relation entre la densité et la masse molaire d’un gaz peut facilement être obtenue. Cette relation est donnée par :
où ρ est la densité du gaz en g/L, P est la pression en atmosphères, T est la température absolue, R est la constante du gaz idéal et MM est la masse molaire du gaz. Comme vous pouvez le voir, la densité est directement proportionnelle à la masse molaire. Si l’on considère que tous les gaz nobles se présentent sous la forme d’éléments monoatomiques, l’élément le plus dense devrait être le radon.
Cependant, dans certaines conditions très particulières (application de décharges électriques sur un jet supersonique de xénon gazeux), il est possible de transformer le xénon en dimères ionisés ou en ions moléculaires diatomiques de formule Xe 2+ . Ce nouveau gaz aurait une masse molaire de 263 g/mol, supérieure à la masse molaire du radon qui est de 222 g/mol. Ayant une masse molaire plus élevée, cette forme gazeuse de Xe serait plus dense que le radon gazeux, volant ainsi la couronne.
Cependant, cela serait hautement spéculatif, car les conditions dans lesquelles les dimères sont formés sont difficiles à maintenir, ainsi les espèces moléculaires durent très peu de temps.
Le gaz noble le plus lourd est le radon (Rn)
Compte tenu des arguments ci-dessus, nous concluons que le gaz noble le plus lourd est le radon. Cet élément est un gaz inerte, incolore et inodore qui est également radioactif.
De tous les éléments du groupe 18, le radon a le poids atomique le plus élevé (222 u) et, à l’exception discutable du Xe 2 , est aussi le plus dense des gaz nobles, avec une densité de 9,074 g/L à une température de 25 °C et une pression de 1 atm.
Les références
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