thumb|direita|350px|Gases nobres. Da esquerda para a direita: Hélio, Neônio, Argônio, Criptônio e Xenônio
Os gases nobres formam um grupo de elementos químicos com propriedades similares: Em condições normais de temperatura e pressão (CNTP), são todos gases inodoros, incolores, monoatômicos de baixa reatividade química. Os gases nobres que ocorrem naturalmente são o hélio (He), neônio (Ne), argônio (Ar), criptônio (Kr), xenônio (Xe), radônio (Rn) e artificialmente o oganésson (Og).
Para os seis primeiros períodos da tabela periódica, os gases nobres são exatamente os membros do grupo 18. É possível que, devido a efeitos relativísticos, o elemento fleróvio, do grupo 14, tenha propriedades similares aos dos gases nobres, em vez do grupo 18 do elemento oganésson. Os gases nobres são tipicamente não reativos, exceto quando sob condições particularmente extremas. A inércia dos gases nobres os torna muito úteis em aplicações onde reações não são desejadas. Por exemplo, o argônio é utilizado em lâmpadas de bulbo para prevenir a oxidação do filamento de tungstênio e o hélio é utilizado em cilindros de mergulho em grandes profundidades para evitar a toxidez do nitrogênio que se solubiliza em altas pressões.
As propriedades dos gases nobres podem ser bem explicadas pela teoria da estrutura atômica moderna: sua camada externa de valência é considerada completa tendo pouca tendência a participar em reações químicas, sendo possível preparar apenas umas poucas centenas de compostos de gases nobres. O ponto de fusão e ebulição para um determinado gás nobre é próximo diferindo menos de 10 °C, ou seja, eles são líquidos somente em uma pequena faixa de temperatura.
Neônio, argônio, criptônio e xenônio são obtidos a partir da separação do ar usando métodos de liquefação de gases e destilação fracionada. O hélio é obtido a partir de campos de gás natural que possuem altas concentrações de hélio, usando técnicas de separação criogênica de gases e o radônio normalmente é isolado a partir do decaimento radiativo de compostos dissolvidos de urânio, tório ou rádio (uma vez que estes compostos têm decaimento alfa, que é equivalente a um átomo de Hélio-4). Os gases nobres têm diversas aplicações industriais importantes tais como na iluminação, soldagem e exploração espacial. Uma mistura oxigênio-hélio é, às vezes, utilizada por mergulhadores em profundidades superiores a 55 m a fim de evitar que o efeito Paul Bert, um efeito letal do oxigênio em altas pressões, e a narcose por nitrogênio, um efeito que o gás possui além do limiar de sua pressão parcial. Após os riscos causados pela inflamabilidade do hidrogênio terem se tornado evidentes, este foi substituído pelo hélio em dirigíveis e balões.
História
Gás nobre é uma tradução da língua alemã do substantivo utilizado por Hugo Erdmann em 1898 para indicar um nível de reatividade química extremamente baixa. O nome faz uma analogia ao termo "metais nobres", que também possuem baixa reatividade. Os gases nobres também são referidos como gases inertes mas este rótulo está depreciado uma vez que já são conhecidos compostos de gases nobres. Gases raros é outro termo que foi empregado, mas não é preciso uma vez que o argônio é encontrado em quantidade considerável (0,94% por volume e 1,3% por massa) na atmosfera terrestre. thumb|esquerda|300px|O hélio foi inicialmente detectado no Sol devido a sua linha espectral característica.|alt=Um gráfico com a linha espectral do espectro visível mostrando linhas finas no topo.
Pierre Janssen e Joseph Norman Lockyer descobriram um novo elemento em 18 de agosto de 1868 enquanto examinavam a cromosfera do Sol, e nomearam o elemento hélio, palavra grega para o Sol, ( ou ).Oxford English Dictionary (1989), s.v. "helium". Retrieved December 16, 2006, from Oxford English Dictionary Online. Also, from quotation there: Thomson, W. (1872). Rep. Brit. Assoc. xcix: "Frankland and Lockyer find the yellow prominences to give a very decided bright line not far from D, but hitherto not identified with any terrestrial flame. It seems to indicate a new substance, which they propose to call Helium." Nenhuma análise química foi possível na época, porém posteriormente constatou-se que o hélio era um gás nobre. Antes deste, em 1784, o químico inglês Henry Cavendish havia descoberto que o ar continha uma pequena porção de uma substância menos reativa que o nitrogênio. Um século depois em 1895, Lord Rayleigh descobriu que amostras de nitrogênio do ar possuíam uma densidade diferente do nitrogênio resultante de reações químicas. Junto com o cientista escocês William Ramsay, Lord Rayleigh teorizou que o nitrogênio extraído do ar era uma mistura de outro gás e realizou um experimento que isolou o novo elemento com sucesso: o argônio, da palavra grega (, "inativo"). Com esta descoberta, eles descobriram uma nova classe inteira de gases que estavam faltando na tabela periódica. Durante a procura pelo argônio, Ramsay também conseguiu isolar o hélio pela primeira vez a partir do aquecimento da cleveíta, um mineral. Em 1902, tendo aceitado a evidência para os novos elementos hélio e argônio, Dmitri Mendeleev incluiu estes gases como um grupo 0 em seu arranjo de elementos, que posteriormente iria se tornar a tabela periódica.
Ramsay continuou a procura por gases utilizando o método de destilação fracionada para separar ar liquefeito em vários componentes. Em 1898, descobriu os elementos criptônio, neônio e Xenônio que foram nomeados a partir das palavras gregas (, "oculto"), (, "novo"), e (, "estranho"), respectivamente. O radônio foi identificado inicialmente por Friedrich Ernst Dorn em 1898, e foi nomeado emanação do rádio mas não foi considerado um gás nobre até 1904 quando suas características foram descobertas como sendo similares aos de outros gases nobres. Rayleigh e Ramsay receberam o Prêmio Nobel em física e química, respectivamente, por suas descobertas dos gases nobres; e nas palavras de J. E. Cederblom, então presidente da Academia Real das Ciências da Suécia, "a descoberta de um novo grupo de elementos inteiro, do qual nenhum outro elemento havia sido descoberto com alguma incerteza, é uma coisa absolutamente única na história da química, sendo intrinsecamente um avanço na ciência de significância peculiar".
A descoberta dos gases nobres ajudou no desenvolvimento do entendimento geral da estrutura atômica. Em 1895 o químico francês Henri Moissan tentou reagir o flúor, o elemento mais eletronegativo, e o argônio, um dos gases nobres, mas não foi bem sucedido. Os cientistas não eram capazes de preparar compostos com argônio até o final do século XX, mas tais tentativas ajudaram o desenvolvimento da estrutura atômica. O aprendizado destes experimentos ajudou Niels Bohr a propor em 1913 que os elétrons nos átomos são arranjados em camadas eletrônicas que circulam o núcleo atômico, e que para todos os gases nobres exceto o Hélio a camada mais exterior possuía oito elétrons. Em 1916 Gilbert N. Lewis postulou a regra do octeto que postula que um octeto de oito elétrons na última camada era o arranjo mais estável para qualquer átomo; este arranjo causava a não reatividade destes com outros elementos uma vez que estes não requeriam mais elétrons para completar suas camadas externas.
Em 1962, Neil Bartlett descobriu o primeiro composto químico de um gás nobre, o hexaflourplatinato de xenônio. Posteriormente, compostos de outros gases nobres foram descobertos: difluoreto de radônio ainda em 1962 e o difluoreto de criptônio em 1962 (). O primeiro composto estável do argônio foi relatado em 2000 quando o fluoridreto de argônio () foi formado a temperatura de 40 K.
Em dezembro de 1998, cientistas do Joint Institute for Nuclear Research em Dubna, Rússia bombardearam plutônio (Pu) com cálcio (Ca) para produzir um único átomo do elemento 114, o fleróvio (Fl). Experimentos preliminares de química indicaram que este elemento poderia ser o primeiro elemento superpesado a demonstrar propriedades similares a um gás nobre de modo anormal, embora fosse do grupo 14 da tabela periódica. Em outubro de 2002, cientistas do mesmo instituto junto com o Lawrence Livermore National Laboratory criaram com sucesso o ununóctio (Uuo), o sétimo elemento do grupo 18, pelo bombardeamento do califórnio (Cf) com cálcio (Ca).
Ocorrência e obtenção O hélio é o elemento mais comum no universo após o hidrogênio, com um percentual em massa de aproximadamente 24%. A maior parte do hélio no universo foi formada durante a nucleossíntese primordial, mas a quantidade do elemento está aumentando constantemente devido à fusão nuclear do hidrogênio na nucleossíntese estelar e, numa quantidade menor, no decaimento alfa de elementos pesados. A ocorrência na Terra segue um padrão diferente no qual o hélio é somente o terceiro gás nobre mais abundante na atmosfera. A razão é que devido à sua baixa massa atômica, não há hélio primordial retido pelo campo gravitacional terrestre. As fontes de hélio na Terra provêm do decaimento alfa de elementos pesados tais como o urânio e tório encontrados na crosta terrestre e que tendem a se acumular em campos de gás natural. A abundância do argônio, por outro lado, é aumentada devido ao decaimento beta do potássio-40, também encontrado na crosta terrestre, que forma o 40 argônio que é o isótopo mais abundante na atmosfera embora seja relativamente raro no Sistema Solar. Este processo é a base para a datação potássio-argônio. O xenônio possui uma abundância inesperadamente baixa na atmosfera, o que tem sido denominado "problema do xenônio desaparecido" do qual uma teoria é de que o xenônio desaparecido está preso em minerais no interior da crosta terrestre em clatratos ou sedimentos de rocha. Após a descoberta do dióxido de xenônio, uma pesquisa demonstrou que o xenônio pode substituir o silício no quartzo. O radônio é formado na litosfera a partir do decaimento alfa do rádio e pode se acumular em prédios através de fendas na fundação e áreas não ventiladas. Devido à sua alta radioatividade, representa um risco significativo à saúde.
Para uso em escala industrial, o hélio pode ser extraído, através da destilação fracionada, do gás natural, que pode conter até 7% de hélio. O neônio, argônio, criptônio e xenônio são obtidos a partir do ar utilizando métodos de liquefação de gases, para convertê-los ao estado líquido, e destilação fracionada para separar as frações da mistura. O radônio é isolado a partir do decaimento radioativo de compostos de rádio. Ocorrência HélioNeônioArgônioCriptônioXenônioRadônioSistema Solar (para cada átomo de silício) 2 343 2,148 0,1025 5,515 × 10−5 5,391 × 10−6 –Atmosfera terrestre (fração volumétrica em ppm) 5,20 18,20 9 340,00 1,10 0,09 (0,06–18) × 10−19Rocha ígnea (fração mássica em ppm) 3 × 10−3 7 × 10−5 4 × 10−2 – – 1.7 × 10−10
Propriedades atômicas e físicas
Os gases nobres possuem uma força interatômica fraca, e consequentemente um ponto de fusão e ponto de ebulição muito baixos. Todos são gases monoatômicos nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP), incluindo os elementos com números atômicos maiores que muitos elementos normalmente sólidos. O hélio possui várias propriedades únicas quando comparado a outros elementos: os pontos de fusão e vaporização são os menores entre qualquer outra substância conhecida; é o único elemento conhecido a demonstrar a superfluidez; é o único elemento que não pode ser solidificado somente pelo resfriamento em condição padrões - uma pressão atmosférica de 25 Atm precisa ser aplicada na temperatura de 0,95K para convertê-lo ao estado sólido. Os gases nobres maiores que o Xenônio possuem múltiplos isótopos estáveis. O radônio não possui isótopos estáveis e o de maior duração, o 222Rn, tem um tempo de meia-vida de 3,8 dias e decai para formar o hélio e o polônio que posteriormente decai até levar ao chumbo.