Los gases nobles



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Gases nobles en la atmósfera


Todos los gases nobles aparecen únicamente en la Naturaleza como los gases elementales. El helio y el argón, que están siendo formados sin cesar en el suelo, se liberan en la atmósfera, donde se puede esperar hallar cualquier gas. En cuanto al neón, criptón y xenón, que no son formados en el suelo hasta una cantidad que resulte significativa, se hallan únicamente en la atmósfera.

Las proporciones relativas de los diversos gases nobles en atmósfera, seca y filtrada, pueden ser presentadas como el número de átomos de cada uno que existe en cada millón de moléculas de oxígeno y nitrógeno. Así lo hacemos —clasificando los gases nobles en el orden de su peso atómico— en la tabla 21.

El neón tiene un peso atómico de 10, pero éste es excesivamente ligero para que la gravedad de la Tierra pudiera retenerlo a las elevadas temperaturas que reinaban en los orígenes del planeta. Ni para disponer de nuevos depósitos formados en el suelo. Una combinación de estas dos razones es la que hace que el neón en la Tierra sea más escaso que el argón. Aproximadamente hay sesenta veces más átomos de neón que de argón en el conjunto del Universo, pero en la Tierra hay más de 1.000.000 de veces tantos átomos de argón (contando la provisión en el suelo) como de átomos de neón.


Tabla 21. Proporciones atómicas de los gases nobles en la atmósfera

Elemento

Peso atómico

Números de átomos por millón
de moléculas de nitrógeno y oxígeno


Helio

4,0

5,25

Neón

20,2

18,00

Argón

40,0

9,30

Criptón

83,8

1,00

Xenón

131,3

0,08

Radón

222,0

0,00000000000006

El neón presente en la atmósfera ahora es probable que sea elaborado por los pequeños vestigios que fueron mecánicamente atrapados en rocas al principio y desde entonces fueron liberados en el aire al irse desgastando las rocas por la alteración producida por los agentes atmosféricos. El que en la actualidad está presente en el aire probablemente continuará retenido durante un largo período. En realidad, la capacidad de la Tierra para conservar neón, donde no puede retener el más ligero helio, está demostrada por el hecho de que hay tres veces más átomos de neón en la atmósfera que átomos de helio, incluso, aunque el helio está constantemente elevándose desde el suelo y no lo haga el neón.

El criptón y el xenón pueden ser retenidos fácilmente por la gravedad terrestre, quizás incluso en las condiciones de elevadísimas temperaturas en los tempranos días del planeta. Su rareza en la atmósfera refleja el hecho de que el criptón y el xenón son realmente escasos en el conjunto del Universo.

Una pequeña cantidad de criptón y xenón aparece en el suelo terrestre a través de la descomposición del uranio, pero no procedente de la descomposición radiactiva corriente. De vez en cuando, un átomo de uranio se divide en dos porciones casi iguales, en un proceso llamado fisión del uranio.

Este proceso puede ser apresurado en las adecuadas circunstancias y entonces se liberan enormes cantidades de energía (principio de las primeras bombas atómicas). Incluso sin estimulación tienen lugar ocasionales fisiones espontáneas. Este hecho es muy raro, y el uranio-238, por ejemplo, soporta fisiones espontáneas con una vida media de cerca de seis mil trillones de años. Esto significa que por cada 1.300.000 átomos de uranio-238 que sufren una descomposición corriente, un simple átomo de uranio-238 soporta una fisión espontánea. Incluso así, en el conjunto de la corteza terrestre unos 10 gramos de uranio deben estar experimentando una fisión cada segundo.

El átomo de uranio no es sometido a fisión precisamente del mismo modo cada vez. Se forma un grupo de productos de fisión, entre los cuales hay varios isótopos de criptón y xenón.

La cantidad de criptón y xenón así formada, incluso durante todo el tiempo de vida de la Tierra, no es grande, pero la existencia del proceso es de probable importancia con respecto a la Luna.

La Luna tiene una gravedad tan ínfima que es incapaz de retener cualquier molécula (o átomos libres) menos pesada que el argón. Incluso el argón probablemente puede ser retenido sólo de modo temporal. Sin embargo, el criptón y el xenón poseen átomos lo bastante pesados como para permanecer incluso en el campo de gravedad de la Luna.

Este hecho imposibilita a la Luna tener una atmósfera en el sentido de la nuestra, pero hay tenues volutas de gas cerca de su superficie, suficientes para formar una «atmósfera» por lo menos con densidad equivalente a una diez millonésima parte de la nuestra. Tal «atmósfera» no sería sino un muy gran vacío en la Tierra, pero es mucho más densa (por escasa que sea) que las increíbles tenues volutas de gas en el espacio interplanetario. Es muy probable que gran parte de esta atmósfera lunar esté integrada por criptón y xenón obtenidos de la fisión del uranio en la corteza terrestre, y que alguna porción de argón pueda estar presente también, por lo menos de modo temporal, mientras se forma del potasio-40.

Sólo nos queda por mencionar el radón. Es lo bastante pesado para ser retenido por el campo de gravedad de la Tierra sin dificultad. No obstante, se descompone muy rápidamente después de formarse y los minúsculos vestigios en la atmósfera representan los pocos átomos recientemente producidos por la descomposición del uranio que todavía no han tenido tiempo de descomponerse a su vez.

Aunque los gases nobles se hallan entre los menos corrientes de los elementos estables, resulta mucho más fácil separar sustancias fuera del aire que fuera del suelo. En consecuencia, los gases nobles resultan mucho más asequibles que si forman parte de un mineral raro equivalente.

Además, la reserva total de gases nobles en la atmósfera es respetable. En primer lugar, debemos comprender que la atmósfera representa una masa de material de tamaño considerable. Su peso no es inferior a 57.000.000.000.000.000 de toneladas (cincuenta y siete mil billones de toneladas). Los gases que incluso forman pequeña porciones de una masa tan enorme pueden ser aislados en cantidad considerable.

Por la abundancia de los átomos de los diversos gases nobles, y de acuerdo con los diferentes pesos de los átomos, el suministro total de gases nobles estables en la atmósfera se expone en la tabla 22.



Tabla 22. Masa total de gases nobles estables en la atmósfera

Elemento

Provisión total atmosférica
(en toneladas)


Helio

40.000.000.000

Neón

710.000.000.000

Argón

400.000.000.000.000

Criptón

20.000.000.000

Xenón

1.000.000.000

Por añadidura, hay aproximadamente, en el suelo, 1.000.000.000.000.000 (mil billones de toneladas) de helio y quizá 1.000.000.000.000.000.000 (un trillón de toneladas) de argón. El suministro potencial de gases nobles, por raro que pueda ser, es de miles de millones de toneladas. Incluso el xenón, que probablemente es el más escaso de todos los elementos estables, existe en mil millones de toneladas de suministro.

Es interesante comprobar cómo este suministro puede ser dividido entre los diversos isótopos de los gases nobles. En particular, ¿cuántos hay de los isótopos estables más raros de cada uno de los cinco gases nobles estables? Estos isótopos más raros son el helio-3, neón-21, argón-38, criptón-78 y xenón-126. La provisión6 atmosférica de cada uno de ellos aparece en la tabla 23. El helio-3 es el isótopo estable más raro en la Tierra; incluso así, está presente en la atmósfera en decenas de miles de toneladas.



Tabla 23. Masa total de algunos isótopos estables de gas noble en la atmósfera

Isótopo de gas noble

Suministro total atmosférico
(en toneladas)


Helio-3

40.000

Neón-21

1.850.000.000

Argón-38

240.000.000.000

Criptón-78

70.000.000

Xenón-126

900.000

Desde luego, el gas noble verdaderamente raro es el radón, puesto que es radiactivo. La provisión total de radón en la atmósfera es de un poco más de 500 toneladas (aunque pueda haber una cantidad considerablemente mayor atrapada en los minerales de uranio de la corteza terrestre).


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