Los gases nobles



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Potenciales de ionización de los gases nobles


Cuando pasamos a considerar los gases nobles, nos hallamos en el polo opuesto. Al aumentar el número de electrones en la capa más externa, el potencial de ionización también se eleva. Puesto que el número máximo de electrones en la capa más externa de cualquier átomo es de ocho (excepto para el helio, que es de dos) cabe esperar que el potencial de ionización se halle en su cúspide en estos casos. Los átomos con ocho electrones en la capa más externa son los de los gases nobles; en realidad, ellos, como un grupo, tienen menos tendencia a ceder electrones que ningún otro grupo de elementos.

Sin embargo, el potencial de ionización muestra un valor definido incluso para los átomos de los gases nobles; los electrones pueden ser separados de ellos. El potencial de ionización del argón, por ejemplo, es de 15,68 voltios. Éste es tres veces más elevado que el del sodio, pero no mucho más alto que el del hidrógeno.

Además, la regla de que cuanto más complejo es el átomo de una familia determinada, tanto menos se mantiene el potencial de ionización para los gases nobles, podemos verla en la tabla 31.


Tabla 31. Potenciales de ionización de los gases nobles

Gas noble

Carga
nuclear


Disposición de
de los electrones


Potencial de ionización
(voltios)


Helio

+2

2

24,46

Neón

+10

2/8

21,47

Argón

+18

2/8/8

15,68

Criptón

+36

2/8/18/8

13,93

Xenón

+54

2/8/18/18/8

12,08

Radón

+86

2/8/18/32/18/8

10,70

Por los potenciales de ionización, como por los puntos de licuación y de solubilidad, podemos ver que cuanto más complejo es el átomo del gas noble tanto menos inerte debe ser.

Realmente, si juzgamos sólo por los potenciales de ionización, podemos sacar la conclusión de que los gases nobles más pesados no son inertes en absoluto. Los potenciales de ionización del xenón y radón son indudablemente inferiores que los del hidrógeno, mientras que el potencial de ionización del criptón es tan sólo un poco más elevado. ¿No podría deducirse de esto que esos tres gases deberían ceder electrones y formar compuestos tan fácilmente como el hidrógeno, o incluso más? Por desgracia, no es así. El problema es que los potenciales de ionización no son los únicos factores determinantes al calcular la actividad de un elemento.

Consideremos, por un momento, el hidrógeno y el nitrógeno. El potencial de ionización del hidrógeno es de 13,527; el del nitrógeno, de 14,48. Cabría, pues, esperar entonces que el nitrógeno pudiera mostrar una menor tendencia a ceder electrones que el hidrógeno, pero no mucho menor. Puesto que el hidrógeno cede electrones al oxígeno con gran facilidad para formar moléculas de agua (H2O), ¿el nitrógeno no debería ceder electrones al oxígeno para formar moléculas de óxido de nitrógeno (NO) con menos facilidad, quizá, pero no necesariamente con mucha menos flexibilidad? En apariencia, no. El nitrógeno se combina con el oxígeno con suma dificultad.

Existen dos razones para ello. En primer lugar, el hidrógeno, el nitrógeno y el oxígeno, todos existen como moléculas bivalentes y con el fin de poder actuar recíprocamente, por lo menos una pequeña fracción de esas moléculas ha de ser primero desintegrada en átomos simples. De las tres moléculas, la de hidrógeno es la más sencilla de desintegrar. La molécula de nitrógeno está unida mucho más sólidamente y se descompone en átomos individuales en un grado mucho menor de como lo hace el hidrógeno; por consiguiente, cabría esperar que el nitrógeno reaccionase más lentamente que el hidrógeno sólo por esta razón, haciendo caso omiso del potencial de ionización.

Además, al pasar de una mezcla de hidrógeno y oxígeno a agua, estamos pasando de una condición de menor estabilidad a otra de mayor estabilidad, por lo cual se libera una gran cantidad de energía. Esta energía sirve para elevar la temperatura del restante hidrógeno y oxígeno, desintegrando aun más moléculas de hidrógeno en átomos individuales, y acelerando la reacción, que a su vez eleva todavía más la temperatura. Por esta razón, si se calienta una mezcla de hidrógeno y oxígeno hasta el punto en que la reacción alcanza cierto grado crítico, la temperatura se eleva repentinamente, y la mezcla entera estalla. Es suficiente una temperatura de 525° C.

Cuando una mezcla de nitrógeno y oxígeno se convierte en óxido de nitrógeno, una condición de mayor estabilidad está siendo convertida en una de menor estabilidad. El calor es absorbido en el transcurso de la reacción, de manera que la temperatura tiende a bajar, deteniendo la reacción y no acelerándola. Por tanto, incluso cuando se añade la suficiente energía al aire como para motivar que el nitrógeno y el oxígeno empiecen a combinarse (como en la proximidad de un relámpago), la reacción no provoca el estallido de la atmósfera terrestre, sino que más bien produce inmediatamente humedad.

Consideremos otro caso. El potencial de ionización (I) y (II) del magnesio es de 7,61 voltios y 14,96 voltios, respectivamente. Cuando se calienta el magnesio en aire, sus átomos se combinan con energía con los del oxígeno para formar el óxido de magnesio (MgO). Cada átomo de oxígeno desprende dos electrones de un átomo de magnesio, incluso, aunque el segundo electrón requiera 14,96 voltios para liberarse.

En condiciones similares, los átomos de oxígeno no tocarán los átomos del criptón, aunque el primer electrón puede ser liberado a un potencial de tan sólo 13,93 voltios. De nuevo, surge el problema de si el cambio es o no es en dirección de una mayor estabilidad. Cuando dos electrones abandonan el átomo de magnesio, los diez electrones restantes ocupan la disposición estable de 2/8. El magnesio, al reaccionar con el oxígeno, está pasando por una configuración electrónica de menor estabilidad a una de mayor. En el caso del átomo de criptón, la pérdida de un electrón acarreará un cambio de la disposición 2/8/18/8 a otra de 2/8/18/7. El cambio será de una mayor estabilidad a otra de menor estabilidad. Por consiguiente, podemos comparar la oxidación del magnesio a la del hidrógeno, y la oxidación del criptón a la del nitrógeno.

Si vamos a comparar los gases nobles con otros elementos sobre la base del potencial de ionización, debemos hallar casos en que la pérdida de un electrón aporte una configuración de menor estabilidad, y en que no haya extrínsecas condiciones de energía que estimulen una reacción.

Un posible ejemplo es el del propio átomo de oxígeno. El átomo de oxígeno muestra una fuerte tendencia a aceptar electrones; por esta razón, el oxígeno es un elemento activo. Sin embargo, el átomo de oxígeno tiene también una tendencia (muy inferior) a ceder electrones, y es esta tendencia donante de electrones la que debemos considerar. El átomo de oxígeno tiene ocho electrones, ordenados 2/6. El potencial de ionización del oxígeno es de 13,550, el cual es claramente más elevado que el del xenón y tan sólo un poco inferior al del criptón. Además, cuando un átomo de oxígeno pierde un electrón, la configuración de los restantes es de 2/5, una disposición que no es de particular estabilidad, de manera que el oxígeno no presenta ninguna ventaja sobre el criptón y el xenón en este aspecto.

Desde luego, el xenón y el criptón gaseosos existen en átomos simples, mientras que el oxígeno existe en moléculas de dos átomos. ¿Complica esto las cosas? Puede que sí, pero, para ver si es así, tan sólo necesitamos considerar el potencial de ionización de la molécula de oxígeno. Un electrón puede ser liberado de uno de los átomos de la molécula de oxígeno sin romper la conexión entre los átomos. Resulta que el potencial de ionización de la molécula de oxígeno es algo inferior al del átomo de oxígeno. Es de 12,11 voltios, cifra que es casi exactamente la del xenón.

Por consiguiente, se deduce que el oxígeno (en su tendencia donante de electrones) es bastante comparable a los gases nobles más pesados. Circunscribiéndonos al oxígeno, podemos orientarnos hacia la producción de compuestos de gas noble, si existe alguno.




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