1. Helio
El helio es un elemento químico de número atómico 2, símbolo He y peso atómico
estándar de 4,0026. Pertenece al grupo 18 de la tabla periódica de los elementos, ya que
al tener el nivel de energía completo presenta las propiedades de un gas noble. Wikipedia
Símbolo: He
Número atómico: 2
Configuración electrónica: 1s2
Descubrimiento: 1895
Masa atómica: 4,002602 ± 0,000002 u
Descubridores: Pierre Janssen, Joseph Norman Lockyer
Argón
El argón o argon es un elemento químico de número atómico 18 y símbolo Ar. Es el
tercero de los gases nobles, incoloro e inerte como ellos, constituye el 0,934% del aire
seco. Su nombre proviene del griego αργος, que significa inactivo. Wikipedia
Símbolo: Ar
Configuración electrónica: Ne 3s2 3p6
Número atómico: 18
Electrones por nivel: 2,8,8
Masa atómica: 39,948 ± 0,001 u
Descubridores: William Ramsay, John Strutt, tercer barón Rayleigh
Xenón
El xenón es un elemento químico de la tabla periódica cuyo símbolo es Xe y su número
atómico el 54. Wikipedia
Símbolo: Xe
Configuración electrónica: Kr 4d10 5s2 5p6
Número atómico: 54
Electrones por nivel: 2,8,18,18,8
Número CAS: 7440-63-3
Masa atómica: 131,293 ± 0,006 u
Propiedades físicas y atómicas
Propiedad Gas noble
Número atómico 2 10 18 36 54 86
Nombre del elemento Helio Neón Argón Kriptón Xenón Radón
Densidad (kg/m3
) 0,1785 0,9002 1,7818 3,708 5,851 9,970
Radio atómico (nm) 0,050 0,070 0,094 0,109 0,130 —
Punto de ebullición (°C) –268,83 –245,92 –185,81 –151,70 –106,60 –62
Punto de fusión (°C) –272 –248,52 –189,6 –157 –111,5 –71

2. Los gases nobles cuentan con fuerzas intermoleculares muy débiles y, por lo tanto,
tienen puntos de fusión y de ebullición muy bajos. Todos ellos son gases monoatómicos
bajo condiciones estándar, incluyendo aquellos que tienen masas atómicas mayores que
algunos elementos que se encuentran normalmente en estado sólido. El helio tiene
varias propiedades únicas con respecto a otros elementos: tanto su punto de ebullición
como el de fusión son menores que los de cualquier otra sustancia conocida; es el único
elemento conocido que presenta superfluidez; de la misma manera no puede ser
solidificado por enfriamiento bajo condiciones estándar, sino que se convierte en sólido
bajo una presión de 25 atm (2500 kPa; 370 psi) y 0,95 K (−272,20 °C; −457.960 °F).25
Los gases nobles hasta el xenón tienen múltiples isótopos estables. El radón no tiene
isótopos estables; su isótopo de mayor duración tiene un periodo de semidesintegración
de 3,8 días que puede formar helio y polonio.10
El radio atómico de los gases nobles aumenta de un periodo a otro debido al incremento
en el número de electrones. El tamaño del átomo se relaciona con varias propiedades.
Por ejemplo, el potencial de ionización disminuye a medida que aumenta el radio ya que
los electrones de valencia en los átomos más grandes se encuentran más alejados del
núcleo y, por lo tanto, no se encuentran ligados tan fuertemente por el átomo. Los gases
nobles tienen los mayores potenciales de ionización de cada periodo, lo cual refleja lo
estable que es su configuración electrónica y genera su falta de reactividad química.26
Sin embargo, algunos de los gases nobles más pesados tienen potenciales de ionización
lo suficientemente bajos para ser comparables a los de otros elementos y moléculas. El
químico Neil Bartlett, intentando crear el compuesto de un gas noble, notó que el
potencial de ionización del xenón era similar al de la molécula de oxígeno, por lo que
intentó oxidar xenón usando hexafluoruro de platino, un agente oxidante tan fuerte que
es capaz de reaccionar con oxígeno.16
Los gases nobles no pueden aceptar un electrón
para formar aniones estables. Esto quiere decir que poseen una afinidad electrónica
negativa.27
Gráfico de potencial de ionización respecto al número atómico. Los gases nobles tienen
el mayor potencial de ionización de cada periodo.
Las propiedades físicasmacroscópicas de los gases nobles están determinadas por las
débiles fuerzas de Van der Waals que se dan entre átomos. Las fuerzas de atracción
aumentan con el tamaño del átomo como un resultado del incremento en la
polarizabilidad y el descenso del potencial de ionización. Esto lleva a tendencias
grupales sistemáticas. Por ejemplo, a medida que se baja en los grupos de la tabla
periódica, el radio atómico y las fuerzas interatómicas aumentan. De igual forma, se
adquieren mayores puntos de fusión y de ebullición, entalpía de vaporización y
solubilidad. El aumento de densidad se debe al incremento en masa atómica.26

3. Los gases nobles se comportan como gases ideales bajo condiciones normales de
presión y temperatura, pero sus tendencias anormales a la ley de los gases ideales
proporcionan claves importantes para el estudio de las fuerzas e interacciones
moleculares. El potencial de Lennard-Jones, usado frecuentemente para modelar fuerzas
intermoleculares, fue deducido en 1924 por John Lennard-Jones a partir de datos
experimentales del argón antes de que el desarrollo de la mecánica cuántica
proporcionara las herramientas necesarias para entender las fuerzas intermoleculares a
partir de primeros principios.28
El análisis teórico de estas fuerzas se volvió viable
debido a que los gases nobles son monoatómicos, y por tanto isótropos (independientes
de la dirección).
Propiedades químicas
Tabla de gases con respectivas capas de electrones
Z Elemento Electrones por capa
2 helio 2
10 neón 2, 8
18 argón 2, 8, 8
36 kriptón 2, 8, 18, 8
54 xenón 2, 8, 18, 18, 8
86 radón 2, 8, 18, 32, 18, 8
En los seis primeros periodos de la tabla periódica, los gases nobles son exactamente los
miembros del grupo 18 (8A) de la tabla (anteriormente conocido como grupo 0). Sin
embargo, esto ya no es cierto en el séptimo periodo (debido a efectos relativistas): el
siguiente miembro del grupo 18, el ununoctio, probablemente no es un gas noble.29
En
cambio, el miembro del grupo 14 Flerovio presenta propiedades similares a las de los
gases nobles.30
Los gases nobles son incoloros, inodoros, insípidos y no inflamables en condiciones
normales. Antiguamente se les asignaba el grupo 0 de la tabla periódica porque se creía
que tenían una valencia cero, es decir, que sus átomos no se pueden combinar con otros
elementos para formar compuestos. Sin embargo, más tarde se descubrió que algunos sí
forman compuestos, haciendo que se abandonara esta denominación.10
Se conoce muy
poco sobre las propiedades del miembro más reciente del grupo 18, el ununoctio
(Uuo).31
Los gases nobles tienen capas llenas de electrones de valencia. Los electrones
de valencia son los electrones que se encuentran más al exterior de los átomos y
normalmente son los únicos que participan en los enlaces químicos. Los átomos con
capas de valencia llenas de electrones son extremadamente estables y por tanto no
tienden a formar enlaces químicos y tienen poca tendencia a ganar o perder electrones.32
Sin embargo, los gases nobles más pesados, como el radón, están unidos menos
firmemente por la fuerza electromagnética que los más ligeros, como el helio, haciendo
que sea más fácil retirar electrones exteriores de los gases nobles pesados. Debido a que
dicha capa está completa, los gases nobles se pueden utilizar de acuerdo con la notación
de configuración electrónica para dar lugar a una "notación de gases nobles". Para ello,
primero se escribe el gas noble más cercano que precede al elemento en cuestión, y se
continúa la configuración electrónica a partir de ese punto. Por ejemplo, la notación
electrónica del carbono es 1s2
2s2
2p2
, y su notación de gas noble es [He] 2s2
2p2
. Esta

4. notación hace que resulte más fácil identificar elementos, y es más corta que escribir
toda la notación de orbitales atómicos.33
Compuestos
Modelo tridimensional del tetrafluoruro de xenón (XeF4).
Artículo principal:Compuesto de gas noble.
Los gases nobles tienen una reactividad extremadamente baja; a pesar de ello, se han
formado una gran cantidad de compuestos de gases nobles. No se han formado
compuestos neutros en los que el helio y el neón estén presentes en los enlaces químicos
(aunque hay pruebas teóricas de algunos compuestos de helio), mientras que el xenón,
el kriptón y el argón sólo presentan una reactividad baja.34
La reactividad sigue el orden
Ne < He < Ar < Kr < Xe < Rn.
En 1933, Linus Pauling argumentó que los gases nobles más pesados podían formar
compuestos con el flúor y el oxígeno. De igual forma, arguyó la existencia del
hexafluoruro de kriptón (KrF6) y el hexafluoruro de xenón (XeF6), y especuló que el
XeF8 podría existir como compuesto inestable, sugiriendo también que el ácido xénico
(H2XeO4) podía formar sales de perxenato.3536
Se ha demostrado que estas predicciones
eran generalmente precisas, salvo que actualmente se cree que el XeF8 es
termodinámica y cinéticamente inestable.37
Los compuestos de xenón son los más
numerosos de los compuestos de gas noble que se han formado.38
La mayoría de ellos
tienen el átomo de xenón en el estado de oxidación +2, +4, +6 ó +8 unido a átomos muy
electronegativos como el flúor o el oxígeno, como en el fluoruro de xenón (XeF2), el
tetrafluoruro de xenón (XeF4), el hexafluoruro de xenón (XeF6), el tetraóxido de xenón
(XeO4) y el Perxenato de sodio (Na4XeO6). Algunos de estos compuestos han sido
utilizados en la síntesis química como agentes oxidantes; el XeF2, en particular, está
disponible comercialmente y se puede utilizar como agente fluorador.39
En 2007, se
habían identificado unos quinientos compuestos de xenón unidos a otros elementos,
incluyendo compuestos organoxenones (unidos con carbono), así como xenón unido a
nitrógeno, cloro, oro, mercurio y al propio xenón.34
También se han observado
compuestos de xenón unido a boro, hidrógeno, bromo, yodo, berilio, azufre, titanio,
cobre y plata, pero sólo a temperaturas bajas en matrices de gases nobles, o en jet
streams de gases nobles.34
En teoría, el radón es más reactivo que el xenón, y por tanto debería formar enlaces
químicos más fácilmente que el xenón. Sin embargo, debido a la gran radiactividad y la
corta semivida de los isótopos del radón, en la práctica sólo se han formado unos pocos

5. fluoruros y óxidos de radón.40
El kriptón es menos reactivo que el xenón, pero se han
observado diversos compuestos con el kriptón en el estado de oxidación +2.34
El
difluoruro de kriptón es el más notable y fácil de caracterizar. También se han
caracterizado compuestos en que el kriptón forma un enlace único con nitrógeno y
oxígeno,41
pero sólo son estables por debajo de −60 °C y −90 °C, respectivamente. Se
han observado átomos de kriptón unidos químicamente a otros no metales (hidrógeno,
cloro, carbono), así como algunos metales de transición tardíos (cobre, plata, oro), pero
sólo o bien a temperaturas bajas.34
Se utilizaron condiciones similares para obtener los
primeros pocos compuestos de argón en el 2000, como el fluorohidruro de argón
(HArF), y algunos unidos a los metales de transición tardíos.34
En 2007 no se conocían
moléculas neutras estables con átomos de helio o neón con enlaces covalentes.34
Los gases nobles, incluyendo el helio, pueden formar iones moleculares estables en fase
gaseosa. El más simple es el hidrohelio, HeH+
, descubierto en 1925.42
Al estar
compuesto por los dos elementos más abundantes del universo, el hidrógeno y el helio,
se cree que se da naturalmente en el medio interestelar, aunque aún no ha sido
detectado.43
Además de estos iones, hay muchos excímeros neutros conocidos de estos
gases. Hay compuestos como ArF y KrF que sólo son estables cuando se encuentran en
un estado electrónico excitado, y algunos de ellos se emplean en los láseres de
excímeros.
Además de los compuestos en que un átomo de gas noble está implicado en un enlace
covalente, los gases nobles también forman compuestos no covalentes. Los clatratos,
descritos por primera vez en 1949,44
consisten en un átomo de gas noble atrapado dentro
de cavidades de la estructura cristalina de determinadas sustancias orgánicas e
inorgánicas. La condición esencial para que se formen es que los átomos invitados (los
del gas noble) deben tener el tamaño adecuado para encajar en las cavidades de la
estructura cristalina del huésped. Por ejemplo, el argón, el kriptón y el xenón forman
clatratos con la hidroquinona, pero el helio y el neón no, pues son demasiado pequeños
o tienen una polarizabilidad insuficiente para ser retenidos.45
El neón, el argón, el
kriptón y el xenón también forman hidratos de clatratos; esto quiere decir que los gases
nobles quedan atrapados dentro de la capa de helio de dichos compuestos.46
Los gases nobles pueden formar compuestos fulerenosendoédricos, en los que el átomo
de gas noble está atrapado dentro de una molécula de fullereno. En 1993, se descubrió
que cuando se expone C60, una molécula esférica compuesta de 60 átomos de carbono,
gases nobles a una presión elevada, se pueden formar complejos como He@C60 (@
indica que He se encuentra contenido dentro de C60, pero que no está unido
covalentemente).47
En 2008 se obtuvieron complejos endohédricos con helio, neón,
argón, kriptón y xenón.48
Estos compuestos se utilizan en el estudio de la estructura y la
reactividad de los fulerenos mediante la resonancia magnética nuclear del átomo de gas
noble.49
Se considera que los compuestos de gases nobles, como el difluoruro de xenón (XeF2),
son hipervalentes, pues violan la regla del octeto. Se puede explicar los enlaces en estos
compuestos con un modelo de tres centros y cuatro electrones.5051
Este modelo,
propuesto por primera vez en 1951, considera la unión de tres átomos colineales. Por
ejemplo, los enlaces de XeF2 se describen por un conjunto de tres orbitales moleculares
derivadas de los orbitales p de cada átomo. Los enlaces resultan de la combinación de
un orbital p de Xe con un orbital p medio lleno de cada átomo de F, resultando en un

6. orbital de enlace lleno, un orbital de enlace no lleno, y un orbital de antienlace. El
orbital molecular ocupado más alto se encuentra en los dos átomos terminales. Esto
representa una localización de la carga facilitada por la alta electronegatividad del
flúor.52
La química de los gases nobles más pesados, el kriptón y el xenón, está bien
determinada. La de los más ligeros, el helio y el argón, aún se encuentra en un estado
temprano, mientras que aún no se ha identificado algún compuesto de neón.
Abundancia y producción
La abundancia de los gases nobles en el universo disminuye a medida que aumenta su
número atómico. El helio es el elemento más común en el universo después del
hidrógeno, con una proporción de masa de aproximadamente el 24%. La mayoría del
helio del universo se formó durante la nucleosíntesis primordial, pero la cantidad de
helio aumenta constantemente debido a la fusión de hidrógeno en la nucleosíntesis
estelar (proceso realizado mediante reacciones nucleares que tiene su origen en las
estrellas durante su proceso evolutivo, y que antecede a una supernova por colapso
gravitatorio).5354
La abundancia en la Tierra muestra tendencias diferentes; por ejemplo,
el helio es sólo el tercer gas noble más abundante de la atmósfera. El motivo es que no
hay helio primordial en la atmósfera, ya que debido a la pequeña masa de este átomo, el
helio no puede ser retenido por el campo gravitatorio terrestre.55
El helio de la Tierra
deriva de la desintegración alfa de elementos pesados como el uranio o el torio de la
corteza terrestre, y tiende a acumularse en yacimientos de gas natural.55
Por otro lado, la
abundancia del argón crece como resultado de la desintegración alfa del potasio-40, que
también se encuentra en la corteza terrestre, para formar argón-40, que es el isótopo del
argón más abundante de la Tierra a pesar de ser relativamente raro en el sistema solar.
Este proceso es la base del método de datación por potasio-argón.56
El xenón tiene una
abundancia relativamente baja en la atmósfera, lo que se ha dado a conocer como el
"problema del xenón desaparecido"; una teoría es que el xenón que falta podría estar
atrapado en minerales dentro de la corteza terrestre.57
El radón se forma en la litosfera
por la desintegración alfa del radio. Se puede filtrar en edificios a través de los
cimientos y acumularse en áreas mal ventiladas. Debido a su gran radiactividad, el
radón supone un riesgo significativo para la salud; sólo en Estados Unidos, está
asociado con unas 21.000 muertes por cáncer de pulmón cada año.58
Abundancia Helio Neón Argón Kriptón Xenón Radón
Sistema solar (por cada átomo
de silicio)59 2.343 2,148 0,1025
5,515 ×
10−5
5,391 ×
10−6 –
Atmósfera terrestre
(proporción en volumen en
ppm)60
5,20 18,20 9.340,00 1,10 0,09
(0,06 – 18)
× 10−1961
Roca ígnea (proporción en
masa en ppm)26
3 ×
10−3
7 ×
10−5 4 × 10−2
– – 1,7 × 10−10
Gas Precio en el 2004 (USD/m3
)62
Helio (grado industrial) 4,20–4,90
Helio (grado de laboratorio) 22,30–44,90
Argón 2,70–8,50
Neón 60–120

7. Kriptón 400–500
Xenón 4.000–5.000
El neón, el argón, el criptón y el xenón se obtienen a partir del aire utilizando los
métodos de licuefacción de gases, para convertir los elementos a un estado líquido, y de
destilación fraccionada, para separar las mezclas en sus componentes. El helio se
produce generalmente separándolo del gas natural, y el radón se aísla de la
desintegración radioactiva de los compuestos de radio.10
El precio de los gases nobles
está influido por su abundancia natural, siendo el argón el más barato y el xenón el más
caro. Lo ilustra la tabla de la derecha, con los precios en USD de 2004 por cantidades de
laboratorio de cada gas.
Usos
Hoy en día se utiliza helio líquido para refrigerar los imanes superconductores en los
escáneres de resonancia magnética.
Los gases nobles tienen un punto de ebullición y de fusión muy bajos, lo que los hace
útiles como refrigerantescriogénicos.63
En particular, el helio líquido, que hierve a 4,2
K, se utiliza para imanes superconductores, como los que se emplean para la imagen por
resonancia magnética y la resonancia magnética nuclear.64
El neón líquido, aunque no
llega a temperaturas tan bajas como el helio líquido, también tiene aplicaciones en la
criogenia, pues tiene una capacidad de refrigeración más de 40 veces superior a la del
helio líquido y más de tres veces superior a la del hidrógeno líquido.61
El helio se utiliza como componente de los gases respirables para sustituir al nitrógeno,
gracias a su baja solubilidad en fluidos, especialmente en lípidos. Los gases son
absorbidos por la sangre y los tejidos corporales cuando hay presión, como en el
submarinismo, lo que provoca un efecto anestésico conocido como "mal de
profundidad". Debido a su baja solubilidad, entra poco helio en las membranas
celulares, y cuando se utiliza helio para sustituir parte de los gases respirables, como en
el trimix o el heliox, se consigue una reducción del efecto narcótico del gas en
profundidad. La baja solubilidad del helio ofrece más ventajas para el trastorno
conocido como enfermedad por descompresión. A menor cantidad de gas disuelto en el
cuerpo significa que se forman menos burbujas de gas durante la reducción de la presión
durante el ascenso. Otro gas noble, el argón, es considerado la mejor opción como gas
de inflación del traje seco en el submarinismo.

8. Desde el desastre del Hindenburg de 1937,65
el helio ha sustituido al hidrógeno como
gas de sustentación en los dirigibles y globos,65
gracias a su ligereza e
incombustibilidad, pese a una reducción en la flotabilidad de un 8,6%. En muchas
aplicaciones, los gases nobles se utilizan para formar una atmósfera inerte. El argón se
utiliza en la síntesis de compuestos sensibles al aire que al mismo tiempo, son sensibles
al nitrógeno. El argón sólido también se utiliza para estudiar compuestos muy estables,
como intermedios reactivos, atrapándolos en una matriz inerte a temperaturas muy
bajas.66
El helio es utilizado como medio portador en la cromatografía de gases, como
gas de relleno en los termómetros, y en aparatos para medir la radiación, como el
contador Geiger y la cámara de burbujas. Tanto el helio como el argón se utilizan
habitualmente para proteger arcos de soldadura y metal base que les rodea de la
atmósfera durante la soldadura y la ablación, así como en otros procesos metalúrgicos y
la producción de silicio para la industria de los semiconductores.61
Los gases nobles se usan habitualmente para la iluminación debido a su falta de
reactividad química. El argón, mezclado con nitrógeno, se utiliza como gas de relleno
de las bombillas incandescentes.61
El kriptón se usa en bombillas de alto rendimiento,
que tienen una temperatura de color más elevada y una mayor eficacia, pues reduce la
velocidad de evaporación del filamento más que el argón, las lámparas de halógeno, en
particular, utilizan kriptón mezclado con pequeñas cantidades de compuestos de yodo o
bromo.61
Los gases nobles lucen con colores característicos cuando se les utiliza en
lámparas de descarga, como los faros de neón, que producen un color naranja-rojo. El
xenón es utilizado habitualmente en faros de xenón que, debido a su espectro casi
continuo que se asemeja a la luz del día, se usan en proyectores de películas y como
faros de automóvil.61
Los gases nobles se usan en láseres de excímeros, que se basan en moléculas excitadas
electrónicamente de vida corta conocidas como excímeros. Los excímeros utilizados en
los láseres pueden ser dímeros de gases nobles como Ar 2, Kr 2 o Xe 2, o más
habitualmente, el gas noble es combinado con un halógeno en excímeros como ArF,
KrF, XeF o XeCl. Estos láseres producen una luz ultravioleta que, debido a su longitud
de onda corta (193 nm por ArF y 248 nm para KrF), permite una imagen de alta
precisión. Los láseres de excímeros tienen muchos usos industriales, médicos y
científicos. Se utilizan en la microlitografía y la microfabricación, esenciales para la
manufactura de circuitos integrados y por cirugía láser, incluyendo la angioplastia láser
y la cirugía ocular.67
Algunos gases nobles tienen un uso directo en la medicina. A
veces se usa el helio para mejorar la facilidad de respiración de los pacientes con
asma.61
El xenón se utiliza como anestésico debido a su alta solubilidad en lípidos, que
lo hace más potente que el habitual óxido nitroso, y como es eliminado fácilmente por
el cuerpo, permite un restablecimiento más rápido.68
La captación de imágenes hechas a
través de la resonancia magnética nuclear utiliza el xenón en combinación con otros
gases. El radón, que es muy radiactivo y sólo está disponible en cantidad mínimas, sirve
en el tratamiento por radioterapia.
Colores producidos por los diferentes gases nobles en tubos de neón

9. Helio
Neón
Argón (con una translúcido de mercurio)
Kriptón
Xenón

10. Fluorescencia de gases nobles con una fuente de alimentación de 5 kV, 20 mA y 25
KHz