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COMPOSTOS DE GASES NOBRES: ELES EXISTEM!

Posted by o nerd da quimica on July 15, 2011 at 1:20 PM

Obs: Esta página foi reconfigurada para melhorar as informações nela expressas.

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VER TAMBÉM:

--> COMO SABER AS VALÊNCIAS DOS ELEMENTOS

--> COMO SE LIGAM OS ELEMENTOS QUÍMICOS

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Devido ao fato de apresentarem as camadas eletrônicas completas, os átomos de gases nobres normalmente não participam de compostos químicos. Aqueles que possuem mais de 3 camadas podem expandir o octeto acomodando alguns elétrons adicionais na camada de valência. Aqueles com menos de 3 camadas (He e Ne) só poderiam participar de compostos se perdessem alguns elétrons e se unissem a outros átomos formando cátions poliatômicos. Entretanto, devido ao pequeno tamanho, esses átomos possuem uma energia de ionização tão elevada que nenhum átomo é capaz de tirar elétrons ou permanecerem ligados a eles, como visto na animação artística acima. Nem o Flúor, o átomo que tem mais força para arrancar elétrons, é capaz de retirar um elétron de um átomo do gás nobre Hélio.

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Até a década de 60, se acreditava que os gases nobres não poderiam formar compostos devido ao fato de eles possuírem o octeto completo. Isso perdurou até que um químico chamado Neil Bartlet descobriu que o gás nobre xenônio reagia com o hexafluoreto de platina (PtF6), um agente oxidante poderoso, formando uma mistura de compostos que continham xenônio, tais como o XeFPt2F11, um sólido amarelo avermelhado. Posteriormente se descobriu que os gases Xe e F2 (flúor) reagiam diretamente em proporções adequadas a 400°C formando os fluoretos de xenônio XeF2, XeF4 e XeF6. Desde então diversos compostos de gases nobres (especialmente o xenônio) foram preparados, sendo que a maioria não segue a regra do octeto. Atualmente já existem compostos de 4 dos 6 gases nobres: Xenônio, Criptônio, Radônio e, mais recentemente, o Argônio. O Hélio e o Neônio ainda não formaram compostos.

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Cristais de tetrafluoreto de xenônio (XeF4) e modelo em bola e bastão de sua molécula.

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Como os gases nobres formaram compostos se eles já possuem um octeto completo e já são estáveis? A regra do octeto, como muitas regras, tem exceções. Alguns compostos de boro, como o BF3, possuem 6 elétrons na camada de valência, ou seja, menos de 8 elétrons. Outros compostos, como o hidreto de berílio BeH2, um composto covalente, possuem 4 elétrons na camada de valência do Be. Certas moléculas, como o NO, o NO2, o ClO2, o DPPH e o trifenilmetil ((C6H5)3C*) por exemplo, que são radicais livres estáveis, são intrigantes porque possuem elétrons ímpares e pelo menos um dos átomos envolvidos possui o octeto incompleto com 7 elétrons. Algumas, ainda, apresentam valência expandida, ou seja, apresentam mais de 8 elétrons na última camada. Esses compostos (chamados moléculas hipervalentes) só são possíveis do terceiro período para baixo, pois as camadas a partir da camada M podem comportar mais de 8 elétrons (a camada M fica totalmente preenchida com 18 elétrons, a N com 32, etc). Esses compostos incluem o PCl5, o SF6, o SiF6, o SbF5, o H6TeO6, o PF6, etc. Eles só se formam em condições especiais e geralmente só os elementos mais eletronegativos (F, O, Cl) conseguem "forçar" o elemento a expandir o octeto da camada de valência.

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(PCl5 = pentacloreto de fósforo

SF6= hexafluoreto de enxofre / hexafluoreto sulfúrico

SiF6(-2) = íon fluorossilicato

SbF5 = pentafluoreto de antimônio 

H6TeO6 = ácido (orto) telúrico

PF6(-) = íon hexafluorofosfato )

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1)2)

1) Pentafluoreto de antimônio (SbF5), um composto hipervalente de antimônio. É um líquido incolor muito reativo utilizado na preparação de superácidos, como o ácido (hexa)fluoroantimônico (HSbF6), o ácido mais forte que se conhece. 2) DPPH (N-difenil-N'picril-hidrazila), um radical livre estável utilizado em química analítica para determinar antioxidantes. Este composto, um sólido cristalino que forma uma solução roxa que se torna amarela quando sofre redução, é um exemplo de molécula ímpar: um de seus átomos de N tem o octeto incompleto com 7 elétrons.

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A maioria dos compostos de gases nobres são moléculas hipervalentes. As camadas M em diante podem comportar mais de 8 elétrons, mas quando última elas normalmente se estabilizam com 8 elétrons. Porém, em certas condições, alguns elementos (especialmente os muito eletronegativos) conseguem fazer o átomo expandir o octeto e adicionar alguns elétrons adicionais: O XeF2 apresenta 10 elétrons na camada de valência do Xe, o XeF4 tem 12, etc. Entretanto, todos são fortes agentes oxidantes e quando reagem liberam o gás nobre livre.

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Logo, um átomo de gás nobre livre (sem reagir) é mais estável que nos compostos por ele formado, ou seja, o gás nobre prefere continuar como um átomo isolado e só formou compostos porque foi "forçado" a reagir "contra a vontade" com o outro elemento. Os gases nobres He e Ne (do 1º e do 2º períodos) não podem expandir o octeto e por isso não formaram compostos, embora certos íons e moléculas transitórias e instáveis como o WHe2 e o HeH sejam conhecidos (veja um pouco mais AQUI), mas não podem ser isolados. A reatividade dos gases nobres aumenta de cima para baixo na tabela periódica; em teoria, o hélio seja o menos reativo e o radônio o mais reativo. Como o radônio é radioativo e de vida curta, muito raro e difícil de trabalhar, atualmente o gás nobre com mais compostos é o xenônio.

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Um gás nobre poderia formar compostos se:

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1) Se ele for capaz de expandir o octeto formando moléculas hipervalentes. Isso ocorre com os átomos dos gases nobres do terceiro período para baixo, ou seja, o argônio, o criptônio, o xenônio e o radônio. Esses elementos possuem orbitais d na camada de valência (normalmente não usados nas ligações) que podem acomodar elétrons adicionais. Como exemplo, podemos citar os compostos HArF, RnF2, ArF2, KrF2 e a maioria dos compostos de xenônio, tais como XeF2, XeF4, XeF6, NaHXeO4, Ba2XeO6, XeOF4, etc. Os gases nobres hélio e neônio, do primeiro e segundo período, respectivamente, não podem expandir o octeto e não formam compostos desse tipo.

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1) 2)

 1) Fluoridreto de argônio (HArF), o primeiro composto obtido do elemento argônio. 2) Difluoreto de xenônio, XeF2, um composto hipervalente do elemento xenônio.

2) Se o átomo perder alguns elétrons e se ligar a outros átomos formando íons poliatômicos: Sob determinadas condições, um átomo de gás nobre pode perder um ou mais elétrons formando cátions instáveis. Os elétrons perdidos quebram a estabilidade da camada de valência, forçando o átomo do gás nobre a retirar elétrons de outros átomos ou formar ligações covalentes para se estabilizar novamente. Se um átomo de gás nobre perder um elétron, o cátion formado passa a se comportar como um átomo de halogênio, podendo formar uma ligação covalente (no caso do He, ele passa a se comportar como hidrogênio). Por exemplo, o íon instável Xe tem a eletrosfera similar à do átomo de iodo, podendo formar uma ligação covalente ou ganhar um elétron. Ao ganhar um elétron, ele retorna ao estado de átomo neutro e isolado de gás nobre, mas se formar uma ligação covalente poderá participar de compostos.

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Existem compostos de gases nobres desse tipo principalmente com os três mais pesados (Kr, Xe, Rn), destacando-se os do xenônio. Um átomo de Xe, ao perder 1 elétron, forma um cátion estável quando se liga ao flúor, o íon XeF, presente em compostos tais como o XeFPtF6, XeFPt2F11 e XeFSbF6 em solução. Embora estáveis, esses íons são em geral oxidantes muito fortes, nos quais o átomo do gás nobre tende a reverter à sua forma neutra, só formando compostos com elementos ou grupos muito eletronegativos. Compostos como o XeFCl não existem, pois o ânion é oxidado pelo cátion:

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XeF + Cl --> Xe° + ClF

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Um cátion de gás nobre se comporta como um átomo muito eletronegativo, muito mais eletronegativo que o halogênio correspondente. Consequentemente, o par de elétrons compartilhado na ligação fica muito deslocado na direção do átomo do gás nobre, de forma que a ligação é muito fraca e apenas átomos de elementos muito eletronegativos (especialmente o flúor) geralmente conseguem se manter ligados aos gases nobres ionizados. O íon Xe comporta-se como um átomo de eletronegatividade 3,5, tão eletronegativo quanto um átomo de oxigênio, o segundo mais eletronegativo de todos os elementos. O íon Ne apresenta uma eletronegatividade efetiva de 5,0, sendo bem mais eletronegativo que o flúor (o elemento mais eletronegativo!), cuja eletronegatividade é 4,0. Por causa disso, compostos desse tipo com hélio e neônio, embora teoricamente possíveis, ainda não foram produzidos. Por quê? Simples: como sabemos, quanto maior a diferença de eletronegatividade entre os elementos que formam uma ligação covalente, maior o caráter iônico dessa ligação. Em um caso extremo, quando a diferença de eletronegatividade é muito grande, a ligação covalente se rompe e o par de elétrons fica com o átomo mais eletronegativo. A ligação covalente se torna uma ligação iônica e os átomos se separam formando íons: um cátion (correspondente ao elemento menos eletronegatico) e um ânion (o elemento mais eletronegativo). 

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No caso de um cátion poliatômico contendo o gás nobre, se a diferença de eletronegatividade for muito grande (suficiente para que a ligação se rompa), o par de elétrons ficará com o gás nobre, formando um cátion e o átomo neutro do gás no lugar do ânion. Como não há interação entre o cátion e o átomo neutro, este escapa na forma de gás e o composto não se forma. Por causa disso, ainda não se conseguiu isolar compostos desse tipo com o hélio e o neônio, pois praticamente não há átomo capaz de permanecer ligado a seus respectivos cátions.

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3) Se o átomo do gás nobre doar elétrons em uma ligação dativa: Um átomo de gás nobre possui pares isolados de elétrons que, teoricamente, poderiam ser usados na formação de ligações dativas com outros átomos, tais como o íon H, um átomo de oxigênio (O), etc. Entretanto, devido à grande energia de ionização do átomo de gás nobre, ele reluta em doar seus elétrons dessa maneira. Somente átomos ou grupos muito eletronegativos são capazes de interagir desta forma com o átomo de gás nobre. São conhecidos compostos desse tipo com os átomos de xenônio tais como os seus óxidos e oxiácidos, como o XeO3, o XeO4, o íon incomum AuXe4, etc.

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 1) 2)

1) o íon tetraxenônio-ouro II, um íon incomum contendo ouro divalente (extremamente raro) ligado a átomos de Xe, que atuam como ligantes. 2) O trióxido de xenônio, XeO3, é um sólido explosivo que se decompõe em gás xenônio (Xe) e oxigênio (O2).

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Os átomos de He, Ne e Ar têm uma energia de ionização elevada demais para isso, se comportando como elementos extremamente eletronegativos de forma que o par eletrônico ficaria tão próximo a eles que o átomo receptor da ligação dativa não teria força para permanecer ligado. O hélio, contudo, forma um cátion poliatômico estável, o íon monohidridohélio ou hidrohélio, HeH, que pode ser encarado como um átomo de He ligado a um íon H por ligação dativa. Esse íon é isoeletrônico à molécula de H2. Embora estável quando isolado, esse íon não pode ser obtido na forma de compostos.

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O íon hidro-hélio (HeH(+)), embora seja uma espécie química muito estável, não pode ser isolado em compostos. A razão disso é que ele é um íon positivo e, para ser isolado em um composto químico, precisa de um ânion para contrabalancear sua carga elétrica. Entretanto, todas as espécies químicas que entram em contato com este íon são protonadas (recebem H(+)) por ele, de modo que se obtém a espécie protonada e um átomo de He livre, ao invés de um composto iônico com esse cátion. Não fosse por isso, já existiriam há tempo compostos de He na forma de sais deste íon.

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Seria possível, em teoria, a existência de compostos de oxigênio tais como o HeO, o NeO e NeO2, ArO, ArO2, ArO3 e até o ArO4, ou mesmo compostos similares do Kr, como o KrO3. Porém a elevada energia de ionizaçâo desses elementos tornaria a ligação tão fraca que ela seria termodinamicamente muito desfavorável a ponto de não se formar. Consequentemente, óxidos de gases nobres (exceto o Xe) não podem ser obtidos. Cátions protonados, como o HeH, NeH e ArH são razoavelmente estáveis na forma isolada, mas se comportam como ácidos de brönsted tão poderosos que não há qualquer ânion que possa formar sais com esses íons sem ser protonado por eles. Complexos de coordenação contendo esses átomos como ligantes só ocorrem com o xenônio, e nenhum composto com ácidos de Lewis comuns, como o BF3, é conhecido.

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Embora teoricamente possível, na prática não é possível produzir o óxido de hélio (HeO). A energia de ionização do He é tão alta e a atração exercida pelo núcleo de seu átomo sobre os elétrons externos é tão forte que esse par de elétrons não está disponível para estabelecer uma ligação dativa com o oxigênio. E, mesmo se a ligação se formasse, o átomo de He iria atrair o par de elétrons em sua direção com tanta força que a ligação iria se romper, separando os átomos de He e O, como em um cabo de guerra. Ao formar uma ligação dativa ou um íon monoatômico, o He se comporta como um elemento de eletronegatividade de 5,5, tão alta que não há elemento capaz de formar ligações estáveis com ele. Com o Ne , Ar e Kr ocorre algo parecido. O Ne se comporta como se tivesse uma eletronegatividade de 5,0, enquanto o Ar e o Kr como se fosse de 4,0.

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Gases nobres e seus compostos:

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.- Hélio (He)

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O hélio ainda não possui compostos bem caracterizados que podem ser isolados, mas se conhecem algumas espécies químicas que contém átomos do elemento em sua composição. A grande maioria é composta de agregados moleculares fugazes, que existem por um curto período de tempo no estado excitado (excímeros) em mistura de gases a baixa pressão, como o WHe2, o HeH2, os íons He2 e HeNe, o HgHe, etc. Estas moléculas são muito instáveis e só existem em condições extremas, não sendo possível isolá-las. O íon HeH é uma espécie química bastante estável na forma de um íon isolado no estado gasoso, mas não pode ser isolada na forma de compostos iônicos, pois tende a protonar qualquer espécie química em seu caminho.

Há muitos compostos hipotéticos de hélio que poderiam teoricamente ser estáveis em determinadas condições, mas não se tem conseguido sintetizá-los. Há fortes evidências de que o íon hipotético e metaestável fluoroheliato (FHeO) poderia ser isolado na forma de sais estáveis com os cátions césio (Cs) e tetrametilamônio (N(CH3)4) a uma temperatura de -270°C. Os cientistas já trabalham para se isolar este composto, reagindo-se hipofluoritos (sais contendo o íon FO) desses cátions com hélio líquido ultrafrio na presença de um pulso intenso de radiação ultravioleta.

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CsFHeO (fluoroheliato de césio), um composto hipotético e ainda não sintetizado do hélio. Estudos e cálculos feitos por alguns cientistas indicam que este composto poderia ser isolado e mantido estável em temperaturas próximas ao zero absoluto, algo em torno dos 3 graus kelvin (-270°C). Veja mais sobre isso AQUI.

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- Neônio (Ne)

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Ainda não se conseguiu isolar um único composto de neônio e não se tem ainda a previsão de quando um composto desse elemento será produzido. Tudo o que se conhece sobre supostos compostos do elemento são os excímeros de existência muito curta HeNe e NeH. Isso se deve em parte à enorme energia de ionização do Ne e à extrema eletronegatividade do íon Ne.

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- Argônio (Ar)

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São conhecidos, atualmente, dois compostos do elemento químico argônio: o fluoridreto de argônio (HArF) e o difluoreto de argônio (ArF2). Ambos são estáveis somente a baixas temperaturas e não podem ser mantidos à temperatura ambiente. Há um cátion metaestável conhecido, o difluorocarbenilargônio II, ArCF2, que ainda não foi isolado mas demonstra ser uma espécie química relativamente estável. Também são conhecidos excímeros contendo argônio, como o Ar2, ArH e HeAr.

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O cátion divalente difluorocarbenil-argônio II ([ArCF2](+2)), suspeito de ser estável.

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- Criptônio (Kr)

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O criptônio é o segundo gás nobre com mais compostos. Além de diversos excímeros e compostos de intercalação (como os clatratos ), ele forma vários compostos com o flúor, tais como o fluoreto KrF2 e compostos contendo os íons KrF, tais como o KrFAuF6, e também alguns complexos e compostos como o HKrF, o HKrCN, entre outros. Os compostos de criptônio são todos agentes oxidantes extremamente poderosos capazes até mesmo de reagir diretamente com o xenônio, deslocando o criptônio.

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3KrF2 + Xe --> 3Kr + XeF6

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Íons como o KrF3 e outros também são conhecidos, mas ainda não se conhece os compostos KrF4 e KrF6, que são teoricamente possíveis e talvez estáveis. A única molécula neutra e estável formada pelo Kr é seu fluoreto, KrF2, que ainda assim tende a se decompor à temperatura ambiente. Os demais compostos são íons poliatômicos e algumas moléculas instáveis. O criptônio não forma compostos com o oxigênio.

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- Xenônio (Xe)

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Este é o gás nobre campeão em número de compostos, com mais de 80 já isolados e caracterizados, e esse número continua a subir. Além dos excímeros e compostos de intercalação, ele forma uma série de compostos verdadeiros e muito estáveis, tais como os fluoretos XeF2, XeF4 e XeF6; os óxidos XeO3 e XeO4 (um óxido XeO2 foi recentemente descoberto), os ácidos H2XeO4 e H4XeO6 e diversos de seus sais; o oxifluoreto XeOF4; os íons poliatômicos XeF, XeF3 etc, XeF5, XeF7 etc e até mesmo compostos em que o Xe se encontra ligado a átomos como carbono, boro, nitrogênio e hidrogênio. O xenônio pode formar compostos hipervalentes com relativa facilidade, além de formar íons poliatômicos baseados em cátions de Xe. O cloreto XeCl2 é suspeito de existir, embora teoricamente seja um pouco instável. Diversos complexos formados pelo elemento são também conhecidos, inclusive com metais de transição, tais como o íon tetraxenônio-ouro II. A maioria dos compostos do Xe são agentes oxidantes fortes que tendem a participar de reações redox  liberando o átomo de Xe livre na forma de gás.

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2XeF2 + 2H2O --> 2Xe + O2 + 4HF

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- Radônio (Rn)

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O radônio é um gás nobre radioativo e de vida muito curta. Teoricamente, ele seria um elemento ainda mais reativo que o Xe e poderia formar facilmente mais compostos que ele, possuindo portanto um potencial ainda maior. Porém, devido à sua radiação e à sua raridade, só se conhece o difluoreto RnF2 e alguns complexos. Estima-se que o radônio possa formar uma série de fluoretos análoga à do Xe, tais como RnF2, RnF4, RnF6 e talvez até o RnF8 (o composto correspondente do Xe não existe), vários óxidos e haletos, ácidos, sais, vários íons (talvez até mesmo o cátion Rn), etc. Entretanto, sua forte radiação poderia destruir seus próprios compostos, de forma que o Rn possui uma química bastante restrita ao RnF2 e seus derivados. 

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Difluoreto de Radônio (RnF2) e um complexo formado com pentafluoreto de arsênio.

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Gás nobre "do contra"!

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Há alguns anos, um novo elemento químico sintético foi produzido: o elemento 118, conhecido pelo nome temporário de Ununóctio (Uuo), um átomo superpesado e radioativo que só existe por um curto período de tempo, mas que pode conter isótopos ainda não produzidos com um tempo de vida bem maior. Este elemento pertence à família 8A e, portanto, pode ser considerado como o mais pesado gás nobre. Os cientistas inicialmente supuseram que o elemento seria um gás radioativo que apresentaria propriedades químicas típicas de um gás nobre comum. Entretanto, evidências experimentais apontam que o ununóctio não será um gás, e sim um sólido que funde a cerca de 47°C e ferve a 49°C. Ou seja, nem seria um gás; seria um "sólido nobre"! Talvez nem mesmo nobre: os cálculos apontam que o Uuo será fortemente afetado pelos chamados efeitos quânticos relativísticos. Esses efeitos iriam desestabilizar a configuração eletrônica da camada de valência do elemento, mesmo que ela contenha 8 elétrons. Consequentemente, o Uuo se estabilizará de outra forma, podendo perder 2 ou 4 elétrons ou mesmo ganhar mais 2. Essa anomalia será observada também nos demais elementos do bloco p no sétimo período. O elemento formará muito facilmente moléculas hipervalentes e íons com outros elementos, mesmo aqueles não muito eletronegativos. O elemento será completamente reativo, tão reativo quanto o chumbo!

O papel de gás nobre do 7º período provavelmente recairá sobre o elemento 114, o metal Fleróvio (Fl), que terá a camada de valência mais estável do período 7, embora ele não seja quimicamente inerte.

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Modelo do esqueleto de uma molécula de terahedral com um átomo central (UUO) simetricamente ligado a quatro periféricas (flúor) átomos.

O Ununóctio provavelmente será um elemento completamente reativo, fugindo completamente ao padrão observado entre os gases nobres. Isso ocorrerá devido à ação dos efeitos relativísticos, que afetam átomos pesados com muitos elétrons. Esses efeitos já se manifestam em elementos como o Au, o Hg, o Pb, os actinídeos e afetará também os elementos sintéticos do 7° período no bloco p, tais como o Fleróvio (Fl) e o Livermório (Lv), que terão uma química repleta de anomalias. O Uuo formará facilmente muitos compostos, como o tetracloreto UuoCl4 (foto da direita) e até mesmo íons como o Uuo(+2), Uuo(+4) e Uuo(-2). Este último será provavelmente o primeiro ânion monoatômico hipervalente, com 10 elétrons na camada de valência.

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Para encerrar, veja sobre alguns compostos de gases nobres nestas páginas postadas pelo NERD DA QUÍMICA na Wikipédia:

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--> Difluoreto de Xenônio (XeF2)

--> Tetrafluoreto de Xenônio  (XeF4)

--> Trióxido de Xenônio (XeO3)

--> Perxenato de Sódio  (Na4XeO6)

--> Difluoreto de Criptônio (KrF2)

--> Difluoteto de Argônio (ArF2)

--> Hexafluoreto de Xenônio (XeF6)

--> Ácido Xênico (H2XeO4)

--> Fluoridreto de Argônio (HArF)

--> Tetróxido de Xenônio  (XeO4)

--> Fluoreto de Radônio (RnF2)

--> Íon Hidro-Hélio (HeH(+))

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- OUTROS COMPOSTOS:

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--> Oxifluoreto de Xenônio (XeOF4)

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Obrigado por nos visitar!

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O NERD DA QUÍMICA, Nova Venécia - ES

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Categories: Explicações sobre química

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3 Comments

Reply boaneregs
3:43 AM on October 9, 2012 
obrigado
Reply Sincler
4:31 PM on December 16, 2012 
Muito boa noite , estive vendo estas matérias e estou procurando saber como constituir ou construir um pó com ion negativo . Espero que possa me ajudar pois fiz várias pesquisas e não consegui visualizar ainda .
Desde já agradeço.
Reply Mauro Cruz
7:31 AM on February 24, 2013 
O texto do blog é excelente. Parabéns!
Eu gostaria de saber se o plasma formado com o argônio em câmaras de tratamento de superfícies e de coaguladores utilizados em endoscopia, formam íons ou não. O que realmente ocorre nestes casos e como funciona o plasma formado?
Agradeço antecipadamente a sua atenção.