segunda-feira, 10 de março de 2014

Biografia de William Ramsay


William Ramsay trabalhando em seu laboratório.
William Ramsay. Nasceu em Glasgow, a 2 de Outubro de 1852, e, faleceu em High Wycombe, Buckinghamshire, a 23 de Julho de 1916. William Ramsay foi um químico escocês. Filho de William Ramsay e Catherine Robertson, era sobrinho do geólogo sir Andrew Ramsay. Estudou nas Universidades de Glasgow e Tubinga. Foi professor de química da University College de Bristol em 1880 e diretor da mesma no ano seguinte. Em 1887 transferiu-se para Londres, onde exerceu o cargo de professor de química da University College até que se aposentou em 1913. Entre 1885 e 1890 publicou notáveis estudos sobre os óxidos de nitrogênio. Descobriu cinco elementos gasoso inertes, os denominados gases nobres: o argônio em 1894, trabalhando com John William Rayleigh; o hélio em minerais terrestres, em 1895, o criptônio, o neônio e o xenônio. Os três últimos foram descobertos juntamente com Morris William Travers, em 1898. Contribuiu para o conhecimento de que o hélio é um produto da desintegração atômica do rádio. Recebeu o Nobel de Química de 1904, em reconhecimento de seus trabalhos sobre os gases e da determinação da posição que ocupam no sistema periódico. Seus trabalhos posteriores no campo da radiatividade foram tanto ou mais importantes que estes. Escreveu Gases da Atmosfera (1896), Química Moderna (1902) e Essays, Biographical and Chemical (1908).

Argônio

Frasco de Argônio ultra-puro brilhante. 
(Imagem: Jurii).
O argônio (do grego árgon, inativo) é um elemento químico, de símbolo Ar, número atômico 18 (18 prótons e 18 elétrons) e massa atômica 40 u, encontrado no estado gasoso em temperatura ambiente. Foi descoberto em 1894 pelos ingleses William Ramsay e Lord Rayleigh. É o terceiro elemento da classe dos gases nobres, incolor e inerte como eles, constituindo cerca de 1% do ar atmosférico. É usado em lâmpadas fluorescente e em dispositivos ou processos que exigem uma atmosfera inerte.

Características principais

Tem uma solubilidade em água 2,5 vezes maior que a do nitrogênio ou a do oxigênio. É um gás monoatômico incolor e inodoro tanto no estado líquido quanto no gasoso.

Aplicações

Nível eletrônico (electron shell).
É empregado como gás de enchimento em lâmpadas incandescentes, já que não reage com o material do filamento, mesmo em altos níveis de temperatura e pressão. Com isso prolonga-se a vida útil da lâmpada. Emprega-se também na substituição do neon, nas lâmpadas fluorescentes, quando se deseja uma coloração verde azulada ao invés do roxo do néon. Também é usado como substituto do nitrogênio molecular( N2 ) quando este não se comporta como gás inerte devido às condições de operação. No âmbito industrial e científico, é empregado universalmente na recriação de atmosferas inertes (não reagentes) para evitar reações químicas indesejadas em vários tipos de operações.

  • Soldagem em arco elétrico.
  • Fabricação de titânio e outros elementos químicos reactivos.
  • Fabricação de monocristais — partes cilíndricas formadas por uma estrutura cristalina contínua de silício e germânio para componentes semicondutores.

O árgon-39 é usado, entre outras aplicações, para a datação de núcleos de gelo e águas subterrâneas. Em mergulhos profissionais, o árgon é empregado para inflar trajes (Roupas Secas), por ser inerte e principalmente por sua pequena conductibilidade térmica, proporcionando um isolamento térmico necessário para realizar longas imersões em determinadas profundidades quando se respira a mistura de Trimix. O laser de árgon tem usos médicos em odontologia e oftalmologia. A primeira intervenção com laser de árgon foi realizada por Francis L'Esperance, para tratar uma retinopatia em Fevereiro de 1968.



Posição na Tabela Periódica
símbolo: Ar
número atômico: 18
série química: gases nobres

História

Henry Cavendish, em 1785, expôs uma amostra de nitrogênio a descargas eléctricas repetidas em presença de oxigênio para formar óxido de nitrogênio que, após eliminado, restava em torno de 1% de um gás original que não podia ser dissolvido. Cavendish afirmava, diante disso, que nem todo o “ar flogisticado” era nitrogênio. Em 1892 Lord Rayleigh descobriu que o nitrogênio atmosférico tinha uma densidade maior que o nitrogênio puro obtido a partir do nitro. Raleight e Sir William Ramsay demonstraram em 1894 que a diferença devia-se à presença de um segundo gás pouco reativo e mais pesado que o nitrogênio: o árgon. O anúncio da descoberta foi acolhida com muita desconfiança pela comunidade científica. Em 1904 Rayleight recebeu o Prêmio Nobel de Física pelas suas investigações acerca da densidade dos gases mais importantes e pela descoberta da existência do árgon. Até 1957 o símbolo atômico do árgon era A, quando foi mudado para Ar'.

Abundância e obtenção

O gás é obtido por meio da destilação fracionada do ar líquido, onde é encontrado numa proporção de aproximadamente 0,94%, eliminando-se posteriormente o oxigênio residual com hidrogênio. A atmosfera de Marte contém 1,6%, a de Mercúrio contém 7,0% e a atmosfera de Vénus contém apenas traços.

Compostos

Como o argônio é um gás nobre, espera-se que ele não participe de compostos com outros elementos, mas em condições especiais é possível preparar alguns compostos contendo argônio, como o difluoreto de argônio (ArF2) e o fluoridreto de argônio (HArF), ambos os compostos são estáveis a baixas temperaturas. ArF2 é um sólido que se decompõe nos elementos à temperatura ambiente.

Isótopos

Os principais isótopos de árgon presentes na Terra são Ar-40 (99,6%) e em menores quantidades, o Ar-36 e Ar-38. O isótopo K-40, com uma vida média de 1,205×109 anos, decai em 11,2% a Ar-40 estável mediante captura eletrônica e desintegração β+ (emissão de um positrão), e os 88,8% restantes a Ca-40 mediante desintegração β- (emissão de um electrão). Estas proporções de desintegração permitem determinar a idade das rochas. Na atmosfera terrestre, o Ar-39 é gerado por bombardeamento de raios cósmicos principalmente a partir do Ar-40. Em locais subterrâneos não expostos é produzido por captura neutrônica do K-39 e desintegração α do cálcio. O Ar-37, com uma vida média de 35 dias, é produto do decaimento do Ca-40, resultado de explosões nucleares subterrâneas.

Criptônio

Vaso de Criptônio.
O criptônio (do grego, krípton, que significa oculto) é um elemento químico de símbolo Kr de número atômico 36 (36 prótons (ou Protões) e 36 elétrons (ou Eletrões) ) e de massa atômica igual a 83,8 u. À temperatura ambiente, o crípton encontra-se no estado gasoso. É um elemento do grupo dos gases nobres, 18 (VIIIA ou 0) da Classificação Periódica dos elementos. Foi descoberto em 1898 por William Ramsay e Morris Travers em resíduos da evaporação do ar líquido. Sua principal aplicação é para a fabricação de lâmpadas incandescentes e fluorescentes.




Características principais

Nível eletrônico (electron shell)
O criptônio é um gás nobre incolor, inodoro, insípido, de muito pequena reatividade, caracterizado por um espectro de linhas verde e vermelha-alaranjada muito brilhante. É um dos produtos da fissão nuclear do urânio. O crípton sólido é branco, de estrutura cristalina cúbica centrada nas faces, igual aos demais gases nobres. Para propósitos práticos, pode-se considerá-lo um gás inerte, mesmo que existam compostos seus formados com o flúor. Além disso, pode formar hidratos com a água, de forma que seus átomos ficam enclausurados na rede de moléculas de água. Também se têm sintetizado solvatos com hidroquinona e fenol. Em combinação com o flúor, quando submetido à descarga elétrica em baixa temperatura (-150°C), forma o fluoreto de criptônio KrF2, sólido cristalino branco que se decompõe espontaneamente em temperaturas normais.

Aplicações

A definição do metro era, entre 1960 e 1983, baseada na radiação emitida pelo átomo excitado de crípton; na verdade, o metro era definido como 1.650.763,73 vezes o comprimento de onda da emissão vermelha-alaranjada de um átomo de Kr-86. É usado, isolado ou misturado com néon e árgon: em lâmpadas fluorescentes; em sistemas de iluminação de aeroportos, já que o alcance da luz vermelha emitida é maior que a comum inclusive em condições climatológicas adversas; e nas lâmpadas incandescentes de filamento de tungstênio de projetores cinematográficos. O laser de crípton é usado em medicina para cirurgia da retina do olho. O isótopo Kr-81m é usado no estudo do pulmão pela medicina nuclear. O crípton-85 é usado em análises químicas incorporando o gás em sólidos, processo no qual se formam criptonatos cuja atividade é sensível às reações químicas produzidas na superfície da solução. Também é usado flash fotográficos para fotografias de alta velocidade, na detecção de fugas em depósitos selados e para excitar o fósforo de fontes de luz sem alimentação externa de energia.



Posição na Tabela Periódica
símbolo: Kr
número atômico: 36
série química: gases nobres

História

Foi descoberto em 1898, por William Ramsay e Morris Travers, em resíduos de evaporação do ar líquido. Em 1960, a Oficina Internacional de Pesos e Medidas definiu o metro em função do comprimento de onda da radiação emitida pelo isótopo Kr-86 em substituição à barra padrão. Em 1983 a emissão do crípton foi substituída pela distância percorrida pela luz em 1/299.792.458 segundos.

Abundância e obtenção

É um gás raro na atmosfera terrestre, da ordem de 1 ppm. É encontrado entre os gases vulcânicos e águas termais e em diversos minerais em quantidades muito pequenas. Pode-se extrai-lo do ar por destilação fraccionada. Na atmosfera do planeta Marte se tem encontrado o crípton na concentração de 0,3 ppm.

Compostos

 
Já foram preparados, em condições especiais, alguns compostos de criptônio, dos quais o único que forma uma molécula neutra e estável é o difluoreto de criptônio (KrF2). 

Isótopos

O crípton natural é constituído por 6 isótopos e foram caracterizados 17 isótopos radioativos. O isótopo Kr-81 é produto de reações atmosféricas com outros isótopos naturais, é radioativo e tem uma vida média de 250.000 anos. Como o xénon, o crípton é extremamente volátil e escapa com facilidade das águas superficiais, por isso é usado para datar antigas águas subterrâneas ( 50.000 a 800.000 anos ). O isótopo Kr-85 é um gás inerte radioativo de 10,76 anos de vida média, produzido na fissão do urânio e do plutônio. As fontes deste isótopo são os testes nucleares (bombas), os reatores nucleares e o reprocessamento das barras de combustíveis dos reatores. Tem-se detectado um forte gradiente deste isótopo entre os hemisférios norte e sul, sendo as concentrações detectadas no pólo norte 30% mais altas do que as do pólo sul.

Neônio

Vaso de Neônio. 
(Imagem: Jurii).
Neônio é um elemento químico de símbolo Ne, número atómico 10 (10 prótons e 10 elétrons) com massa atômica 20 u. É um gás nobre incolor, praticamente inerte, presente em pequena quantidade no ar atmosférico, porém muito abundante no Universo, que proporciona um tom arroxeado característico à luz das lâmpadas fluorescentes nas quais o gás é empregado. A substância é obtida tecnicamente pela retificação do ar líquido. É também usado em tubos luminosos, em sinalização e em fins publicitários.





História

Nível eletrônico (electron shell). 
(Imagem: Pumbaa (original work by Greg Robson)).
O néon (do grego néos = novo) foi descoberto em 1898 pelos químicos ingleses William Ramsay (1852-1916) e Morris Travers (1872-1961) em Londres. Foi descoberto quando Ramsay refrigerou uma amostra retirada da atmosfera até que se tornou um líquido, em seguida, o líquido foi aquecido e Ramsay capturou os gases quando era fervido. Os gases encontrados foram o criptônio, xenônio e o Néon. A cor vermelha brilhante, que é emitida pelo néon gasoso foi notado imediatamente, sendo que Travers escreveu mais tarde: "A chama da luz vermelha do tubo contou sua própria história". A escassez do Néon impediu a sua aplicação imediata para iluminação ao longo das linhas dos tubos de Moore, que usavam nitrogênio e que eram comercializados no início dos anos 1900s. Depois de 1902, a companhia de Georges Claude's, Air Liquide, estava produzindo quantidades industriais de neon como um subproduto de seu negócio de liquefação do ar, e em dezembro de 1910 Claude demonstrou a moderna iluminação de néon baseada num tubo selado de néon. Em 1912, o sócio de Claude começou a vender tubos de descarga de néon como letreiros publicitários. Eles foram introduzidos nos Estados Unidos em 1923, quando dois grandes letreiros de neon foram comprados por uma concessionária de carros
Tubo de Neônio. (Imagem: User:Pslawinski).
de Los Angeles. O brilho e a cor vermelha chamativa fizeram dos letreiros de neon algo completamente diferentes dos usados pelos competidores. Néon desempenhou um papel importante na compreensão básica da natureza dos átomos em 1913, quando J. J. Thomson, como parte de sua pesquisa a respeito da composição dos raios anódicos, canalizou raios de íons de néon através de campos magnéticos e elétricos e mediu suas deflexões colocando uma placa fotográfica no seu trajeto. Thomson observou dois separados caminhos de luz na placa fotográfica, o que sugeria duas diferentes parábolas de deflexão. Thomson chegou à conclusão de que alguns dos átomos do gás néon eram de maior massa do que os outros. Embora isto não tenha sido entendido no tempo de Thomson, esta foi a primeira descoberta de isótopos de átomos estáveis. Isto foi realizado utilizando uma versão rústica de um instrumentos que agora se chama espectrômetro de massa.




Posição na Tabela Periódica
símbolo: Ne
número atômico: 10
série química: gases nobres

Características principais

É o segundo gás nobre mais leve, apresentando um poder de refrigeração, por unidade de volume, 40 vezes maior que o do hélio líquido e três vezes maior que o do hidrogênio líquido. Na maioria das aplicações, o uso de néon líquido é mais econômico que o do hélio.

  • Peso atômico: 20,183 uma
  • Ponto de ebulição: 27.1 K (–246°C)
  • Ponto de fusão: 24,56 K (–248,6°C)
  • Densidade: 1,20 g/ml (1,204 g/cm³ a –246°C)

 

Aplicações


O tom roxo-alaranjado da luz emitida pelos tubos de néon é usado profusamente para a fabricação de indicadores publicitários. Também recebem a denominação de tubos de néon outros de cores distintas que, na realidade, contêm gases diferentes.
Outros usos do néon são:

  • Indicadores de alta voltagem.
  • Tubos de televisão.
  • Junto com o hélio é empregado para a obtenção de um tipo de laser.
  • O néon líquido é comercializado como refrigerante criogênico.

Tanto o néon gasoso, como o líquido são relativamente caros, custando aproximadamente 55 vezes mais que o Hélio. Isto é causado sua raridade, já que, ao contrário do Hélio, pode ser obtido somente através do ar.


Abundância e obtenção

Néon é abundante em uma escala universal, sendo o quinto elemento químico mais abundante por massa no Universo, atrás do hidrogênio, hélio, oxigênio, e carbono. Sua relativa raridade na Terra, como a do hélio, deve-se à sua relativa leveza, alta pressão de vapor a temperaturas muito baixas, e inércia química, todas propriedades que tendem o impedem de ficar preso no gás de condensação e nuvens de poeira, que resultou na formação de planetas sólido pequenos e quentes, como a Terra. O néon se encontra usualmente na forma de gás monoatômico, tornando-o mais leve do que as moléculas de nitrogênio e oxigênio diatômico que formam a maior parte da atmosfera da Terra, um balão cheio de neon vai subir no ar, embora mais lentamente do que um balão de hélio. A abundância em termos de massa no Universo é de cerca de 1 parte in 750 e no Sol e presumivelmente na nebulosa proto-solar, aproximadamente 1 parte em 600. Néon é raro na Terra, encontrado na atmosfera terrestre a 1 parte em 65000 (15,4 ppm) considerando volume ou 1 parte em 83000 (12 ppm) considerando massa. Sendo obtido em escala industrial pela destilação fracionada do ar. O processo se baseia no resfriamento do ar e destilação do líquido criogênico resultante.

Compostos

Ainda que o neônio seja praticamente inerte, tem-se obtido um composto com flúor em laboratório. Não se sabe com certeza se este ou algum outro composto de néon diferente existe na natureza, porém algumas evidências sugerem que podem existir. Os íons Ne+, (NeAr)+, (NeH)+ e (HeNe+) têm sido observados em investigações espectrométricas de massa e ópticos. Entretanto, sabe-se que o néon forma um hidrato instável.

Isótopos

Existem três isótopos estáveis, Ne-20 (90,48%), Ne-21 (0,27%) e Ne-22 (9,25%). O Ne-21 e Ne-22 são obtidos principalmente por emissão neutrônica e desintegração α do Mg -24 e Mg-25, respectivamente, e suas variações são bem conhecidas. No caso do Ne-20 ainda existem dúvidas quanto ao mecanismo de formação. De maneira semelhante ao xénon, o néon das amostras de gases vulcânicos apresenta um enriquecimento de Ne-20 assim como Ne-21 cosmogênico. Igualmente têm-se encontrado quantidades elevadas de Ne-20 em diamantes, o que indica a provável existência de reservatórios de néon solar na Terra.

Xenônio

Vaso de Xenônio. 
(Imagem:Jurii).
O xenônio (formas aceites com predileção para xenon), do grego xénos - estrangeiro, é um elemento químico de símbolo Xe de número atômico 54 (54 prótons e 54 elétrons) e de massa atómica igual a 131,3 u. À temperatura ambiente, o xenônio encontra-se no estado gasoso. É um dos gases nobres da classificação periódica dos elementos, grupo 18 (VIIIA ou 0). É inodoro, muito pesado, incolor, encontrado como traço na atmosfera terrestre, e faz parte do primeiro composto de gás nobre sintetizado. Foi descoberto por William Ramsay e Morris Travers em 1898. A sua principal aplicação é na fabricação de dispositivos de emissores de luz como lâmpadas estroboscópicas, lâmpadas bactericidas e outros.

Características principais

O xenônio é um elemento membro do grupo dos gases nobres ou inertes. A palavra inerte já não é mais usada para descrever este grupo químico, dado que alguns elementos deste grupo formam compostos. Num tubo cheio de gás, o xenônio emite um bonito brilho azul quando excitado com uma descarga elétrica. Se tem obtido xenônio metálico aplicando-lhe pressões de várias centenas de quilobares. O xenônio também pode formar solvatos com água, quando seus átomos ficam aprisionados na rede de moléculas de água.

Aplicações

Nível eletrônico (electron shell)
O uso principal e mais famoso deste gás é na fabricação de dispositivos emissores de luz, tais como lâmpadas bactericidas, tubos eletrônicos, lâmpadas estroboscópicas e flashes fotográficos, assim como em lâmpadas para excitar laser de rubi que geram luz coerente.
Outros usos são:
  • Como anestésico em anestesia geral.
  • Em instalações nucleares, em câmaras de bolha, sondas, e em outras áreas onde o seu alto peso molecular é desejável.
  • Os perxenatos são usados como agentes oxidantes em química analítica.
  • O isótopo Xe-133 se usa como radioisótopo na Cintigrafia de Ventilação do Pulmão na medicina nuclear.
  • Na propulsão de foguetes espaciais, a propulsão iônica, que usa aceleradores de partículas para acelerar íons de xenônio. Em inglês, este sistema se chama XIP (Xenon Ion Propulsion).

História

O xenônio (do grego que significa "estranho") foi descoberto por William Ramsay e Morris Travers em 1898 nos resíduos resultantes da evaporação dos componentes do ar líquido. Ramsay propôs chamar o novo gás de xenônio, do grego ξένον [xenon], forma singular neutra de ξένος [xenos], significando “estrangeiro” ou “convidado”.



Posição na Tabela Periódica
símbolo: Xe
número atômico: 54
série química: gases nobres

Abundância e obtenção

Encontram-se traços de xenônio na atmosfera terrestre, aparecendo em uma parte por vinte milhões. O elemento é obtido comercialmente por extração dos resíduos do ar líquido. Este gás nobre é encontrado naturalmente nos gases emitidos por alguns mananciais naturais. Os isótopos Xe-133 e Xe-135 são sintetizados mediante irradiação de nêutrons em reatores nucleares refrigerados a ar.

Compostos

Até 1962 o xenônio e os outros gases nobres eram considerados quimicamente inertes e incapazes de formar compostos. A partir de então comprovou-se que existem compostos de gases nobres. Alguns dos compostos do xenônio são: difluoreto de xenônio (XeF2), hexafluoreto de xenônio (XeF6), perxenato de sódio (Na4XeO6), tetrafluoreto de xenônio (XeF4) e deutereto de xenônio (Xe2H2 ou XeD2). Também se tem obtido óxidos de xenônio como o trióxido de xenônio, XeO3, composto altamente explosivo. Se conhecem ao menos 80 compostos de xenônio em que este se liga com flúor ou oxigênio. A maioria destes compostos são incolores, além de poderosos agentes oxidantes e de fluoração, que liberam como subproduto da reação, entre outros produtos, gás xenônio.

Isótopos

Na natureza, o xenônio apresenta 8 isótopos estáveis e um ligeiramente radioativo. Além das formas estáveis, se tem estudado 20 isótopos instáveis. O Xe-129 é produzido por emissão beta do iodo-129 (vida média: 16 milhões de anos). Os isótopos Xe-131, Xe-132, Xe-134 e Xe-136 são produtos da fissão nuclear tanto do urânio-238 como do plutônio-244. Por ser o xenônio um traçador com dois isótopos paternos, a medição dos isótopos de xenônio nos meteoritos resulta ser uma poderosa ferramenta para o estudo da formação do Sistema Solar. O método I-Xe de datação radiométrica permite calcular o tempo transcorrido entre a nucleossíntese e a condensação de um objeto sólido a partir da nebulosa solar. Os isótopos de xenônio também são úteis para entender a diferenciação terrestre. Se acredita que o excesso de Xe-129 encontrado em emanações gasosas de dióxido de carbono no Novo México se deve ao decaimento de gases derivados do manto após a formação da Terra.

Precauções

O gás pode ser armazenado com segurança em recipientes convencionais de vidro selados a temperatura e pressão ambiente. O xenônio não é tóxico, porém vários de seus compostos são altamente tóxicos devido as suas fortes propriedades de oxidação.

Referências


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