Les gaz inertes sont chimiquement inactifs et ne réagissent pas avec beaucoup de substances. Ils sont utilisés pour diverses applications dans divers secteurs, notamment le soudage, les procédés chimiques et les gaz de remplissage des sources lumineuses. Il s'agit de l'hélium, du néon, de l'argon, du krypton, du xénon et du radon.
Dans le spectre solaire, l'hélium est visible sous la forme d'une raie jaune brillante à 587,49 nanomètres. Découvert pour la première fois en 1868 par Pierre Jansen, il pensait d'abord qu'il s'agissait d'une raie saline. Mais des études ultérieures menées par Sir William Ramsay (qui utilisa des acides pour extraire l'hélium de plusieurs éléments rares sur Terre) confirmèrent que la raie jaune brillante de son expérience correspondait au spectre solaire. William Crookes, un physicien britannique, détermina alors qu'il s'agissait de l'hélium.
Morris W. Travers et Sir William Ramsay ont découvert les gaz rares néon, krypton et xénon en 1898. En plaçant un échantillon d'air en phase liquide, en chauffant la phase liquide, puis le liquide, et en captant les gaz en ébullition, Ramsay a découvert le néon. Cette méthode a également conduit à la découverte du xénon et du krypton. Le dernier gaz du groupe 18, le radon, a été découvert par Friedrich Earns Dorn en 1900 alors qu'il étudiait la chaîne de désintégration du radium. Au cours de ses expériences, Dorn a remarqué que les composés du radium dégageaient un gaz radioactif, initialement nommé niton, d'après le mot latin « nitens » signifiant « briller ». L'élément a ensuite été rebaptisé radon par le Comité international des éléments chimiques et l'Union internationale de chimie pure appliquée (UICPA) en 1923.
Applications des gaz inertes :
Hélium :
L'hélium est fréquemment utilisé comme composant des gaz respiratoires en raison de sa faible solubilité dans les fluides ou les lipides. Ceci est important car d'autres gaz sont absorbés par le sang et les tissus corporels lorsqu'ils sont sous pression lors de la plongée sous-marine. Du fait de sa faible solubilité, une faible quantité d'hélium pénètre dans les membranes cellulaires ; lorsqu'il se substitue à une partie du mélange respiratoire, l'hélium réduit l'effet narcotique du gaz à grande profondeur. La quantité réduite de gaz dissous dans l'organisme entraîne la formation de moins de bulles de gaz, ce qui diminue la pression ascendante. L'hélium et l'argon sont utilisés pour protéger les étincelles de soudage et les métaux de base de l'atmosphère. L'hélium est principalement utilisé en cryogénie à très basse température pour maintenir les supraconducteurs, utiles pour créer des champs magnétiques puissants, à très basse température. De plus, l'hélium est le gaz vecteur le plus souvent utilisé en chromatographie en phase gazeuse.
Néon :
Le néon est largement utilisé dans les panneaux d'avertissement lumineux, les cinéscopes TV, les néons, les feux de brouillard, les lasers, les détecteurs de tension et les panneaux publicitaires. Les tubes de néon, utilisés dans les décorations et la publicité extravagantes, constituent l'utilisation la plus courante du néon. Du néon, de l'hélium ou de l'argon sont injectés à basse pression dans ces tubes, qui sont ensuite exposés à des décharges électriques. La composition du mélange gazeux et la couleur du verre du tube déterminent la couleur de la lumière émise. Dans un tube incolore, le néon pur réfléchit la lumière bleue et absorbe la lumière rouge. On appelle cette lumière réfléchie lumière fluorescente.
Argon :
L'argon a de nombreuses applications dans l'électronique, l'éclairage, la fabrication du verre et des métaux. Il est utilisé en électronique comme fluide de transfert thermique pour les semi-conducteurs en silicium cristallin ultra-pur et pour la production de germanium. L'argon peut également remplir les ampoules fluorescentes et à incandescence, produisant la lumière bleue des lampes au néon. Les fabricants de fenêtres utilisent la faible conductivité thermique de l'argon pour créer une barrière gazeuse pour les fenêtres à double vitrage isolant. Cette barrière isolante améliore l'efficacité énergétique des fenêtres. L'argon forme également une barrière gazeuse inerte lors du soudage, nettoie les métaux en fusion pour éliminer la porosité lors de la coulée et fournit un environnement exempt d'oxygène et d'azote pour le recuit et le laminage des métaux et alliages.
Krypton :
Comme l'argon, le krypton est présent dans les fenêtres à haute efficacité énergétique. En raison de son efficacité thermique supérieure, le krypton est parfois utilisé à la place de l'argon pour l'isolation. On estime que 30 % des fenêtres à haute efficacité énergétique commercialisées en Allemagne et en Angleterre contiennent du krypton, ces pays en utilisant environ 1,8 litre. Le krypton est présent dans les combustibles, les lasers et les lampes. Dans les lasers, le krypton est utilisé pour contrôler la longueur d'onde optique souhaitée. Les lasers excimères sont souvent créés en le combinant avec un halogène (généralement du fluor). Les phares halogènes scellés au krypton peuvent fournir jusqu'à deux fois plus de lumière que les phares classiques. Le krypton est également utilisé dans les ampoules haute performance, qui offrent de meilleures températures de couleur et un meilleur rendement grâce à son ralentissement de l'évaporation du filament.
Xénon :
Le xénon est utilisé dans diverses applications, notamment l'éclairage à incandescence, le développement des rayons X et les écrans plasma. L'éclairage à incandescence utilise du xénon car il nécessite moins d'énergie pour produire la même quantité de lumière qu'une ampoule à incandescence standard. Le xénon a également amélioré la qualité des rayons X tout en émettant moins de rayonnement. Associé à l'oxygène, il peut améliorer le contraste des images tomodensitométriques. Ces applications ont eu un impact significatif sur le secteur de la santé. Les écrans plasma (PDP) utilisant du xénon comme gaz de remplissage pourraient à terme remplacer les grands tubes à image des téléviseurs et des ordinateurs.
Les produits de fission nucléaire peuvent inclure de nombreux isotopes radioactifs du xénon qui absorbent les neutrons dans le cœur des réacteurs nucléaires. Le contrôle des réacteurs nucléaires implique la production et l'élimination des produits de désintégration du xénon radioactifs.
Radon :
Après le tabagisme, le radon est considéré comme la deuxième cause de cancer du poumon. Néanmoins, il est également utile pour les bains, le traitement de l'arthrite et la radiothérapie. Le radon a été utilisé en radiothérapie pour traiter le cancer, principalement à l'aide de grains implantables en or ou en verre. Il a été suggéré que l'exposition au radon atténue les effets de maladies auto-immunes comme l'arthrite. Pour tenter de réduire leur inconfort, certains arthritiques ont recherché une brève exposition au radon et à l'eau de mine radioactive. Des « spa au radon », comme Bad Gastern en Autriche et Onsen au Japon, proposent un traitement où les patients passent quelques minutes, voire quelques heures, dans un environnement à forte concentration de radon, dans l'espoir qu'une faible irradiation puisse améliorer leur vitalité.