Além de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio, o ar contém vestígios de gases raros, como néon, hélio, criptônio e xenônio. Por fração de volume, o néon é responsável por aproximadamente 15 × 10⁻⁶ a 18 × 10⁻⁶, o hélio por 4,6 × 10⁻⁶ a 5,3 × 10⁻⁶, o criptônio por apenas 1,08 × 10⁻⁶ e o xenônio por 0,08 × 10⁻⁶. O xenônio é comumente conhecido como “gás dourado”. Devido às suas concentrações extremamente baixas e à complexidade do processo de extração, as unidades de recuperação só são consideradas para plantas de oxigênio com capacidade superior a 10.000 m³/h.
O néon e o hélio têm temperaturas de liquefação muito baixas. À pressão atmosférica, a temperatura de liquefação do néon é de 27,26 K, e a do hélio é de 4,21 K. O néon é altamente inerte, tornando o néon líquido um refrigerante muito seguro para laboratórios criogênicos. Nas temperaturas do hélio líquido, os condutores perdem sua resistência elétrica, permitindo que a corrente passe sem perdas, resultando em “supercondutividade”, que pode ser utilizada para construir motores supercondutores. Portanto, com o avanço da tecnologia de temperatura ultra{6}}baixa, o hélio líquido desempenhará um papel cada vez mais importante.
O hélio é altamente inerte. É usado como gás de proteção na fundição de metais raros especiais, como titânio e zircônio, bem como semicondutores como silício e germânio. O hélio também é necessário como gás de proteção para soldagem e corte de ligas de alto-grau com altos pontos de fusão e grandes espessuras.
O hélio tem forte difusividade e permeabilidade particularmente alta. Portanto, para vasos de pressão e sistemas de vácuo com requisitos extremamente rigorosos, o hélio é o melhor indicador de detecção de vazamentos. Além disso, o hélio é o refrigerante ideal para refrigeradores de temperatura ultra-baixa. Liquefeitores e refrigeradores de hélio podem atingir temperaturas próximas do zero absoluto. Bombas operadas com hélio líquido podem atingir o alto vácuo de 133,32×10⁻⁹ Pa exigido na indústria eletrônica, e o ultra-alto vácuo de 133,32×10⁻¹⁰ a 133,32×10⁻¹² Pa necessário para pesquisas espaciais.
Na física atômica, o núcleo de hélio é usado como partícula alfa. Na indústria atômica, o hélio é amplamente utilizado como gás protetor. Nos reatores nucleares, o hélio serve não apenas como gás protetor, mas também como refrigerante. Como o hélio é quimicamente inerte e não{3}}corrosivo para equipamentos de combustão, ele pode aumentar a temperatura e a eficiência do reator. Além disso, o próprio hélio possui alta condutividade térmica, proporcionando excelente desempenho de resfriamento.
Na medicina, uma mistura 1:4 de oxigênio e hélio pode penetrar rapidamente nos pulmões, acelerando a troca de oxigênio e dióxido de carbono. Pode ser usado no tratamento de asma, doenças da traqueia e laringe, bem como doença descompressiva.
Nas operações de mergulho, se for usado ar comum, o nitrogênio dissolvido no sangue pode causar narcose em profundidades abaixo de 50 m, representando um risco-de vida para os mergulhadores. Portanto, os mergulhadores que trabalham em grandes profundidades não podem utilizar oxigênio puro; em vez disso, uma mistura de oxigênio-hélio é usada para substituir o ar respiratório, garantindo operações seguras em profundidades de até 200 m. Consequentemente, o consumo de hélio é substancial.
Como o hélio é mais seguro que o hidrogênio, ele pode ser usado para substituir o hidrogênio no enchimento de dirigíveis e balões meteorológicos. O hélio também pode ser usado como gás de arraste em cromatografia.
Com o desenvolvimento da tecnologia espacial, da tecnologia laser e da tecnologia de detecção infravermelha, o hélio tem uma ampla gama de aplicações.
O néon emite um brilho vermelho quando preenchido com lâmpadas e tem sido usado há muito tempo para preencher dispositivos de sinal de néon e vários tubos de descarga. Também é amplamente utilizado em tecnologia laser e detecção infravermelha.
O calor latente de vaporização do néon é 40 vezes maior que o do hélio, tornando-o adequado como refrigerante para temperaturas ultra-baixas, com temperatura mínima de -245,9 graus. O néon e o hélio também podem ser usados para medir a verdadeira densidade e área superficial de substâncias porosas.
O criptônio e o xenônio são usados principalmente em fontes de luz elétrica. As lâmpadas preenchidas com misturas de criptônio, xenônio e argônio são compactas,-duradoras e altamente eficientes-geralmente 4 a 5 vezes mais eficientes que as lâmpadas incandescentes, com vida útil aumentada em 2 a 3 vezes. Lâmpadas de flash e estroboscópios também utilizam criptônio e xenônio. Como a intensidade de descarga das lâmpadas de xenônio excede a da luz solar, as lâmpadas de xenônio de arco longo cheias de xenônio, comumente conhecidas como "pequenos sóis", têm capacidade de penetração de névoa-extremamente forte. Eles podem ser usados para iluminação em aeroportos, estações ferroviárias, docas e outros locais, bem como em campos de batalha.
Além disso, o xenônio tem um peso molecular relativamente grande e fortes propriedades anestésicas, tornando-o um anestésico ideal na medicina. O xenônio também tem a propriedade de ser impermeável aos raios X-e é usado como agente de contraste para fotografia cerebral de raios X-, bem como para proteção-de raios X.
