Xeno

Xeno
54 Xe                                                                                                                                                                                                                                                               iodio ← xeno → cesio
Aspetto
incolore, emissioni di luce azzurra
Linea spettrale
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	xeno, Xe, 54
Serie	gas nobili
Gruppo, periodo, blocco	18 (VIIIA), 5, p
Densità	5,9 kg/m³ (a 273 K)
Configurazione elettronica
Proprietà atomiche
Peso atomico	131,293 u
Raggio covalente	130 pm
Raggio di van der Waals	216 pm
Configurazione elettronica	[Kr]4d10 5s2 5p6
e− per livello energetico	2, 8, 18, 18, 8
Stati di ossidazione	0, 1, 2, 4, 6, 8
Struttura cristallina	cubica a facce centrate
Proprietà fisiche
Stato della materia	gas (non magnetico)
Punto di fusione	161,4 K (−111,75 °C)
Punto di ebollizione	165,1 K (−108,05 °C)
Punto critico	15,85 °C a 5,841 MPa
Volume molare	35,92 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	12,636 kJ/mol
Calore di fusione	2,297 kJ/mol
Velocità del suono	1 090 m/s a 25 °C
Altre proprietà
Numero CAS	7440-63-3
Elettronegatività	2,6 (scala di Pauling)
Calore specifico	158 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	nessun dato
Conducibilità termica	0,00569 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	1 170,4 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	2 046,4 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	3 099,4 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 124Xe 0,1% 1,1 × 1017  anni ε ε   124Te 125Xe sintetico 16,9 ore ε 1,652 125I 126Xe 0,09% Xe è stabile con 72 neutroni 127Xe sintetico 36,4 giorni ε 0,662 127I 128Xe 1,91% Xe è stabile con 74 neutroni 129Xe 26,4% Xe è stabile con 75 neutroni 130Xe 4,07% Xe è stabile con 76 neutroni 131Xe 21,2% Xe è stabile con 77 neutroni 132Xe 26,9% Xe è stabile con 78 neutroni 133Xe sintetico 5,243 giorni β− 0,427 133Cs 134Xe 10,4% Xe è stabile con 80 neutroni 135Xe sintetico 9,10 ore β− 1,16 135Cs 136Xe 8,9% 2,36 × 1021  anni β−β−   136Ba
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Lo xeno o xenon (dal greco ξένος -η -ον "xènos -e -on", significato: straniero) è l'elemento chimico di numero atomico 54. Il suo simbolo è Xe. È un gas nobile incolore, inodore e molto pesante; si trova in tracce nell'atmosfera terrestre ed è stato il primo gas nobile di cui si siano mai sintetizzati dei composti.

Caratteristiche

Lo xeno appartiene al gruppo dei cosiddetti gas nobili ed è normalmente considerato un elemento a valenza zero, che non forma quindi composti in condizioni ordinarie.

Eccitato da una scarica elettrica, lo xeno produce una luce azzurra; questo fenomeno è sfruttato nella produzione di lampade.

A pressioni elevatissime (dell'ordine delle decine di gigapascal) lo xeno esiste allo stato metallico.

Con l'acqua lo xeno può formare dei clatrati, ovvero dei sistemi in cui gli atomi di xeno sono fisicamente intrappolati all'interno del reticolo cristallino dell'acqua, benché non siano in alcun modo legati chimicamente ad essa.

Questo gas è famoso e principalmente usato per la realizzazione di lampade e dispositivi luminosi: lampade flash allo xeno per la fotografia, luci stroboscopiche, sorgenti di eccitazione per laser, lampade battericide e per dermatologia, lampade per l'illuminazione automobilistica; ormai tutte le lampade utilizzate per proiezioni cinematografiche utilizzano questo gas.

Le lampade ad arco di xeno ad alta pressione hanno una temperatura di colore simile a quella della luce solare, sono inoltre una fonte di luce ultravioletta a corta lunghezza d'onda e di radiazione nel vicino infrarosso.

Tra gli altri usi dello xeno si annoverano:

• l'uso come anestetico generico
• l'uso dei perxenati come agenti ossidanti in chimica analitica
• ¹³³Xe è un utile radioisotopo
• la produzione di immagini di tessuti umani, soprattutto delle vie respiratorie, per l'imaging a risonanza magnetica di ¹²⁹Xe iperpolarizzato
• l'impiego preferenziale nei motori a propulsione ionica, per via della sua facile ionizzabilità, del suo alto peso molecolare e della sua inerzia chimica.

Storia

Lo xeno (dal greco xenon, straniero) fu individuato nel 1898 in Inghilterra da William Ramsay e Morris Travers nel residuo ottenuto per evaporazione parziale dell'aria liquida.

Il suo nome è stato dato perché la sua presenza nell'aria atmosferica aveva una concentrazione di 8 × 10⁻⁸  (0,0000008%) in volume quindi per la sua "rarità".

Disponibilità

Lo xeno è un gas presente in tracce nell'atmosfera terrestre, in concentrazione di circa 0,05 ppm. Si trova anche nei gas emessi da alcune sorgenti minerali.

¹³³Xe e ¹³⁵Xe sono sintetizzati per irraggiamento da neutroni nei reattori nucleari raffreddati ad aria.

Industrialmente si ottiene per estrazione dal residuo dell'evaporazione dell'aria liquida.

Composti

Cristalli di XeF₄, 1962

Fino al 1962 lo xeno e gli altri gas nobili erano considerati chimicamente inerti ed incapaci di formare qualsivoglia composto chimico. Questa convinzione è stata smentita ed alcuni composti stabili di gas nobili sono stati sintetizzati.

Alcuni dei composti noti dello xeno sono il di-, il tetra- e l'esafluoruro, l'idrato e il deuterato, l'acido perxenico (H₄XeO₆), l'acido xenico (H₂XeO₄), il sodio perxenato, il triossido e il tetrossido (questi ultimi due, esplosivi).

Sono noti almeno 80 diversi composti formati da xeno, fluoro e ossigeno; alcuni di essi sono anche intensamente colorati.

Isotopi

Lo xeno in natura è una miscela di otto isotopi stabili e uno lievemente radioattivo. Oltre a questi, sono noti 20 isotopi instabili.

¹²⁹Xe viene prodotto dal decadimento beta di ¹²⁹I (emivita di 16 milioni di anni); ¹³¹Xe, ¹³³Xe, ^133mXe e ¹³⁵Xe sono alcuni dei prodotti di fissione di ²³⁵U e ²³⁹Pu e quindi usati come indicatori di avvenute esplosioni.

Concentrazioni relativamente alte di isotopi radioattivi dello xeno si sprigionano anche dai reattori nucleari, dalle barre di combustibile spezzate e dalla fissione dell'uranio nell'acqua di raffreddamento. Le concentrazioni sono comunque basse se comparate al fondo di radioattività naturale dovuto a ²²²Rn.

Essendo lo xeno prodotto dal decadimento di due isotopi genitori, i rapporti tra le quantità dei diversi isotopi di xeno sono molto utili nella datazione di reperti su scale temporali molto lunghe e trovano impiego nello studio delle origini del sistema solare. La datazione basata sul metodo iodio-xeno consente di datare reperti risalenti ad un periodo compreso tra la nucleosintesi primordiale e la condensazione dell'oggetto dalla nebulosa da cui s'è originato il Sole.

L'isotopo 135, con una sezione microscopica di assorbimento di 3 × 10⁸ fm², è un forte assorbitore di neutroni. Questo, unito alla frequenza con cui compare in seguito alle fissioni (soprattutto dal decadimento del ¹³⁵Te, ma anche come prodotto diretto di una fissione), assume una certa importanza in un reattore nucleare, dove la presenza di significative quantità di questo isotopo rende problematica la riattivazione della reazione dopo lo spegnimento del reattore, anche per molte ore.

Precauzioni

Lo xeno non è tossico e può essere maneggiato senza particolari precauzioni; fatte salve, se in bombola, quelle normalmente adottate per il maneggiamento di gas compressi.

I composti dello xeno sono invece tossici per via del loro elevato potere ossidante.

Bibliografia

• Francesco Borgese, Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico, Roma, CISU, 1993, ISBN 88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto, Tavola periodica e proprietà degli elementi, Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998.

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Collegamenti esterni

• (EN) Xeno, Los Alamos National Laboratory.
• (EN) Xeno, su WebElements.com.
• (EN) Xeno, su EnvironmentalChemistry.com.
• Xeno, in Thesaurus del Nuovo soggettario, BNCF, marzo 2013.