I gas nobili: proprietà e composti

I gas nobili, detti anche gas rari o gas inerti, sono caratterizzati da una struttura elettronica chiusa, duetto per l’elio, ottetto per gli altri.

Tali configurazioni sono particolarmente stabili e spiegano la loro nulla o scarsa reattività. I punti di fusione, di ebollizione e i calori di evaporazione crescono regolarmente al crescere del peso atomico perché le uniche interazioni esistenti sono quelle di van der Waals che crescono regolarmente al crescere degli atomi e della loro polarizzabilità.

I gas nobili sono costituenti secondari dell’atmosfera e si possono ottenere per distillazione frazionata dell’aria liquida. Il più abbondante di essi, l’argo, deve la sua abbondanza al decadimento del 40K per cattura di un elettrone.

L’elio, invece, è molto scarso perché non viene trattenuto dal campo gravitazionale. Esso, però è l’elemento più abbondante del cosmo dopo l’idrogeno.

E’ presente in quantità apprezzabili (fino al 70%) in alcuni gas naturali e rocce dove si è formato dal decadimento di elementi radioattivi emettitori di particelle α che, ossidando i materiali circostanti, si trasformano nel gas. L’elio è essenzialmente formato dall’isotopo 4He. L’argo si trova in minerali che contengono potassio, dove si è formato dall’isotopo 40K. Il radon è un elemento radioattivo a vita breve e i suoi isotopi si formano continuamente per decadimento nelle famiglie radioattive naturali dell’ 238U , 235U e 232Th.

L’isotopo a vita più lunga è 222Rn che con emissione α e tempo di dimezzamento di 3.8 giorni dà 218Po.

Composti

In precedenza l’unico tipo di composti dei gas nobili conosciuti erano i clatrati, sostanze in cui gli atomi di tali gas non sono legati, ma semplicemente intrappolati nelle cavità di una struttura ospitante. Per esempio la pirocatechina (1,2 diidrossibenzene) è in grado di cristallizzare in una struttura che contiene gabbie vuote del diametro di circa 4 Å

In queste gabbie vuote possono trovar posto le molecole di gas che non possono più sfuggire se non per distruzione del reticolo. Per elementi più pesanti è prevedibile la possibilità di formare veri composti sulla base delle energie di ionizzazione e delle energie di promozione di un elettrone dal livello np a quello (n+1)s. Nel 1962 Barlett, considerando che l’ossigeno reagisce con esafluoruro di platino dando il composto ionico O2+[PtF6] e constatando che lo xeno ha un potenziale di ionizzazione vicino a quello dell’ossigeno molecolare (12.2 eV) fece reagire lo xeno con esafluoruro di platino a temperatura ambiente e ottenne un solido rosso che si è rivelato essere Xe[PtF6]x con x compreso tra 1 e 2.

Anche altri fluoruri termodinamicamente instabili come RnF6 , RhF6, PuF6, reagiscono in modo analogo.

Sono ora noti composti dello xeno in stati di ossidazione compresi tra II e VI. Si tratta essenzialmente di composti con il fluoro e l’ossigeno.

Sono noti i seguenti fluoruri XeF2, XeF4 e XeF6. Il difluoruro si ottiene per sintesi diretta dagli elementi in condizioni controllate per impedire che la reazione proceda verso il tetrafluoruro. XeF2 è un solido cristallino bianco che fonde a 140°C e ha struttura molecolare lineare. Si idrolizza in acqua secondo la reazione:

2 XeF2 + 2 H2O → 2 Xe + O2 + 4 HF

Il tetrafluoruro si ottiene facilmente e quantitativamente scaldando a 400°C xeno e fluoro in rapporto molare 1:5 in un recipiente di nichel. E’ un solido bianco che fonde a 114°C e ha una struttura molecolare quadrata. Si idrolizza in acqua secondo la reazione:

6 XeF4 + 12 H2O → 2 XeO3 +4 Xe +3 O2 + 24 HF

L’esafluoruro di xeno richiede condizioni più drastiche per formarsi dagli elementi e il rapporto molare dei reagenti è di 1:20. E’ un solido bianco che fonde a 47.7°C in un liquido giallo. La sua struttura è ottaedrica distorta in fase gassosa mentre allo stato solido è costituita da ioni XeF5+ e F .

 

xenon

Anche l’esafluoruro reagisce con l’acqua secondo la reazione

XeF6 + 3 H2O → XeO3 + 6 HF

Il triossido precipita dalle soluzioni come solido incoloro ed esplosivo mentre le sue soluzioni sono stabili. In soluzioni alcaline il triossido dà lo ione HXeO2 che si disproporziona lentamente:

2 HXeO2– + 2 OH → XeO64- + Xe + O2 + 2 H2O

E’ noto anche l’ossofluoruro, XeOF4 che si prepara secondo la reazione:

XeF6 + H2O →  XeOF4 + 2 HF

L’esafluoruro XeF6 può ancora accettare ioni F; esso reagisce con i fluoruri alcalini dando ioni [XeF7]. Evidenze di composti sono state ottenute anche per il cripto che però reagisce con molta più difficoltà dello xeno. Per esempio è noto il difluoruro KrF2.

 

ARGOMENTI

GLI ULTIMI ARGOMENTI

TI POTREBBE INTERESSARE

Resa percentuale in una reazione. Esercizi svolti e commentati

La resa percentuale di una reazione costituisce un modo per valutare l'economicità di una reazione industriale che può essere accantonata se è bassa. Si possono...

Bilanciamento redox in ambiente basico: esercizi svolti

Il bilanciamento di una reazione redox in ambiente basico  può avvenire con  il metodo delle semireazioni. Nel bilanciamento vanno eliminati di eventuali ioni spettatori...

Temperature di ebollizione di composti organici

Le temperature di ebollizione dei composti organici forniscono informazioni relative alle loro proprietà fisiche e alle caratteristiche della loro struttura e costituiscono una delle...