Xeno

Xeno
54 Xe iodio← xeno →cesio
Aspetto
Aspetto dell'elemento incolore, emissioni di luce azzurra
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	xeno, Xe, 54
Serie	gas nobili
Gruppo,periodo,blocco	18 (VIIIA),5,p
Densità	5,9 kg/m³(a273K)
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	1S0
Proprietà atomiche
Peso atomico	131,293
Raggio covalente	130pm
Raggio di van der Waals	216 pm
Configurazione elettronica	[Kr]4d105s25p6
e−perlivello 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	161,4K(−111,7°C)
Punto di ebollizione	165,1 K (−108,0 °C)
Punto critico	15,85°Ca5,841MPa
Volume molare	35,92×10−3m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	12,636kJ/mol
Calore di fusione	2,297 kJ/mol
Velocità del suono	1090m/sa25°C
Altre proprietà
Numero CAS	7440-63-3
Elettronegatività	2,6 (scala di Pauling)
Calore specifico	158J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	nessun dato
Conducibilità termica	0,00569W/(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% 1,8×1022anni ε ε 124Te 125Xe sintetico 16,9 ore ε 1,652 125I 126Xe 0,09% Xe è stabile con 72neutroni 127Xe sintetico 36,4 giorni ε 0,662 127I 128Xe 1,91% Xe è stabile con 74neutroni 129Xe 26,4% Xe è stabile con 75neutroni 130Xe 4,07% Xe è stabile con 76neutroni 131Xe 21,2% Xe è stabile con 77neutroni 132Xe 26,9% Xe è stabile con 78neutroni 133Xe sintetico 5,243 giorni β− 0,427 133Cs 134Xe 10,4% Xe è stabile con 80neutroni 135Xe sintetico 9,10 ore β− 1,16 135Cs 136Xe 8,9% 2,36×1021anni 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

Loxenonoxeno(dalgrecoξένον,xénon: "straniero" )è l'elemento chimicodinumero atomico54 e il suo simbolo èXe.È ungas nobileincolore, inodore e molto pesante; si trova in tracce nell'atmosfera terrestreed è stato il primogas nobiledi cui si siano mai sintetizzati dei composti.

Scoperta ed etimologia

Lo xenon fu scoperto dal chimico scozzeseWilliam Ramsaye dal chimico ingleseMorris Traversnel 1898,dopo la loro scoperta delkriptone delneon.Lo xenon venne trovato nel residuo lasciato dall'evaporazione dell'aria liquida.

Il nome «xenon» (in inglese) venne suggerito da Ramsay derivandolo, come si usava, dal greco anticoξένον(xénon), che significa straniero, estraneo, forestiero.

Nel 1902 stimò che la concentrazione di questo gas nell'atmosfera in una parte in 20 milioni.

Caratteristiche

Lo xenon appartiene al gruppo dei cosiddettigas nobilied è normalmente considerato un elemento a valenza zero, che non forma quindi composti in condizioni ordinarie.

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

A pressioni elevatissime (dell'ordine delle decine digigapascal) lo xenon esiste allo stato metallico.

Con l'acqualo xenon può formare deiclatrati,ossia dei sistemi in cui gli atomi di xenon sono fisicamente intrappolati all'interno delreticolo cristallinodell'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 flashallo xenon per la fotografia,luci stroboscopiche,sorgenti di eccitazione perlaser,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 xenon ad alta pressione hanno una temperatura di colore simile a quella della lucesolare,sono inoltre una fonte di luceultraviolettaa corta lunghezza d'onda e di radiazione nel vicinoinfrarosso.

Tra gli altri usi dello xenon si annoverano:

• l'uso comeanestetico generale
• l'uso deiperxenaticome agentiossidantiin chimica analitica
• ¹³³Xe è un utileradioisotopo
• la produzione di immagini di tessuti umani, soprattutto delle vie respiratorie, per l'imaging a risonanza magneticadi¹²⁹Xe iperpolarizzato
• l'impiego preferenziale nei motori apropulsione ionica,per via della sua facile ionizzabilità, del suo altopeso molecolaree della sua inerzia chimica
• come materiale bersaglio in fase liquida in esperimenti di ricerca diretta di materia oscura (XENON Dark Matter Search Experiment).

Disponibilità

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

¹³³Xe e¹³⁵Xe sono sintetizzati per irraggiamento da neutroni nei reattori nucleari raffreddati ad aria.

Industrialmente si ottiene per estrazione dal residuo dell'evaporazione dell'arialiquida.

Composti

Cristalli diXeF₄,1962

Fino al1962lo xenon e gli altri gas nobili erano considerati chimicamente inerti ed incapaci di formare qualsivogliacomposto chimico.Questa convinzione è stata smentita ed alcuni composti stabili di gas nobili sono stati sintetizzati.

Alcuni dei composti noti dello xenon sono ildi-,iltetra-e l'esafluoruro,l'idrato e il deuterato, l'acido perxenico(H₄XeO₆), l'acido xenico(H₂XeO₄), il sodio perxenato, iltriossidoe iltetrossido(questi ultimi due, esplosivi).

Sono noti almeno 80 diversi composti formati da xenon,fluoroeossigeno;alcuni di essi sono anche intensamente colorati.

Isotopi

Dell'elementoxenon si conoscono almeno 38isotopi,connumeri di massache vanno daA= 110, adA= 147.Tra questi, quelli naturalmente presenti sulla Terra sono gli 8 isotopi che seguono, con le loro abbondanze relative in parentesi:¹²⁴Xe (0,095%),¹²⁶Xe (0,089%),¹²⁸Xe (1,91%),¹²⁹Xe (26,4%),¹³⁰Xe (4,071%),¹³¹Xe (21,232%),¹³²Xe (26,909%, il piùabbondante),¹³⁴Xe (10,436%),¹³⁶Xe (8,857%, conN= 82,numero magicodineutroni).Passando dal primo all'ultimo di questi, l'eccesso dei neutroni suiprotoniva da 16 a 28.

Isotopi naturali

I primi due isotopi naturali dello xenon (124 e 126) e gli ultimi due (134 e 136) sono lievissimamenteradioattivi.

Il¹²⁴Xe è soggetto adoppia emissione di positrone(2β⁺) accompagnata dadoppia cattura elettronica(2ε) e dal modo misto (ε+β⁺), trasformandosi in ogni caso in¹²⁴Te (stabile), rilasciando 820,04 keVdi energia (2.864 keV per il modo 2ε), con emivita di 1,6×10¹⁴anni (circa 10.000 volte l'età stimata dell'Universo).

Il¹²⁶Xe è dato come stabilema è soggetto a doppia cattura elettronica (2ε), trasformandosi in¹²⁶Te (stabile), rilasciando 896 keVdi energia.

Il¹²⁹Xe (spin 1/2+) è stabile ed è il principalenuclideche rende possibile larisonanza magnetica nucleareper lo xenon (¹²⁹Xe-RMN): la sua buona abbondanza, la discreta sensitività e il valore di 1/2 dello spin nucleare, che comporta assenza dimomento di quadrupolonucleare, permettono di ottenere spettri con picchi stretti anche per molecole poco simmetriche.

Il¹²⁹Xe (spin 3/2+) è stabile ed è l'altro nuclide che permette la RMN per lo xenon; il suo spin > 1/2 comporta momento di quadrupolo, per cui si ottengono spettri ben risolti solo per molecole abbastanza simmetriche.

Il¹³⁴Xe è soggetto adoppio decadimento beta(2β⁻), trasformandosi in¹³⁴Ba (stabile), rilasciando 825,38 keVdi energia, con emivita di 5,8×10²²anni.

Il¹³⁶Xe, nonostante abbia i neutroni in numero magico, è soggetto a doppio decadimento beta (2β⁻), trasformandosi in¹³⁶Ba (stabile), rilasciando 2.461,8 keVdi energia, con emivita di 2,4×10²¹anni.

Isotopi artificiali

Il¹²²Xe è soggetto a cattura elettronica (ε) con emivita di 20,11 ore, emettendo 725 keV e trasformandosi in¹²²I, che poi decadeεa¹²²Te, stabile.

Il¹²³Xe è soggetto ad emissione di positrone (β⁺) con emivita di 2,08 ore, emettendo 1.672,56 keV e trasformandosi in¹²³I, il quale decade a sua voltaβ⁺a¹²³Te, che poi decadeεa¹²³Sb, stabile.

Il¹²⁵Xe è soggetto ad emissione di positrone (β⁺) con emivita di 16,89 ore, emettendo 622,17 keV e trasformandosi in¹²⁵I, che poi decadeεa¹²⁵Te, stabile.

Il¹²⁷Xe è soggetto a cattura elettronica (ε) con emivita di 36,345 giorni, emettendo 662,33 keV e trasformandosi in¹²⁷I, stabile.

Il¹³³Xe è soggetto a decadimento beta (β⁻) con emivita di 5,243 giorni, emettendo 427,36 keV e trasformandosi in¹³³Cs, stabile.

Il¹³⁵Xe è soggetto a decadimento beta (β⁻) con emivita di 9,139 ore, emettendo 1.164,8 keV e trasformandosi in¹³⁵Cs, che poi decade ancoraβ⁻a¹³⁵Ba, stabile.

Il¹³⁷Xe è soggetto a decadimento beta (β⁻) con emivita di 3,818 minuti, emettendo 4.166,25 keV e trasformandosi in¹³⁷Cs, che poi decade ancoraβ⁻a¹³⁷Ba, stabile.

Il¹³⁸Xe è soggetto a decadimento beta (β⁻) con emivita di 14,08 minuti, emettendo 2.736,5 keV e trasformandosi in¹³⁸Cs, che poi decade ancoraβ⁻a¹³⁸Ba, stabile.

Applicazioni

¹²⁹Xe viene prodotto daldecadimento betadi¹²⁹I(emivitadi 16 milioni di anni) e dalla cattura elettronica da parte di¹²⁹Cs (emivitadi 32 ore);¹³¹Xe,¹³³Xe,^133mXe e¹³⁵Xe sono alcuni dei prodotti difissionedi²³⁵Ue²³⁹Pue quindi usati come indicatori di avvenute esplosioni.

Concentrazioni relativamente alte di isotopi radioattivi dello xenon 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 a²²²Rn.

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

L'isotopo 135, con unasezione microscopicadi assorbimento di3×10⁸fm²,è un forte assorbitore di neutroni. Questo, unito alla frequenza con cui compare in seguito allefissioni(soprattutto dal decadimento del¹³⁵Te,ma anche come prodotto diretto di una fissione), assume una certa importanza in unreattore 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 xenon 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 xenon sono invece tossici per via del loro elevato potereossidante.

Bibliografia

• Francesco Borgese,Gli elementi della tavola periodica. Rinvenimento, proprietà, usi. Prontuario chimico, fisico, geologico,Roma, CISU, 1993,ISBN88-7975-077-1.
• R. Barbucci, A. Sabatini e P. Dapporto,Tavola periodica e proprietà degli elementi,Firenze, Edizioni V. Morelli, 1998(archiviato dall'url originaleil 22 ottobre 2010).

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• xeno,suTreccani.it – Enciclopedie on line,Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN)xenon,suEnciclopedia Britannica,Encyclopædia Britannica, Inc.
• (EN)Xeno,superiodic.lanl.gov,Los Alamos National Laboratory.URL consultato il 17 marzo 2005(archiviato dall'url originaleil 22 novembre 2010).
• (EN)Xeno,suWebElements.
• (EN)Xeno,suEnvironmentalChemistry.