Xenó

El xenó és l'element químic de símbol Xe i nombre atòmic 54. Es tracta d'un gas noble incolor, dens i inodor que es troba en una abundància molt baixa a l'atmosfera de la Terra. Pertany al grup dels gasos nobles o grup 18, ubicat a la dreta de la taula periòdica, i al 5è període. Fou el darrer gas noble no radioactiu a ser descobert. El descobriren els científics britànics William Ramsay i Morris W. Travers l'estiu del 1898 i l'anomenaren «xenó» a partir del mot grec que significa ‘estrany’. És molt pesant i no tòxic. En destaca la coloració blava quan se l'excita amb una descàrrega elèctrica dins d'un tub a baixa pressió. Està present en l'atmosfera terrestre només en traces. També ha sigut detectat en el vent solar, en les atmosferes de Mart i Júpiter, en cometes i altres cossos. El 1962 fou el primer gas noble del qual s'obtingué un compost químic, l'hexafluoroplatinat de xenó XePtF6. Les aplicacions més importants són com a component de làmpades i com anestèsic.

Història La història del xenó comença el 1894 quan el físic anglès Lord Rayleigh (1842-1919) i el químic escocès William Ramsay (1852-1916) investigaven per què el nitrogen extret dels compostos químics era més lleuger que el nitrogen extret de l'aire, com havia observat Henry Cavendish cent anys abans. Ramsay trobà que, després que el nitrogen atmosfèric hagués reaccionat amb el magnesi metàl·lic calent, sobrava una petita proporció d'un gas més pesant i menys reactiu. Per aquest motiu l'anomenà «argó» del grec ἀργόν, argon ‘inactiu’. Com que no tenia lloc a la taula periòdica suposà que hi havia tot un grup que restava per descobrir-se.

El maig de 1898, al University College London, Ramsay i al seu estudiant Morris W. Travers (1872-1961) deixaren evaporar una mostra d'aire líquid fins que quedaren només uns pocs mil·lilitres. En examinar la descàrrega elèctrica del residu amb un espectroscopi, l'aparició d'una línia groga i una línia verda brillant, confirmant la presència d'un element nou que anomenaren «criptó», del grec κρυπτόν kriptón ‘ocult’.

Tanmateix s'adonaren que faltava un element més lleuger i que hauria de tenir un punt d'ebullició inferior a l'argó. El 12 de juny de 1898 prepararen una mostra per examinar-la amb l'espectroscopi, però, en produir descàrregues elèctriques a través del gas dins d'un tub a baixa pressió observaren una resplendor vermella brillant desconeguda i confirmaren la presència del nou element que faltava i que anomenaren «neó», del grec νέον néon ‘nou’. esquerra|miniatura|400x400px|Color dels diferents gasos nobles dins tubs de descàrrega El 12 de juliol, intentant aïllar més criptó, obtingueren un residu que havia de ser diòxid de carboni. El tractaren amb hidròxid de potassi per comprovar-ho, però després d'eliminar-lo encara quedà un petit residu d'unes tres dècimes de mil·lilitre. Posaren aquest residu dins d'un tub de descàrrega i observaren un color blau, que no es corresponia amb la d'altres gasos. Ramsay i Travers volien anomenar el nou gas pel seu color, però van comprovar que totes les arrels gregues i llatines que indicaven el blau havien estat apropiades molt abans pels químics orgànics. L'anomenaren «xenó», del grec ξένον xénon ‘estrany’.

Fou utilitzat per primera vegada com a anestèsic quirúrgic el 1951 per l'anestesiòleg estatunidenc Stuart C. Cullen (1909-1979), que operà amb èxit dos pacients.

El 1962 el químic anglès Neil Bartlett (1932-2008) demostrà que no era inert en fabricar un derivat de fluor, hexafluoroplatinat de xenó XePtF6. Fins ara s'han sintetitzat més de 100 compostos de xenó.

Abundància i obtenció Es troba en traces en l'atmosfera terrestre, apareixent en una part per vint milions. També se'l troba en els gasos emesos per algunes fonts naturals. L'atmosfera marciana en conté una concentració de 0,08 ppm. L'atmosfera de Júpiter en conté una proporció superior a l'esperada si s'accepta la teoria que es formà a partir dels gasos de la nebulosa que originà el sistema solar. S'ha descobert també en cometes, com el 67P/Txuriúmov-Herassimenko, i en el vent solar.

El xenó de l'atmosfera terrestre conté més isòtops pesants que el xenó del vent solar o els meteoroides i, durant dècades, els investigadors no van poder esbrinar d'on provenia aquest component pesant. Sovint se suggerí la idea que els cometes podrien haver-lo portat aquí, però les proves eren limitades. Ara es creu que el xenó atmosfèric de la Terra és una barreja entre el meteorític i el cometari.

L'element s'obté comercialment per extracció dels residus de l'aire liquat. El 2008 es van extreure de l'atmosfera dotze milions de litres de xenó i la producció creix per satisfer les necessitats tecnològiques. La producció d'1 l de xenó implica el processament de 400 000 kg d'oxigen i consumeix aproximadament 0,22 kWh (792 kJ) d'energia, dades que reflecteixen tant la seva raresa com el seu elevat cost.

Els isòtops Xe-133 i Xe-135 se sintetitzen per mitjà d'irradiació de neutrons en reactors nuclears refrigerats per aire.

Característiques principals Propietats físiques esquerra|miniatura|Llum blava del xenó dins d'un tub de descàrrega El xenó és un membre dels elements d'estat d'oxidació zero anomenats gasos nobles. El seu punt d'ebullició és de –108,09 °C i el de fusió –111,74 °C. La seva densitat en estat gasós és de 5,887 g/L. Amb una densitat i viscositat de 3,2 i 1,7 vegades la de l'aire, respectivament, la velocitat del so al xenó és més baixa que la de l'aire (densitat 1,226 g/L). Com a resultat, quan s'inhala, les freqüències de ressonància de les cordes vocals es redueixen produint un to característic de la veu de baix o greu, al contrari de la veu aguda causada per la inhalació d'heli.

En un tub ple de gas, el xenó emet una brillantor blava quan se l'excita amb una descàrrega elèctrica.

S'ha aconseguit xenó metàl·lic aplicant-li pressions de diversos centenars de quilobars. El xenó també pot formar clatrats amb aigua quan els seus àtoms queden atrapats en un entramat de molècules d'aigua.

Propietats químiques Walther Kossel (1888-1956) el 1916 i Linus C. Pauling (1901-1994) el 1932, predigueren que l'energia d'ionització del xenó era 12,1 eV i possibilitava la seva reacció amb oxidants potents que podrien arrabassar-li un electró. Però no fou fins al 1962 que el químic anglès Neil Bartlett aconseguí el primer compost de xenó. Bartlett estudiava les propietats de l'hexafluorur de platí PtF6 a la Universitat de la Colúmbia Britànica a Vancouver, Canadà, i observà que podia arrabassar un electró del dioxigen O2 segons la reacció:

O2 + PtF6 -> O2+[PtF6]^-Per ionitzar el dioxigen (O2 -> O2+) són necessaris 12,2 eV d'energia, un poc superior a l'energia d'ionització del xenó, 12,1 eV. A més, el catió dioxigen(1+) té aproximadament el mateix volum que el catió xenó(1+), per la qual cosa l'energia reticular en composts iònics hauria de ser semblant. Bartlett provà, a partir d'aquestes consideracions, la reacció de l'hexafluorur de platí (gas de color vermellós) amb el xenó (gas incolor) i es produí la reacció, formant-se l'hexafluororplatinat de xenó XePtF6 (sòlid de color groc mostassa). La reacció és:

Xe + PtF6 -> XePtF6

Composts d'halògens Després d'aquest descobriment els químics es llançaren a sintetitzar nous composts de xenó. Amb el fluor el xenó reacciona activant la mescla mitjançant medis tèrmics, fotoquímics o altres, donant en funció de les condicions de partida el difluorur de xenó XeF2, el tetrafluorur de xenó XeF4 i l'hexafluorur de xenó XeF6, segons les reaccions següents:

Xe + F2 -> XeF2Xe + 2F2 -> XeF4Xe + 3F2 -> XeF6

D'acord amb la teoria d'enllaç de valència es pot explicar la reactivitat del xenó a partir de considerar que pot promocionar electrons de la seva capa de valència a orbitals atòmics 5d buits. Si en promociona un quedaran dos orbitals amb un sol electró i la possibilitat de formar dos enllaços; si en promociona dos podrà formar quatre enllaços; si en promociona tres en podrà formar sis; i si en promociona quatre li permetrà formar vuit enllaços. Les configuracions electròniques serien la primera per a l'estat fonamental i la segona pels diferents estats excitats:

Xe = [Kr] 5s^2 4d^10 5p^6Xe = [Kr] 5s^2 4d^10 5p^{6-n} \ 5d^{n}

Composts amb l'oxigen miniatura|Molècula de XeO3 Mitjançant una hidròlisi parcial l'hexafluorur de xenó produeix oxitetrafluorur de xenó, d'acord amb la reacció:

XeF6 + H2O -> XeOF4 + 2 HF miniatura|Estructura de l'àcid perxènic La hidròlisi completa produeix el triòxid de xenó, compost altament explosiu amb despreniment de 402 kJ/mol. Les seves dissolucions aquoses són estables, però molt oxidants. La reacció de síntesi i la de descomposició són, respectivament:

XeF6 + 3H2O -> XeO3 + 6HFXeO3 -> Xe + 3/2 O2 Si una dissolució de triòxid de xenó es fa reaccionar amb àlcalis s'obtendrà l'hidrogenxenat HXeO4-, on el xenó empra nombre d'oxidació 6. Aquest poden reaccionar amb més hidròxids per donar perxenats, amb el xenó amb nombre d'oxidació 8:

2HXeO4- + 2 OH- -> XeO6^4- + Xe + O2 + H2OEl tractament d'una sal de perxenat amb àcid sulfúric produeix el tetraòxid de xenó:

Ba2XeO6 + 2 H2SO4 -> XeO4 + 2 BaSO4 + 2 H2O

Complexos de coordinació miniatura|Catió tetraxenóor(2+) El primer complex de coordinació de gasos nobles estable en dissolució fou el Cr(CO)5Xe, sintetitzat per Turner i col·laboradors el 1983. Es va generar per fotòlisi amb llum ultraviolada de hexacarbonil de crom en xenó liquat i criptó liquat dopat amb xenó a –98 °C, i identificat pel seu característic espectre infraroig. D'altres complexos de coordinació obtinguts inicialment foren W(CO)5Xe, CpRe(CO)2Xe, XeAgX \ (X= F, Cl), XeCuX \ (X= F, Cl) , XeAuF, [AuXe4](Sb2F11)2, [trans-AuXe2](SbF6)2, etc.

Isòtops

A la natura, el xenó es troba en vuit isòtops estables i un lleugerament radioactiu. A més d'aquestes formes estables, s'han estudiat 20 isòtops inestables més. El Xe-129 es produeix per emissió beta del iode 129 (període de semidesintegració: 16 milions d'anys); els isòtops Xe-131, Xe-132, Xe-134 i Xe-136 són productes de fissió nuclear tant de l'U-238 com del Pu-244. En ser el xenó un traçador amb dos isòtops pares, el mesurament dels isòtops de xenó en els meteorits resulta ser una poderosa ferramenta per a l'estudi de la formació del sistema solar. El mètode I-Xe de datació radiomètrica permet calcular el temps transcorregut entre la nucleosíntesi i la condensació d'un objecte sòlid a partir de la nebulosa solar. Els isòtops de xenó també són útils per a entendre la diferenciació terrestre. Es creu que l'excés de Xe-129 trobat en emanacions gasoses de diòxid de carboni a Nou Mèxic es deu al decaïment de gasos derivats del mantell per a després de la formació de la Terra.

Aplicacions miniatura|375x375px|Vídeo d'una descàrrega d'una làmpada flaix de xenó

Làmpades L'ús principal i més famós d'aquest gas és en la fabricació de làmpades de xenó emprades en les llums davanteres dels cotxes, en projectors de gran potència de cinemes, en reflectors, làmpades bactericides, tubs electrònics, làmpades estroboscòpiques i flaixos fotogràfics, així com en làmpades usades per a excitar làsers de robí, que generen d'aquesta manera llum coherent.

Medicina