Xeno
Lo xenon o xeno (dal greco ξένον, xénon: "straniero")[2] è l'elemento chimico di numero atomico 54 e 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.
| Xeno | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Aspetto | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 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 |  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Termine spettroscopico | 1S0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Proprietà atomiche | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Peso atomico | 131,293 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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 (−111,7 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto di ebollizione | 165,1 K (−108,0 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punto critico | 15,85 °C a 5,841 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume molare | 35,92×10−3 m³/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Entalpia di vaporizzazione | 12,636 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calore di fusione | 2,297 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Velocità del suono | 1090 m/s a 25 °C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Altre proprietà | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Numero CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Scoperta ed etimologia
modificaLo xenon fu scoperto dal chimico scozzese William Ramsay e dal chimico inglese Morris Travers nel 1898,[3] dopo la loro scoperta del kripton e del neon.[4] Lo xenon venne trovato nel residuo lasciato dall'evaporazione dell'aria liquida.[5][6]
Il nome «xenon» (in inglese) venne suggerito da Ramsay derivandolo, come si usava, dal greco antico ξένον (xénon), nome neutro che significa straniero, estraneo, forestiero.[7]
Nel 1902 stimò che la concentrazione di questo gas nell'atmosfera in una parte in 20 milioni.[8]
Caratteristiche
modificaLo xenon 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 xenon produce una luce azzurra; questo fenomeno è sfruttato nella produzione di lampade.
A pressioni elevatissime (dell'ordine delle decine di gigapascal) lo xenon esiste allo stato metallico.[9]
Con l'acqua lo xenon può formare dei clatrati, ossia dei sistemi in cui gli atomi di xenon 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 xenon 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 xenon 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 xenon si annoverano:
- l'uso come anestetico generale
- 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
- come materiale bersaglio in fase liquida in esperimenti di ricerca diretta di materia oscura (XENON Dark Matter Search Experiment).
Disponibilità
modificaLo xenon 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
modifica
Fino al 1962 lo xenon 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 xenon 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 xenon, fluoro e ossigeno; alcuni di essi sono anche intensamente colorati.
Isotopi
modificaDell'elemento xenon si conoscono almeno 38 isotopi, con numeri di massa che vanno da A = 110, ad A = 147.[10] Tra questi, quelli naturalmente presenti sulla Terra sono i 9 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 più abbondante), 134Xe (10,436%), 136Xe (8,857%), con N = 82, numero magico di neutroni).[10] Passando dal primo all'ultimo di questi, l'eccesso dei neutroni sui protoni va da 16 a 28.
Isotopi naturali
modificaI primi due isotopi naturali dello xenon (124 e 126) e gli ultimi due (134 e 136) sono lievissimamente radioattivi.
Il 124Xe è soggetto a doppia emissione di positrone (2β+) accompagnata da doppia cattura elettronica (2ε) e dal modo misto (εβ+), trasformandosi in ogni caso in 124Te (stabile); le energie di decadimento per questi processi sono: Q2β+ = 820,04 keV, Qεβ+ = 1 842 keV e Qεε = 2 864 keV; l'emivita complessiva è di 1,6×1014 anni (circa 10 000 volte l'età stimata dell'Universo).[11]
Il 126Xe è dato come stabile[12] ma è soggetto a doppia cattura elettronica (2ε), trasformandosi in 126Te (stabile), rilasciando 896 keV di energia.
Il 128Xe è un isotopo stabile.[13]
Il 129Xe (spin 1/2+) è stabile ed è il principale nuclide che rende possibile la risonanza magnetica nucleare per lo xenon (129Xe-RMN): la sua buona abbondanza, la discreta sensitività e il valore di 1/2 dello spin nucleare, che comporta assenza di momento di quadrupolo nucleare, permettono di ottenere spettri con picchi stretti, quindi alta risoluzione, anche per molecole poco simmetriche.[14]
Il 130Xe è un isotopo stabile.[15]
Il 131Xe (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 abbastanza ben risolti solo per molecole sufficientemente simmetriche.[16]
Il 132Xe è un isotopo stabile.[17]
Il 134Xe è soggetto a doppio decadimento beta (2β−), trasformandosi in 134Ba (stabile), rilasciando 825,38 keV di energia, con emivita di 5,8×1022 anni.[18]
Il 136Xe, nonostante abbia i neutroni in numero magico, è soggetto a doppio decadimento beta (2β−), trasformandosi in 136Ba (stabile), rilasciando 2 461,8 keV di energia, con emivita di 2,4×1021 anni.[19]
Isotopi artificiali
modificaIl 122Xe è soggetto a cattura elettronica (ε) con emivita di 20,11 ore, emettendo 725 keV e trasformandosi in 122I, che poi decade ε a 122Te, stabile.[20]
Il 123Xe è soggetto ad emissione di positrone (β+) con emivita di 2,08 ore, emettendo 1 672,56 keV e trasformandosi in 123I, il quale decade a sua volta β+ a 123Te, che poi decade ε a 123Sb, stabile.[21]
Il 125Xe è soggetto ad emissione di positrone (β+) con emivita di 16,89 ore, emettendo 622,17 keV e trasformandosi in 125I, che poi decade ε a 125Te, stabile.[22]
Il 127Xe è soggetto a cattura elettronica (ε) con emivita di 36,345 giorni, emettendo 662,33 keV e trasformandosi in 127I, stabile.[23]
Il 133Xe è soggetto a decadimento beta (β−) con emivita di 5,243 giorni, emettendo 427,36 keV e trasformandosi in 133Cs, stabile.[24]
Il 135Xe è soggetto a decadimento beta (β−) con emivita di 9,139 ore, emettendo 1 164,8 keV e trasformandosi in 135Cs, che poi decade ancora β− a 135Ba, stabile.[25]
Il 137Xe è soggetto a decadimento beta (β−) con emivita di 3,818 minuti, emettendo 4 166,25 keV e trasformandosi in 137Cs, che poi decade ancora β− a 137Ba, stabile.[26]
Il 138Xe è soggetto a decadimento beta (β−) con emivita di 14,08 minuti, emettendo 2 736,5 keV e trasformandosi in 138Cs, che poi decade ancora β− a 138Ba, stabile.[27]
Applicazioni
modifica129Xe viene prodotto dal decadimento beta di 129I (emivita di 16 milioni di anni) e dalla cattura elettronica da parte di 129Cs (emivita di 32 ore);[28] 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 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 prodotto dal 222Rn.
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 del sistema solare. La datazione basata sul metodo iodio-xenon 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 Xe-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
modificaLo 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 potere ossidante.
Note
modifica- ^ Marco Malaspina, Osservato in Italia l’evento più raro di sempre, su Media INAF, Notiziario online dell'Istituto Nazionale di Astrofisica, 24 aprile 2019. URL consultato il 1º maggio 2019 (archiviato il 27 aprile 2019).
- ^ DIZIONARIO GRECO ANTICO - Greco antico - Italiano, su www.grecoantico.com. URL consultato il 5 agosto 2023.
- ^ (EN) The Nobel Prize in Chemistry 1904, su NobelPrize.org. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Universal Digital Library, Discovery Of The Element, Journal Of Chemical Education, 1956. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ William Ramsay e Morris Travers, On the extraction from air of the companions of argon, and neon, in Report of the Meeting of the British Association for the Advancement of Science: 828, vol. 1898.
- ^ It's Elemental - The Element Xenon, su education.jlab.org. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Lorenzo Rocci, Vocabolario Greco Italiano, 37ª ed., Società editrice Dante Alighieri, 1993, p. 1297.
- ^ (EN) An attempt to estimate the relative amounts of krypton and of xenon in atmospheric air, in Proceedings of the Royal Society of London, vol. 71, n. 467-476, 30 giugno 1903, pp. 421–426, DOI:10.1098/rspl.1902.0121. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ W. A. Caldwell, Nguyen, J., Pfrommer, B., Louie, S., Jeanloz, R., Structure, bonding and geochemistry of xenon at high pressures, in Science, vol. 277, n. 5328, 1997, pp. 930–933, DOI:10.1126/science.277.5328.930.
- ^ a b Isotope data for xenon-136 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-124 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Livechart - Table of Nuclides - Nuclear structure and decay data, su www-nds.iaea.org. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-126 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 luglio 2024.
- ^ Daniel Raftery, Xenon NMR Spectroscopy, Elsevier, 2006, pp. 205–270, DOI:10.1016/s0066-4103(05)57005-4, ISBN 978-0-12-505457-7. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-130 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 luglio 2024.
- ^ (Xe) Xenon NMR, su chem.ch.huji.ac.il. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-132 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 luglio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-134 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-136 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-122 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-123 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-125 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-127 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-133 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-135 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-137 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Isotope data for xenon-138 in the Periodic Table, su periodictable.com. URL consultato il 31 maggio 2024.
- ^ Table of Nuclides, su atom.kaeri.re.kr. URL consultato il 31 maggio 2024.
Bibliografia
modifica- 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 (archiviato dall'url originale il 22 ottobre 2010).
Altri progetti
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Collegamenti esterni
modifica- xeno, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
- (EN) xenon, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
- (EN) Xeno, su periodic.lanl.gov, Los Alamos National Laboratory. URL consultato il 17 marzo 2005 (archiviato dall'url originale il 22 novembre 2010).
- (EN) Xeno, su WebElements.com.
- (EN) Xeno, su EnvironmentalChemistry.com.
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