I gas nobili hanno l’ottetto completo e infatti si mostrano resistenti all’azione di sostanze chimiche pertanto si riteneva non formassero composti.
I gas nobili che sono elio, neon, argon, kripton, xeno e radon si presentano come gas monoatomici e tutti gassosi a temperatura e pressione ordinaria. Essi si trovano nell’atmosfera e l’elio si trova anche in alcune acque naturali oltre che in alcuni gas naturali.
Quando nel 1775 il chimico britannico Henry Cavendish analizzò un campione di aria trovò che oltre ai gas che si aspettava di rinvenire ovvero O2, N2 e CO2 erano altri presenti altri gas. Solo nel 1894 Lord Rayleigh e Sir William Ramsay scoprirono che la parte di aria non costituita dai gas O2, N2 e CO2 era prevalentemente di argon. A partire dal 1901 furono isolati i gas nobili tramite distillazione frazionata.
La resistenza all’azione di sostanze chimiche dei gas nobili è dovuta al fatto che essi non hanno elettroni spaiati in quanto l’ultimo orbitale pieno: l’elio ha infatti configurazione 1s2, il neon 2p6, l’argon 3p6, il kripton 4p6, lo xeno 5p6 e il radon 6p6 e ad oggi non sono stati trovati composti di metalli nobili in natura.
Alcuni chimici tra cui Walter Kossel nel 1916 e nel 1933 Linus Pauling misero in discussione l’inerzia assoluta dei gas nobili. Si ipotizzò che lo xeno, il più pesante tra i gas nobili, i cui elettroni esterni sono meno attratti dal nucleo, potesse formare composti
Esafluoroplatinato di xeno
Solo nel 1962 il chimico Neil Bertlett ottenne il primo composto in cui era presente un gas nobile ovvero l’ esafluoroplatinato di xeno, composto chimico che si presenta come un solido color giallo arancio e avente formula XePtF6. Attualmente la chimica dei gas nobili costituisce un potenziale strumento di sviluppo per la sintesi di nuovi composti che essendo instabili sono altamente reattivi. Si è trovato che solo i gas nobili più leggeri ovvero l’elio e il neon non formano composti in condizioni ordinarie.
Sono stati sintetizzati ad esempio il difluoruro, il tetrafluoruro e l’esafluoruro di xeno a partire dagli elementi. In particolare il difluoruro di xeno viene ottenuto a partire da xeno e fluoro secondo la reazione:
Xe(g) + F2(g) → XeF2(g)
Nel prodotto della reazione, che avviene in presenza di scariche elettriche, lo xeno presenta numero di ossidazione +2. La molecola XeF2 non segue la regola dell’ottetto ed è pertanto ipervalente in quanto lo xeno ha più di otto elettroni nel suo guscio più esterno ovvero presenta un ottetto espanso.
Difluoruro di xeno
Il difluoruro di xeno è stato utilizzato per convertire l’uracile in 5-fluorouracile che è stato uno dei primi prodotti antitumorali. Tale composto ha proprietà ossidanti infatti in acqua dà luogo a una reazione di decomposizione:
XeF2 + 2 H2O→ Xe + 4 HF + O2
Tra i vari usi del difluoruro di xeno che peraltro è un agente fluorurante ricordiamo il suo utilizzo per incidere chimicamente il silicio nei sistemi microelettromeccanici.
Tetrafluoruro di xeno
Il tetrafluoruro di xeno, scoperto nel 1963, viene ottenuto a partire dagli elementi secondo la reazione esotermica:
Xe(g) + 2 F2(g) → XeF4(g)
Esafluoruro di xeno
L’esafluoruro di xeno viene ottenuto dal difluoruro di xeno in presenza di NiF2 quale catalizzatore o a partire dagli elementi. Il composto, in cui lo xeno ha numero di ossidazione +6, è un agente che mostra maggior forza ossidante e fluorurante rispetto al difluoruro e al tetrafluoruro di xeno.
Gli alogenuri di xeno sono sostanze reattive: essi reagiscono con l’acqua per dare ossidi di gas nobili:
XeF6 + 3 H2O → XeO3 + 6 HF
Il tetracloruro di xeno reagisce rapidamente con l’acqua per dare una reazione di disproporzione:
6 XeF4 + 12 H2O → 2 XeO3 + 4 Xe + 3 O2 + 24 HF
Il difluoruro di xeno, tuttavia reagisce lentamente con l’acqua, per dare xeno e ossigeno:
2 XeF2 + 2 H2O → 2 Xe + O2 + 4 HF
Il difluoruro di radon è uno dei pochi composti del radon riportati in letteratura ottenuto dalla reazione del radon con il fluoro che tuttavia tende a decomporsi. L’utilizzo dei composti del radon è limitato a causa della radioattività del gas nobile: l’isotopo più stabile del radon, il 222Ra ha infatti un tempo di dimezzamento di 3.82 giorni.