I gas nobili: caratteristiche e scoperta di composti
I gas nobili, noti anche come gas rari o gas inerti, si contraddistinguono per la loro struttura elettronica chiusa, che può essere un duetto per l’elio o un ottetto per gli altri elementi. Queste configurazioni particolarmente stabili spiegano la loro scarsa reattività chimica. I loro punti di fusione, ebollizione e calori di evaporazione crescono al crescere del peso atomico, poiché le uniche interazioni esistenti sono quelle di van der Waals, che aumentano con l’aumentare degli atomi e della loro polarizzabilità.
I gas nobili costituiscono una parte secondaria dell’atmosfera e possono essere ottenuti tramite distillazione frazionata dell’aria liquida. L’argo, il più abbondante di essi, è presente in grandi quantità a causa del decadimento del 40K per cattura di un elettrone. Al contrario, l’elio è molto scarso poiché non viene trattenuto dal campo gravitazionale, nonostante sia l’elemento più abbondante nel cosmo dopo l’idrogeno.
È interessante notare che l’elio è presente in quantità significative (fino al 70%) in alcuni gas naturali e rocce, dove si è formato dal decadimento di elementi radioattivi emettitori di particelle α. È formato principalmente dall’isotopo 4He. L’argo si trova in minerali che contengono potassio, dove si è formato dall’isotopo 40K. Il radon, un elemento radioattivo a vita breve, forma continuamente i suoi isotopi per decadimento nelle famiglie radioattive naturali dell’238U, 235U e 232Th. L’isotopo a vita più lunga è il 222Rn, che con emissione α e un tempo di dimezzamento di 3.8 giorni dà il 218Po.
Possibili composti
In passato, si conoscevano solo i clatrati come composti dei gas nobili, sostanze in cui gli atomi dei gas non sono legati, ma semplicemente intrappolati nelle cavità di una struttura ospitante. Tuttavia, il 1962 segnò una svolta quando Barlett, considerando che l’ossigeno reagisce con l’esafluoruro di platino, 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.
Altri composti noti dei gas nobili includono fluoruri termodinamicamente instabili come RnF6, RhF6, PuF6, che reagiscono in modo analogo. È ora noto che lo xeno può formare composti con il fluoro e l’ossigeno in vari stati di ossidazione da II a VI, tra cui 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 una struttura molecolare lineare. Il tetrafluoruro, ottenuto scaldando xeno e fluoro in rapporto molare 1:5, è un solido bianco che fonde a 114°C e ha una struttura molecolare quadrata. L’esafluoruro di xeno richiede condizioni più drastiche per formarsi dagli elementi ed è un solido bianco che fonde a 47.7°C in un liquido giallo. È noto anche che esso reagisce con l’acqua producendo XeO3 e HF.
Inoltre, sono noti composti dello xeno in stati di ossidazione compresi tra II e VI, tra cui XeOF4, che si prepara da XeF6 e H2O e può ancora accettare ioni F-. Evidenze di composti sono state ottenute anche per il cripto, ad esempio il difluoruro KrF2, sebbene reagisca con maggiore difficoltà rispetto allo xeno.