Tutti gli argomenti trattati di seguito sono appunti delle lezioni di Chimica inorganica I (A.A. 2024/2025). Per la stesura di questi appunti è stato utilizzato anche il libro “La chimica inorganica di Atkins di Weller, Overton, Rourke e Amstron” e “Chimica inorganica di Wilkinson”.
Proprietà generali dei gas nobili
I gas nobili sono elementi del gruppo 18, tutti monoatomici a temperatura ambiente, incolori e inodori. Tradizionalmente chiamati gas inerti, questa definizione è oggi imprecisa, poiché alcune reazioni dello xeno hanno dimostrato che non tutti sono completamente inattivi. La configurazione elettronica di valenza in stato fondamentale è ns² np⁶, il che conferisce loro un ottetto completo e una grande stabilità.
Questi elementi mostrano elevate energie di prima ionizzazione e affinità elettroniche negative. La scarsa reattività deriva proprio da questi fattori: non hanno tendenza né a cedere né a ricevere elettroni e difficilmente condividono elettroni per formare legami chimici. In fase liquida possono formare basse concentrazioni di dimeri, tenuti insieme da forze di dispersione. I gas nobili più leggeri hanno punti di ebollizione bassi, poiché le forze di dispersione sono deboli e non esistono ulteriori entità interagenti.
Chimica dello xeno e reattività con il fluoro
La scoperta, nel 1962, delle reazioni dello xeno ha aperto lo studio della sua chimica. Lo xeno reagisce principalmente con il fluoro e può presentare stati di ossidazione da +2 a +8, alcuni dei quali sono notevolmente stabili. Tra i composti più importanti ci sono il difluoruro di xeno, il tetrafluoruro di xeno e l’esafluoruro di xeno. Questi derivano da reazioni sequenziali con il fluoro, con costanti di equilibrio determinate o calcolate per temperature comprese tra 25 e 500°C.
Il difluoruro di xeno subisce idrolisi lenta in acido diluito, ma reagisce velocemente in presenza di basi. Inoltre, agisce come potente agente ossidante, con un potenziale standard di +2,64 V. Il tetrafluoruro di xeno è in grado di fluorurare selettivamente anelli aromatici sostituiti e reagisce rapidamente con idrogeno per formare xeno e acido fluoridrico. L’esafluoruro di xeno reagisce rapidamente con quarzo e si idrolizza altrettanto velocemente.
Formazione di ossofluoruri, fluorocationi e ossofluoroanioni
Lo xeno può dare origine a diverse classi di composti: ossofluoruri, fluorocationi e ossofluoroanioni. Gli ossofluoruri, come XeOF₄ e XeO₂F₂, sono stabili e ben caratterizzati. I fluorocationi, come XeF⁺ e Xe₂F₃⁺, si formano trasferendo ioni fluoruro a forti accettori. Gli ossofluoroanioni derivano da sali stabili, del tipo MXeO₃F, ottenuti trattando XeO₃ con KF o CsF; studi ai raggi X rivelano che l’anione ha una struttura polimerica complessa.
Idrolizzando tetrafluoruro o esafluoruro di xeno con acqua, si ottengono composti xeno-ossigeno come XeO₃. In soluzioni basiche, XeO₃ forma perxanati, le cui soluzioni gialle sono ossidanti molto energici. Queste reazioni rendono i composti dello xeno di grande interesse sia in chimica teorica che in applicazioni pratiche, nonostante la loro manipolazione richieda estrema cautela.