Xenon Xe

Storia della scoperta

Il 12 luglio 1898 William Ramsay e Morris Travers arrivarono in fondo alla loro distillazione dell'aria liquida: nella frazione più pesante, dopo il cripton e il neon, restava ancora un gas. Le sue righe spettrali erano nuove, e ne chiamarono xenon, dal greco xenos, «straniero», «ospite».

Trovarlo era una cosa, averne era un'altra: nell'aria lo xenon sta in una parte su undici milioni e mezzo, e per raccoglierne un litro bisogna lavorare undici milioni di litri d'aria. Per mezzo secolo restò un gas da laboratorio, interessante e inutilizzabile, e la sua chimica — cioè la sua assenza di chimica — non fu quasi studiata.

Nel 1962 Neil Bartlett, a Vancouver, stava studiando l'esafluoruro di platino, un composto talmente ossidante da strappare un elettrone perfino all'ossigeno molecolare. Notò che l'energia necessaria a ionizzare lo xenon era quasi identica a quella dell'ossigeno, e ne trasse la conseguenza: il 23 marzo mise i due gas a contatto e ottenne un solido giallo-arancio, il primo composto di un gas nobile mai preparato.

Il risultato cambiò un capitolo dei manuali nel giro di mesi. In poco tempo furono preparati fluoruri e ossidi di xenon, poi composti di cripton e infine, a temperature bassissime, perfino di argon: la colonna che si definiva per l'inerzia si rivelò una colonna di elementi molto poco reattivi, non inerti. È uno dei casi in cui una proprietà data per definitoria si è rivelata solo un limite delle condizioni sperimentali.

Caratteristiche

Lo xenon forma oggi decine di composti: fluoruri, ossidi, ossifluoruri, sali complessi. La ragione per cui è il più disponibile della colonna sta nelle sue dimensioni: l'atomo è grande, gli elettroni esterni sono lontani dal nucleo e meno trattenuti, e servono meno energia e un ossidante meno estremo per strapparne uno.

È incolore e inodore, ma con una densità più di quattro volte quella dell'aria: respirandolo la voce diventa più profonda, l'opposto di quello che fa l'elio. Liquefa a 165 kelvin, e nella scarica elettrica emette una luce bianco-azzurra molto vicina, come spettro, alla luce del giorno.

È il più raro dei gas nobili non radioattivi dell'atmosfera. Si ricava come sottoprodotto dei grandi impianti di separazione dell'aria, e la produzione mondiale annua si misura in poche decine di milioni di litri: abbastanza per la medicina, l'illuminazione e i satelliti, non abbastanza per usi di massa.

Usi e presenza in natura

Le lampade ad arco allo xenon danno una luce continua e vicina a quella solare, e per questo hanno illuminato per decenni i proiettori cinematografici, i fari delle automobili di fascia alta, i simulatori solari con cui si collaudano i pannelli fotovoltaici e i flash professionali, dove la scarica dura pochi milionesimi di secondo.

Nei propulsori ionici dei satelliti lo xenon è il propellente di riferimento: viene ionizzato e accelerato da un campo elettrico fino a decine di chilometri al secondo, e la spinta è minuscola ma continua per anni. Le sonde che hanno raggiunto asteroidi e comete con motori elettrici hanno viaggiato spingendo via atomi di xeno, uno alla volta.

In medicina lo xenon è un anestetico generale efficace, che agisce in fretta e non pesa sul cuore e sulla circolazione: se ne fa poco uso solo perché costa troppo. Nella ricerca sulla materia oscura è invece il protagonista assoluto: rivelatori con parecchie tonnellate di xeno liquido, sepolti sotto le montagne per schermarli dai raggi cosmici, aspettano l'urto di particelle che nessuno ha ancora osservato. Lo xeno serve perché è denso, ha nuclei pesanti da colpire e si può purificare fino a livelli di radioattività residua bassissimi.

Il prezzo dello xenon è di ordini di grandezza superiore a quello dell'argon, e questo decide da solo dove lo si usa: dove ne serve poco e serve una proprietà che nessun altro elemento dà — la luce solare artificiale, la spinta continua nel vuoto, un nucleo pesante da colpire — e mai dove basterebbe qualcosa di più comune. È un vincolo che si sente anche nella ricerca: gli esperimenti sulla materia oscura competono per lo xeno disponibile con l'industria dei satelliti.

Curiosità

Respirare xeno abbassa la voce invece di alzarla, perché il suono nel gas viaggia più lentamente che nell'aria: è l'esperimento inverso a quello dell'elio. Non è però uno scherzo consigliabile: essendo quattro volte più denso dell'aria, il gas si accumula nei polmoni e non se ne va da solo.

Prima di provare, Bartlett aveva calcolato che l'energia di ionizzazione dello xenon e quella dell'ossigeno molecolare fossero quasi uguali, e su quel numero aveva costruito la propria previsione. L'esperimento durò pochi minuti, il ragionamento che lo rendeva sensato era stato l'unica cosa difficile.