Monday, December 15, 2008

Xenón

El xenón es un elemento químico que pertenece al grupo de los gases nobles que se encuentra en la extrema derecha de la tabla periódica. Se trata de un gas incoloro e inodoro que está presente en la atmósfera terrestre en cantidades mínimas. Su abundancia en el aire es de 0.0000087% en volumen. El número atómico del xenón es 54 y su masa atómica es de 131.3 g/mol, lo que lo convierte en un elemento pesado. El xenón, como todos los gases nobles, existe en estado gaseoso y en forma monoatómica. Su punto de fusión es de -111.80 °C y su punto de ebullición es de -108.13°C. La densidad del xenón gaseoso y puro en condiciones STP es de 5.761 Kg/m3. Su primera energía de ionización es de 1170 KJ/mol, la cual es relativamente baja en comparación con los otros gases nobles, y su electronegatividad es de 2.582 que también es un valor bajo con respecto a los otros miembros del grupo. Estas dos últimas propiedades hacen que el xenón sea el gas noble con la química más diversa hasta la fecha.

La historia del descubrimiento del xenón y los gases nobles en general se remonta a 1766 cuando Henry Cavendish realizó una serie de experimentos con el aire y logró aislar elementos como el nitrógeno y el oxígeno, pero también observó que en todas sus reacciones quedaba una pequeña fracción que no reaccionaba con nada. Luego, a principios de la década de 1890, Lord Rayleigh y William Ramsay encontraron una discrepancia entre la densidad del nitrógeno aislado del aire y el aislado del amoniaco. Al principio pensaron que se trataba de una nueva especie de nitrógeno, probablemente con la fórmula N3. Sin embargo, gracias a que en esos tiempos ya se contaba con ciertos aparatos de espectroscopía, ellos pudieron deducir que en realidad se trataba de un nuevo elemento al que llamaron argón (Ar). En 1898, Ramsay y M.W. Travers lograron aislar otros tres elementos nuevos por destilación a baja temperatura del aire licuado. A estos elementos los llamaron neón del griego neos que significa nuevo, kriptón del griego kriptos que significa oculto y xenón del griego xenos que significa extraño o extranjero.

En la actualidad, el xenón se obtiene como un subproducto de la separación del aire en oxígeno y nitrógeno por el método de la destilación fraccionada. La fracción de oxígeno líquido se destila junto con una mezcla de kriptón y xenón en pequeñas cantidades. Con destilaciones fraccionadas sucesivas se puede obtener oxígeno líquido con una cantidad considerable de mezcla kriptón-xenón que puede ser removida por absorción en sílica gel o por destilación. De igual forma, se debe separar la mezcla de kriptón y xenón por destilación para obtenerlos de forma pura. Debido a la poca abundancia del xenón, éste es mucho más caro que los otros gases nobles.

Uno de los aspectos más interesantes del xenón, y de los gases nobles en general, es que por muchos años se creyó que eran inertes, pero en la actualidad se ha probado lo contrario y el xenón es el gas noble con la mayor cantidad de compuestos caracterizados a la fecha. Los primeros compuestos con gases nobles se prepararon a finales de la década de 1940. A este tipo de compuestos se les llamó clatratos y consistían en redes cristalinas en cuyos intersticios quedaban atrapados los átomos de gases nobles. La idea surgió al observar que al cristalizar agua o disoluciones que contenían hidroquinona a altas presiones con ciertos gases, se formaban redes cristalinas con puentes de hidrógeno que presentaban huecos lo suficientemente grandes como para alojar átomos pesados o algunas moléculas pequeñas como metano y dióxido de azufre. Los primeros clatratos que se prepararon fueron con argón, kriptón y xenón.

A pesar de este descubrimiento, una de las inquietudes que persistían era que aún no se había logrado obtener compuestos de gases nobles con enlaces covalentes. En 1962, Neil Bartlett observó que el hexafluoruro de platino (PtF6) cambiaba de color al ser expuesto al aire. Este comportamiento fue explicado por D.H. Lohmann, quien llegó a la conclusión que el PtF6 se estaba comportando como un agente oxidante lo suficientemente fuerte como para oxidar al oxígeno en el aire y formar la especie dioxigenil hexafluoroplatinato (O2+[PtF6] -). Bartlett notó que la energía de ionización del xenón y la del oxígeno molecular eran casi iguales (1170 KJ/mol y 1175KJ/mol respectivamente), así que dedujo que el xenón podría reaccionar con el PtF6. Cuando realizó el experimento observó que el color del PtF6 cambió de un rojo intenso a un tono anaranjado o amarillento. Este experimento produjo el primer compuesto covalente de un gas noble, el hexafluoroplatinato de xenón. A partir de este descubrimiento surgieron otras investigaciones que encontraron compuestos como: XeF2, XeF4 y XeF6. También se han encontrado compuestos de otros gases nobles como argón y kriptón, pero el xenón es el gas noble más versátil debido a su relativamente baja primera energía de ionización y electronegatividad. La mayoría de los compuestos estables de xenón se forman con átomos muy electronegativos como el flúor, el oxígeno y el cloro. Sin embargo, también se han reportado compuestos que presentan enlaces Xe—N, Xe—C e incluso algunos complejos de coordinación con metales de transición, en especial con el oro ya que se ha visto que el xenón actúa como un muy buen ligante a este átomo.

A pesar de la poca abundancia del xenón y su elevado costo de producción, este gas tiene varias aplicaciones. Los gases nobles son conocidos por emitir colores cuando son atrapados en tubos y se les hace pasar una corriente eléctrica. Sin embargo, el xenón se comporta de forma distinta ya que no emite una luz colorida sino una luz blanca muy intensa. Este hecho se ha utilizado en la fotografía con las lámparas de xenón, utilizadas para emitir el “flash” de la cámara. El xenón es capaz de emitir luz ultravioleta cuando se hace pasar un rayo de electrones. Este hecho ha dado pie a una aplicación en la fabricación de láseres, en especial los excimer láser, que se utilizan en medicina para cirugía ocular. Por otro lado, se ha observado que el xenón actúa como un buen anestésico, mejor que el N2O, y se está considerando como una alternativa ya que no es un gas de efecto invernadero, mientras que el N2O sí, pero su alto costo ha frenado su implementación aunque se están considerando soluciones como un sistema cerrado que permita el reciclaje del gas. Otra aplicación que se la da en medicina es la obtención de imágenes. El isótopo 133Xe es usado para obtener imágenes del corazón, pulmones y cerebro utilizando la tomografía de emisión monofotónica que se basa en la emisión de radiación gamma para obtener una imagen en 3D. El 129Xe también se utiliza para obtener imágenes pero por resonancia magnética, y se ha usado para estudiar los pulmones y el flujo de los gases en ellos. En química, los compuestos de xenón han sido muy útiles tanto en química orgánica como en inorgánica. Los fluoruros de xenón se han utilizado como agentes fluorizantes debido a su gran poder de donar estos iones, en especial el XeF4 que puede adicionar flúor en arenos de forma muy selectiva. Los óxidos de xenón son utilizados por su gran capacidad oxidante en solución acuosa. El XeO3 en solución básica forma el ion HXeO4- que a su vez se disocia y forma el ion perxenato (XeO64-) que es un agente oxidante mucho más fuerte que los óxidos de xenón comunes como XeO3 y es capaz de oxidar el ion Mn2+ para formar el ion permanganato (MnO4-) en solución ácida. El xenón también se utiliza para preparar algunos compuestos de oro como el [AuXe4][Sb2F11]2. Este tipo de reacciones ocurren en medios superácidos, específicamente en ácido fluoroantimónico, donde el Xe actúa como una base más fuerte que el HF en compuestos de coordinación de tipo [Au(HF)n]2+ y por lo tanto puede desplazarlo. La afinidad del xenón por los iones de oro también le permite actuar como un agente reductor débil, reduciendo al Au3+ a Au2+ en lugar de a Au+ como hacen otros agentes reductores.

Bibliografía:

Asimov, Isaac. La búsqueda de los elementos. 1987. Ed. Plaza & Janes.

Brown T.L; LeMay, H.E; Bursten B.E. Química, la ciencia central. 2004. Ed. Pearson Prentice-Hall.

Cox, P.A. The elements. 1989. Ed. Oxford science publications.

Miessler, G.L; Tarr, D.A. Inorganic Chemistry. 2004. Ed. Pearson Prentice-Hall.

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