Los gases nobles



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Xenón y oxígeno


Aunque el xenón no reaccione directamente con el oxígeno, se halló que era posible formar compuestos de xenón y oxígeno indirectamente mediante el método de comenzar con los fluoruros de xenón, en vez de con el propio xenón.

Parecía lógico comprobar si el hexafluoruro de xenón, como el fluoruro de hidrógeno, podía no reaccionar con el bióxido de silicio (sílice: SiO2). Se colocó una pequeña cantidad de XeF6 en una redoma de cuarzo (el cuarzo está formado por sílice) y calentado hasta el punto en que el XeF6 se presentaba como el vapor amarillento verdoso. En efecto, la superficie interna de la redoma fue grabándose lentamente al aguafuerte durante los dos días siguientes mientras que el color amarillento verdoso desaparecía.

Al parecer, dos moléculas de hexafluoruro de xenón contribuían cada una con dos átomos de flúor, que sustituían a los átomos de oxígeno en el bióxido de silicio para formar el tetrafluoruro de silicio. Los átomos de oxígeno cedidos por el bióxido de silicio entraban, en cambio, en el compuesto de xenón, cada átomo de oxígeno sustituía a los dos átomos de flúor. Todo esto puede quedar representado en la ecuación química siguiente:

2 XeF6 + SiO2 ________> 2XeOF4 + SiF4

El nuevo compuesto, XeOF2, es el oxitetrafluoruro de xenón, y fue el primer compuesto de gas noble que contenía oxígeno descubierto.

Si se le permite al oxitetrafluoruro de xenón reaccionar más ampliamente con el bióxido de silicio adicional, se ceden más átomos de flúor al silicio, y en su lugar se aceptan átomos adicionales de oxígeno, hasta que finalmente sólo queda formado un compuesto de xenón y oxígeno. Éste es el trióxido de xenón (XeO3).

Los fluoruros de xenón reaccionan también con agua (H2O). Los átomos de flúor captan los átomos de hidrógeno para formar fluoruro de hidrógeno. El destino del xenón y del oxígeno difiere según el particular fluoruro de xenón que se emplee.

Si el bifluoruro de xenón (XeF2) reacciona con agua, el xenón y el oxígeno son liberados como gases separados. Si el hexafluoruro de xenón (XeF6) reacciona con agua, el xenón y el oxígeno se combinan para formar trióxido de xenón (XeO3). Si el tetrafluoruro de xenón (XeF4) reacciona con agua, tiene lugar un poco de todo ello; se forman trióxido de xenón, xenón y oxígeno.

El oxitetrafluoruro de xenón se diferencia de los fluoruros de xenón en que tiene un punto de fusión muy inferior, –28° C. A la temperatura ambiente, es un líquido claro, incoloro, que fácilmente desprende vapores.

Por otra parte, el trióxido de xenón es peligroso. El oxígeno, al ser menos electronegativo que el flúor, forma un compuesto con el xenón con mayor dificultad y se une al átomo de xenón de manera más precaria. El oxígeno está mucho más predispuesto a liberarse, por así decirlo, que el flúor; cuando el oxígeno se libera, lo hace todo a la vez y entonces el trióxido de xenón explota. Explotará bajo calentamiento suave, o cuando es frotado, e incluso, algunas veces, sin razón alguna visible. Al explotar, forma los dos gases, xenón y oxígeno, y, por consiguiente, no deja residuo alguno; simplemente, desaparece.

Para empeorar las cosas, si el tetrafluoruro de xenón o el hexafluoruro de xenón (en sí mismos completamente seguros) llegan a humedecerse, puede formarse algo de trióxido de xenón y, a veces, explotar. En los primeros meses de investigaciones sobre los compuestos de gas noble, se produjeron algunas explosiones de este tipo, por fortuna, ninguna de ellas grave. Los químicos aprendieron a mantener el fluoruro de xenón todo lo más seco posible cuando estaban almacenados, y después ya no hubo más problemas de esta clase.

El trióxido de xenón se disuelve con facilidad en agua y, cuando está en solución, es por completo seguro. Puede ser considerado como combinado con una molécula de agua en solución para formar el H2XeO4, un compuesto llamado ácido xénico.

Si el hexafluoruro de xenón es disuelto en agua que contiene hidróxido de sodio en las condiciones adecuadas, se forma un compuesto llamado perxenato de sodio (Na4XeO6). También pueden formarse otros compuestos en los cuales están implicados los átomos de metales distintos al sodio. Estos compuestos son todos sólidos blancos, estables a temperatura ambiente.

Se pueden obtener otros compuestos de xenón y todavía podrán conseguirse otros más. Algunos químicos, por ejemplo, sustentan la teoría de que podrían obtenerse óxidos y fluoruros, como el XeO2 y XeF. Incluso se sugiere la probabilidad del XeN2 (nitruro de xenón). Si se obtuviese este último compuesto, sería el primer compuesto conocido de un gas noble con nitrógeno.


Usos de los compuestos de gas noble


Ahora que ya tenemos compuestos de gases nobles, ¿para qué sirven?

En realidad, y a lo sumo, sus usos serán siempre limitados, ya que nada de lo que se haga con ellos podrá dar como resultado algo que no sea una sustancia rara por su escasez. Esto significa que los compuestos de xenón, por mucho que se mejoren las técnicas de preparación, continuarán siendo raros y caros. Nunca serán empleados en una escala realmente amplia.

Pero existen usos a pequeña escala que pueden ser estimables. Por ejemplo, el xenón es difícil de almacenar en forma concentrada, como elemento. Es un gas, y, en condiciones ordinarias, un litro de este gas pesa tan sólo unos 6 g. Para comprimir más xenón dentro de este litro, se puede enfriar convirtiéndolo en líquido. Un litro de xenón líquido pesa aproximadamente 3.500 g. Sin embargo, mantener el xenón líquido es una difícil tarea, ya que debe ser conservado a menos de –107° C.

Para mantener xenón concentrado a temperaturas normales, debe ser colocado bajo presión. Una presión igual a unas seiscientas veces la de la atmósfera comprimirá 3.500 g. de xenón gaseoso en un litro. Pero comprimir el gas es también una tarea difícil, y tanto los gases, licuados como los gases comprimidos ofrecen algunos peligros.

Supongamos, en cambio, que no se intente almacenar xenón en estas condiciones, sino formar bifluoruro de xenón, y almacenar éste. La densidad del bifluoruro de xenón es aproximadamente de 4,3 g por centímetro cúbico. Un litro de cristales bien apretados de este compuesto pesará alrededor de 4.000 g. Puesto que el 78% del peso del bifluoruro de xenón es xenón, este litro de bifluoruro de xenón deberá contener aproximadamente 3.000 g de xenón. En otras palabras, como bifluoruro de xenón éste puede ser almacenado casi de forma tan compacta como si hubiese sido licuado; además, no se necesitarán bajas temperaturas ni altas presiones.

Por un razonamiento similar, los fluoruros de xenón representan una manera cómoda de almacenar flúor a enorme concentración. Un litro de hexafluoruro de xenón puede contener más de 1.300 g de flúor comparado con 1.700 g en un litro de flúor líquido. Como hexafluoruro de xenón, el flúor podrá ser almacenado en forma compacta sin necesitar bajas temperaturas o altas presiones; y el hexafluoruro de xenón es mucho más seguro de lo que sería el flúor líquido.

Además, el xenón y el flúor son ambos fáciles de extraer cuando están almacenados como fluoruros de xenón. Los fluoruros de xenón se descomponen con facilidad para producir un exceso de flúor elemental que reaccionará entonces con otras sustancias presentes, de modo que los fluoruros de xenón serán capaces de actuar como útiles agentes de fluorización para llevar a cabo reacciones especializadas. Y, desde luego, el xenón quedará retrasado, bien para ser utilizado para sus propios propósitos especializados, o bien para quedar disponible para combinarse con posteriores reservas de flúor.

La utilidad general de los agentes de fluorización se ha incrementado desde la Segunda Guerra Mundial. En el transcurso del creciente interés por el flúor durante la preparación de la bomba atómica, se deseó, por ejemplo, producir grasas que pudieran contrarrestar la acción del flúor. Las grasas corrientes no podían conseguirlo.

Muchas grasas son compuestos orgánicos, es decir, compuestos elaborados por moléculas que contienen largas cadenas o anillos de átomos de carbono18. En los compuestos orgánicos corrientes, los átomos de carbono están ligados principalmente a átomos de hidrógeno, con otros átomos (en particular de oxígeno y de nitrógeno) añadidos aquí y allá. Los compuestos orgánicos son, pues, primariamente hidrocarbonos en su constitución.

Sin embargo, a principios de la década de los cuarenta, se descubrió que los átomos del flúor podían sustituir a los átomos de hidrógeno dondequiera que se presentasen en las cadenas y anillos de hidrocarbono. De este modo, se podría formar un conjunto de series de fluorocarbonos. Las grasas fluorocarbono era justamente lo que se necesitaba, puesto que, al haberse añadido ya el flúor a la molécula en cada punto posible, la sustancia era inmune a cualquier ataque posterior.

Por añadidura, el flúor se adhiere más estrechamente al átomo de carbono que el hidrógeno, de modo que los fluorocarbonos no toman parte en reacciones químicas tan pronto como los hidrocarbonos. Son más resistentes al calor, no se inflaman, y no son afectados por el agua o por líquidos que disuelven corrientemente las sustancias orgánicas. No son tóxicos; están a prueba de agua; no son conductores de una corriente eléctrica. Los plásticos elaborados con fluorocarbonos son más inertes que los elaborados con hidrocarbonos. Por ejemplo, las sartenes se recubren de plástico de fluorocarbono, el cual no se descompone incluso con el calor de la fritura. Tales sartenes pueden ser empleadas sin grasas, ya que los alimentos no se adherirán al fluorocarbono inerte.

Los químicos están arañando únicamente la superficie de lo que puede llegar a ser un mundo en extremo intrincado de compuestos de fluorocarbono y también de compuestos de fluorohidrocarbono. Es posible que algunos de ellos se puedan formar más fácilmente mediante tratamiento con fluoruros de xenón mejor que con ningún otro compuesto, y esto sólo ya puede hacer que los compuestos de gases nobles «valgan la pena».

El fluoruro de xenón presenta una ventaja adicional sobre la mayor parte de los demás fluoruros en que una vez que se emplea el flúor en alguna reacción, ya no son necesarias las precauciones, puesto que no queda ningún resto que necesite ser eliminado. El xenón que queda es un gas que regresa en primer lugar a la atmósfera de la que procede. No es tóxico, ni inflamable, ni explosivo, inodoro, en resumen, es completamente inofensivo. A elevadas concentraciones, es un anestésico, pero tales concentraciones no es probable que se hallen en el trabajo corriente con los fluoruros de xenón.

El trióxido de xenón y los perxenatos figuran entre los compuestos más activos conocidos. Se mantienen juntos por casualidad, y en presencia de otras sustancias se separan fácilmente permitiendo que el átomo de oxígeno se combine con otras sustancias. Estos compuestos xenón/oxígeno se hallan, en consecuencia, entre los más fuertes agentes oxidantes conocidos.

El trióxido de xenón (que no es raro que pueda ser empleado como un explosivo especializado a pequeña escala) ha sido usado realmente, por ejemplo, para aportar cambios químicos que afecten al elemento plutonio. El plutonio es un elemento fabricado por el hombre que no se presenta en la Naturaleza, excepto en escasos vestigios, pero es útil en relación con las armas nucleares.

Sólo podrá trabajarse con el plutonio a muy pequeña escala, por lo cual sería más benéfico emplear trióxido de xenón en las reacciones con el plutonio, en particular cuando se comprueba que el residuo que queda después de ser consumido el trióxido es sólo agua y xenón. No existe problema de contaminación.

No cabe duda de que se descubrirán otros usos.



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