Triossido di xeno

Il triossido di xenon è il composto chimico di formula XeO₃, dove lo xenon ha numero di ossidazione +6. È un solido cristallino incolore, igroscopico, fortissimo ossidante e pericoloso esplosivo. In acqua si scioglie producendo acido xenico H₂XeO₄.

Struttura

Per evaporazione di soluzioni di XeO₃ si ottengono cristalli incolori, di struttura ortorombica (fase α-XeO₃), con a = 616,3 pm, b = 811,5 pm, c = 523,4 pm e 4 molecole per cella elementare. La densità del cristallo è 4,55 g/cm³. Nel cristallo la molecola XeO₃ ha struttura piramidale, in accordo con le indicazioni del modello VSEPR, dato che è presente una coppia di elettroni non condivisa.

In una recente reinvestigazione della struttura cristallina a bassa temperatura (-173 °C) si trova che XeO₃ è polimorfico e forma anche altre due fasi, β-XeO₃ e γ-XeO₃. Nella fase α-XeO₃ la distanza media Xe−O è di 176,7 pm e gli angoli O-Xe-O vanno da 100° a 108°. Per confronto, nel tetrossido di xenon XeO₄, però in fase gassosa, la distanza Xe−O è leggermente minore, 173,6 pm.

struttura cristallina di XeO3	impaccamento del cristallo	geometria di coordinazione dello Xe

Sintesi

XeO₃ si forma per idrolisi di soluzioni di esafluoruro di xeno (XeF₆) o per idrolisi e disproporzione di soluzioni di tetrafluoruro di xeno (XeF₄):

$\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{F}{\phantom{A}}_6+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+6\mathrm{H}\mathrm{F}$

$6\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{F}{\phantom{A}}_4+12\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\to 2\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+4\mathrm{X}\mathrm{e}+24\mathrm{H}\mathrm{F}+3\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$

Il solido XeO₃ si ottiene per evaporazione a secchezza da queste soluzioni dopo aver allontanato il fluoruro di idrogeno (HF). XeO₃ solido è un esplosivo pericoloso e può facilmente detonare.

Proprietà e reattività

Il triossido di xenon è un composto termodinamicamente instabile in quanto fortemente endotermico: ΔH_ƒ° = +402 kJ/mol. XeO₃ solido è stabile per giorni in aria secca, ma è fortemente incline ad esplodere e molto igroscopico. Le soluzioni formate da XeO₃ con l'acqua sono stabili se si evita la presenza di sostanze ossidabili e l'esposizione alla luce.

Chimica acido-base

XeO₃ reagisce con l'acqua, comportandosi alla stessa stregua delle anidridi inorganiche, in particolare con l'anidride solforica SO₃ e suoi prodotti analoghi, come a volte viene notato, formando acido xenico, che poi in soluzione si dissocia:

$\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$

$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\leftrightarrows \mathrm{H}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{H}\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{-}$

In soluzione basica forma direttamente xenati. L'anione HXeO₄⁻ è la specie prevalente in queste soluzioni:

$\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}\leftrightarrows \mathrm{H}\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{-}\mathrm{K}{\phantom{A}}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}\approx 1,5\times 10{\phantom{A}}^3$

Acido di Lewis

XeO₃ reagisce da accettore di ioni fluoruro, e quindi da acido di Lewis, con fluoruri alcalini come KF, RbF e CsF per dare fluoroxenati del tipo MXeO₃F.

È capace di reagire anche con specie donatrici neutre, in special modo donatori all'ossigeno, quali l'acetone, il dimetilsolfossido, l'N-ossido di piridina e l'ossido di trifenilfosfina, formando complessi:

$[(\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2\mathrm{C}=\mathrm{O}]{\phantom{A}}_3\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$

$[(\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2\mathrm{S}=\mathrm{O}]{\phantom{A}}_3(\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2$

$(\mathrm{C}{\phantom{A}}_5\mathrm{H}{\phantom{A}}_5\mathrm{N}{\phantom{A}}^{+}-\mathrm{O}{\phantom{A}}^{-}){\phantom{A}}_3(\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2$

$[(\mathrm{C}{\phantom{A}}_6\mathrm{H}{\phantom{A}}_5){\phantom{A}}_3\mathrm{P}=\mathrm{O}]{\phantom{A}}_2\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$

Chimica redox

Il triossido di xeno è un ossidante molto forte, anche se spesso cineticamente lento.

$\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+6\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+6\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}\to \mathrm{X}\mathrm{e}+3\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{E}{\phantom{A}}^{\circ }=2,10\mathrm{V})$

Le soluzioni di XeO₃ in ambiente acido o neutro ossidano quantitativamente gli acidi carbossilici formando diossido di carbonio e acqua.

Nelle soluzioni alcaline, tanto più quanto più sono concentrate, gli xenati non sono stabili e si disproporzionano formando (orto)perxenati (dove lo xenon ha numero di ossidazione +8), xenon e ossigeno molecolare:

$2\mathrm{H}\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{-}+2\mathrm{O}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{-}\to \mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{O}{\phantom{A}}_6{\phantom{A}}^{4-}+\mathrm{X}\mathrm{e}+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

Indicazioni di sicurezza

XeO₃ non ha applicazioni industriali, ed è un composto da trattare con grande cautela. Alcuni campioni di XeO₃ sono detonati spontaneamente a temperatura ambiente. Cristalli secchi reagiscono esplosivamente con la cellulosa.

Bibliografia

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Voci correlate

• Tetrossido di xenon
• Esafluoruro di xenon
• Tetrafluoruro di xenon
• Difluoruro di xenon