Els empèdocles moderns – William Ramsay (1898) i l’element 54 (Xe) – xenó (nilpentiquadi, Npq)

Aquesta setmana, “Grècia” i els “grecs” han aparegut a les notícies. És clar que en els mitjans que ens explicaven in situ la situació hom parlava de “Ελλάδα” i de “Έλληνες”. Les raons d’aquesta discrepància són complexes. Hom ha suposat que el gentilici llatí “graeci” fou adoptat a partir del que hom aplicava a Cumae (Κύμαι), colònia fundada cap a l’any 900 a.e.c. per gent procedent de Graia (Γραία), localitat beòcia. El nom de Graia al seu torn tindria potser a veure amb l’arrel *gere (créixer, envellir) i voldria dir “anciana”. Fos com fos, en tant que els “graeci” de Cumae eren els que tenien més a prop, els pobles llatins estengueren aquest gentilici a tots els pobles de la mateixa llengua. No obstant, cal dir que “Γραικοί”, amb aquest sentit extens, també apareix en l’obra d’Aristòtil i en l’anomenat Marmor Parium (299 a.e.c.). En aquesta obra se’ns diu que el nom de “Γραικοί” fou substituït per “Έλληνες” en temps de Deucalió. El cas és que Homer, referint-se a temps post-deucaliònics, no utilitza “Έλληνες” en el sentit genèric, sinó en el restringit d’una tribu concreta, mentre que per al sentit ample utilitza aqueus (Ἀχαιοί), dànaus (Δαναοί) o argius (Αργείοι). Hesíode, en canvi, ja ens presenta Hel•len com a patriarca de la nació, esmentant els seus fills o néts com els fundadors dels pobles dels eolis, doris, aqueus o jonis. El gentilici d’aquests darrers, coneguts com a Ἰάονες o Ἴωνες, adquiriria també un sentit ample en els llavis dels pobles anatolis, semítics i indoaris, de manera que els hebreus encara parlen de Javan o els turcs parlen de “Yunanistan” per referir-se al territori de la “Helen Cumhuriyeti”. Comptat i debatut, aquests termes, emprats per uns i altres, havien de coexistir amb la proverbial fragmentació tribal, regional i local. La cohesió la fornia més el terme emprat per als que no formaven part de la comunitat lingüística: els bàrbars (βάρβαροι), terme generalitzat després de les guerres mèdiques. Seria uns d’aquests bàrbars els qui acabarien per unificar políticament els hel•lens. La consolidació de l’imperi romà, la cristianització i la reducció de l’imperi a les províncies “d’Orient”, va mutar els gentilicis. El d’hel•lè fou relegat al passat precristià, i el de Ῥωμαῖοι o Ρωμιοί s’imposà, amb un sentit polític i eclesiàstic més enllà de fronteres lingüístiques, fins que perdé pistonada en favor del gentilici d’hel•lè. L’estructura històrica del poble hel•lè explica també que el terme ξένος no s’apliqués únicament als bàrbars, sinó també als hel•lens “forasters”. La “xenofòbia”, terme modern, era contrarestada per la “xènia”, terme clàssic, que indicava els deures d’hospitalitat i que feia tan inseparables i honorables els títols de πρόξεινος τε ειη και ευεργέτης. Nosaltres arribem així al nombre 54 de la nostra sèrie.

Escena de Peter Paul Rubens, pintada vers el 1633, que ens mostra com Baucis i Filemó acullen a casa seva uns forasters (ξένοι), que havien patit el rebuig dels seus veïns. L’ancià i pobre matrimoni no estalvia davant dels seus hostes d’aspecte captaire. Els estranys resultaren ser Zeus i Hermes i premiaren la “xenia” de Baucis i Filemó en immortalitzar-los, respectivament, en un til•ler i una alzina. El mot “xenos” es referia originalment al foraster, però indicà també després el refugiat o el peregrí, totes dues figures necessitades d’hospitalitat (xenia) i, ja en un sentit més figurat, indicava aquella persona aliena a un coneixement o a una pràctica, o a quelcom que resulta estrany o rar a la nostra experiència. Així, l’arrel xeno- té també la funció d’indicar allò que és aliè a la normalitat o a la familiaritat, com s’esdevé en el terme xenobiòtic (substància aliena a la biosfera “natural”) o la disciplina de la xenobiologia (dedicada a l’estudi de la síntesi i manipulació de sistemes biològics diferents dels basats en el sistema “canònic” d’ADN, ARN i 20 aminoàcids).

William Ramsay i la descoberta del xenó

William Ramsay (1852-1916)

En el 1894, William Ramsay i Lord Rayleigh havien identificat el gas argó com un component elemental de l’aire atmosfèric, amb una abundància relativa de l’1% (en aire sec), que el situava just per darrera del nitrogen (78%) i de l’oxigen (21%). El caràcter ben poc reactiu de l’argó, compartit amb l’heli, els feia de mal situar en la taula periòdica dels elements. L’heli no era detectable en l’atmosfera terrestre, però sí era desprès per alguns minerals quan se’ls sotmetia a un atac àcid.

Morris Travers (1872-1961)

Entre els col•laboradors de Ramsay en aquestes recerques hi havia J. Norman Collie (1859-1942) i, especialment, Morris Travers. La primavera del 1898, Ramsay i Travers aconseguiren una quantitat notable d’aire liquat. Sotmeteren mostres d’aquest aire liquat a temperatures ascendents. Fou així com trobaren que la fracció de l’argó contenia, a més d’aquest gas elemental, altres gasos de natura similar però menys abundant. El primer d’aquests gasos l’identificaren el 30 de maig, i el denominaren “criptó”, pel fet que els havia passat desapercebut en experiments previs. El segon d’aquests gasos, identificat el mes de juny, rebria el nom de “neó”, pel fet que era un “gas nou”, diferent, pel que fa a temperatura d’ebullició, a l’argó i al criptó.

El 12 de juliol, trobaren un altre gas, amb una temperatura d’ebullició superior a la de tots els altres gasos atmosfèrics que coneixien, inclosos l’argó i el criptó. Era pràcticament el darrer “residu líquid” en evaporar-se. El denominaren “xenon”, del grec ξένον, en el sentit d’estrany, però sobretot de rar, en tant que apareixia amb unes concentracions de menys de 0,1 ppm.

La caracterització espectroscòpica dels gasos en tubs de descàrrega i les determinacions de pes atòmic ajudaven a lligar caps. Hugo Erdmann (1862-1910) emprà el mateix 1898 l’expressió “Edelgas” per referir-se a l’heli, el neó, l’argó, el criptó i el xenó. Anomenats gasos nobles o gasos inerts, Ramsay se sentia ara capacitat per formular la idea que constituïen un nou grup d’elements químics.

Dmitri Mendeleev, en el 1902, acceptà l’heli i l’argó com a elements del grup 0 o VIII, respectivament situats en el primer i tercer període. L’addició del neó en el segon període, i la del criptó i xenó en el quart i cinquè períodes es realitzà tan bon punt es confirmà el seu caràcter elemental en diferents laboratoris.

Caricatura de William Ramsay, del 1908, que mostra la disposició dels elements “gasosos” en la taula periòdica. El xenó, simbolitzat com a X, apareix en el cinquè període, grup VIII, amb un pes atòmic de 28 (caldria indicar 128).

El símbol químic del xenó vacil•là originàriament entre X i Xe. Finalment, quedà fixat “Xe”, sense gaire justificació car cap altre element comença per aquella lletra. Les diferents llengües han adaptat la forma grega “ξένον” segons les seves normes partícules, generalment com a “xenon” (xenó en català, amb pronúncia oriental [ʃənó]), encara que potser seria més assenyada la transliteració “ksenon” (seguida per l’esperanto, ksenono, i que en la nostra parla hauria donat la pronúncia [ksənó]).

Làmpada de xenó, retratada amb un estroboscopi

En el 1934, Harold Edgerton aconseguí una làmpada de xenó basada en una breu descàrrega elèctrica. La ionització del tub de xenó produïa un flaix de no pas d’un microsegon. Coronava així tres anys de recerca per aconseguir una millora substancial de l’estroboscopi, un sistema fotogràfic capaç de registrar amb precisió el moviment d’objectes.

Albert R. Behnke (1903-1992), metge naval i ell mateix submarinista, era conscient de com els embolismes gasos arterials constituïen el risc més rellevant en cas d’haver de realitzar operacions d’evacuacions d’un submarí. També s’ocupà dels símptomes semblant a l’embriaguesa que ocasionava el submarinisme a gran fondària. En el 1939, mentre investigava l’efecte de respirar diverses barreges de gasos en la percepció de la fondària, observà que el gas xenó podia tindre un efecte anestèsic. Paral•lelament, Nikolai V. Lazarev, en el 1941, estudià l’anestèsia induïda per xenó. En el 1946, John H. Lawrence investigà en ratolins l’efecte anestèsic del xenó. La primera aplicació mèdica coneguda tingué lloc el 1951, quan Stuart C. Cullen operà dos pacients.

Làmpada continua de xenó. El xenó a alta pressió, ionitzat per arc elèctric curt, emet una llum amb una temperatura de color similar a la del sol meridià. En els anys 1940 començaren a desplaçar les làmpades d’arc de carboni en projectors cinematogràfics. En l’actualitat es fan servir en alguns sistemes de projecció de films digitals.

En el 1933, Linus Pauling (1901-1994) havia qüestionat l’assumpció que els gasos nobles no podien formar compostos, en predir que, si més no, el criptó i el xenó podien reaccionar amb el fluor i l’oxigen. Pauling predeia compostos com l’hexafluorur de xenó (XeF6), l’àcid xènic (H2XeO4) i els perxenats (XeO64-). Però no hi va haver observacions i no tothom considerava possibles aquestes reaccions. Caldria un agent oxidant extraordinari per ionitzar el xenó i combinar-s’hi. Neil Bartlett havia identificat el gas hexafluorur de platí (PtF6) com un agent capaç d’oxidar l’oxigen (O2) i formar dioxigenil-hexafluoroplatinat. El 23 de març del 1962, Bartlett barrejà xenó i PtF6, i aconseguí Xe+[PtF6], el primer compost conegut d’un gas noble. En el 1971, hom ja coneixia més de 80 compostos de xenó.

Fotografia del 1962 que mostra la formació de cristalls de XeF4

En el 1962, C. K. N. Patel, W. R. Bennett, W. L. Faust i R. A. McFarlane, de Bell Laboratories, publicaven la primera referència a un làser de xenó. El milloraren a través de l’addició amb heli (Patel et a., 1962). En el 1971, Basov et al. aconseguiren un làser d’ultraviolat (176 nm de longitud d’ona) a partir de l’excitació de xenó líquid.

En el 1960, John H. Reynolds detectà en gas xenó atrapat en meteorits una sobreabundància isotòpica de xenó-129. Assumí que aquesta sobreabundància s’explicava per la presència de iode-129 en el material originari. Com que el iode-129 és produït únicament en supernoves i s’extingeix en qüestió de desenes de milions d’anys per donar lloc a xenó-129, Reynolds interpretà que els primers planetèssims de la nebulosa protosolar en un interval no massa gran respecte de la formació d’aquesta nebulosa.

En el 1971, Mervet S. Boulos & Oliver K. Manuel postularen que la composició isotòpica del xenó en gas natural, amb un excés de xenó-129, es podia explicar per l’acció del iode-129, isòtop radioactiu primordial de la Terra i extingit, com hem dit, en els primers centenars de milions d’anys. Així, deduïen que la desgasificació de la Terra primitiva, que hauria donat lloc a l’atmosfera, havia d’haver tingut lloc en els primers cent milions d’anys de l’existència planetària.

Motor de xenó iònic. La baixa ratio entre el potencial d’ionització i la massa atòmica, fa del xenó un material interessant per a la propulsió iònica, bo i més atenent al seu caràcter inert. Els primers motors de xenó en cosmonàutica s’utilitzaren per a satèl•lits artificials en els anys 1970. Després ha estat emprat en sondes com la Deep Space 1 (1998, que va visitar l’asteroide 9969 Braille i el cometa 19P/Borrelly), l’SMART-1 (2003, que orbità la Lluna fins el 2006) o Dawn (2007, que visità Vesta i Ceres)

A mitjan dels anys 1970, estudis com el de Wilson et al. (1977) validaren l’ús del xenó-133 en estudis sobre la funció i l’anatomia pulmonars. Incorporat a la sang, també ha estat utilitzat en estudis d’imatge sobre flux sanguini, útils, entre d’altres àrees, en el diagnòstic tumoral.

Electromicrografia de rastreig d’efecte túnel que reprodueix el logotip de l’IBM amb 35 àtoms de xenó dipositats damunt d’un substrat de níquel, realitzada en el 1990

El xenó: isòtops i abundància

La massa atòmica estàndard del xenó és de 131,293 uma, que deriva de la mitjana ponderada dels isòtops presents a la natura: 132Xe, 129Xe, 131Xe, 134Xe, 136Xe, 130Xe, 128Xe, 124Xe i 126Xe. El llistat complet d’isòtops coneguts fa:
– xenó-108. Nucli format per 54 protons i 54 neutrons. Descobert en el 2011.
– xenó-110 (110Xe; 109,94428 uma). Nucli format per 54 protons i 56 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,31 s. Decau bé a iode-110 (amb emissió d’un positró) bé a tel•luri-106 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– xenó-111 (111Xe; 110,94160 uma). Nucli format per 54 protons i 57 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 0,74 s. Decau majoritàriament (90%) a iode-111 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (10%), a tel•luri-107 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– xenó-112 (112Xe; 111,93562 uma). Nucli format per 54 protons i 58 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,7 s. Decau normalment (99,1%) a iode-112 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,9%), a tel•luri-108 (amb emissió d’un nucli d’heli-4).
– xenó-113 (113Xe; 112,93334 uma). Nucli format per 54 protons i 59 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2,74 s. Decau normalment (92,98%) a iode-113 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a tel•luri-112 (7%; amb emissió d’un protó i d’un positró), a tel•luri-109 (0,011%; amb emissió d’un nucli d’heli-4) o a antimoni-109 (0,007%; amb emissió d’un nucli d’heli-4 i d’un positró).
– xenó-114 (114Xe; 113,927980 uma). Nucli format per 54 protons i 60 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 10,0 s. Decau a iode-114, amb emissió d’un positró.
– xenó-115 (115Xe; 114,926294 uma). Nucli format per 54 protons i 61 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 18 s. Decau normalment (99,65%) a iode-115 (amb emissió d’un positró) o, alternativament, a tel•luri-114 (0,34%; amb emissió d’un protó i d’un positró) o a antimoni-111 (0,0003%; amb emissió d’un nucli d’heli-4 i d’un positró).
– xenó-116 (116Xe; 115,921581 uma). Nucli format per 54 protons i 62 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 59 s. Decau a iode-116, amb emissió d’un positró.
– xenó-117 (117Xe; 116,920359 uma). Nucli format per 54 protons i 63 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 61 s. Decau normalment (99,99%) a iode-117 (amb emissió d’un positró) o, alternativament (0,0029%), a tel•luri-116 (amb emissió d’un protó i d’un positró).
– xenó-118 (118Xe; 117,916179 uma). Nucli format per 54 protons i 64 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 230 s (4 minuts). Decau a iode-118, amb emissió d’un positró.
– xenó-119 (119Xe; 118,915411 uma). Nucli format per 54 protons i 65 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 350 s (6 minuts). Decau a iode-119, amb emissió d’un positró.
– xenó-120 (120Xe; 119,911784 uma). Nucli format per 54 protons i 66 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2400 s (40 minuts). Decau a iode-120, amb emissió d’un positró.
– xenó-121 (121Xe; 120,911462 uma). Nucli format per 54 protons i 67 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 2410 s (40 minuts). Decau a iode-121, amb emissió d’un positró.
– xenó-122 (122Xe; 121,908368 uma). Nucli format per 54 protons i 68 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7,24•104 s (20 hores). Decau a iode-122, amb emissió d’un positró.
– xenó-123 (123Xe; 122,908482 uma). Nucli format per 54 protons i 69 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 7490 s (2 hores). Decau a iode-123, per captura electrònica. Posseeix un estat metastable (123mXe) a 185,18 keV, que té una semivida de 5,49•10-6 s.
– xenó-124 (124Xe; 123,905893 uma). Nucli format per 54 protons i 70 neutrons. Teòricament, decau a tel•luri-124, amb emissió de dos positrons. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga, de 1,5•1014 s (sis ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers) que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència és de 0,0952%.
– xenó-125 (125Xe; 124,9063955 uma). Nucli format per 54 protons i 71 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 6,08•104 s (17 hores). Decau a iode-125, amb emissió d’un positró. Posseeix dos estats metastable, un a 252,60 keV (125m1Xe; que té una semivida de 56,9 s, i que decau a l’estat basal)i un altre a 295,86 keV (125m2Xe; que té una semivida de 1,4•10-7 s.
– xenó-126 (126Xe; 125,904274 uma). Nucli format per 54 protons i 72 neutrons. Teòricament, decau a tel•luri-126, amb emissió de dos positrons. Ho faria, però, amb una semivida tan llarga que, a efectes observacionals, és un isòtop estable. La seva freqüència és de 0,089%.
– xenó-127 (127Xe; 126,905184 uma). Nucli format per 54 protons i 73 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,1402•106 s (36 dies). Decau a iode-127, per captura electrònica. Posseeix un estat metastable (127mXe) a 297,10 keV, que té una semivida de 69,2 s, i que decau a l’estat basal.
– xenó-128 (128Xe; 127,9035313 uma). Nucli format per 54 protons i 74 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament capaç de fissió espontània. La seva freqüència és de 1,9102%.
– xenó-129 (129Xe; 128,9047794 uma). Nucli format per 54 protons i 75 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament capaç de fissió espontània. La seva freqüència és de 26,4006%, i les oscil•lacions s’apliquen en la datació d’aigües subterrànies i de meteorits. Aquestes oscil•lacions solen dependre de l’isòtop parental, iode-129. El 129Xe posseeix un estat metastable (129mXe) a 236,14 keV, que té una semivida de 7,67•105 s i que decau a l’estat basal.
– xenó-130 (130Xe; 129,9035080 uma). Nucli format per 54 protons i 76 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament capaç de fissió espontània. La seva freqüència és de 4,0710%. Les ratio 129Xe/130Xe i 136Xe/130Xe són informatives dels processos de diferenciació planetària. L’elevat valor relatiu de 129Xe/130Xe en l’atmosfera marciana comparat amb el de les atmosferes terrestre i venusina, s’explica pel que fet que l’atmosfera marciana va perdre tots els gasos nobles primordials en menys de 100 milions d’anys, de manera que el poc xenó que hi queda és radiogènic.
– xenó-131 (131Xe; 130,9050824 uma). Nucli format per 54 protons i 77 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament capaç de fissió espontània. La seva freqüència és de 21,2324%, en part procedent de la fissió de radioisòtops pesants. Posseeix un estat metastable (131mXe) a 163,930 keV, que té una semivida de 1,0311•106 s i que decau a l’estat basal.
– xenó-132 (132Xe; 131,9041535 uma). Nucli format per 54 protons i 78 neutrons. És un isòtop estable, per bé que teòricament capaç de fissió espontània. La seva freqüència és de 26,9086%, en part procedent de la fissió de radioisòtops pesants. Posseeix un estat metastable (132mXe) a 2752,27 keV, que té una semivida de 0,00839 s i que decau a l’estat basal.
– xenó-133 (133Xe; 132,9059107 uma). Nucli format per 54 protons i 79 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 4,5338•105 s (5 dies). Decau a cesi-133, amb emissió d’un electró. És producte de la fissió de radioisòtops més pesants. Té diverses aplicacions mèdiques, amb el nom comercial de Xeneisol. Posseeix un estat metastable (133mXe) a 233,221 keV, que té una semivida de 1,89•105 s i que decau a l’estat basal.
– xenó-134 (134Xe; 133,9053945 uma). Nucli format per 54 protons i 80 neutrons. Teòricament decau a bari-134, amb emissió de dos electrons. Ho faria, però, amb una semivida molt llarga, de 3,5•1026 s (sis ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers) de manera que a efectes observacionals és un isòtop estable. La seva freqüència és de 10,4357%, en part procedent de la fissió de radioisòtops pesants. Posseeix dos estats metastables, un a 1965,5 keV (134m1Xe; que té una semivida de 0,29 s, i que decau a l’estat basal) i un altre a 3025,2 keV (134m2Xe; que té una semivida de 5•10-6 s).
– xenó-135 (135Xe; 134,907227 uma). Nucli format per 54 protons i 81 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 3,29•104 s (9 hores). Decau a cesi-15, amb emissió d’un electró. Posseeix un estat metastable (135mXe) a 526,551 keV, que té una semivida de 917,4 s i que decau bé a l’estat basal (99,99%) o directament a cesi-135 (0,004%).

Taula de núclids segons la seva capacitat de captura neutrònica. El valor conegut més elevat, de 2,6•106 barns, el presenta el xenó-135. En capturar un neutró, el xenó-135 dóna lloc a xenó-136. En centrals nuclears, un dels productes de fissió és el tel•luri-135, que decau (amb una semivida de 19 segons) a iode-135 el qual, al seu torn, decau (amb una semivida de 6-7 hores), a xenó-135. L’acció del xenó-135 en els reactors nuclears és alentidora i, en aquest sentit, és parla d’“enverinament per xenó” (o de forat de xenó o forat de iode). Aquest procés jugà un rol en l’accident de Txenòbil.

– xenó-136 (136Xe; 135,907219 uma). Nucli format per 54 protons i 82 neutrons. Decau a bari-136, amb emissió de dos electrons. No obstant, ho fa amb una semivida molt llarga, estimada per Albert et al. (2014) en 6,9•1028 s (onze ordres de magnitud superior a l’edat actual de l’univers), que a efectes pràctics se’l pot tindre per isòtop estable. La seva freqüència és de 8,8573%. Si més no, part de la dotació terrestre és de caràcter primordial. Posseeix un estat metastable (136mXe) a 1891,703 keV, que té una semivida de 2,95•10-6 s.
– xenó-137 (137Xe; 136,911562 uma). Nucli format per 54 protons i 83 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 229,1 s (4 minuts). Decau a cesi-137, amb emissió d’un electró.
– xenó-138 (138Xe; 137,91395 uma). Nucli format per 54 protons i 84 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 844,8 s (14 minuts). Decau a cesi-138, amb emissió d’un electró.
– xenó-139 (139Xe; 138,918793 uma). Nucli format per 54 protons i 85 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 39,68 s. Decau a cesi-139, amb emissió d’un electró.
– xenó-140 (140Xe; 139,92164 uma). Nucli format per 54 protons i 86 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 13,60 s. Decau a cesi-140, amb emissió d’un electró.
– xenó-141 (141Xe; 140,92665 uma). Nucli format per 54 protons i 87 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,73 s. Decau normalment (99,45%) a cesi-141 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,043%), a cesi-140 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– xenó-142 (142Xe; 141,92971 uma). Nucli format per 54 protons i 88 neutrons. És un isòtop inestable, amb una semivida de 1,22 s. Decau normalment (99,59%) a cesi-142 (amb emissió d’un electró) o, alternativament (0,41%), a cesi-141 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– xenó-143 (143Xe; 142,93511 uma). Nucli format per 54 protons i 89 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,511 s. Decau a cesi-143, amb emissió d’un electró.
– xenó-144 (144Xe; 143,93851 uma). Nucli format per 54 protons i 90 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,388 s. Decau bé a cesi-144 (amb emissió d’un electró) o a cesi-143 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).
– xenó-145 (145Xe; 144,94407 uma). Nucli format per 54 protons i 91 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,188 s. Decau a cesi-145, amb emissió d’un electró.
– xenó-146 (146Xe; 145,94775 uma). Nucli format per 54 protons i 92 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,146 s. Decau a cesi-146, amb emissió d’un electró.
– xenó-147 (147Xe; 146,95356 uma). Nucli format per 54 protons i 93 neutrons. És un isòtop molt inestable, amb una semivida de 0,13 s. Decau bé a cesi-147 (amb emissió d’un electró) bé a cesi-146 (amb emissió d’un neutró i d’un electró).

Tub de descàrrega amb xenó

L’àtom neutre de xenó conté 54 electrons, amb una configuració basal d’escorça de 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6. Completades les primeres cinc capes de l’escorça electrònica, es tracta, doncs, de l’element del cinquè període del grup dels gasos nobles (grup 18 o grup VIIIA, també dits aerògens, o grup de l’heli o grup del neó). El nombre d’oxidació més habitual és de 0. Rarament, presenta +1, +2, +4, +6 o +8. El radi de Van der Waals és de 2,16•10-10 m.

L’energia d’ionització del xenó, la més elevada per al període 5, és, amb tot, inferior a la dels gasos nobles precendents

En condicions estàndards de pressió i de temperatura, el xenó es presenta en forma de gas incolor, amb una densitat de 5,761 kg•m-3. És, doncs, el gas noble no-radioactiu més dens, superant amb escreix la densitat mitjana de l’aire atmosfèric.

En condicions estàndards de pressió, el xenó liqua a 165,051 K. En el punt d’ebullició, la densitat del xenó líquid és de 2942 kg•m-3, i en el punt de fusió arriba a 3100 kg•m-3.

En condicions estàndards de pressió, el xenó solidifica a 161,40 K. El xenó sòlid segueix una estructura cristal•lina cúbica centrada en les cares, amb una densitat en el punt de fusió de 3640 kg•m-3.

Si hom aplica pressions creixents al xenó sòlid es produeix una transició de l’estructura cúbica a una hexagonal estretament empacada. A partir de 140 GPa, començà una transició cap a una fase metàl•lica, completada a 1550 GPa. El xenó metàl•lic té una coloració blau cel.

Espectre del xenó. La relativa concentració de línies en la banda del blau, explica que el gas xenó ionitzat emeti una lluïssor lavanda

La forma més habitual del xenó és l’elemental. No obstant, podem esmentar tota una sèrie de compostos:
– halurs: se’n coneixen XeF2, XeF4 i XeF6. En condicions estàndards són sòlids cristal•lins.
– òxids: se’n coneixen XeO2, XeO3 i XeO4. També cal esmentar oxofluorurs com XeOF2 o XeOF4
– xenats: sals inestables, formades a partir de l’anió HXeO4.
– perxenats: sals formades a partir de l’anió XeO64-.
– compostos orgànics, com [C6F5]2Xe.
– clatrats, és a dir compostos formats per la introducció de xenó en xarxes cristal•lines d’altres compostos. Un exemple és l’hidrat de xenó (Xe•5,75 H2O), que té un punt de fusió de 297 K a pressió estàndard.
– excímers Xe-Xe, formats per àtoms de xenó excitats, que tenen una vida típica de 1-5•10-9 s.

L’abundància atòmica del xenó en l’univers depèn dels processos de nucleosíntesi que tenen lloc en supernoves, de les rutes de desintegració de radioisòtops pesants i de l’estabilitat dels seus propis isòtops. Amb vuit isòtops estables, possiblement relacionats amb l’efecte favorable del nombre de protons (54), el xenó supera en abundància els dos elements que el flanquegen en la taula periòdica, el iode i el cesi. De fet, el xenó supera en abundància un bon nombre d’elements de nombre atòmic inferior (el beril•li, i tots els de Z > 38) i tots els de nombre atòmic superior.

En el Sistema Solar, l’abundància atòmica del xenó és de 0,0156 ppm (1,6 ppm en termes de massa). La distribució és desigual. La concentració en l’atmosfera solar és baixa, mentre que en l’atmosfera joviana és 2,6 vegades superior a la solar. Hom suposa que aquesta major concentració joviana, correlacionada amb la d’altres elements pesants, es podria explicar per una primerenca i ràpida formació de planetèssims. Altrament, si el procés hagués estat més lent, no s’hi hauria pogut acumular prou quantitat en el glaç planetessimal com per explicar els actuals nivells de l’atmosfera joviana.

La quantitat de xenó en els planetes rocallosos del Sistema Solar, inclosa la Terra, és negligible. També ho és la concentració en l’escorça terrestre.

La concentració típica de xenó en l’oceà és de 0,05 mg•m-3. S’han detectat clatrats de xenó (hidrats de xenó) en zones de la criosfera, sotmeses a gran pressió, com el llac subglacial Vostok (McKay et al., 2003). Algunes fonts minerals emeten xenó de manera neta a l’atmosfera.

Com a element atmòfil, la major concentració de xenó a la Terra és l’atmosfèrica, que és al seu torn la que alimenta el compartiment hidrosfèric. El xenó primordial és molt més rellevant en l’atmosfera terrestre que no pas en l’atmosfera marciana. En termes de volum, sobre aire sec, el xenó suposa 0,087 ppm.

La concentració de xenó en la biosfera és, en termes generals, negligible. N’hi ha en forma de traça, incorporat de l’ambient, i ben distribuït gràcies a la seva solubilitat i capacitat de creuar membranes biològiques.

El xenó és considerat generalment com a no-tòxic. Clàssicament se l’havia utilitzat en demostracions, en paral•lel a l’heli. Així com una persona exposada a l’heli emetrà una veu més aguda, en cas d’exposar-se a xenó la veu serà més greu, ja que la velocitat del so a través del xenó (169 m•s-1) és inferior a la de l’aire (340 m•s-1). Ara bé, el xenó passa fàcilment a la sang i, com que creua la barrera hematoencefàlica, té efectes sobre el sistema nerviós central (anestèsic). Això, el preu i el fet que sigui un gas asfixiant simple (asfíxia per desplaçament de l’oxigen) n’ha desaconsellat l’ús en aquestes demostracions en favor del SF6.

L’acció anestèsica del xenó s’explicaria per diversos mecanismes moleculars. D’una banda és un antagonista del receptor NMDA, present en sinapsis glicinèrgiques del sistema nerviós central. De l’altra, activa el canal de potassi TREK-1, inhibeix els receptors nicotínics α4β2 de sinapsis colinèrgiques, i la proteïna transmembrana Ca2+ ATPasa. Un altre efecte molecular és la inhibició competitiva del receptor 5-HT3 de sinapsis serotoninèrgiques.

Algunes de les accions biològiques del xenó, en particular l’estimulació de la producció endògena d’eritropoietina, haurien estimulat el seu ús en esportistes. Per aquesta raó, l’Agència Mundial contra el Dopatge va introduir la inhalació de xenó en la llista de mètodes prohibits.

Molts compostos d’oxigen i xenó s’han de manegar amb cura pel seu fort potencial oxidant i explosiu.

Les aplicacions pràctiques del xenó

La producció mundial de xenó és de l’ordre de 5000 m3 anuals, és a dir vora de 30 tones. S’extrau de l’aire a través d’un procés de destil•lació fraccional. De l’aire liquat s’extrau oxigen líquid, que conté traces de criptó i de xenó. Noves passes de fraccionament permeten aconseguir un oxigen líquid amb uns nivells de criptó/xenó de 0,1-0,2%, que són separats bé per destil•lació o per adsorció a silicagel. La barreja de criptó/xenó és després separada a través d’una nova ronda de destil•lació. La raresa etimològica del xenó fa que tingui un preu deu vegades superior al criptó, cinquanta vegades superior al neó, i més de mil vegades superior a l’argó.

A banda del preu, hi ha una altra limitació pel que fa als requeriments d’emmagatzematge. El gas xenó es pot mantindré bé en contenidors de vidre o metàl•lics, però cal pensar que es dissol fàcilment en molts plàstics i gomes, la qual cosa pot ocasionar pèrdues en contenidors que utilitzen aquests materials per al segellament.

Com s’esdevé amb altres gasos nobles, el xenó té tota una sèrie d’aplicacions òptiques:
– les làmpades de flaix de xenó, utilitzades en fotografia estroboscòpica.
– làmpades d’ultraviolat de xenó-iode, com la ideada per Shuiabov et al. (2003), tenen aplicacions bactericides.
– les làmpades d’arc curt de xenó, per la natura de les seves emissions, són emprades com a simuladors solars (per exemple, en tests de laboratori de materials). També apareixen en projectors cinematogràfics especialitzats i en sistemes de visió nocturna.
– el xenó és utilitzat com a gas d’arrencada en làmpades de sodi d’alta pressió. D’una banda, el xenó, com a gas inert, no interfereix en les reaccions químiques de la làmpada, però alhora té un potencial d’ionització i una conductivitat tèrmica (5,65•10-3 W•m-1•K-1) més favorable que no pas els altres gasos nobles.
– el làser d’excímer de clorur de xenó s’ha utilitzat en el tractament de la dermatitis atòpica (Baltás et al., 2006).

Ja hem vist abans com el xenó és emprat com a anestèsic general. Encara és lluny la possibilitat que arribi a desplaçar anestèsics com el desflurà, l’isoflurà o el sevoflurà. Els avenços en la recuperació i reciclatge de xenó el farien un material per assequible econòmicament amb aquesta finalitat. Els mecanismes d’acció que expliquen el seu efecte anestèsic, són també els que el fan interessant com a agent neuroprotector en cas de dany per isquèmia-reperfusió. En aquest sentit, també s’ha estudiat el seu efecte cardioprotector.

El xenó és emprat en medicina diagnòstica. El xenó-133 és utilitzat en tomografies d’emissió de positrons. El xenó-129 és emprat com a constrast en imatges de RMN.

El xenó és utilitzat en cristal•lografia de proteïnes. S’aplica sobre els cristalls proteics a pressions elevades (0,5-5 MPa), condicions en les quals els àtoms de xenó s’uneixen preferentment a regions hidrofòniques, la qual cosa contribueix a la informació estructural que s’obtindrà a través de la radiografia d’aquests cristalls.

El xenó líquid és emprat en els calorímetres de detecció de partícules massives d’interacció febles (WIMPs). Les WIMPs són unes de les partícules hipotètiques candidates a explicar la “matèria fosca”, és a dir la part de la matèria gravitatòria de l’univers que escapa a les tècniques de detecció per emissió, absorció o reflexió de radiació electromagnètica. La col•lisió de WIMPs amb nuclis de xenó produiria una escintil•lació vinculada a la ionització.

El gran experiment subterrani amb xenó (Large Underground Xenon experiment, LUX) empra en la seva cambra (foto) 370 quilograms de xenó líquid per a detectar WIMPs en el Laboratori de Sanford, situat a una fondària de gairebé 1500 m. Va començar a prendre dades l’abril del 2013. El nombre d’interaccions detectades en els primers 85 dies d’experiments (abril-agost del 2013) fou de 160, cosa que lligava més aviat amb la hipòtesi nul•la d’absència de WIMPs.

Els compostos de xenó tenen diferents aplicacions pràctiques:
– els perxenats són emprats com a agents oxidants en algunes reaccions de química analítica.
– el XeF2 és emprat en l’elaboració del silici, per exemple en la producció de sistemes microelectromecànics.
– el XeF2 també s’utilitza com a donador de fluor en síntesi orgànica (per exemple, en la producció del fàrmac antitumoral 5-fluorouracil).

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: