Qual è il gas nobile più pesante?

I gas nobili costituiscono il gruppo 18 degli elementi della tavola periodica (già gruppo VIII-A). Questi elementi sono caratterizzati dall’avere una configurazione elettronica a guscio in cui l’ultimo livello di energia ha i suoi orbitali syp completamente riempiti. Questa configurazione elettronica è particolarmente stabile, motivo per cui questi elementi non hanno la necessità di formare legami chimici per condividere elettroni che cercano maggiore stabilità. Infatti la maggior parte delle reazioni chimiche che subiscono gli altri elementi della tavola periodica lo fanno per circondarsi degli stessi 8 elettroni che circondano i gas nobili. Questo è noto come la regola dell’ottetto.

Per il fatto stesso che sono così stabili, gli elementi del gruppo 18 sono anche estremamente inerti e praticamente non si combinano con nessun altro elemento. Inoltre, questi elementi non hanno nemmeno la tendenza a legarsi tra loro, e le uniche interazioni che avvengono tra due atomi sono le deboli forze di dispersione di London. Per questo motivo questi elementi hanno punti di ebollizione molto bassi e sono generalmente allo stato gassoso in normali condizioni di temperatura e pressione. Entrambe le caratteristiche fisico-chimiche hanno fatto guadagnare a questi elementi il ​​nome di gas nobili.

In breve, ciò che rende i gas nobili gas nobili è che sono allo stato gassoso e che sono chimicamente inerti. Questo è un punto importante per determinare quale sia il gas nobile più pesante.

Cosa significa essere il gas nobile più pesante?

Definiamo prima cosa intendiamo per “il gas nobile più pesante”. Questo qualificatore può in realtà avere una delle due interpretazioni: da un lato, può riferirsi all’elemento gassoso con il più alto peso atomico. D’altra parte, potremmo riferirci al gas più denso.

Sebbene la densità sia proporzionale alla massa molare di un gas e la massa molare dei gas aumenti man mano che si scende di un gruppo nella tavola periodica, la risposta alla domanda su quale gas sia più pesante non è semplice come scorrere l’elenco fino a l’ultimo elemento del gruppo.

In effetti, ci sono due candidati per il gas nobile più pesante, e nessuno dei due è l’ultimo elemento del gruppo.

L’oganese non è il gas nobile più pesante.

Come abbiamo accennato poc’anzi, contrariamente all’intuizione iniziale, il gas nobile più pesante non è l’ultimo membro del gruppo, cioè oganeson, simbolo chimico Og. Ciò è dovuto a diverse ragioni. Per cominciare, l’oganeson è un elemento transattinide sintetico, il che significa che questo elemento non esiste in natura, ma è stato sintetizzato in un acceleratore di particelle attraverso la fusione nucleare.

Il problema con l’oganeson, e la ragione principale per cui non possiamo dargli il titolo di gas nobile più pesante, è che ha una vita molto breve; inferiore a 1ms. Inoltre, gli elementi sintetici sono prodotti in quantità estremamente ridotte. Per entrambi i motivi, è quasi impossibile accumulare abbastanza atomi di oganeson in un tempo sufficientemente lungo per misurarne le proprietà fisico-chimiche. Di conseguenza, nulla si sa con certezza sullo stato fisico di questo elemento a temperatura e pressione normali.

Si stima infatti che, se durasse abbastanza a lungo, questo elemento sarebbe un solido a temperatura ambiente. Questo di per sé lo squalifica come il “gas nobile” più pesante, nonostante sia l’elemento più pesante conosciuto dall’uomo.

D’altronde sono stati effettuati anche molteplici calcoli teorici sulla struttura elettronica che avrebbe questo elemento e i risultati sono davvero inaspettati. Si ipotizza che la grande carica nucleare accelererebbe gli elettroni quasi alla velocità della luce, facendoli comportare in modo molto diverso da altri elementi conosciuti. La conseguenza più evidente di ciò è che in realtà non sappiamo nemmeno se avrebbe le stesse caratteristiche inerti degli altri membri del gruppo.

In determinate condizioni, lo xeno può prendere il trofeo

Poiché i gas, in particolare i gas nobili, si comportano come gas ideali in condizioni normali di temperatura e pressione, si può facilmente ottenere una relazione tra la densità e la massa molare di un gas. Questa relazione è data da:

dove ρ è la densità del gas in g/L, P è la pressione in atmosfere, T è la temperatura assoluta, R è la costante del gas ideale e MM è la massa molare del gas. Come puoi vedere, la densità è direttamente proporzionale alla massa molare. Se consideriamo che tutti i gas nobili sono sotto forma di elementi monoatomici, l’elemento più denso dovrebbe essere il radon.

Tuttavia, in determinate condizioni molto particolari (applicando scariche elettriche su un getto supersonico di xeno gassoso), è possibile convertire lo xeno in dimeri ionizzati o in ioni molecolari biatomici di formula Xe ₂ ⁺ . Questo nuovo gas avrebbe una massa molare di 263 g/mol, che è maggiore della massa molare del radon, che è di 222 g/mol. Avendo una massa molare maggiore, questa forma gassosa di Xe sarebbe più densa del radon gassoso, rubando così la corona.

Tuttavia, questo sarebbe altamente speculativo, poiché le condizioni in cui si formano i dimeri sono difficili da mantenere, quindi le specie molecolari durano per un tempo molto breve.

Il gas nobile più pesante è il radon (Rn)

Dati gli argomenti di cui sopra, concludiamo che il gas nobile più pesante è il radon. Questo elemento è un gas inerte, incolore e inodore che è anche radioattivo.

Di tutti gli elementi del gruppo 18, il radon ha il peso atomico più elevato (222 u) e, a parte la discutibile eccezione di Xe ₂ , è anche il più denso dei gas nobili, con una densità di 9,074 g/L alla temperatura di 25 °C e una pressione di 1 atm.

Riferimenti

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