Ten Obcy

Spośród wszystkich pierwiastków gazy szlachetne stanowią niezwykle fascynującą grupę. Nie żeby tak powszechne żelazo czy sód były mniej interesujące, ale przyznajcie, że helowce mają w sobie coś niezwykłego. Po części wynika to z tego, że cała chemia opiera się na przekształcaniu jednych związków chemicznych w drugie i nieustannych interakcjach jednych atomów z innymi, tworzeniu i rozrywaniu wiązań między nimi. Tymczasem gazy szlachetne nie za bardzo wpisują się w te zasady pozostając wyniosłymi samotnikami.

Niemniej jeden z członków tej arystokratycznej grupy pierwiastków ma dość silną skłonność do, że tak powiem, mezaliansów z bardziej pospolitymi pierwiastkami. Nie będę już dalej ukrywał jego tożsamości – to ksenon, pięćdziesiąty czwarty z kolei pierwiastek z piątego okresu układu okresowego.

Ksenon został odkryty w 1898 roku przez Williama Ramsay’a i Morrisa Traversa, którzy wsławili się także zidentyfikowaniem innych gazów szlachetnych – neonu i kryptonu. Nazwa naszego bohatera pochodzi od greckiego słowa ξένος – ksénos (łac. xenos), które można przetłumaczyć jako „dziwny” albo „obcy” lub „nieznajomy”. Ta nazwa nasunęła się odkrywcom po tym jak rozpoznali obcy/dziwny składnik jako pozostałość po destylacji frakcyjnej powietrza, którego ksenon stanowi jedną dwudziestomilionową.

Jednym z pierwszych zastosowań ksenonu było wykorzystanie go w lampach błyskowych do specjalnych zastosowań. W zamkniętych bańkach wypełnionych tym gazem pod wpływem wyładowania elektrycznego dochodzi do błysku światła trwającego zaledwie kilka mikrosekund. Innym obszarem, gdzie ksenon okazał się niezwykle przydatny, jest medycyna. Wdychanie ksenonu prowadzi do przejścia organizmu  w stan snu. Innymi słowy jest on anestetykiem. Ksenon jest szczególnie korzystny w przypadku urazów mózgu, bowiem ten gaz specyficznie chroni komórki nerwowe przed uszkodzeniem i zmianami fizjologicznymi.

Wróćmy jednak do związków chemicznych, jakie może tworzyć ksenon. Pierwszym opisanym był heksafluoroplatynian ksenonu, XePtF₆ (odkrytyw 1962 roku przez Neila Bartletta). Jest to związek jonowy, w którym ksenon występuje w postaci jonu [XeF]⁺ a towarzyszącym mu anionem jest [PtF₅]⁻. To ciekawe, że w zawiązku tym występuje platyna, metal szlachetny i niezwykle bierny chemicznie. Czyżby tajemnicza nić porozumienia między chemicznymi arystokratami?

Niekoniecznie, ksenon tworzy wiele jonów kompleksowych z samym fluorem, bez udziału platyny. Z kolei z heksafluorku ksenonu poprzez hydrolizę można otrzymać tritlenek ksenonu XeO₃, który w obecności zasad zachowuje się jak słaby kwas tworząc sole – kseniany z jonami  HXeO^‑4, które są niestabilne i przekształcają się w jony perksenianowe, XeO^‑4.

Osobną historię stanowią związki organiczne ksenonu, które zawierają wiązanie węgiel-ksenon. Punktem wyjścia do ich utworzenia są fluorki ksenonu, które w szczególnych warunkach wchodzą w reakcję ze związkami perfluorowanymi (to znaczy takimi, w których wszystkie atomy wodoru podmieniono atomami fluoru). Przykładem produktu takiej reakcji jest (C₆F₅)₂Xe.

Stare przysłowie powiada, że im dalej w las tym więcej drzew. Tak i było ze związkami ksenonu, raz po raz odkrywano kolejne, tak że dzisiaj stanowią one całą osobną gałąź chemii. Nie powinniśmy jednak ulegać fałszywemu wrażeniu, że synteza związków ksenonowych to taka bułka z masłem. O nie, taki proces wymaga bardzo specyficznych warunków reakcji. Ponadto zarówno reagenty, jak i produkty, są bardzo niestabilne i nietrwałe. W konsekwencji badanie właściwości tych związków jest bardzo trudne, a niekiedy nawet niemożliwe. Na przykład dla wielu z nich nie sposób określić temperatury topnienia, gdyż rozpadają się nim zdążą się stopić.

Dodam jeszcze na koniec, że także inne gazy szlachetne tworzą pewne ilości związków chemicznych. Choć nie tak licznie jak ksenon, znane są związki kryptonu i neonu. Ale to temat na zupełnie inną opowieść…

Wojciech Smułek

26.03.2023