# Tetrossido di xeno

Il tetrossido di xenon è il composto chimico binario dello xenon ottavalente con l'ossigeno, avente formula molecolare XeO$_4$, e che si presenta come un gas incolore molto instabile ed esplosivo.
In questa molecola lo xenon ha stato di ossidazione +8 (il più alto possibile nella tavola periodica). Si può notare come il raggiungimento di una valenza così alta in una molecola come questa dello xenon (gruppo 18), e l'analogo numero di ossidazione, si mostra possibile con l'ossigeno, ma non con il fluoro da solo (XeF$_8$ non è noto). Questo nonostante che il fluoro sia l'elemento più elettronegativo; lo stesso accade nel caso delle molecole analoghe del rutenio (RuO$_4$) e dell'osmio (OsO$_4$), che sono elementi del gruppo 8.
Anche per queste considerazioni, XeO$_4$ è un composto di precipuo interesse accademico-scientifico ma, data la sua instabilità e pericolosità, senza usi pratici.

## Proprietà, struttura molecolare e configurazione elettronica

In condizioni normali XeO$_4$ è un gas incolore decisamente instabile e fortemente ossidante. A temperature inferiori al suo punto di fusione (–35,9 °C) si presenta come come solido cristallino giallo e in tali condizioni risulta relativamente più stabile, ma a temperature superiori tende ad esplodere, decomponendosi in xenon e ossigeno molecolare. È riportato avere un punto di ebollizione a circa 0 °C, con parziale decomposizione.
Il tetrossido di xenon è un ossido termodinamicamente instabile e notevolmente endotermico: ΔH$_ƒ$° = +643 kJ/mol.; fin da basse temperature è facilmente esplosivo, un comportamento innescato da una possibile transizione di fase strutturale che ne abbassa la simmetria (effetto Jahn-Teller).
Il tetrossido di xeno è isoelettronico con lo ione metaperiodato IO$_4$$^−$ e isoelettronico di valenza con gli altri due tetrossidi di elementi ottavalenti nella tavola periodica: RuO$_4$ e OsO$_4$.
Nella molecola XeO$_4$ lo xenon impegna tutti e 8 i suoi elettroni s e p esterni (5s$^2$ 5p$^6$) per formare i quattro legami doppi (σ+π) con gli atomi di ossigeno, lasciandosi al di sotto un guscio completo di elettroni d (4d$^{10}$) avente simmetria sferica che, in quanto tale, è ininfluente sulla geometria molecolare. Ogni ossigeno raggiunge esternamente l'ottetto e quindi gli elettroni di valenza della molecola sono in totale 32.
I legami sigma formati dallo Xe sono 4, non ci sono su di esso coppie solitarie nel guscio di valenza e quindi l'ibridazione prevista è sp$^3$, il che implica una geometria tetraedrica, come per altro verso indica anche il modello VSEPR. Ogni atomo O forma un doppio legame, quindi un legame sigma, ma ha anche 2 coppie solitarie, in totale 3 coppie elettroniche, per cui l'ibridazione prevista è sp$^2$.
La struttura tetraedrica della molecola con simmetria molecolare T$_d$, dedotta dalla spettroscopia infrarossa, è stata poi confermata da indagini di diffrazione elettronica in fase gassosa, dalla quale risulta una lunghezza del legame Xe–O di 173,6 pm e con una distanza O$^{...}$O di 283,2 pm.

### Altre specie binarie di Xenon(VIII)

Il tetraanione (orto)perxenato XeO$_6$$^{4–}$ (implicato nella sintesi di XeO$_4$, vide infra) è un'altra specie di Xe(VIII), che è isoelettronica e pressoché isostrutturale con ortoperiodati e ortotellurati; come questi, è uno ione essenzialmente ottaedrico, con Xe esacoordinato, nel quale la distanza Xe–O è di 187,5 pm: questa è più lunga della distanza Xe−O in XeO$_4$ a causa dell'aumento del numero di coordinazione (4 → 6).
Un'altra specie di questo tipo è il pentossido XeO$_5$ che, per la precisione, è formulato come (η$^2$-O$_2$)XeO$_3$: è presente di un'unità perossidica (-O−O-) legata allo xenon in un anello a tre termini (O$_2$Xe) e lo xenon è ulteriormente legato con doppi legami a tre altri atomi di ossigeno. A differenza di XeO$_4$, XeO$_5$ è una molecola ipervalente, dato che in essa lo xenon ha 10 elettroni di valenza. Si forma per irradiazione ultravioletta (365 nm) di XeO$_4$. Altre specie di Xe(VIII) molto instabili, derivanti dalla reazione di XeO$_4$ con XeF$_6$ e che è possibile rivelare con la spettrometria di massa, sono gli ossofuoruri XeO$_3$F$_2$ e XeO$_2$F$_4$.

## Sintesi

Per la sintesi di XeO$_4$ occorrono i perxenati (ossoanioni di Xe$^{VIII}$), che sono accessibili a partire dagli xenati (ossoanioni di Xe$^{VI}$) tramite due metodi. Il primo è la dismutazione degli xenati a perxenati e xeno:
    2 XeO$_4$$^{2–}$ → XeO$_6$$^{4–}$ + Xe + O$_2$
Il secondo è l'ossidazione degli xenati con ozono in soluzione basica:
    XeO$_4$$^{2–}$ + O$_3$ + 2 OH$^–$ → XeO$_6$$^{4–}$ + O$_2$ + H$_2$O
Da queste soluzioni si può precipitare il perxenato di bario Ba$_2$XeO$_6$ poco solubile, che viene poi trattato con acido solforico concentrato. Si forma l'acido perxenico instabile, che viene disidratato dall'acido solforico presente per giungere a XeO$_4$ . Queste reazioni sono condotte a –5 °C e XeO$_4$ si sviluppa come gas.
    Ba$_2$XeO$_6$ + 2 H$_2$SO$_4$ → 2 BaSO$_4$ ↓ + [H$_4$XeO$_6$]
    [H$_4$XeO$_6$] → 2 H$_2$O + XeO$_4$ ↑

## Reattività

Il tetrossido di xeno è un gas con una entalpia di formazione standard fortemente positiva, ma è decisamente instabile anche cineticamente: tende a decomporsi esplosivamente formando xenon gassoso e ossigeno:
    XeO$_4$ → Xe + 2 O$_2$
A temperature inferiori a –39,5 °C è solido e notevolmente più stabile, ma va trattato comunque con grande cautela perché anche a così bassa temperatura si sono verificati casi di esplosione.
Facendo reagire XeO$_4$ con esafluoruro di xenon si possono preparare altri composti dello xenon in stato di ossidazione +8, come XeO$_3$F$_2$ e XeO$_2$F$_4$:
    XeO$_4$ + XeF$_6$ → XeO$_3$F$_2$ + XeOF$_4$
    XeO$_3$F$_2$ + XeF$_6$ → XeO$_2$F$_4$ + XeOF$_4$