Xenon

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 17 juni 2022; kontroller kräver 7 redigeringar .

Xenon
←  Jod | Cesium  →
54 kr ↑ Xe ↓ Rn 54 Xe
Utseendet av en enkel substans
Flytande xenon i akrylkub
Atomegenskaper
Namn, symbol, nummer	Xenon / Xenon (Xe), 54
Grupp , punkt , block	18 (föråldrad 8), 5, p-element
Atommassa ( molmassa )	131 293(6) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Kr] 4d 10 5s 2 5p 6
Atomradie	? (108) [2] kl
Kemiska egenskaper
kovalent radie	130 [2]  pm
Jonradie	190 [2]  pm
Elektronnegativitet	2,6 (Pauling-skala)
Elektrodpotential	0
Oxidationstillstånd	0, +1, +2, +4, +6, +8
Joniseringsenergi (första elektron)	1170,35 (12,1298) [3]  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiska egenskaper hos ett enkelt ämne
Densitet (vid ej )	3,52 (vid -107,05°C); 0,005894 (vid 0°C) g/cm³
Smält temperatur	161,3K (-111,85°C)
Koktemperatur	166,1K (-107,05°C)
Oud. fusionsvärme	2,27 kJ/mol
Oud. avdunstningsvärme	12,65 kJ/mol
Molär värmekapacitet	20,79 [4]  J/(K mol)
Molar volym	22,4⋅10 3  cm³ / mol
Kristallgittret av en enkel substans
Gallerstruktur	kubisk ansiktscentrerad kubisk atom
Gitterparametrar	6 200 [4]
Andra egenskaper
Värmeledningsförmåga	(300 K) 0,0057 W/(m K)
CAS-nummer	7440-63-3
Emissionsspektrum
längst levande isotoper
Isotop Prevalens _ Halva livet Decay kanal Förfallande produkt 124 xe 0,095 % 1,8⋅10 22  år [5] Dubbel EZ 124 Te 125 xe synth. 16,9 timmar EZ 125 I 126 xe 0,089 % stabil - 127 Xe synth. 36.345 dagar EZ 127 I 128 Xe 1,910 % stabil - - 129 Xe 26,401 % stabil - - 130 xe 4,071 % stabil - - 131 Xe 21,232 % stabil - - 132 Xe 26,909 % stabil - - 133 Xe synth. 5 247 dagar β − 133Cs _ 134 Xe 10,436 % stabil - 135 xe synth. 9.14 timmar β − 135Cs _ 136 Xe 8,857 % 2,165⋅10 21  år [6] β − β − 136 Ba

54	Xenon
Xe131,293
4d 10 5s 2 5p 6

Xenon ( kemisk symbol - Xe , från lat.  Xe non ) är ett kemiskt element i den 18:e gruppen (enligt den föråldrade klassificeringen  - huvudundergruppen av den åttonde gruppen, VIIIA), den femte perioden av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendeleev , med atomnummer 54.

Det enkla ämnet xenon  är en tung ädel monatomisk gas utan färg , smak eller lukt .

Historik

Xenon upptäcktes som en liten förorening till krypton [7] [8] . För upptäckten av inerta gaser (särskilt xenon) och bestämningen av deras plats i Mendeleevs periodiska system, fick Ramsay 1904 Nobelpriset i kemi .

Namnets ursprung

Ramsay föreslog som namn på elementet det antika grekiska ordet ξένον , som är neutrum singularformen av adjektivet ξένος "främmande, konstigt". Namnet kommer från det faktum att xenon hittades som en blandning med krypton, och eftersom dess andel i atmosfärsluften är extremt liten.

Prevalens

Xenon är ett mycket sällsynt grundämne. Under normala förhållanden innehåller en kubikmeter luft 0,086 [4] -0,087 [9] cm 3 xenon.

I solsystemet

Xenon är relativt sällsynt i solens atmosfär , på jorden och i asteroider och kometer . Koncentrationen av xenon i atmosfären på Mars liknar den på jorden: 0,08 ppm [10] , även om innehållet i 129 Xe -isotopen på Mars är högre än på jorden eller solen. Eftersom denna isotop bildas under processen av radioaktivt sönderfall , kan de erhållna uppgifterna indikera förlusten av den primära atmosfären på Mars, möjligen under de första 100 miljoner åren efter planetens bildande [11] [12] . I Jupiters atmosfär är tvärtom koncentrationen av xenon ovanligt hög - nästan dubbelt så hög som i solens fotosfär [13] .

Jordskorpan

Xenon finns i jordens atmosfär i extremt små mängder, 0,087 ± 0,001 ppm i volym (μl/l), eller 1 del per 11,5 miljoner [9] . Det finns också i de gaser som avges av vattnet i vissa mineralkällor . Vissa radioaktiva isotoper av xenon, såsom 133 Xe och 135 Xe, produceras genom neutronbestrålning av kärnbränsle i reaktorer .

Definition

Kvalitativt detekteras xenon med emissionsspektroskopi (karakteristiska linjer med en våglängd på 467,13 nm och 462,43 nm ). Kvantitativt bestäms det med masspektrometriska , kromatografiska och absorptionsanalysmetoder [4] .

Fysiska egenskaper

Fullständig elektronisk konfiguration av xenonatom: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6

Vid normalt tryck är smältpunkten 161,40 K (−111,75 °C), kokpunkten är 165,051 K (−108,099 °C). Den molära entalpin för smältning är 2,3 kJ/mol , den molära entalpin för förångning är 12,7 kJ/mol , den molära standardentropin är 169,57 J/(mol·K) [4] .

Densitet i gasform under standardförhållanden (0 ° C, 100 kPa ) 5,894 g / l (kg / m 3 ), 4,9 gånger tyngre än luft. Densiteten av flytande xenon vid kokpunkten är 2,942 g/cm3 . Densiteten för fast xenon är 2,7 g/cm 3 (vid 133 K ) [4] , den bildar kubiska kristaller (ansiktscentrerat gitter), rymdgrupp Fm 3 m ,  cellparametrar a = 0,6197 nm , Z = 4 [4] .

Den kritiska temperaturen för xenon är 289,74 K (+16,59 °C), det kritiska trycket är 5,84 MPa och den kritiska densiteten är 1,099 g/cm 3 [4] .

Trippelpunkt : temperatur 161,36 K (−111,79 ° C), tryck 81,7 kPa , densitet 3,540 g/cm 3 [4] .

I en elektrisk urladdning lyser den blått (462 och 467 nm). Flytande xenon är en scintillator .

Något lösligt i vatten (0,242 l/kg vid 0 °C, 0,097 l/kg vid +25 °C) [4] .

Under standardförhållanden (273 K, 100 kPa): värmeledningsförmåga 5,4 mW / (m K) , dynamisk viskositet 21 μPa s , självdiffusionskoefficient 4,8 10 −6 m 2 / s , kompressibilitetskoefficient 0,9950, molär tryckkapacitet vid konstant värmekapacitet 20,79 J/(mol·K) [4] .

Xenon är diamagnetiskt , dess magnetiska känslighet är −4,3· 10−5 . Polariserbarhet 4,0·10 −3 nm 3 [4] . Joniseringsenergi 12,1298 eV [3] .

Kemiska egenskaper

Xenon var den första inerta gasen för vilken verkliga kemiska föreningar erhölls. Exempel på föreningar kan vara xenondifluorid , xenontetrafluorid , xenonhexafluorid , xenontrioxid , xenonsyra och andra [14] .

Den första xenonföreningen erhölls av Neil Barlett genom att reagera xenon med platinahexafluorid 1962. Inom två år efter denna händelse erhölls redan flera dussin föreningar, inklusive fluorider, som är utgångsmaterialen för syntesen av alla andra xenonderivat.

För närvarande har hundratals xenonföreningar beskrivits: xenonfluorider och deras olika komplex, oxider, xenonoxifluorider, lågstabila kovalenta derivat av syror, föreningar med Xe-N-bindningar, xenonorganiska föreningar. Relativt nyligen erhölls ett komplex baserat på guld, där xenon är en ligand. Förekomsten av de tidigare beskrivna relativt stabila xenonkloriderna bekräftades inte (senare beskrevs excimerklorider med xenon).

Xenonfluorider

Xenonfluorider var bland de första xenonföreningarna som erhölls. De erhölls redan 1962, omedelbart efter etableringen av möjligheten till kemiska reaktioner för ädelgaser. Xenonfluorider tjänar som utgångsmaterial för framställning av alla andra kovalenta xenonföreningar. Xenondifluorid , xenontetrafluorid , xenonhexafluorid och ett stort antal av deras komplex (främst med fluorerade Lewis-syror) är kända . Rapporten om syntesen av xenonoktafluorid bekräftades inte av senare studier.

• Reaktioner med fluor [15] :

vid rumstemperatur och UV-bestrålning eller vid 300-500 ºC under tryck; vid 400 ºC under tryck; föroreningar XeF2 , XeF6 ; vid 300 ºC under tryck; förorening XeF 4 .

Oxider och syror av xenon

Xenon(VI)oxid erhölls först genom noggrann hydrolys av xenontetrafluorid och xenonhexafluorid. När den är torr är den extremt explosiv. I en vattenlösning är det ett mycket starkt oxidationsmedel och bildar en svag xenonsyra, som vid alkalisering lätt disproportioneras till salter av xenonsyra (perxenater) och gasformig xenon. Vid surgöring av vattenhaltiga lösningar av perxenater bildas en gul flyktig explosiv xenon-tetroxid .

Xenonföreningar

De första stabila organiska xenonföreningarna erhölls 1988 genom reaktion av xenondifluorid med perfluoroarylboraner. Pentafluorfenylxenon(II)hexafluorarsenat(V) (C6F5Xe)[AsF6] är ovanligt stabil, smälter nästan utan sönderdelning vid 102°C och används som utgångsförening för syntes av andra organoxenonföreningar.

Isotoper av xenon

Kända isotoper av xenon med masstal från 108 till 147 (antal protoner 54, neutroner från 54 till 93) och 12 kärnisomerer .

9 isotoper finns i naturen. Av dessa är sju stabila: 126 Xe, 128 Xe, 129 Xe, 130 Xe, 131 Xe, 132 Xe, 134 Xe. Ytterligare två isotoper ( 124 Xe, T 1/2 = 1,8 10 22 år och 136 Xe, T 1/2 = 2,165 10 21 år) har enorma halveringstider, många storleksordningar större än universums ålder (~ 1,4 10 10 år).

De återstående isotoperna är artificiella, de längsta livslängderna av dem är 127 Xe ( halveringstid 36,345 dagar) och 133 Xe (5,2475 dagar), halveringstiden för de återstående isotoperna överstiger inte 20 timmar.

Bland de nukleära isomererna är de mest stabila 131 Xem med en halveringstid på 11,84 dagar, 129 Xem ( 8,88 dagar) och 133 Xem ( 2,19 dagar) [16] .

Xenonisotop med ett masstal på 135 ( halveringstid 9,14 timmar) har det maximala termiska neutroninfångningstvärsnittet bland alla kända ämnen - cirka 3 miljoner lador för en energi på 0,069 eV [17] , dess ackumulering i kärnreaktorer som ett resultat av en kedja av β-sönderfall av tellurkärnor -135 och jod-135 leder till effekten av så kallad xenonförgiftning (se även Jodgrop ).

Får

Xenon erhålls som en biprodukt från produktionen av flytande syre vid metallurgiska företag.

Inom industrin produceras xenon som en biprodukt av separationen av luft till syre och kväve . Efter denna separation, som vanligtvis utförs genom rektifikation , innehåller det resulterande flytande syret små mängder krypton och xenon. Ytterligare destillation berikar flytande syre till en halt av 0,1-0,2 % av krypton-xenonblandningen, som separeras genom adsorption på silikagel eller genom destillation . I framtiden kan xenon-krypton-koncentratet separeras genom destillation till krypton och xenon, se Krypton#Production för detaljer .

På grund av sin låga förekomst är xenon mycket dyrare än lättare inerta gaser . 2009 var priset på xenon cirka 20 euro per liter gasformigt ämne vid standardtryck [3] .

Applikation

Trots den höga kostnaden är xenon oumbärligt i ett antal fall:

• Xenon används för att fylla glödlampor , gasurladdningar med hög effekt och pulserande ljuskällor (den höga atommassan av gas i glödlampor hindrar volfram från att avdunsta från glödtrådens yta).
• Radioaktiva isotoper ( 127 Xe, 133 Xe, 137 Xe, etc.) används som strålkällor vid radiografi och för diagnostik inom medicin, för att upptäcka läckor i vakuuminstallationer .
• Xenonfluorider används för att passivera metaller .
• Xenon, både i sin rena form och med en liten tillsats av cesium-133- ånga , är en mycket effektiv arbetsvätska för rymdfarkostmotorer med elektrojet (främst jon och plasma) . 2020 tillkännagav Roscosmos byggstarten av rymdfarkosten Nuklon med ett kärnkraftverk . Xenon kommer att användas som arbetsvätska för jetmotorn.
• I slutet av 1900-talet utvecklades en metod för att använda xenon som bedövningsmedel och smärtstillande medel. De första avhandlingarna om xenon-anestesiteknik dök upp i Ryssland 1993. 1999 godkändes xenon för medicinskt bruk som medel för inhalationsanestesi [18] .
• Nu för tiden[ förtydliga ] xenon testas vid behandling av beroende tillstånd [19] .
• Flytande xenon används ibland som ett arbetsmedium för lasrar [20] .
• Xenonfluorider och oxider har föreslagits som de mest kraftfulla oxidationsmedel för raketbränsle och även som komponenter i gasblandningar för lasrar .
• I 129 Xe -isotopen är det möjligt att polarisera en betydande del av kärnsnurren för att skapa ett tillstånd av medriktade spinn, ett tillstånd som kallas hyperpolarisering .
• Xenon används för att fylla Golay-cellen i terahertz-strålningsdetektorer [21] .
• För transport av fluor som uppvisar starkt oxiderande egenskaper .

Xenon som dope

• 2014 likställde World Anti-Doping Agency xenoninhalation med dopning [22] [23] .

Biologisk roll

• Xenongas är icke-giftig, men den kan orsaka anestesi (enligt den fysiska mekanismen), och i höga koncentrationer (mer än 80%) orsakar den asfyxi .
• Att fylla lungorna med xenon och andas ut under en konversation leder till en signifikant minskning av röstens klangfärg (en effekt motsatt heliums ).
• Xenonfluorider är giftiga, MPC i luften är 0,05 mg/m³.

Galleri

• Glödet från ett gasurladdningsrör med xenon.

• Akrylkub speciellt förberedd för montörer av element som innehåller flytande xenon.

• Ett lager av fast xenon som flyter ovanpå flytande xenon inuti en högspänningsenhet.

• Flytande (okarakteristiska) och kristallina fasta Xe-nanopartiklar erhållna genom implantation av Xe + -joner i aluminium vid rumstemperatur.

• Xenonblixtlampa ( animerad version )

• XeF 4 kristaller , 1962

• Xenonlampa med kort båge.

• Rymdfärjan Atlantis är översvämmad av xenonljus

• Prototyp av xenon-jon-propeller som testas vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory

Anteckningar

1. ↑ Meija J. et al. Grundämnenas atomvikter 2013 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2016. - Vol. 88 , nr. 3 . - S. 265-291 . - doi : 10.1515/pac-2015-0305 .
2. ↑ 1 2 3 Storlek på xenon i flera  miljöer . www.webelements.com. Hämtad 6 augusti 2009. Arkiverad från originalet 3 maj 2009.
3. ↑ 1 2 3 CRC Handbook of Chemistry and Physics / DR Lead (Ed.). — 90:e upplagan. — CRC Press; Taylor och Francis, 2009. - 2828 sid. — ISBN 1420090844 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Legasov V. A., Sokolov V. B. Xenon // Chemical encyclopedia  : in 5 volumes / Kap. ed. I. L. Knunyants . - M .: Soviet Encyclopedia , 1990. - T. 2: Duff - Medi. - S. 548-549. — 671 sid. — 100 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-035-5 .
5. ↑ "Observation av två-neutrino dubbelelektroninfångning i 124 Xe med XENON1T". naturen . 568 (7753): 532-535. 2019. doi : 10.1038/ s41586-019-1124-4 .
6. ↑ Albert, JB; Auger, M.; Auty, DJ; Barbeau, PS; Beauchamp, E.; Beck, D.; Belov, V.; Benitez-Medina, C.; Bonatt, J.; Breidenbach, M.; Brunner, T.; Burenkov, A.; Cao, G.F.; Chambers, C.; Chaves, J.; Cleveland, B.; Cook, S.; Craycraft, A.; Daniels, T.; Danilov, M.; Daugherty, SJ; Davis, C.G.; Davis, J.; Devoe, R.; Delaquis, S.; Dobi, A.; Dolgolenko, A.; Dolinski, MJ; Dunford, M.; et al. (2014). "Förbättrad mätning av 2νββ-halveringstiden för 136 Xe med EXO-200-detektorn". Fysisk granskning C. 89 . arXiv : 1306.6106 . Bibcode : 2014PhRvC..89a5502A . DOI : 10.1103/PhysRevC.89.015502 .
7. ↑ Ramsay W., Travers MW Om utvinning från luften av följeslagare av argon och neon  //  Rapport från mötet i British Association for the Advancement of Science. - 1898. - S. 828 .
8. ↑ Gagnon, Steve Det är elementärt - Xenon . Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Hämtad 16 juni 2007. Arkiverad från originalet 12 juni 2020. (obestämd)
9. ↑ 1 2 Hwang S.-C., Lein RD, Morgan DA Noble Gases // Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. - 5:e upplagan .. - Wiley , 2005. - ISBN 0-471-48511-X . - doi : 10.1002/0471238961.0701190508230114.a01 .
10. ↑ Williams, David R. Mars faktablad . NASA (1 september 2004). Hämtad 10 oktober 2007. Arkiverad från originalet 12 juni 2010. (obestämd)
11. ↑ Schilling, James Varför är Mars atmosfär så tunn och huvudsakligen koldioxid? (inte tillgänglig länk) . Mars Global Circulation Model Group. Hämtad 10 oktober 2007. Arkiverad från originalet 22 augusti 2011. (obestämd) 
12. ↑ Zahnle KJ Xenologiska begränsningar för påverkan erosionen av den tidiga Mars atmosfären  //  Journal of Geophysical Research. - 1993. - Vol. 98 , nr. E6 . - P. 10899-10913 . - doi : 10.1029/92JE02941 .
13. ↑ Mahaffy P. R. et al. Ädelgasförekomst och isotopförhållanden i Jupiters atmosfär från Galileo Probe Mass Spectrometer  //  Journal of Geophysical Research. - 2000. - Vol. 105 , nr. E6 . - P. 15061-15072 . - doi : 10.1029/1999JE001224 . - .
14. ↑ Andrey Vakulka. Xenon och syre: komplext förhållande  // Vetenskap och liv . - 2018. - Nr 5 . - S. 43-47 . (ryska)
15. ↑ Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L. Oorganisk kemi i reaktioner. Katalog. - 2:a uppl. - Moskva: Drofa, 2007. - S. 609. - 640 sid.
16. ↑ Arkiverad kopia (länk ej tillgänglig) . Hämtad 11 september 2011. Arkiverad från originalet 20 juli 2011. (obestämd) 
17. ↑ Medicinskt komplex för produktion av radioisotoper baserat på en lösningsreaktor . Hämtad 19 augusti 2015. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. (obestämd)
18. ↑ OM TILLSTÅND TILL MEDICINSK ANVÄNDNING AV LÄKEMEDEL. Ordning. Ryska federationens hälsoministerium. 08.10.99 363 :: Innovationer och entreprenörskap: bidrag, teknologier, patent (otillgänglig länk) . Hämtad 10 augusti 2010. Arkiverad från originalet 10 november 2012. (obestämd) 
19. ↑ Xenon - ett nytt ord i narkologi (otillgänglig länk) . Hämtad 16 februari 2011. Arkiverad från originalet 7 juli 2011. (obestämd) 
20. ↑ Flytande xenon excimerlaser . Hämtad 18 april 2014. Arkiverad från originalet 24 september 2015. (obestämd)
21. ↑ Terahertz-strålningsmottagare (recension). . Hämtad 24 september 2020. Arkiverad från originalet 13 juli 2019. (obestämd)
22. ↑ Gas som användes av ryska Sotji-medaljörer 2014 förbjuden . Hämtad 10 november 2015. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. (obestämd)
23. ↑ WADA erkände xenon som dopning (otillgänglig länk) . Hämtad 10 november 2015. Arkiverad från originalet 17 november 2015. (obestämd) 

Länkar

• Xenon på Popular Library of Chemical Elements

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor norsk Stor ryss Brockhaus och Efron Litet Brockhaus och Efron Britannica (online) Treccani Universalis
I bibliografiska kataloger BNF : 12144893f GND : 4190373-0 J9U : 987007529623105171 LCCN : sh85148790 NDL : 00575282 NKC : ph127505

Periodiskt system av kemiska element av D. I. Mendeleev

ett 2                             3 fyra 5 6 7 åtta 9 tio elva 12 13 fjorton femton 16 17 arton ett H   han 2 Li Vara   B C N O F Ne 3 Na mg   Al Si P S Cl Ar fyra K Ca   sc Ti V Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga Ge Som Se Br kr 5 Rb Sr   Y Zr Obs Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD I sn Sb Te jag Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm sm Eu Gd Tb Dy Ho Eh Tm Yb Lu hf Ta W Re Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po På Rn 7 Fr Ra AC Th Pa U Np Pu Am centimeter bk jfr Es fm md Nej lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og   alkaliska metaller alkaliska jordartsmetaller Lantanider Aktinider övergångsmetaller lättmetaller _ Halvmetaller icke-metaller Halogener ädelgaser

Xenonföreningar _

Xenonoxiddifluorid (XeOF 2 ) Xenonoxid-tetrafluorid (XeOF 4 ) Xenontetroxid (XeO 4 ) Xenontrioxid (XeO 3 ) Xenon(II)fluorid (XeF 2 ) Xenon(IV)fluorid (XeF 4 ) Xenon(VI)fluorid (XeF 6 ) Xenonhexafluorplatinat (Xe[PtF 6 ]) Natriumperxenat (Na 4 XeO 6 ) Bariumperxenat (Ba 2 XeO 6 ) Kryptondifluorid - xenonhexafluorid (1/1) (KrF 2 XeF 6 ) Xenon (VI) oxid-tetrafluorid - vanadin pentafluorid (1/1) (XeOF 4 VF 5 ) Xenon(II)pentafluortelluroxid (Xe(OTeF 5 ) 2 ) Xenondioxiddifluorid (XeO 2 F 2 ) Xenon(II)perklorat (Xe( ClO4 ) 2 ) Xenat (VI) barium (Ba 3 XeO 6 ) Xenonsyra (H 4 XeO 6 ) Xenonsyra (H 2 XeO 4 )