Ксенон это химический элемент с символом Xe, простое вещество, является редким тяжелым газом группы 18 (благородные газы) периодической таблицы.
Это был первый благородный газ, который, как установлено, образует настоящие химические соединения. Он более чем в 4,5 раза тяжелее воздуха, не имеет запаха, вкуса и цвета.
Твердый ксенон относится к кубической кристаллической системе гранецентрированной, что означает, что его молекулы, состоящие из отдельных атомов, ведут себя как сферы, которые упакованы вместе возможно тесно.
Термин ксенон происходит от греческого слова Xenos, что означает “чужой” или “странный”.
Что такое ксенон
(Xenon; or греч. — чужой), Хе — химический элемент 18-й группы (устаревшая классификация — восьмой группы главной подгруппы, VIIIA), пятого периода периодической системы элементов.
Атомный номер 54, атомная масса 131,30. Инертный газ.
Ксенон открыли (1898) англ. ученые У. Рамзай и М. Траверс, обнаружив его как небольшую примесь к криптону.
Ксенон — редкий газ, его содержание в атмосфере 0,39 X 10-4%.
Электронная конфигурация ксенона [Kr] 4d105s25p6
Св-ва инертных газов монотонно изменяются от легкого гелия к тяжелому ксенону: возрастает радиус молекулы, ослабевает связь внешних электронов с ядром, что усиливает способность молекул деформироваться.
У ксенона наибольшая растворимость, сжимаемость и т. д. Осн. термодинамические параметры — критическая точка: Т = 289,74 К; Ркр= 57,64 аm.
Интересные факты о ксеноне: Благородные газы обычно считаются инертными, ксенон образует несколько химических соединений с другими элементами.
Примеры включают гексафторплатинат ксенона, фториды ксенона, оксифториды ксенона и оксиды ксенона. Оксид ксенона XeO3 это взрывоопасное вещество, по силе взрыва приравнивается к тринитротолуолу.
Физические свойства ксенона
Нормальная т-ра кипения 165,04 К (760 мм рт. ст.); т-ра плавления 161,35 К; скрытая теплота плавления 548,5 кал/моль; теплота испарения (в точке кипения) 3020,0 кал/моль; теплота сублимации (т-ра 0 К) 3828,0 кал/моль.
Газообразный ксенон — без цвета и запаха, состоит из одноатомных молекул. При т-ре 0° С и давлении 760 мм рт. ст. его плотность 5,8971 кг/ м3; коэфф. теплопроводности 1,26 • 10— кал/см • сек • град; вязкость 210,1 мкпз; теплоемкость (т-ра 20° С) Ср = 4,9680 кал/моль • град.
Растворимость в воде: 203,2 см3/л , т-ра 0° С, и 40,3 см3/л (т-ра 80° С). В жидком состоянии плотность ксенона (при норм, давлении) 3,057 г/см3; теплоемкость с — 10,65 кал/моль X (т-ра 163—165 К).
Количество газа, образующегося при испарении 1 л жидкости,— 518,9 л. У твердого ксенона — гранецентрированная кубическая решетка с периодом а = 6,131 А (т-ра 10 К).
Плотность ксенона в интервале т-р 160—20 К изменяется от 3,407 до 3,795 г/см3; температурный коэфф. объемного расширения в этом же интервале т-р уменьшается с 12,96 • 10-4 до 3,32 . КГ4 град-1.
Коэфф. теплопроводности в интервале т-р 120—25 К увеличивается с 0,54 • 10-3 до 4,32 • 10 кал/см • сек • град.
В интервале т-р 150—11 К теплоемкость Ср уменьшается с 8,04 до 2,22 к ал/моль • град, теплоемкость cv с 5,05 до 2,21 кал/моль • град. Т-ра Дебая 65 К. Макс, прочность на разрыв (т-ра 110 К) 537 гс/мм2.
Изотопы
Природный ксенон является смесью девяти стабильных изотопов, среди к-рых наиболее распространены изотопы 129Хе (26,44%), 131Хе (21,18%) и 132Хе (26,89%).
Получены 15 Хе радиоактивных из пов.
Получение ксенона
Получают как побочный продукт производства жидкого кислорода на металлургических предприятиях.
В промышленности ксенон получают как побочный продукт разделения воздуха на кислород и азот.
Проводится ректификация, получившийся жидкий кислород содержит небольшие количества криптона и ксенона.
Ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделён дистилляцией на криптон и ксенон.
Свойства ксенона
| Атомный вес | 131.29 |
| Атомный номер | 54 |
| Температура кипения | -108,0 °C (-162,4 °F) |
| Температура плавления | -111.9 °C (-169.4 °F) |
| плотность (1 атм, 0 °C) | 5,887 г/литр (0,078 галлона/унция) |
Ксенон встречается в очень немногих следах в виде газов внутри Земли и существует в объеме до 0,0000086 процента, или до 1 части на 10 миллионов по объему сухого воздуха.
Как и некоторые другие благородные газы, ксенон также присутствует в метеоритах. Ксенон может быть изготовлен в небольших масштабах на основе фракционной дистилляции жидкого воздуха.
Он является наименее летучим (с температурой кипения -108,0 °C), если благородные газы можно получить из воздуха.
Ксенон находится в земной коре, в газах из некоторых минеральных источников и в других местах Солнечной системы, включая Солнце, Юпитер и метеориты.
Соединения
После открытия, что ксенон может образовывать химические соединения Нилом Бартлеттом в 1962 году, было обнаружено и описано огромное количество соединений ксенона.
В основном все известные соединения ксенона имеют электроотрицательные атомы кислорода или фтора.
Химия ксенона в каждой степени окисления аналогична по сравнению с соседним элементом йодом в непосредственно более низкой степени окисления.
Галогениды ксенона
Известны три фторида, которые даны как XeF2, XeF4, XeF6. XeF это тот, который теоретически является нестабильным. Это отправные точки для синтеза почти всех соединений ксенона.
Кристаллический и твердый дифторид (XeF2) образуется при воздействии ультрафиолетового света на смесь газов ксенона и фтора.
Ультрафиолетовая составляющая обычного дневного света адекватна—нагрев XeF2 в долгосрочной перспективе при более высоких температурах под катализатором NiF2 дает XeF6.
Пиролиз XeF6 в присутствии NaF дает XeF4 с высокой чистотой.
Оксиды ксенона и оксогалиды
Известны три окиси ксенона:
- Тетроксид ксенона (XeO4).
- Триоксид ксенона (XeO3) (как опасно мощные, так и взрывоопасные окислители).
- Диоксид ксенона (XeO2), о которых сообщалось в 2011 году с координационным числом четыре.
XeO2 образуется, когда тетрафторид ксенона заливается льдом. Кроме того, его кристаллическая структура может позволить ему заменить кремний в силикатных минералах.
Катион XeOO+ был идентифицирован методом инфракрасной спектроскопии в твердом аргоне.
Ксенон не вступает в непосредственную реакцию с кислородом, а триоксид образуется путем гидролиза XeF6:
XeF6 +3H2O → XeO3 + 6HF
XeO3 дается как слабокислый, растворяющийся в щелочном металле с образованием нестабильных ксенатных солей, содержащих анион HXeO−4.
Эти нестабильные соли легко диспропорционируют с газообразным ксеноном и солями перксената, которые содержат анион XeO4-6.
Клатраты и эксимеры
В дополнение к соединениям, в которых ксенон образует химическую связь, ксенон может образовывать клатраты веществ, в которых пары или атомы ксенона захватываются кристаллической решеткой другого соединения.
Примером является гидрат ксенона, где атомы ксенона занимают вакансии в решетке молекул воды. Этот клатрат содержит температуру плавления 24 °C.
Также была произведена дейтерированная версия этого гидрата.
Другим примером является гидрид ксенона (Xe(H2)8), где пары ксенона (которые являются димерами) захвачены внутри твердого водорода.
Такие гидраты клатрата могут возникать естественным образом в условиях высокого давления, например, в озере Восток под антарктическим ледяным щитом.
Образование клатрата используется для фракционной дистилляции криптона, ксенона и аргона.
Применение
Рассмотрим использование ксенона в различных приложениях.
-
Освещение и оптика
Газоразрядные лампы: Ксенон может быть использован в светоизлучающих устройствах, которые называются ксеноновыми лампами-вспышками, которые могут быть использованы в стробоскопических лампах и фотографических вспышках.
Для возбуждения активной среды в лазерах и затем генерации когерентного света, а иногда и в бактерицидных лампах.
Первый твердотельный лазер, который был изобретен в 1960 году, накачивается лазерами и ксеноновой лампой-вспышкой.
Используемой для питания инерционного термоядерного синтеза, также накачивается ксеноновыми лампами-вспышками.
Элемент ксенон может быть использован в лампах, которые производят чрезвычайно интенсивные и короткие вспышки света, как стробоскопы и огни для высокоскоростной фотографии.
При пропускании электрического заряда через газ при низком давлении он испускает вспышку голубовато-белого света; при более высоких давлениях испускается белый свет, напоминающий дневной свет.
Лампы-вспышки ксенона могут быть использованы для активации рубиновых лазеров.
-
Лазеры
Группа исследователей из Bell Laboratories обнаружила лазерное действие в ксеноне в 1962 году, а позже было обнаружено, что усиление лазера было улучшено добавлением гелия в среду генерации.
Первый эксимерный лазер, представляющий собой димер ксенона (Xe2), возбуждаемый пучком электронов с образованием стимулированного излучения на ультрафиолетовой длине волны 176 нм.
Фторид ксенона и хлорид ксенона также использовались в эксимерных (или, точнее, эксиплексных) лазерах.
Фториды ксенона
Ксенон — первый инертный газ, для которого получены соединения с гексафторидами платины, рутения, родия и плутония: XePtF6, Хе (PtF6)2, XeRuF6, XeRhF6 и XeP4F6.
Известны также фториды ксенона XeF2, XeF4, XeF6 и XeF8. Их получают в спец. никелевой аппаратуре.
Подобно другим инертным газам ксенон образует клатратные соединения, например Хе • 6Н2О.
В пром-сти ксенон получают при разделении воздуха методом глубокого охлаждения. Ксенон применяют гл. обр. для произ-ва ксеноновых газоразрядных ламп.
Используемых при киносъемках, в телевизионных студиях и т. д. Изотоп 135Хе характеризуется значительным сечением захвата тепловых нейтронов — (2,7—2,8) 106 барн.
Часто задаваемые вопросы ответы?
Медицинское применение ксенона?
Ксенон использовался в качестве общего анестетика, но ксенон намного дороже по сравнению с обычными анестетиками.
Ксенон взаимодействует с несколькими различными ионными каналами и рецепторами, и как несколько теоретически мультимодальных ингаляционных анестетиков, эти взаимодействия, вероятно, дополняют друг друга.
Ксенон также антагонист приемного устройства NMDA глицин-места высокоаффинности.
Однако он отличается, в частности, от других антагонистов NMDA-рецепторов тем, что не является нейротоксичным и ингибирует нейротоксичность закиси азота и кетамина, фактически образуя нейропротекторные эффекты.
В отличие от закиси азота и кетамина, ксенон не стимулирует отток дофамина в прилежащие ядра.
Меры предосторожности ксенона?
Ксеноновый газ безопасно хранится в металлических контейнерах или обычном герметичном стекле при стандартном давлении и температуре.
Однако ксенон легко растворяется в резине и большинстве пластмасс и постепенно выходит из контейнера, который запечатан такими материалами.
Говорят, что ксенон нетоксичен, хотя он растворяется в крови и принадлежит к группе избранных веществ, которые проникают через гематоэнцефалический барьер, вызывая от легкой до полной хирургической анестезии при вдыхании в избыточных количествах с кислородом.
Характеристики ксенона?
Ксенон содержит атомный номер 54, это означает, что его ядро имеет 54 протона.
При стандартном давлении и температуре чистый ксеноновый газ имеет плотность 5,761 кг/м3, что в 4,5 раза превышает плотность атмосферы Земли на уровне моря, 1,217 кг/м3.
Обозначение ксенона?
Ксенон определяется как химический элемент, имеющий атомный номер 54 и символ Xe.
Часто задаваемые вопросы
Где применяется ксенон?
Основное применение для изготовления ламп освещения, например на машины или дуговые для освещения больших территорий.
Применяются также для фотоаппаратов и стробоскопах.
Как действует ксенон на человека?
Установлено, что вдыхание 25% — 50% смеси с воздухом, проявляет себя как анальгетик, а концентрация выше 60% — 70% процентов обладает наркотическими действием.
Каковы химические свойства ксенона?
Один из инертных газов, поэтому образует мало соединений, образует при этом соединения с кислородом и фтором.
Примеры соединений с кислородом: тетроксид, триоксид и диоксид.