Xenon

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 17. června 2022; kontroly vyžadují 7 úprav .

Xenon
←  Jód | Cesium  →
54 kr ↑ Xe ↓ Rn 54 Xe
Vzhled jednoduché látky
Zkapalněný xenon v akrylové kostce
Vlastnosti atomu
Jméno, symbol, číslo	Xenon / Xenon (Xe), 54
Skupina , období , blok	18 (zastaralé 8), 5, p-prvek
atomová hmotnost ( molární hmotnost )	131,293(6) [1]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronická konfigurace	[Kr] 4d 10 5s 2 5p 6
Poloměr atomu	? (108) [2] odpoledne
Chemické vlastnosti
kovalentní poloměr	130 [14]  hodin
Poloměr iontů	190 [2]  odpoledne
Elektronegativita	2,6 (Paulingova stupnice)
Elektrodový potenciál	0
Oxidační stavy	0, +1, +2, +4, +6, +8
Ionizační energie (první elektron)	1170,35 (12,1298) [3]  kJ / mol  ( eV )
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky
Hustota (v n.a. )	3,52 (při -107,05 °C); 0,005894 (při 0 °C) g/cm3
Teplota tání	161,3 K (-111,85 °C)
Teplota varu	166,1 K (-107,05 °C)
Oud. teplo tání	2,27 kJ/mol
Oud. výparné teplo	12,65 kJ/mol
Molární tepelná kapacita	20,79 [4]  J/(K mol)
Molární objem	22,4⋅10 3  cm³ / mol
Krystalová mřížka jednoduché látky
Příhradová konstrukce	kubický plošně centrovaný kubický atomový
Parametry mřížky	6 200 [4]
Další vlastnosti
Tepelná vodivost	(300 K) 0,0057 W/(m K)
Číslo CAS	7440-63-3
Emisní spektrum
nejdéle žijící izotopy
Izotop Prevalence _ Poločas rozpadu Rozpadový kanál Produkt rozpadu 124 xe 0,095 % 1,8⋅10 22  let [5] Dvojité EZ 124 Te 125 xe synth. 16,9 hod EZ 125 I 126 xe 0,089 % stabilní - 127 Xe synth. 36,345 dnů EZ 127 I 128 Xe 1,910 % stabilní - - 129 Xe 26,401 % stabilní - - 130 xe 4,071 % stabilní - - 131 Xe 21,232 % stabilní - - 132 Xe 26,909 % stabilní - - 133 Xe synth. 5 247 dní β - 133Cs _ 134 Xe 10,436 % stabilní - 135 xe synth. 9.14 hod β - 135 Cs _ 136 Xe 8,857 % 2,165⋅10 21  let [6] β − β − 136 Ba

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

Xenon ( chemická značka - Xe , z lat.  Xe non ) je chemický prvek 18. skupiny (podle zastaralé klasifikace  - hlavní podskupina osmé skupiny, VIIIA), páté období periodického systému chemických prvků hl. D. I. Mendělejev s atomovým číslem 54.

Jednoduchá látka xenon  je těžký ušlechtilý monatomický plyn bez barvy , chuti a zápachu .

Historie

Xenon byl objeven jako malá nečistota kryptonu [7] [8] . Za objev inertních plynů (zejména xenonu) a určení jejich místa v Mendělejevově periodické tabulce dostal Ramsay v roce 1904 Nobelovu cenu za chemii .

Původ jména

Ramsay navrhl jako název prvku starořecké slovo ξένον , což je střední forma jednotného čísla přídavného jména ξένος „cizí, podivný“. Název pochází ze skutečnosti, že xenon byl nalezen jako příměs s kryptonem a protože jeho podíl v atmosférickém vzduchu je extrémně malý.

Prevalence

Xenon je velmi vzácný prvek. Za normálních podmínek obsahuje metr krychlový vzduchu 0,086 [4] -0,087 [9] cm 3 xenonu.

Ve sluneční soustavě

Xenon je relativně vzácný v atmosféře Slunce , na Zemi a v asteroidech a kometách . Koncentrace xenonu v atmosféře Marsu je podobná jako na Zemi: 0,08 ppm [10] , i když obsah izotopu 129 Xe na Marsu je vyšší než na Zemi nebo na Slunci. Protože tento izotop vzniká během procesu radioaktivního rozpadu , získaná data mohou naznačovat ztrátu primární atmosféry Marsu, možná během prvních 100 milionů let po vzniku planety [11] [12] . V atmosféře Jupiteru je naopak koncentrace xenonu neobvykle vysoká – téměř dvakrát vyšší než ve fotosféře Slunce [13] .

Zemská kůra

Xenon je obsažen v zemské atmosféře v extrémně malých množstvích, 0,087 ± 0,001 ppm objemu (μl/l), neboli 1 díl na 11,5 milionu [9] . Nachází se také v plynech vypouštěných vodami některých minerálních pramenů . Některé radioaktivní izotopy xenonu, jako je 133 Xe a 135 Xe, jsou produkovány neutronovým ozařováním jaderného paliva v reaktorech .

Definice

Kvalitativně je xenon detekován pomocí emisní spektroskopie (charakteristické čáry s vlnovou délkou 467,13 nm a 462,43 nm ). Kvantitativně se stanoví metodami hmotnostní spektrometrie , chromatografie a absorpční analýzy [4] .

Fyzikální vlastnosti

Plná elektronická konfigurace atomu xenonu: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6

Za normálního tlaku je bod tání 161,40 K (-111,75 °C), bod varu je 165,051 K (-108,099 °C). Molární entalpie tání je 2,3 kJ/mol , molární entalpie odpařování je 12,7 kJ/mol , standardní molární entropie je 169,57 J/(mol·K) [4] .

Hustota v plynném stavu za standardních podmínek (0 °C, 100 kPa ) 5,894 g / l (kg / m 3 ), 4,9krát těžší než vzduch. Hustota kapalného xenonu při bodu varu je 2,942 g/cm3 . Hustota pevného xenonu je 2,7 g/cm 3 (při 133 K ) [4] , tvoří kubické krystaly (mřížka centrovaná obličejem), prostorová grupa Fm 3 m , parametry buňky  a = 0,6197 nm , Z = 4 [4] .

Kritická teplota xenonu je 289,74 K (+16,59 °C), kritický tlak je 5,84 MPa a kritická hustota je 1,099 g/cm 3 [4] .

Trojný bod : teplota 161,36 K (−111,79 °C), tlak 81,7 kPa , hustota 3,540 g/cm 3 [4] .

V elektrickém výboji svítí modře (462 a 467 nm). Kapalný xenon je scintilátor .

Málo rozpustný ve vodě (0,242 l/kg při 0 °C, 0,097 l/kg při +25 °C) [4] .

Za standardních podmínek (273 K, 100 kPa): tepelná vodivost 5,4 mW / (m K) , dynamická viskozita 21 μPa s , koeficient samodifúze 4,8 10 −6 m 2 / s , koeficient stlačitelnosti 0,9950, molární tepelná kapacita při konstantním tlaku 20,79 J/(mol.K) [4] .

Xenon je diamagnetický , jeho magnetická susceptibilita je −4,3·10 −5 . Polarizovatelnost 4,0·10 −3 nm 3 [4] . Ionizační energie 12,1298 eV [3] .

Chemické vlastnosti

Xenon byl prvním inertním plynem , pro který byly získány skutečné chemické sloučeniny. Příklady sloučenin mohou být xenon difluorid , xenon tetrafluorid , xenon hexafluorid , xenon trioxide , xenonová kyselina a další [14] .

První sloučeninu xenonu získal Neil Barlett reakcí xenonu s hexafluoridem platiny v roce 1962. Během dvou let po této události bylo již získáno několik desítek sloučenin, včetně fluoridů, které jsou výchozími materiály pro syntézu všech ostatních xenonových derivátů.

V současné době byly popsány stovky xenonových sloučenin: xenonové fluoridy a jejich různé komplexy, oxidy, xenonoxyfluoridy, nízkostabilní kovalentní deriváty kyselin, sloučeniny s Xe-N vazbami, xenonové organické sloučeniny. Relativně nedávno byl získán komplex na bázi zlata, ve kterém je ligandem xenon. Existence dříve popsaných relativně stabilních xenonchloridů nebyla potvrzena (později byly popsány excimerchloridy s xenonem).

Xenonové fluoridy

Mezi první získané xenonové sloučeniny patřily xenonové fluoridy. Byly získány již v roce 1962, ihned po zavedení možnosti chemických reakcí pro vzácné plyny. Fluoridy xenonu slouží jako výchozí materiály pro výrobu všech ostatních kovalentních sloučenin xenonu. Je znám xenondifluorid , xenontetrafluorid , xenonhexafluorid a velké množství jejich komplexů (hlavně s fluorovanými Lewisovými kyselinami) . Zpráva o syntéze oktafluoridu xenonu nebyla pozdějšími studiemi potvrzena.

• Reakce s fluorem [15] :

při pokojové teplotě a UV záření nebo při 300-500 °C pod tlakem; při 400 °C pod tlakem; nečistoty XeF2 , XeF6 ; při 300 °C pod tlakem; nečistota XeF 4 .

Oxidy a kyseliny xenonu

Oxid xenon(VI) byl nejprve získán pečlivou hydrolýzou fluoridu xenonu a hexafluoridu xenonu. Když je suchý, je extrémně výbušný. Ve vodném roztoku je velmi silným oxidačním činidlem a tvoří slabou xenovou kyselinu, která při alkalizaci snadno disproporcionuje za vzniku solí kyseliny xenonové (perxenáty) a plynného xenonu. Při okyselení vodných roztoků perxenátů vzniká žlutý těkavý výbušný oxid xenonový .

Xenonové sloučeniny

První stabilní xenonové organické sloučeniny byly získány v roce 1988 reakcí xenondifluoridu s perfluorarylborany. Pentafluorfenylxenon(II) hexafluorarsenát(V) (C6F5Xe)[AsF6] je neobvykle stabilní, taje téměř bez rozkladu při 102 °C a používá se jako výchozí sloučenina pro syntézu dalších organoxenonových sloučenin.

Izotopy xenonu

Známé izotopy xenonu s hmotnostními čísly od 108 do 147 (počet protonů 54, neutronů od 54 do 93) a 12 jaderných izomerů .

V přírodě se nachází 9 izotopů. Z nich je sedm stabilních: 126 Xe, 128 Xe, 129 Xe, 130 Xe, 131 Xe, 132 Xe, 134 Xe. Další dva izotopy ( 124 Xe, T 1/2 = 1,8 10 22 let a 136 Xe, T 1/2 = 2,165 10 21 let) mají obrovské poločasy, o mnoho řádů větší než je stáří vesmíru (~ 1,4 10 10 let).

Zbývající izotopy jsou umělé, nejdelší z nich jsou 127 Xe ( poločas 36,345 dne) a 133 Xe (5,2475 dne), poločas rozpadu zbývajících izotopů nepřesahuje 20 hodin.

Mezi jadernými izomery jsou nejstabilnější 131 Xem s poločasem rozpadu 11,84 dne, 129 Xem ( 8,88 dne) a 133 Xem ( 2,19 dne) [16] .

Izotop xenonu s hmotnostním číslem 135 ( poločas rozpadu 9,14 hodiny) má maximální průřez záchytu tepelných neutronů ze všech známých látek - přibližně 3 miliony barnů na energii 0,069 eV [17] , jeho akumulace v jaderných reaktorech jako výsledek řetězce β-rozpadů jader teluru -135 a jódu-135 vede k efektu tzv. otravy xenonem (viz též Jodová jáma ).

Získání

Xenon se získává jako vedlejší produkt při výrobě kapalného kyslíku v metalurgických podnicích.

V průmyslu se xenon vyrábí jako vedlejší produkt dělení vzduchu na kyslík a dusík . Po této separaci, která se obvykle provádí rektifikací , obsahuje výsledný kapalný kyslík malá množství kryptonu a xenonu. Další destilací se obohacuje kapalný kyslík na obsah 0,1-0,2 % směsi krypton-xenon, který se oddělí adsorpcí na silikagelu nebo destilací . V budoucnu lze xenon-kryptonový koncentrát rozdělit destilací na krypton a xenon, podrobnosti viz Krypton#Production .

Vzhledem k nízkému výskytu je xenon mnohem dražší než lehčí inertní plyny . V roce 2009 byla cena xenonu asi 20 eur za litr plynné látky při standardním tlaku [3] .

Aplikace

Navzdory vysokým nákladům je xenon v řadě případů nepostradatelný:

• Xenon se používá k plnění žárovek , vysoce výkonných plynových výbojek a pulzních světelných zdrojů (vysoká atomová hmotnost plynu v žárovkách zabraňuje vypařování wolframu z povrchu vlákna).
• Radioaktivní izotopy ( 127 Xe, 133 Xe, 137 Xe atd.) se používají jako zdroje záření v radiografii a pro diagnostiku v medicíně, k detekci netěsností ve vakuových instalacích.
• K pasivaci kovů se používají xenonové fluoridy .
• Xenon, jak ve své čisté formě, tak s malým přídavkem par cesia-133 , je vysoce účinná pracovní tekutina pro motory elektroprojektových (hlavně iontových a plazmových) kosmických lodí . V roce 2020 oznámil Roskosmos zahájení stavby kosmické lodi Nuklon s jadernou elektrárnou . Jako pracovní kapalina proudového motoru bude použit xenon.
• Na konci 20. století byla vyvinuta metoda pro použití xenonu jako anestetika a léku proti bolesti. První dizertační práce o technice xenonové anestézie se objevily v Rusku v roce 1993. V roce 1999 byl xenon schválen pro lékařské použití jako prostředek pro inhalační anestezii [18] .
• Dnes[ upřesnit ] xenon je testován při léčbě závislých stavů [19] .
• Kapalný xenon se někdy používá jako pracovní médium pro lasery [20] .
• Fluoridy a oxidy xenonu byly navrženy jako nejúčinnější okysličovadla raketového paliva a také jako složky plynných směsí pro lasery .
• V izotopu 129 Xe je možné polarizovat významnou část jaderných spinů , aby se vytvořil stav společně řízených rotací, stav nazývaný hyperpolarizace .
• Xenon se používá k plnění Golayovy cely v terahertzových detektorech záření [21] .
• Pro transport fluoru , který vykazuje silné oxidační vlastnosti .

Xenon jako droga

• V roce 2014 Světová antidopingová agentura ztotožnila inhalaci xenonu s dopingem [22] [23] .

Biologická role

• Xenonový plyn je netoxický, ale může způsobit anestezii (podle fyzikálního mechanismu) a ve vysokých koncentracích (více než 80 %) způsobuje asfyxii .
• Plnění plic xenonem a výdech během rozhovoru vede k výraznému snížení zabarvení hlasu (efekt opačný než u helia ).
• Xenonové fluoridy jsou jedovaté, MPC ve vzduchu je 0,05 mg/m³.

Galerie

• Záře plynové výbojky s xenonem.

• Akrylátová kostka speciálně připravená pro montážníky prvků obsahujících zkapalněný xenon.

• Vrstva pevného xenonu plovoucí na kapalném xenonu uvnitř vysokonapěťového zařízení.

• Kapalné (necharakteristické) a krystalické pevné nanočástice Xe získané implantací iontů Xe + do hliníku při pokojové teplotě.

• Xenonová záblesková lampa ( animovaná verze )

• Krystaly XeF 4 , 1962

• Xenonová výbojka s krátkým obloukem.

• Raketoplán Atlantis je zaplaven xenonovými světly

• Prototyp xenonové iontové trysky je testován v laboratoři Jet Propulsion Laboratory NASA

Poznámky

1. ↑ Meija J. a kol. Atomové hmotnosti prvků 2013 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2016. - Sv. 88 , č. 3 . - str. 265-291 . - doi : 10.1515/pac-2015-0305 .
2. ↑ 1 2 3 Velikost xenonu v několika  prostředích . www.webelements.com. Získáno 6. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 3. května 2009.
3. ↑ 1 2 3 CRC Handbook of Chemistry and Physics / DR Lead (Ed.). — 90. vydání. — CRC Press; Taylor a Francis, 2009. - 2828 s. — ISBN 1420090844 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Legasov V. A., Sokolov V. B. Xenon // Chemická encyklopedie  : v 5 svazcích / Ch. vyd. I. L. Knunyants . - M .: Sovětská encyklopedie , 1990. - T. 2: Duff - Medi. - S. 548-549. — 671 s. — 100 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-035-5 .
5. ↑ "Pozorování záchytu dvou neutrin ve 124 Xe pomocí XENON1T". příroda . 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.; a kol. (2014). „Vylepšené měření poločasu 2νββ 136 Xe s detektorem EXO-200“. Fyzický přehled C. 89 . arXiv : 1306.6106 . Bibcode : 2014PhRvC..89a5502A . DOI : 10.1103/PhysRevC.89.015502 .
7. ↑ Ramsay W., Travers MW O získávání společníků argonu a neonu ze vzduchu  //  Zpráva ze zasedání Britské asociace pro pokrok vědy. - 1898. - S. 828 .
8. ↑ Gagnon, Steve It's Elemental - Xenon . Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Získáno 16. června 2007. Archivováno z originálu 12. června 2020. (neurčitý)
9. ↑ 1 2 Hwang S.-C., Lein RD, Morgan DA Noble Gases // Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. - 5. vydání .. - Wiley , 2005. - ISBN 0-471-48511-X . - doi : 10.1002/0471238961.0701190508230114.a01 .
10. ↑ Williams, David R. Přehled o Marsu . NASA (1. září 2004). Získáno 10. října 2007. Archivováno z originálu 12. června 2010. (neurčitý)
11. ↑ Schilling, James Proč je atmosféra Marsu tak řídká a hlavně oxid uhličitý? (nedostupný odkaz) . Mars Global Circulation Model Group. Získáno 10. října 2007. Archivováno z originálu 22. srpna 2011. (neurčitý) 
12. ↑ Zahnle KJ Xenologická omezení dopadové eroze rané marťanské atmosféry  //  Journal of Geophysical Research. - 1993. - Sv. 98 , č. E6 . - S. 10899-10913 . - doi : 10.1029/92JE02941 .
13. ↑ Mahaffy P. R. a kol. Množství vzácných plynů a poměry izotopů v atmosféře Jupiteru z hmotnostního spektrometru Galileo Probe  //  Journal of Geophysical Research. - 2000. - Sv. 105 , č. E6 . - S. 15061-15072 . - doi : 10.1029/1999JE001224 . - .
14. ↑ Andrey Vakulka. Xenon a kyslík: komplexní vztah  // Věda a život . - 2018. - č. 5 . - S. 43-47 . (Ruština)
15. ↑ Lidin R. A., Molochko V. A., Andreeva L. L. Anorganická chemie v reakcích. Adresář. - 2. vyd. - Moskva: Drofa, 2007. - S. 609. - 640 s.
16. ↑ Archivovaná kopie (odkaz není dostupný) . Získáno 11. září 2011. Archivováno z originálu 20. července 2011. (neurčitý) 
17. ↑ Lékařský komplex pro výrobu radioizotopů na bázi roztokového reaktoru . Získáno 19. srpna 2015. Archivováno z originálu dne 4. března 2016. (neurčitý)
18. ↑ O POVOLENÍ K LÉKAŘSKÉMU POUŽITÍ LÉKŮ. Objednat. Ministerstvo zdravotnictví Ruské federace. 08.10.99 363 :: Inovace a podnikání: granty, technologie, patenty (nepřístupný odkaz) . Získáno 10. srpna 2010. Archivováno z originálu 10. listopadu 2012. (neurčitý) 
19. ↑ Xenon - nové slovo v narkologii (nepřístupný odkaz) . Získáno 16. února 2011. Archivováno z originálu 7. července 2011. (neurčitý) 
20. ↑ Kapalný xenonový excimerový laser . Získáno 18. dubna 2014. Archivováno z originálu 24. září 2015. (neurčitý)
21. ↑ Přijímače terahertzového záření (recenze). . Staženo 24. září 2020. Archivováno z originálu 13. července 2019. (neurčitý)
22. ↑ Plyn používaný ruskými medailisty ze Soči 2014 zakázán . Získáno 10. listopadu 2015. Archivováno z originálu 4. března 2016. (neurčitý)
23. ↑ WADA uznala xenon jako doping (nepřístupný odkaz) . Získáno 10. listopadu 2015. Archivováno z originálu 17. listopadu 2015. (neurčitý) 

Odkazy

• Xenon v populární knihovně chemických prvků

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština Skvělý norský Velký Rus Brockhaus a Efron Malý Brockhaus a Efron Britannica (online) Treccani Universalis
V bibliografických katalozích BNF : 12144893f GND : 4190373-0 J9U : 987007529623105171 LCCN : sh85148790 NDL : 00575282 NKC : ph127505

Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva

jeden 2                             3 čtyři 5 6 7 osm 9 deset jedenáct 12 13 čtrnáct patnáct 16 17 osmnáct jeden H   On 2 Li Být   B C N Ó F Ne 3 Na mg   Al Si P S Cl Ar čtyři K Ca   sc Ti PROTI Cr Mn Fe co Ni Cu Zn Ga Ge Tak jako Se Br kr 5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag CD v sn Sb Te já Xe 6 Čs Ba Los Angeles Ce Pr Nd Odpoledne sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu hf Ta W Re Os Ir Pt Au hg Tl Pb Bi Po V Rn 7 Fr Ra AC Th Pa U Np Pu Dopoledne cm bk srov Es fm md Ne lr RF Db Sg bh hs Mt Ds Rg Cn Nh fl Mc Lv Ts Og   alkalických kovů kovy alkalických zemin Lanthanoidy aktinidy přechodné kovy lehké kovy Polokovy nekovy Halogeny vzácné plyny

Xenonové sloučeniny

Xenon oxid difluorid (XeOF 2 ) Oxid-tetrafluorid xenon (XeOF 4 ) Oxid xenonový (XeO 4 ) Oxid xenon (XeO 3 ) Xenon (II) fluorid (XeF2 ) Xenon(IV)fluorid ( XeF4 ) Xenon (VI)fluorid (XeF6 ) Xenon hexafluoroplatinat (Xe[PtF 6 ]) Perxenát sodný ( Na4XeO6 ) _ Perxenát barnatý ( Ba2XeO6 ) _ Kryptondifluorid - xenon hexafluorid ( 1/1 ) ( KrF2XeF6 ) Xenon (VI) oxid-tetrafluorid - fluorid vanadičný (1/1) (XeOF 4 VF 5 ) Xenon(II) pentafluoroteluroxid ( Xe (OTeF5 ) 2 ) Oxid xenondifluorid (XeO 2 F 2 ) Xenon(II) chloristan (Xe( ClO4 ) 2 ) Xenát (VI) baryum ( Ba3XeO6 ) Kyselina xenonová ( H4XeO6 ) _ Kyselina xenonová (H 2 XeO 4 )