Ксенон - Xenon


Из Википедии, свободной энциклопедии
Ксенон,   54 Xe
Ксенон разряд tube.jpg
Ксеноновая заполненный выпускной трубки светящийся синий свет
ксенон
Произношение
Внешность бесцветный газ, показывая голубое свечение при помещении в электрическом поле
Стандартный атомный вес г, станд (Хе) 131,293 (6)
Ксенон в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
Kr

Xe

Rn
иодксенонцезий
Атомный номер ( Z ) 54
группа Группа 18 (благородные газы)
период период 5
блок п-блок
категория Элемент   благородный газ
Электронная конфигурация [ Kr ] 4d 10 5s 2 5p 6
Электроны в оболочке
2, 8, 18, 18, 8
Физические свойства
Фаза на  STP газ
Температура плавления 161,40  К (-111,75 ° С, -169,15 ° F)
Точка кипения 165,051 К (-108,099 ° С, -162,578 ° F)
Плотность (при НТД) 5,894 г / л
когда жидкость (в  п.н. ) 2,942 г / см 3
Тройная точка 161,405 К, 81,77 кПа
Критическая точка 289,733 К, 5,842 МПа
Теплота плавления 2,27  кДж / моль
Теплота парообразования 12,64 кДж / моль
Молярная теплоемкость 21,01 Дж / (моль · К)
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К) 83 92 103 117 137 165
Атомные свойства
Окислительные состояния 0 , +1, +2, +4, +6, +8 (редко больше , чем 0, слабо кислый оксид )
Электроотрицательность Полинга шкала: 2.6
энергия ионизации
  • 1-й: 1170,4 кДж / моль
  • 2-й: 2046,4 кДж / моль
  • Третий: 3099,4 кДж / моль
радиус Ковалентного 140 ± 9  вечера
Ван-дер-Ваальса радиус 216 часов
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии ксенона
Другие свойства
Естественное явление исконный
Кристальная структура гранецентрированной кубической (ГЦК)
Гранецентрированная структура кубического кристалла для ксенона
Скорость звука газ: 178 м · с -1
жидкие: 1090 м / с
Теплопроводность 5,65 × 10 -3  Вт / (м · К)
Магнитное упорядочение диамагнитный
магнитная восприимчивость -43,9 · 10 -6  см 3 / моль (298 К)
Количество CAS 7440-63-3
история
Открытие и первый изоляции Уильям Рамзай и Моррис Траверс (1898)
Основные изотопы ксенона
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
124 Xe 0,095% стабильный
125 Xe син 16.9 ч ε 125 I
126 Xe 0,089% стабильный
127 Xe син 36,345 г ε 127 I
128 Xe 1,910% стабильный
129 Xe 26,401% стабильный
130 Xe 4,071% стабильный
131 Хе 21,232% стабильный
132 Xe 26,909% стабильный
133 Xe син 5,247 г β - 133 Cs
134 Хе 10,436% стабильный
135 Xe син 9.14 ч β - 135 Cs
136 Хе 8,857% 2,165 × 10 21  г β - β - 136 Ба
| Рекомендации

Ксенон является химический элемент с символом  Xe и атомным номером  54. Это представляет собой бесцветный, густой, без запаха благородный газ найден в атмосфере Земли в следовых количествах. Несмотря на то, как правило , инертное, ксенон может пройти несколько химических реакций , таких как образование ксенона hexafluoroplatinate , первый благородный газ , соединение , чтобы быть синтезированы.

Ксенон используется в импульсных ламп и дуговых ламп , а также в качестве общего анестезирующего средства . Первая эксимерный лазер конструкция использовала ксенон димер молекулу (Xe 2 ) в качестве активной среды , а также самые ранние лазерные конструкции используются ксеноновые импульсные лампы , как насосы . Ксенон используется для поиска гипотетических слабо взаимодействующих массивных частиц , и в качестве пропеллента для ионных двигателей в космических аппаратах.

Встречающиеся в природе ксенона состоит из восьми стабильных изотопов . Более 40 нестабильные изотопы ксенона претерпевают радиоактивный распад , и изотопные соотношения ксенона являются важным инструментом для изучения ранней истории Солнечной системы . Радиоактивный ксенон-135 получают путем бета - распада от йода-135 (продукт ядерного деления ), и является наиболее значимым (и нежелательные) поглотитель нейтронов в ядерных реакторах .

история

Ксенон был обнаружен в Англии шотландский химик Уильям Рамзай и английский химик Моррис Траверс в сентябре 1898 года, вскоре после их открытия элементов криптона и неона . Они обнаружили ксенон в остатке , оставшемся от испарения компонентов жидкого воздуха . Рамсей предложил название ксенон для этого газа от греческого слова ξένον [ксенон], стерилизуют единственная форма ξένος [ксенос], что означает «иностранный (эр)», «странный (г)», или «гость». В 1902 году Рамсей оценивали долю ксенона в атмосфере Земли будет одна часть в 20 миллионов.

В течение 1930 - х годов, американский инженер Гарольд Эджертон начал изучать стробоскопический свет технологии для высокоскоростной съемки . Это привело его к изобретению ксеноновой импульсной лампы , в которых свет генерируется путем пропускания краткого электрического тока через трубку , заполненную газом ксеноном. В 1934 году Эдгертон был способен генерировать вспышки , как короткие , как один микросекунды с этим методом.

В 1939 году американский врач Альберт Р. Behnke младший начал исследовать причины «пьянства» в глубоководных водолазов. Он испытал влияние варьирования дыхательных смесей на его подданных, и обнаружил , что это вызвало водолазов воспринимать изменения в глубину. Из его результатов, он сделал вывод , что ксенон может служить в качестве анестезирующего средства . Хотя русский токсиколог Николай Васильевич Лазарев , видимо , изучал ксеноновой анестезии в 1941 году, первый опубликованный отчет , подтверждающий ксенон наркоз был в 1946 году американский медицинский исследователь Джон Х. Лоуренс, который экспериментировал на мышах. Ксенон впервые был использован в качестве хирургического анестетика в 1951 году американский анестезиолог Стюарт К. Калленом, который успешно использовал его с двумя пациентами.

Акриловый кубик, специально подготовленный для элементов коллекторов, содержащих сжиженный ксенон

Ксенон и другие благородные газы были в течение долгого времени считали , чтобы быть полностью химически инертны и не способны образовывать соединения . Тем не менее, в процессе обучения в Университете Британской Колумбии , Нил Бартлетт обнаружил , что газ гексафторид платины (ПТФ 6 ) является мощным окисляющего агента , который может окислить газообразный кислород (O 2 ) с образованием dioxygenyl hexafluoroplatinate ( O +
2
[PTF
6
] -
). Так как O 2 и ксенон имеют почти одинаковый первый потенциал ионизации , Бартлетт понял , что гексафторид платины также может быть способен окислять ксенон. 23 марта 1962 года он смешивается два газы и получает первое известное соединение благородного газа, ксенон hexafluoroplatinate . Бартлетта думали его состав , чтобы быть Xe + [PTF 6 ] - , но позже работа показала , что это , вероятно , смесь различных ксенона содержащих солей. С тех пор многие другие соединения ксенона были обнаружены, в дополнение к некоторым соединениям благородных газов аргона , криптона и радона , в том числе гидрофторид аргона (HArF), фторид криптона (KrF 2 ) и фторид радона . К 1971 году более 80 ксенона соединения было известно.

В ноябре 1989 года , IBM ученые продемонстрировали технологию , способную манипулировать отдельными атомами . Программа, называемая IBM в атомах , использовали сканирующий туннельный микроскоп , чтобы расположить 35 отдельных атомов ксенона на подложке из охлажденного кристалла никеля прописать три буквы компании аббревиатуру. Это был первый раз , когда атомы были расположены точно на плоскую поверхность.

Характеристики

Жидкость (безликая) и наночастицы кристаллические твердые Xe , полученные путем имплантации Xe + ионов в алюминий при комнатной температуре.

Ксенон имеет атомный номер 54; то есть, его ядро содержит 54 протонов . При стандартных температуре и давлении , чистый газ ксенона имеет плотность 5.761 кг / м 3 , примерно в 4,5 раза плотность атмосферы Земли на уровне моря, 1.217 кг / м 3 . В качестве жидкости, ксенон имеет плотность до 3.100 г / мл, при этом максимальная плотность происходит в тройной точке. Жидкий ксенон имеет высокую поляризуемость из - за его большой атомный объем, и , таким образом , является отличным растворителем. Оно может растворить углеводороды, биологические молекулы, и даже воду. В тех же условиях, плотность твердого ксенона, 3,640 г / см 3 , больше , чем средняя плотность гранита , 2,75 г / см 3 . Под гигапаскаль от давления , ксенон образует металлическую фазу.

Твердые изменения ксенона от гранецентрированной кубической (ГЦК) с гексагональной плотной упаковкой (ГПУ) кристаллическую фазу под давлением и начинает поворачиваться металлический при температуре около 140 ГПа, без заметного изменения объема в ГПУ фазе. Это полностью металлический при 155 ГПа. Когда металлизированный, ксенон появляется сне небо , потому что он поглощает красный свет и передает другие видимые частоты. Такое поведение является необычным для металла и объясняется относительно малой шириной электронных зон в этом состоянии.

Наночастицы Жидкие или твердые ксенон могут быть сформированы при комнатной температуре путем имплантации Xe + ионов в твердую матрицу. Многие твердые вещества имеют постоянные решетки меньше , чем твердый Xe. Это приводит к сжатию имплантированного Xe давлению , которое может быть достаточным для его сжижения или отверждения.

Ксенон является членом нулевых валентных элементов, которые называются благородными или инертные газы . Он инертен к большинству общих химических реакций (например, горение, например) , так как внешняя валентная оболочка содержит восемь электронов. Это создает стабильную, минимальную конфигурацию энергии , в которой внешние электроны прочно связаны.

В заполненной газом трубки , ксенон излучает синий или lavenderish свечение при возбуждении электрическим разрядом . Ксенон излучает полосу эмиссионных линий , которые охватывают визуальный спектр, но наиболее интенсивные линии происходят в области синего света, производя окраску.

Возникновение и производство

Ксенон следов газа в атмосфере Земли , происходящие при 87 ± 1 нл / л ( частей на миллиард ), или приблизительно 1 часть на 11,5 млн. Он также содержится в качестве компонента газов , выбрасываемых из некоторых минеральных источников .

Ксенон получают коммерчески в качестве побочного продукта разделения воздуха в кислород и азот . После этого разделения, как правило , выполняется путем фракционной перегонки на заводе двойной колонке, то жидкий кислород производится будет содержать небольшие количества криптона и ксенона. При дополнительной фракционной перегонки, жидкий кислород может быть обогащен , чтобы содержать 0,1-0,2% от криптона / ксенона смеси, которую экстрагируют либо путем абсорбции на силикагеле или путем перегонки. Наконец, криптон / ксенон смесь может быть разделена на криптон и ксенон путем дальнейшей перегонкой. Мировое производство ксенона в 1998 году был оценен в 5,000-7,000 м 3 . Из - за своей редкости, ксенон гораздо дороже , чем более легкие инертные газы-Примерные цены на покупку небольших количествах в Европе в 1999 году было 10  / L для ксенона, 1 € / л для криптона и 0,20 € / л для неона , в то время как гораздо более обильный аргон стоит меньше цента за литр.

В Солнечной системе, то нуклон доля ксенона 1,56 × 10 -8 , для изобилия приблизительно одной части в 630 тысяч от общей массы. Ксенон относительно редко в Sun атмосфере «s, на Земле , и в астероидах и кометах . Обилие ксенона в атмосфере планеты Юпитер необычайно высоко, примерно в 2,6 раза больше , чем Солнца Это обилие остается невыясненным, но , возможно, было вызвано ранним и быстрым наращиванием планетезималей -Малого, subplanetary тело, перед нагревом досолнечного диска . ( В противном случае, ксенон не был бы в ловушку в планетезималях льдов.) Проблема низкого земного ксенона может быть объяснена ковалентным связыванием ксенона с кислородом в пределах кварца , уменьшая дегазацию ксенона в атмосферу.

В отличии от более низких массовых благородных газов, нормальный звездный нуклеосинтез процесс внутри звезды не образует ксенона. Элементы более массивные , чем железо-56 потребляет энергию за счет синтеза, и синтез ксенона не представляет выигрыш в энергии для звезды. Вместо этого, ксенон образуется при сверхновых взрывов, в классических новы взрывов, путем медленного процесса нейтронного захвата ( s-процесс ) в красных гигантских звезд , которые исчерпали свой основной водород и вошел в асимптотическую ветвь гигантов , и от радиоактивного распада, например , при бета - распаде из потухшего йода-129 и спонтанного деления из тория , урана и плутония .

Изотопы

Встречающиеся в природе ксенона состоит из восьми стабильных изотопов . Это больше , чем любой другой элемент , кроме олова , который имеет десять. Изотопы 124 Xe и 134 Xe предсказываются теорией пройти двойной бета - распад , но это никогда не наблюдалось , поэтому они считаются стабильными. Кроме того, более 40 нестабильных изотопов , которые были изучены. Дольше жил этих изотопов 136 Xe, который подвергается двойной бета - распад с периодом полураспада 2,11 × 10 21 год . 129 Xe производится бета - распада из 129 I , который имеет период полураспада 16 миллионов лет. 131m Xe, 133 Xe, 133m Xe и 135 Xe некоторые из деления продуктов 235 U и 239 Pu , и используются для обнаружения и мониторинга ядерных взрывов.

Ядра двух стабильных изотопы ксенона , 129 Xe и 131 Xe, имеют ненулевые характеристические моменты ( спины ядер , пригодные для ядерного магнитного резонанса ). Ядерные спины могут быть выровнены за рамки обычных уровней поляризации посредством ЦПС и рубидия паров. В результате спиновой поляризации ксенона ядер может превышать 50% от максимально возможной величины, значительно превышающей тепловую равновесное значение , диктуемой парамагнитных статистики (обычно 0,001% от максимального значения при комнатной температуре , даже в самых сильных магнитов ). Такое неравновесное выравнивание спинов временное состояние, и называется гиперполяризации . Процесс гиперполяризации ксенона называют оптической накачкой (хотя процесс отличается от накачки лазера ).

Поскольку 129 Хе ядро имеет спин 1/2, и , следовательно , нулевой электрический квадрупольный момент , то 129 Хе ядро не испытывает каких - либо квадрупольных взаимодействий при столкновении с другими атомами, а гиперполяризация сохраняется в течение длительного времени даже после того , порождая света и пары, были удалены. Спин поляризация 129 Хе может сохраняться от нескольких секунд для атомов ксенона , растворенного в крови до нескольких часов в газовой фазе и в несколько дней глубоко замороженного твердого ксенона. В противоположность этому , 131 Хе имеет значение ядерного спина 3 / 2 и ненулевой квадрупольный момент , и имеет т 1 времен релаксации в миллисекунду и второго диапазонов.

Некоторые радиоактивные изотопы ксенона (например, 133 Xe и 135 Xe) получают путем нейтронного облучения делящегося материала внутри ядерных реакторов . 135 Хе имеет большое значение при эксплуатации реакторов ядерного деления . 135 Хе имеет огромное поперечное сечение для тепловых нейтронов , 2,6 × 10 6  амбары , и действует в качестве поглотителя нейтронов или « яд » , что может замедлить или остановить цепную реакцию после периода операции. Это было обнаружено в самых ранних ядерных реакторах , построенных американский Манхэттенский проект для плутониевого производства. Тем не менее, конструкторы предусмотрели в конструкции , чтобы повысить реактивность реактора (число нейтронов на деление , которые идут к делению других атомов ядерного топлива ). 135 Хе реактора отравление было главным фактором в аварии на Чернобыльской АЭС . Завершение работы или снижение мощности реактора может привести к накоплению 135 Хе, с работы реактора вдаваясь в состояние , известное как ямы йода .

При неблагоприятных условиях, относительно высокие концентрации радиоактивных изотопов ксенона может исходить от треснувших топливных стержней или делящихся урана в охлаждающей воде .

Поскольку ксенон является меченым двумя изотопов родительских, ксенон изотопных в метеоритах являются мощным инструментом для изучения формирования Солнечной системы . Метод иода-ксенон из знакомства дает время , прошедшее между нуклеосинтезом и конденсациями твердого объекта из солнечной туманности . В 1960 году физик Джон Х. Рейнольдс обнаружил , что некоторые метеориты содержали изотопной аномалии в виде переизбытка ксенона-129. Он сделал вывод , что это был продукт распада радиоактивного йода-129 . Этот изотоп образуется медленно расщепления космических лучей и ядерного деления , но производится в количестве только при взрывах сверхновых. Поскольку период полураспада 129 I сравнительно мало космологический масштабе времени (16 млн лет), это показало , что лишь на короткое время прошло между сверхновой и временем затвердела метеориты и захваченных в 129 I. Эти два события (сверхновая и затвердевание облака газа) были выведены, что произошло во время ранней истории Солнечной системы , потому что 129 я изотоп был , вероятно , генерироваться незадолго до того, как образовалась Солнечная система, высева облако солнечного газа с изотопами из второго источника. Этот источник сверхновой также может быть причиной коллапса облака солнечного газа.

Аналогичным образом, изотопные соотношения ксенона , такие как 129 Xe / 130 Xe и 136 Xe / 130 Xe являются мощным инструментом для понимания планетарной дифференциации и ранной дегазации. Например, атмосфера Марса показывает ксеноновой изобилие , подобную Земле (0,08 частей на миллион) , но Марс показывает большее обилие 129 Xe , чем Земли или Солнца Так как этот изотоп образуется в результате радиоактивного распада, то результат может свидетельствовать о том , что Марс потерял большую часть своей первичной атмосферы, возможно , в течение первых 100 миллионов лет после того, как планета была сформирована. В другом примере, избыток 129 Xe обнаружено в двуокиси углерода также газов из Нью - Мексико , как полагают, от распада мантии -derived газов от вскоре после образования Земли.

соединений

После открытия Нейла Бартлетты в 1962 году , что ксенон может образовывать химические соединения, большое количество ксенона соединений было обнаружено и описано. Почти все известные соединения ксенона содержат электроотрицательных атомов фтора или кислорода. Химии ксенона в каждом состоянии окисления аналогично соседнего элемента йода в непосредственно низкой степени окисления.

Галогениды

Многие кубических прозрачные кристаллы в чашке Петри.
ХеР 4 кристаллов, 1962

Три фторидов известны: ХеР
2
,XeF
4
, иXeF
6
. ХеР теоретизируется неустойчивыми. Они являются отправной точкой для синтеза почти всех соединений ксенона.

Твердый, кристаллический дифторид ХеР
2
образуетсякогда смесьфтораи ксенона газов подвергают воздействию ультрафиолетового света. Ультрафиолетовый компонент обычного дневного света достаточно. Долгосрочный нагревXeF
2
при высоких температурах подNiF
2
катализатора даетXeF
6
. ПиролизXeF
6
в присутствииNaFдает высокую чистотуХеР
4
.

Ксенона ведут себя как фториды как фторид акцепторов и фторид - донор, образуя соль, содержащую такие катионы , как ХеР +
и Xe
2
F +
3
, и анионытакие как XeF -
5
, XeF -
7
, и XeF 2-
8
. Зеленый, парамагнитный Хе +
2
формируется путем восстановления XeF
2
с помощью газообразного ксенона.

ХеР
2
также образуеткоординационные комплексыс ионами переходных металлов. Более 30 таких комплексов были синтезированы и охарактеризованы.

В то время как ксенон фториды хорошо охарактеризованы, за исключением дихлорида XeCl 2 , другие галогениды не известны. Ксенон дихлорид, образованный высокочастотного облучение смеси ксенона, фтора и кремния или четыреххлористый углерод , как сообщается, эндотермическое, бесцветное кристаллическое соединение , которое разлагается при 80 ° C элементы. Тем не менее, XeCl
2
может быть простовандерВаальса молекулыслабо связанных атомов Xe иCl
2
молекулы и не реальное соединение. Теоретические расчеты показываютчто линейная молекулаXeCl
2
является менее стабильнымчем вандерВаальса комплекса.

Оксиды и оксогалогенидов

Три оксиды ксенона известны: ксеноновая триоксида ( XeO
3
) иксенон осмий(XeO
4
), оба из которых являются взрыво- и мощные окислители, идиоксид ксенона(XeO2), который был зарегистрирован в 2011 году скоординационным числомчетыре. XeO2формыкогда тетрафторид ксенона выливает на лед. Его кристаллическая структура может позволить ему заменить кремний в силикатных минералах. XeOO+катион был идентифицированпомощьюинфракрасной спектроскопиив твердомаргоне.

Ксенон не реагирует с кислородом непосредственно; триоксида образуется путем гидролиза XeF
6
:

ХеР
6
+ 3Н
2
O
XeO
3
+ 6 ВЧ

XeO
-
Слабо кислая, растворение в щелочи с образованием нестабильногоxenateсолисодержащейHXeO -
4
аниона. Эти нестабильные соли легконепропорциональныев газ ксенон и perxenate соли, содержащиеXeO 4-
6
- анион.

Барий perxenate, когда обрабатывают концентрированной серной кислотой , дает газообразный ксенон осмия:

Ba
2
XeO
6
+ 2Н
2
SO
4
→ 2BaSO
4
+ 2Н
2
O
+XeO
4

Для того, чтобы предотвратить разложение, ксенон осмия таким образом быстро охлаждают с получением бледно-желтого твердого вещества. Это взрывается выше -35.9 ° С в ксенон и кислород.

Ряд ксенон оксифторидов известны, в том числе XeOF
2
, XeOF
4
,XeO
2
F
2
, иXeO
3
F
2
. XeOF
2
образуетсярезультате реакции ОТ
2
с ксеноном при низких температурах. Он также может быть получен путем частичного гидролизаXeF
4
. Это диспропорционирует при -20 ° С вХеР
2
иXeO
2
F
2
. XeOF
4
образуется в результате частичного гидролизаXeF
6
, или реакцияXeF
6
с perxenate натрия,Na
4
XeO
6
. Последняя реакция также производит небольшое количествоХеО
3
F
2
. XeOF
4
реагирует сCsFс образованияXeOF -
5
- аниона,то время как XeOF3вступаетреакцию с фторидами щелочных металловKF,RBFи CsF с образованиемXeOF -
4
аниона.

Другие соединения

В последнее время наблюдается интерес ксенона соединений , где ксенон непосредственно связан с менее электроотрицательным элементом , чем фтор или кислород, в частности , углерод . Электроноакцепторные группы, такие как группы с замещением фтора, которые необходимы для стабилизации этих соединений. Многочисленные такие соединения были охарактеризованы, в том числе:

  • С
    6
    F
    5
    -Xe +
    -N≡C-СН
    3
    , где С6F5является группой пентафторфенила.
  • [C
    6
    F
    5
    ]
    2
    Xe
  • С
    6
    F
    5
    -Xe-C≡N
  • С
    6
    F
    5
    -Xe-Ф
  • С
    6
    F
    5
    -Xe-Cl
  • С
    2
    F
    5
    -C≡C-Хе +
  • [СН
    3
    ]
    3
    С-≡-Xe +
  • С
    6
    F
    5
    -XeF +
    2

  • 6
    F
    5
    Хе)
    2
    Cl +

Другие соединения , содержащие ксенон , св занного с менее электроотрицательным элементом , включают F-Xe-N (SO
2
F)
2
иF-Xe-BF
2
. Последний синтезируют изdioxygenylтетрафторбората,O
2
BF
4
, при -100 ° С.

Необычно содержащий ион ксенона является tetraxenonogold (II) , катион, AuXe 2+
4
, которая содержит Xe-Au связи. Этот ион происходит в соединении AuXe
4
(Sb
2
F
11
)
2
, и отличается наличием прямых химических связей между двумя атомамиизвестно, инертных ксеноном изолотом, с ксеноновым выступаюткачестве переходного металла лиганда.

Соединение Xe
2
Sb
2
F
11
содержит Xe-Xe связь, самый длинный элемент-элемент связь известной (308,71 м = 3,0871Å).

В 1995 году М. Räsänen и сотрудники, ученые из Университета Хельсинки в Финляндии , объявила о подготовке ксенона дигидриде (HXeH), а позже ксенон гидрид-гидроксид (HXeOH), hydroxenoacetylene (HXeCCH), а также другие Xe-содержащий молекулы. В 2008 году , Khriachtchev и др. сообщили о подготовке HXeOXeH со стороны фотолиза воды в пределах криогенной матрицы ксенона. Дейтерированные молекулы, HXeOD и DXeOH, также были произведены.

Клатраты эксимеры

В дополнении к соединениям , где ксенон образует химическую связь , ксенон может образовывать клатраты -substances , где атомы ксенона или пары улавливаются кристаллической решеткой другого соединения. Одним из примеров являются ксеноновой гидрата (Х • 5,75 H 2 O), где атомы ксенона занимают вакансии в решетке молекул воды. Это клатрат имеет температуру плавления 24 ° С. Дейтерированная версия этого гидрата также была произведена. Другой примером является ксеноновой гидрид (Х (Н 2 ) 8 ), в котором пара ксенона (димеры) в ловушке внутри твердого водорода . Такие решетчатые гидраты могут происходить естественным путем в условиях высокого давления, например, в озере Восток на нижней стороне Антарктического ледяного щита. Клатратообразования могут быть использованы для фракционной перегонки ксенона, аргона и криптона.

Ксенон может также образовывать эндоэдральное фуллерена соединение, в которых атом ксенона в ловушке внутри фуллерена молекула. Атом ксенона в ловушке фуллерена можно наблюдать 129 Xe ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Посредством чувствительного химического сдвига атома ксенона к окружающей среде, химические реакции на молекулы фуллерена могут быть проанализированы. Эти наблюдения не без предостережения, однако, поскольку атом ксенона имеет электронное влияние на реакционной способности фуллерена.

Когда ксенон атомы находятся в основном энергетическом состоянии , они отталкиваются друг от друга и не образуют связь. Когда атомы ксенона становится под напряжением, однако, они могут образовывать эксимер (возбужден димера) до тех пор , пока электроны возврата в основное состояние . Эта сущность формируется , поскольку атом ксенона имеет тенденцию завершить самую наружную электронную оболочку , добавляя электрон от соседнего атома ксенона. Типичный срок службы ксеноновой эксимерных составляет 1-5 нс, а распад выпускает фотоны с длиной волны от примерно 150 до 173  нм . Ксенон может также образовывать эксимеры с другими элементами, такими , как галогены брома , хлор и фтор .

Приложения

Хотя ксенон редко и относительно дорогой извлечь из атмосферы Земли , она имеет целый ряд приложений.

Освещение и оптика

Газоразрядные лампы

Ксенон используется в светоизлучающих устройств , называемых ксеноновые импульсные лампы, используемые в фотографических вспышек и стробоскопических ламп; для возбуждения активной среды в лазерах , которые затем генерируют когерентный свет ; и, иногда, в бактерицидных лампах. Первый твердотельный лазер , изобретенный в 1960 году, был накачка ксеноновой лампы - вспышки, и лазеры , используемые для питания термоядерного синтеза также накачки ксенона лампы - вспышки.

Удлиненный стеклянный шар с двумя металлическими электродами внутри стержня, обращенных друг к другу.  Один электрод является тупым, а другой заострен.
Ксенон короткой дугой лампы
Шаттл Atlantis залито ксеноновые фары
Разрядная трубка Ксенон

Непрерывные, короткая дуга, высокое давление ксеноновых дуговые лампы имеют цветовую температуру близко аппроксимирующую полдень солнечного свет и используется в солнечных имитаторах . То есть, цветность этих ламп приближена нагретый черное тело радиатор при температуре Солнца Впервые представленная в 1940 году , эти лампы заменили короткоживущих дуговые лампы углерода в кинопроекторов. Они также используется в типичной 35 мм , IMAX и цифровых кинопроекционных системах. Они являются отличным источником короткой длиной волны ультрафиолетового излучения и имеют интенсивные выбросы в ближайшем инфракрасном диапазоне , используемом в некоторых ночном видении систем. Ксенон используется в качестве стартера газа в HID автомобильных фар и высокого класса «тактические» фонариков .

Отдельные клетки в плазменной панели содержат смесь ксенона и неона ионизированной с электродами . Взаимодействие этой плазмы с электродами генерирует ультрафиолетовые фотоны , которые затем возбуждают люминофор покрытие на передней части дисплея.

Ксенон используется в качестве «стартера» газа в натриевых ламп высокого давления . Он имеет самую низкую теплопроводность и низкую потенциал ионизации всех нерадиоактивных благородных газов. В качестве благородного газа, это не мешает химических реакций , протекающих в операционной лампе. Низкая теплопроводность минимизирует тепловые потери в лампе , в то время как рабочее состояние, а также низкий потенциал ионизации вызывает напряжение пробоя газа , чтобы быть относительно низкой в холодном состоянии, что позволяет лампе быть более легко начать.

Лазеры

В 1962 году группа исследователей в Bell Laboratories обнаружили лазерное воздействие в ксеноне, а позже выяснилось , что коэффициент усиления лазера была улучшена путем добавления гелия к активной среды. Первый эксимерный лазер используется ксеноновая димер (Xe 2 ) возбуждаются пучком электронов для получения вынужденного излучения при ультрафиолетовой длине волны 176 нм . Ксенон хлорид и фторид ксенона также использовались в эксимерном (или, точнее, эксиплексном) лазерах.

медицинская

обезболивание

Ксенон используется в качестве общего наркоза . Несмотря на то, что это дорого, наркозные аппараты , которые могут поставить ксенон , как ожидается , появится на европейском рынке , поскольку успехи в восстановлении и утилизации ксенона сделали экономически жизнеспособными.

Ксенон взаимодействует со многими различными рецепторами и ионные каналы, как и многие теоретически мультимодальных ингаляционных анестетиков, эти взаимодействия, вероятно , дополняют друг друга. Ксенон является высоким сродством глицина-сайт антагонистом рецептора NMDA . Тем не менее, ксенон отличается от некоторых других антагонистов рецепторов NMDA в том , что он не нейротоксическом и он ингибирует нейротоксичность кетамина и закись азота , в то время как на самом деле производит нейропротекторное действие . В отличии от кетамина и закиси азота, ксенон не стимулирует отток дофамина в прилежащем ядре . Как закиси азота и циклопропана , ксенон активирует два пор канал домена калия TREK-1 . Связанный с этим каналом ТАСК-3 также участвует в действиях ингаляционных анестетиков нечувствителен к ксенону. Ксенон ингибирует никотиновые ацетилхолиновый & alpha ; 4 β 2 рецепторов , которые способствуют спинально опосредованное обезболиванию. Ксенон является эффективным ингибитором плазматической мембраны Са 2+ АТФазы . Ксенон ингибирует Ca 2+ АТФазы путем связывания с гидрофобной порой в пределах фермента и предотвращая фермент от принятия активных конформаций.

Ксенон является конкурентным ингибитором серотонина 5-НТ 3 рецепторов . В то время как ни анестетик , ни антиноцицептивное, это уменьшает анестезию возникающей тошноты и рвоту.

Ксенон обладает минимальной альвеолярной концентрацией (ПДК) 72% в возрасте до 40 лет, что делает его 44% более мощным , чем N 2 O в качестве анестезирующего средства . Таким образом, он может быть использован с кислородом в концентрациях , которые имеют более низкий риск гипоксии . В отличие от закиси азота (N 2 O), ксенон не парниковый газ и рассматривается как экологически чистый . Хотя переработано в современных системах, ксенон выбрасывается в атмосферу только возвращаются к своему первоначальному источнику, без воздействия на окружающую среду.

Нейропротекция

Ксенон вызывает устойчивую кардиопротекцию и нейропротекцию с помощью различных механизмов. Через его влияние на Ca 2+ , K + , КАТР \ HIF и NMDA антагонизма, ксенон нейропротекторное , когда вводят до, во время и после ишемических инсультов. Ксенон является высокой аффинностью антагонистом на участке рецептора глицина NMDA. Ксенон кардиопротекторный в условиях ишемии-реперфузии путем индукции фармакологического неишемического переобусловливания. Ксенон кардиопротекторный путем активации PKC-эпсилон и вниз по течению р38-МАРКЕ. Ксенон подражает нейроны ишемического прекондиционирования пути активации АТФ каналов чувствительного калий. Ксенон аллостерически уменьшает АТФ опосредованной активации канала ингибирование независимо от сульфонилмочевины receptor1 субъединицей, увеличивая KATP открытого канала времени и частоты.

Спорт легирование

Вдох смесь ксенона / кислород активизирует выработку фактора транскрипции HIF-1-альфа , что может привести к увеличению производства эритропоэтина . Последний гормон известно, увеличение красных кровяных клеток производства и спортивные результаты. Как сообщается, легирование с ксеноновыми ингаляциями используется в России с 2004 года и , возможно , раньше. 31 августа 2014 года Всемирная антидопинговое агентство по борьбе (WADA) добавило ксенон (и аргон ) в список запрещенных веществ и методов, хотя нет достоверного допинга - пробы для этих газов до сих пор не разработана. Кроме того, влияние ксенона на производство эритропоэтина в организме человека не было продемонстрировано, до сих пор.

обработки изображений

Гамма - излучение от радиоизотопа 133 Xe ксенона может быть использован для получения изображения сердца, легкие, мозг и, например, с помощью однофотонной эмиссионной компьютерной томографии . 133 Хе также был использован для измерения потока крови .

Ксенон, в частности , гиперполяризованный 129 Хе, является полезным контрастным средством для магнитно - резонансной томографии (МРТ). В газовой фазе, он может изображения полости в пористом образце, альвеол в легких, или в потоке газов в легких. Поскольку ксенон растворим как в воде , так и в гидрофобных растворителях, он может изображения различные мягкие живые ткани.

Хирургия

Ксенона хлорид эксимерный лазер имеет определенные дерматологические применения.

ЯМР-спектроскопия

Из - за большой, гибкой внешней электронной оболочки ксенона атома, то ЯМР спектр изменяется в ответ на окружающих условий и может быть использован для контроля окружающих химических обстоятельств. Так , например, ксенон , растворенный в воде, ксенон , растворенный в гидрофобной растворителе, и ксенон связан с определенными белками может быть выделен с помощью ЯМРА.

Гиперполяризованный ксенон может быть использован поверхностно - химиками . Как правило, это трудно охарактеризовать поверхности с ЯМР , поскольку сигналы от поверхности перегружены сигналами от атомных ядер в объеме образца, которые гораздо более многочисленно , чем ядра поверхности. Тем не менее, ядерные спины на твердых поверхностях могут быть выборочно поляризованы переносом спиновой поляризации на них от гиперполяризованного газа ксенона. Это делает поверхностные сигналы достаточно сильны , чтобы измерить и отличить от объемных сигналов.

Другой

В ядерных энергетических исследованиях, ксенон используется в пузырьковых камерах , зондах, а также в других областях , где высокая молекулярная масса и инертная химии является желательной. Побочным продуктом ядерного оружия тестирования является выброс радиоактивного ксенона-133 и ксенона-135 . Эти изотопы контролируются с целью обеспечения соблюдения ядерного испытания договоров запрут , а также для подтверждения ядерных испытаний государств , таких как Северная Корея .

Металлический цилиндр с электродами, прикрепленными к его стороне.  Синий рассеянный свет выходит из трубки.
Прототип ксенонового ионного двигателя испытывается в НАСА Лаборатории реактивного движения .

Жидкий ксенон используется в калориметров для измерения гамма - излучения , а также в качестве детектора гипотетических слабо взаимодействующих массивных частиц , или WIMPs. Когда WIMP сталкивается с ядром ксенона, теория предсказывает , что будет передавать достаточно энергии , чтобы вызвать ионизацию и мерцания . Жидкий ксенон полезно для этих экспериментов , поскольку его плотность делает взаимодействие темной материи с большей вероятностью , и это позволяет тихий детектор через самоэкранирование.

Ксенон является предпочтительным пропеллентом для ионных двигателей в космических аппаратах , поскольку он имеет низкий потенциал ионизации за атомный вес и может быть сохранен в виде жидкости при около комнатной температуры (под высоким давлением), но легко выпаривает до подачи топлива в двигателе. Ксенон является инертным, экологически чистым и менее коррозионным к ионному двигателю , чем другие виды топлива , таким как ртуть или цезий . Ксенон впервые был использован для спутниковой ионных двигателей в течение 1970 - х годов. Позднее он был использован в качестве топлива для JPL , Deep Space 1 зонда, в Европе SMART-1 космического аппарата и трех ионных двигателей двигателей на НАСА Дон космических аппаратов .

Химически, что perxenate соединение используется в качестве окислителей в аналитической химии . Дифторид ксенона используют в качестве травителя для кремния , в частности , в производстве микроэлектромеханических систем (МЭМС). Противоопухолевый препарат 5-фторурацил может быть получен взаимодействием дифторида ксенона с урацилом . Ксенон также используется в кристаллографии белка . Применяют при давлении от 0,5 до 5  МПа ( от 5 до 50  атм ) до кристалла белка, атомы ксенона связывают в основном гидрофобные полости, часто создавая высококачественные, изоморфные, тяжелого атома производного , которое может быть использовано для решения проблемы фаз .

Меры предосторожности

ксенон
опасности
NFPA 704
Flammability code 0: Will not burn. E.g., water Health code 0: Exposure under fire conditions would offer no hazard beyond that of ordinary combustible material. E.g., sodium chloride Reactivity code 0: Normally stable, even under fire exposure conditions, and is not reactive with water. E.g., liquid nitrogen Special hazards (white): no codeNFPA 704 четыре цвета алмаза
0
0
0

Поскольку они сильно окислительные , многие кислород- ксенон соединения являются токсичными; они также взрывчатые вещество (высоко экзотермические ), разрушение до элементарного ксенона и двухатомного кислорода (O 2 ) с гораздо сильнее химическими связей , чем ксеноновые соединения.

Ксенон газ может быть надежно храниться в нормальных закрытых стеклянных или металлических контейнерах при стандартной температуре и давлении . Тем не менее, легко растворяется в большинстве пластмасс и каучука, и постепенно уйти из контейнера запечатанного с такими материалами. Ксенон не- токсичны , хотя она растворяется в крови и принадлежит к избранной группе веществ , которые проникают в гематоэнцефалический барьер , вызывая легкой до полной хирургической анестезии при вдыхании в высоких концентрациях с кислородом.

Скорость звука в газе ксенона (169 м / с) меньше , чем в воздухе , так как средняя скорость тяжелых атомов ксенона меньше , чем у молекул азота и кислорода в воздухе. Следовательно, ксенон вибрирует медленнее в голосовых связках , когда выдыхаемый и производит опускают голосовые тона, эффект , противоположный высокий тон голоса , произведенный в гелии . Как гелий, ксенон не удовлетворяет потребность организма в кислороде, и это как простое удушающее и обезболивающее более мощным , чем закиси азота; следовательно, и потому , что ксенон стоит дорого, многие университеты запретили голоса трюк в качестве общей химии демонстрации. Газ гексафторид серы подобен ксенону в молекулярной массе (146 по сравнению с 131), менее дорогим, и , хотя в удушающих, не токсичны или анестетик; она часто подставляются в этих демонстрациях.

Плотные газы, такие как ксенон и гексафторида серы может быть вдохнул безопасно при смешивании с, по меньшей мере, 20% кислорода. Ксенон в концентрации 80% вместе с 20% кислорода быстро производит безсознательное общей анестезии (и была использована для этого, как обсуждалось выше). Дыхательные смеси газов различной плотности очень эффективно и быстро, так что тяжелые газы удаляются вместе с кислородом, и не накапливаются в нижней части легких. Существует, однако, опасность, связанная с любым тяжелым газом в больших количествах: она может сидеть невидимо в контейнере, и человек, который входит в зону, заполненную без запаха, бесцветный газ может быть задохнулись без предупреждения. Ксенон редко используется в достаточно больших количествах, чтобы это было проблемой, хотя потенциал опасности существует в любое время резервуар или контейнер ксенона хранится в непроветриваемых помещениях.

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка