Ксенон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
54 ИодКсенонЦезий
Kr

Xe

Rn
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Иод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть Таллий Свинец Висмут Полоний Астат Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Хассий Мейтнерий Дармштадтий Рентгений Коперниций Унунтрий Флеровий Унунпентий Ливерморий Унунсептий УнуноктийПериодическая система элементов
54Xe
Cubic-face-centered.svg
Electron shell 054 Xenon.svg
Внешний вид простого вещества
Свойства атома
Название, символ, номер

Ксено́н / Xenon (Xe), 54

Атомная масса
(молярная масса)

131,293(6)[1] а. е. м. (г/моль)

Электронная конфигурация

[Kr] 4d10 5s2 5p6

Радиус атома

? (108)[2] пм

Химические свойства
Ковалентный радиус

140[2] пм

Радиус иона

190[2] пм

Электроотрицательность

2,6 (шкала Полинга)

Электродный потенциал

0

Степени окисления

0, +1, +2, +4, +6, +8

Энергия ионизации
(первый электрон)

 1 170,0 (12,13) кДж/моль (эВ)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

3,52 (при −107,05 °C); 0,005894 (при 0 °C) г/см³

Температура плавления

161,3 К (-111,85 °C)

Температура кипения

166,1 К (-107,05 °C)

Уд. теплота плавления

2,27 кДж/моль

Уд. теплота испарения

12,65 кДж/моль

Молярная теплоёмкость

20,79[3] Дж/(K·моль)

Молярный объём

42,9 см³/моль

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

кубическая
гранецентрированая

Параметры решётки

6,200 Å

Прочие характеристики
Теплопроводность

(300 K) 0,0057 Вт/(м·К)

54
Ксенон
Xe
131,29
4d105s25p6

Ксено́н — элемент главной подгруппы восьмой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 54. Обозначается символом Xe (лат. Xenon). Простое вещество ксенон (CAS-номер: 7440-63-3) — благородный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

История[править | править вики-текст]

Открыт в 1898 году английскими учеными У.Рамзаем и М.Траверсом как небольшая примесь к криптону[4][5].

Происхождение названия[править | править вики-текст]

От греч. ξένος — чужой. Открыт в 1898 английскими исследователями Уильямом Рамзаем и Морисом Траверсом, которые подвергли медленному испарению жидкий воздух и спектроскопическим методом исследовали его наиболее труднолетучие фракции. Ксенон был обнаружен как примесь к криптону, с чем связано его название. Ксенон — весьма редкий элемент. При нормальных условиях 1000 м3 воздуха содержат около 87 см3 ксенона.

Распространённость[править | править вики-текст]

В солнечной системе[править | править вики-текст]

Ксенон относительно редок в атмосфере Солнца, на Земле, в составе астероидов и комет. Концентрация ксенона в атмосфере Марса аналогична земной: 0.08 миллионной доли[6], хотя содержание 129Xe на Марсе выше, чем на Земле или Солнце. Поскольку данный изотоп образуется в процессе радиоактивного распада, полученные данные могут свидетельствовать о потере Марсом первичной атмосферы, возможно, в течение первых 100 миллионов лет после формирования планеты[7][8]. У Юпитера, напротив, необычно высокая концентрация ксенона в атмосфере — почти в два раза выше, чем у Солнца[9].

Земная кора[править | править вики-текст]

Ксенон находится в земной атмосфере в крайне незначительных количествах, 0,087±0,001 миллионной доли (μL/L), а также встречается в газах, испускаемых некоторыми минеральными источниками. Некоторые радиоактивные изотопы ксенона, например, 133Xe и 135Xe, получаются как результат нейтронного облучения ядерного топлива в реакторах.

Определение[править | править вики-текст]

Качественно ксенон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии (характеристические линии 467,13 нм и 462,43 нм). Количественно его определяют масс-спектрометрически, хроматографически, а также методами абсорбционного анализа[3].

Свойства[править | править вики-текст]

Физические[править | править вики-текст]

Температура плавления −112 °C, температура кипения −108 °C, свечение в разряде фиолетовым цветом.

Заполненная ксеноном газоразрядная трубка

Химические[править | править вики-текст]

Первый инертный газ, для которого были получены настоящие химические соединения. Примерами соединений могут быть дифторид ксенона, тетрафторид ксенона, гексафторид ксенона, триоксид ксенона, ксеноновая кислота и другие.

Первое соединение ксенона было получено Нилом Барлеттом реакцией ксенона с гексафторидом платины в 1962 г. В течение двух лет после этого события было получено уже несколько десятков соединений, в том числе фториды, которые являются исходными веществами для синтеза всех остальных производных ксенона.

В настоящее время описаны фториды ксенона и их различные комплексы, оксиды, оксифториды ксенона, малоустойчивые ковалентные производные кислот, соединения со связями Xe-N, ксенонорганические соединения. Относительно недавно был получен комплекс на основе золота, в котором ксенон является лигандом. Существование ранее описанных относительно стабильных хлоридов ксенона не подтвердилось (позже были описаны эксимерные хлориды с ксеноном).

Изотопы[править | править вики-текст]

Для ксенона известны изотопы с массовыми числами от 110 до 147, и 12 ядерных изомеров. Из них стабильными являются изотопы с массовыми числами 124, 126, 128, 129, 130, 131, 132, 134, 136. Остальные изотопы радиоактивны, самые долгоживущие — 127Xe (период полураспада 36.345 суток) и 133Xe (5,2475 суток), период полураспада остальных изотопов не превышает 20 часов. Среди ядерных изомеров наиболее стабильны 131Xem с периодом полураспада 11,84 суток, 129Xem (8.88 суток) и 133Xem (2.19 суток)[10]

Изотоп ксенона с массовым числом 135 (период полураспада 9,14 часа) имеет максимальное сечение захвата тепловых нейтронов среди всех известных веществ — примерно 3 миллиона барн для энергии 0,069 эВ[11], его накопление в ядерных реакторах в результате цепочки β-распадов ядер теллура-135 и иода-135 приводит к эффекту так называемого отравления ксеноном (см. также Йодная яма).

Получение[править | править вики-текст]

Ксенон получают как побочный продукт производства жидкого кислорода на металлургических предприятиях.

В промышленности ксенон получают как побочный продукт разделения воздуха на кислород и азот. После такого разделения, которое обычно проводится методом ректификации, получившийся жидкий кислород содержит небольшие количества криптона и ксенона. Дальнейшая ректификация обогащает жидкий кислород до содержания 0.1-0.2 % криптоно-ксеноновой смеси, которая отделяется адсорбированием на силикагель или дистилляцией. В заключение, ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделён дистилляцией на криптон и ксенон, подробнее см. Криптон#Получение.

Из-за своей малой распространенности, ксенон гораздо дороже более легких инертных газов.

Применение[править | править вики-текст]

Прототип ионного двигателя на ксеноне.

Несмотря на высокую стоимость, ксенон незаменим в ряде случаев:

  • Радиоактивные изотопы (127Xe, 133Xe, 137Xe, и др.) применяют в качестве источников излучения в радиографии и для диагностики в медицине, для обнаружения течи в вакуумных установках.
  • В конце XX века был разработан метод применения ксенона в качестве средства для общего наркоза и обезболивания. Первые диссертации о технике ксенонового наркоза появились в России в 1993 г. В 1999 году ксенон был разрешён к медицинскому применению в качестве средства для общего ингаляционного наркоза[12].
  • В наши дни ксенон проходит апробацию в лечении зависимых состояний[13].
  • Жидкий ксенон иногда используется как рабочая среда лазеров[14]
  • В изотопе 129Xe возможно поляризовать значительную часть ядерных спинов для создания состояния с сонаправленными спинами — состояния называемого гиперполяризацией.

Биологическая роль[править | править вики-текст]

Ксенон не играет никакой биологической роли.

Физиологическое действие[править | править вики-текст]

  • Газ ксенон безвреден, но способен вызвать наркоз (по физическому механизму), а в больших концентрациях (более 80 %) вызывает асфиксию.
  • Вследствие более низкой скорости звука в ксеноне, чем в воздухе, заполнение ксеноном лёгких и выдыхание при разговоре приводит к значительному понижению тембра голоса (эффект, обратный эффекту гелия).
  • Фториды ксенона ядовиты, ПДК в воздухе 0,05 мг/м³.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. 1 2 3 Size of xenon in several environments (англ.). www.webelements.com. Проверено 6 августа 2009.
  3. 1 2 Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 548-549. — 671 с. — 100 000 экз.
  4. Ramsay, W.; Travers, M. W. (1898). «On the extraction from air of the companions of argon, and neon». Report of the Meeting of the British Association for the Advancement of Science.
  5. Gagnon, Steve It's Elemental – Xenon. Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Проверено 16 июня 2007.
  6. Williams, David R. Mars Fact Sheet. NASA (September 1, 2004). Проверено 10 октября 2007. Архивировано из первоисточника 16 июля 2011.
  7. Schilling, James Why is the Martian atmosphere so thin and mainly carbon dioxide?. Mars Global Circulation Model Group. Проверено 10 октября 2007. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
  8. Zahnle, Kevin J. (1993). «Xenological constraints on the impact erosion of the early Martian atmosphere». Journal of Geophysical Research 98 (E6): 10,899–10,913. DOI:10.1029/92JE02941. Проверено 2007-10-10.
  9. Mahaffy, P. R.; Niemann, H. B.; Alpert, A.; Atreya, S. K.; Demick, J.; Donahue, T. M.; Harpold, D. N.; Owen, T. C. (2000). «Noble gas abundance and isotope ratios in the atmosphere of Jupiter from the Galileo Probe Mass Spectrometer». Journal of Geophysical Research 105 (E6): 15061–15072. DOI:10.1029/1999JE001224. Проверено 2007-10-01.
  10. http://amdc.in2p3.fr/nubase/Nubase2003.pdf
  11. www.ippe.ru/podr/abbn/libr/pdf/54xe.pdf
  12. О РАЗРЕШЕНИИ МЕДИЦИНСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ. Приказ. Министерство здравоохранения РФ. 08.10.99 363 :: Инновации и предпринимательство: гранты, технологии, патенты
  13. Ксенон — новое слово в наркологии
  14. Эксимерный лазер на жидком ксеноне

Ссылки[править | править вики-текст]