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Xênon

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Xênon
54 Xe
Kr

Xe

Rn
iodoxenoncésio
Aparência
gás incolor, que exibem um brilho azul quando colocado num campo eléctrico de alta tensão


Linhas espectrais de xenon
Propriedades gerais
Nome, símbolo, número xenon, Xe, 54
Pronúncia / z ɛ n ɒ n / ZEN -em
ou / z Eu n ɒ n / ZEE -non
Categoria Metallic gases nobres
Grupo, período, bloco 18 (gases nobres) , 5, p
Peso atômico padrão 131,293 (6)
Configuração eletrônica [ Kr ] 5s 2 4d 10 5p 6
2, 8, 18, 18, 8
Conchas de elétrons de xenônio (2, 8, 18, 18, 8)
História
Descoberta William Ramsay e Morris Travers (1898)
Primeiro isolamento William Ramsay e Morris Travers (1898)
Propriedades físicas
Fase gás
Densidade (0 ° C, 101,325 kPa)
5,894 g / L
Líquido densidade no pb 3,057 g · cm -3
Ponto de fusão (101,325 kPa) 161,4 K , -111,7 ° C, -169,1 ° F
Ponto de ebulição (101,325 kPa) 165,03 K, -108,12 ° C, -162,62 ° F
Ponto Triplo 161,405 K (-112 ° C), 81,6 kPa
Ponto crítico 289,77 K, 5,841 MPa
Calor de fusão (101,325 kPa) 2,27 kJ mol -1 ·
Calor de vaporização (101,325 kPa) 12,64 kJ mol -1 ·
Capacidade calorífica molar 5 R / 2 = 20,786 J · · mol -1 K -1
Pressão de vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em T (K) 83 92 103 117 137 165
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 0, 1, 2, 4, 6, 8
(Raramente mais do que 0)
(Fracamente ácida óxido)
Eletronegatividade 2,6 (escala de Pauling)
Energias de ionização 1º: 1170,4 kJ · mol -1
2: 2046,4 kJ · mol -1
3: 3099,4 kJ · mol -1
O raio de covalência 140 ± 21:00
Van der Waals raio 216 pm
Miscelânea
A estrutura de cristal cúbica de face centrada
Xenon tem uma estrutura cristalina cúbica de face centrada
Ordenamento magnético diamagnetic
Condutividade térmica 5,65 × 10 -3 W · m -1 · K -1
Velocidade do som (Líquido) 1.090 m / s; (Gás) 169 m · s -1
Número de registo CAS 7440-63-3
A maioria dos isótopos estáveis
Ver artigo principal: Isótopos de xénon
iso N / D meia-vida DM DE ( MeV) DP
124 Xe 0,095% > 4,8 × 10 16 y β + β + 0,825 124 Te
125 Xe syn 16,9 h ε 1.652 125 I
126 Xe 0,089% 126 Xe é estável com 72 nêutrons
127 Xe syn 36,345 d ε 0,662 127 I
128 Xe 1,91% 128 Xe é estável com 74 nêutrons
129 Xe 26,4% 129 Xe é estável com 75 nêutrons
130 Xe 4,07% 130 Xe é estável com 76 nêutrons
131 Xe 21,2% 131 Xe é estável com 77 nêutrons
132 Xe 26,9% 132 Xe é estável com 78 nêutrons
133 Xe syn 5,247 d β - 0,427 133 Cs
134 Xe 10,4% > 1,1 × 10 16 y β - β - 2,864 134 Ba
135 Xe syn 9.14 h β - 1.16 135 Cs
136 Xe 8,86% 2,11 × 10 21 y β - β - 2,45783 136 Ba

Xenon é um elemento químico com o símbolo Xe e número atômico 54. É um gás incolor, pesado, inodoro gás nobre , que ocorre na atmosfera da Terra em quantidades vestigiais. Embora geralmente não reactivas, xénon pode ser submetida a algumas reacções químicas , tais como a formação de hexafluoroplatinato xenon, o primeiro composto gás nobre para ser sintetizados.

De xénon de ocorrência natural consiste oito isótopos estáveis. Há também mais de 40 isótopos instáveis que sofrem decaimento radioativo. Os rácios de isótopos de xenônio são uma ferramenta importante para o estudo da história inicial do Sistema Solar . Radioativo de xénon-135 é produzida a partir de iodo-135, como resultado da cisão nuclear , e actua como o mais significativo absorvedor de nêutrons em reatores nucleares.

De xénon é utilizada em lâmpadas de flash e lâmpadas de arco, e como um anestesia geral. O primeiro projeto excimer laser usado um xenon molécula de dímero (Xe 2) como o seu lasing médio, e os primeiros a laser projetos utilizadas lâmpadas de flash de xenônio como Bombas. Xenon também está sendo usado para procurar hipotética fracamente interagindo partículas maciças e como o propulsor para propulsores iônicos em nave espacial.

História

Xenon foi descoberto na Inglaterra pelo químico escocês William Ramsay e químico Inglês Morris Travers em 12 de julho de 1898, logo após a sua descoberta dos elementos criptônio e neon . Eles descobriram xenon no resíduo deixado por evaporação de componentes ar líquido. Ramsay sugeriu o xenon nome para este gás a partir do grego palavra ξένον [xenon], forma neutra singular de ξένος [xenos], que significa "estrangeiro (er) ',' estranho (r) ', ou' guest '. Em 1902, Ramsay estimou a proporção de xenônio na atmosfera da Terra como uma parte em 20 milhões. O símbolo atual de Xenon é Xe, no entanto, historicamente, foi também escrito como X.

Durante a década de 1930, o engenheiro americano Harold Edgerton começou a explorar strobe tecnologia de luz para fotografia de alta velocidade. Isso o levou à invenção da lâmpada de flash xenon, no qual a luz é gerada através do envio de uma breve corrente elétrica através de um tubo cheio de gás xenônio. Em 1934, Edgerton foi capaz de gerar ondas de tão breve quanto uma microssegundo com este método.

Em 1939, o médico americano Albert R. Behnke Jr. começou a explorar as causas de "embriaguez" em mergulhadores de águas profundas. Ele testou os efeitos da variação das misturas respiratórias em seus súditos, e descobriu que isso causou os mergulhadores a perceber uma mudança em profundidade. De seus resultados, ele deduziu que o gás xenônio poderia servir como um anestésico. Embora toxicologista russo Nikolay V. Lazarev aparentemente estudou anestesia xenônio em 1941, o primeiro relatório publicado confirmando anestesia xenônio foi em 1946 pelo pesquisador médico americano John H. Lawrence, que experimentou em camundongos. Xenon foi usado primeiramente como um anestésico cirúrgico em 1951 pelo anestesista americano Stuart C. Cullen, que operou com sucesso em dois pacientes.

Xénon e os outros gases nobres foram, durante muito tempo considerado como sendo completamente quimicamente inerte e não capazes de formar compostos . No entanto, enquanto ensinava na University of British Columbia, Neil Bartlett descobriu que o gás hexafluoreto de platina (PTF 6) foi um poderoso agente oxidante que pode oxidar gás oxigénio (O2) para formar hexafluoroplatinato dioxygenyl (O 2 + [PTF 6] -). Desde O 2 e xénon tem quase o mesmo primeiro potencial de ionização, Bartlett percebeu que hexafluoreto de platina pode também ser capaz de oxidar xenon. Em 23 de março de 1962, ele misturou os dois gases e produziu o primeiro composto conhecido de um gás nobre, hexafluoroplatinato xenon. Bartlett pensei que sua composição seja Xe + [PTF 6] -, embora o trabalho mais tarde revelou que era provavelmente uma mistura de diversos sais contendo xenon. Desde então, diversos outros compostos de xénon ter sido descoberta, juntamente com alguns compostos dos gases nobres árgon , crípton , e rádon , incluindo fluorohydride argônio (Harf), crípton difluoreto (KrF 2), e fluoreto de radônio. Em 1971, mais de 80 compostos de xenônio eram conhecidos.

Características

Flash Xenon
( animated versão)

Xenon tem número atômico 54; ou seja, o seu núcleo contém 54 prótons . Em temperatura normal e pressão, gás xénon puro tem uma densidade de 5,761 kg / m 3, a cerca de 4,5 vezes a densidade da superfície da atmosfera da Terra, 1,217 kg / m 3. Tal como um líquido, xénon tem uma densidade de 3,100 até g / ml, com a densidade máxima que ocorre no ponto triplo. Sob as mesmas condições, a densidade de xénon sólido, 3,640 g / cm3, é mais elevada do que a densidade média de granito , 2,75 g / cm 3. Uso gigapascals de pressão, xenônio foi forçado a uma fase metálica.

Mudanças de xenônio sólidos do cúbico (FCC) de face centrada para hexagonal embalado (hcp) fase de cristal sob pressão e começa a girar metálico a cerca de 140 GPa, sem alteração do volume visível na fase hcp. É completamente metálico a 155 GPa. Quando metalizado, xenon olha o céu azul, pois absorve a luz vermelha e transmite outras frequências visíveis. Tal comportamento é incomum para um metal e é explicado pelas relativamente pequenas larguras das bandas de elétrons de xenônio metálico.

Xenon é um membro dos nulas valência elementos que são chamados nobre ou inertes gases . Que seja inerte para a maioria das reacções químicas comuns (tais como a combustão, por exemplo), porque o exterior valência shell contém oito elétrons. Isso produz uma configuração estável de energia, mínima em que os elétrons externos estão fortemente presos. No entanto, pode ser xénon oxidados por agentes oxidantes poderosos, e muitos compostos foram sintetizados de xénon.

Em um cheio de gás tubo, xenônio emite um azul ou fulgor lavenderish quando o gás está animado com descarga elétrica. Xenon emite uma banda de linhas de emissão que abrangem o espectro visível, mas as linhas mais intensas que ocorrem na região da luz azul, que produz a coloração.

Ocorrência e produção

Xenon é um traçar gás na atmosfera da Terra , que ocorre em 87 ± 1 partes por bilhão (nL / L), ou aproximadamente 1 parte por 11,5 milhões, e é também encontrada em gases emitidos a partir de alguns nascentes de água mineral.

Xénon é obtido comercialmente como um subproduto do separação de ar em oxigênio e nitrogênio . Após esta separação, geralmente realizada por destilação fracionada em uma planta de duas colunas, o oxigênio líquido produzido irá conter pequenas quantidades de criptônio e xenônio. Por passos adicionais de destilação fraccionada, o oxigénio líquido pode ser enriquecido para conter 0,1-0,2% de uma mistura de crípton / xénon, que é extraído, quer por meio de adsorção sobre gel de sílica ou por meio de destilação. Finalmente, a mistura crípton / xénon pode ser separado em crípton e xénon por destilação. A extracção de um litro de xénon da atmosfera requer 220 watt-hora de energia. A produção mundial de xenon em 1998 foi estimada em 5000-7000 m 3. Devido à sua baixa abundância, xenon é muito mais caro do que os preços nobres leves gases-aproximadas para a compra de pequenas quantidades na Europa em 1999 foram 10 / L para xenon, 1 € / L krypton, e para 0,20 € / L para neon; o argônio muito mais abundantes custa menos de um cêntimo por litro.

No âmbito do Sistema Solar, a nucleão fracção de xénon é 1,56 x 10 -8, para uma abundância de cerca de uma parte em 630 mil da massa total. Xenon é relativamente rara no Sun atmosfera 's, na Terra , e em asteróides e cometas . O planeta Júpiter tem um invulgarmente elevada abundância de xenon em sua atmosfera; cerca de 2,6 vezes mais do que o Sun. Esta alta abundância continua por explicar e pode ter sido causada por uma acumulação de início rápido e de planetesimais-pequenas, subplanetary órgãos de antes da disco pré-solares começou a esquentar. (Caso contrário, xenon não teria sido preso nos gelos planetesimais.) O problema da baixa xenon terrestre pode, potencialmente, ser explicado por ligação covalente de xénon de oxigénio dentro de quartzo , reduzindo, portanto, a saída de gás de xénon para a atmosfera.

Ao contrário dos gases nobres com menos massa, normal processo de nucleossíntese estelar dentro de uma estrela não faz xenon. Elementos mais maciças do que ferro-56 tem um custo de energia líquida para produzir por meio de fusão, portanto, não há ganho de energia para uma estrela na criação de xenon. Em vez disso, xénon é formado durante supernovas explosões, por o processo de captura de neutrões lentos ( s-processo) de gigantes vermelhas estrelas que tenham esgotado o hidrogénio em seus núcleos e entraram no ramo gigante assimptótico, em clássico nova explosões e do decaimento radioativo de elementos, tais como o iodo , urânio e plutônio .

Isótopos e estudos isotópicos

De xénon de ocorrência natural é feito de oito estáveis isótopos , mais do que qualquer elemento com a excepção de lata , que tem dez. Xenon e estanho são os únicos elementos a ter mais de sete isótopos estáveis. Os isótopos 124 e 134 Xe Xe são previstos para sofrer decaimento beta duplo, mas isso nunca foi observado, de forma que são considerados ser estáveis. Além dessas formas estáveis, há mais de 40 isótopos instáveis que foram estudados. A maior duração destes isótopos é de 136 Xe, que tem sido observada para sofrer decaimento beta duplo com uma meia-vida de 2,11 x 10 21 anos de 129Xe é produzida por. decaimento beta de 129 I , que tem uma meia-vida de 16 milhões de anos, enquanto 131m Xe, 133 Xe, 133m Xe, 135 e Xe são alguns dos cisão de ambos os produtos 235 L e 239 Pu , e, por conseguinte, utilizados como indicadores de explosões nucleares.

Núcleos de dois dos estável isótopos de xenônio, 129 e 131 Xe Xe, ter zero não intrínseco momentos angulares ( spins nucleares, adequado para ressonância magnética nuclear). Os spins nucleares podem ser alinhadas para além dos níveis de polarização ordinárias por meio de luz polarizada circularmente e rubídio vapor. O resultado rotação de polarização de xénon núcleos pode ultrapassar 50% do seu valor máximo possível, excedendo em muito o valor de equilíbrio ditada pela Distribuição de Boltzmann (tipicamente 0,001% do valor máximo na temperatura ambiente, mesmo nos mais fortes ímãs ). Tal alinhamento não-equilíbrio de giros é uma condição temporária, e é chamado hiperpolarização. O processo de hiperpolarizando o xénon é chamado de bombeamento óptico (embora o processo é diferente bombeando um laser).

Porque um Xe núcleo 129 tem um rotação de meia, e, por conseguinte, um zero elétrico quadrupolo momento, o 129 Xe núcleo não experimenta qualquer quadrupolares interacções durante colisões com outros átomos, e assim a sua hiperpolarização pode ser mantidas por longos períodos de tempo, mesmo depois de o feixe de laser ter sido desligado e o vapor alcalino removidos por condensação sobre um quarto -Temperatura superfície. Rotação de polarização de 129Xe pode persistir a partir de várias segundos para átomos de xénon dissolvido no sangue para várias horas na fase gasosa e vários dias em xénon sólido profundamente congelados. Em contraste, 131 Xe tem um valor de spin nuclear de 3/2 e um diferente de zero momento de quadrupole, e tem um T tempos de relaxação na milissegundo e segundo intervalos.

Alguns isótopos radioativos de xenon, por exemplo, 133 e 135 Xe Xe, são produzidas por nêutrons irradiação de material físsil dentro reatores nucleares. 135 Xe é de considerável importância na operação de reatores de fissão nuclear. 135 Xe tem uma enorme seção transversal para neutrões térmicos, 2,6 x 10 6 celeiros, por isso actua como um absorvedor de nêutrons ou " veneno "que pode retardar ou parar a reação em cadeia, após um período de funcionamento. Este foi descoberto nos primeiros reatores nucleares construídos pela American Projeto Manhattan para o plutónio produção. Felizmente os designers tinham feito provisões no projeto para aumentar a reatividade do reator (o número de nêutrons por fissão que transitam para a fissão de átomos de outros combustível nuclear). 135 Xe envenenamento reactor desempenhou um papel importante no desastre de Chernobyl . Uma paragem ou diminuição da potência de um reactor pode ocorrer uma acumulação de 135 Xe e recebendo o reactor para o pit iodo.

Em condições adversas, concentrações relativamente elevadas de isótopos radioativos xenon pode ser encontrada emana de reatores nucleares devido à liberação de produtos de fissão de rachado barras de combustível, ou fissão de urânio em água de refrigeração.

Porque xenon é um marcador para dois isótopos pai, xenon relações isotópicas em meteoritos são uma ferramenta poderosa para estudar o formação do sistema solar. O método de iodo-xenon de namoro dá o tempo decorrido entre nucleosíntese e a condensação de um objecto sólido a partir da nebulosa solar. Em 1960, o físico John H. Reynolds descoberto que certos meteoritos continha uma anomalia isotópica sob a forma de um excesso de xénon-129. Ele inferiu que este era um produto do decaimento radioativo de iodo-129. Este isótopo é produzido por lentamente spallation raios cósmicos e fissão nuclear , mas é produzida em quantidade apenas em explosões de supernovas. Como a semi-vida de 129I é comparativamente curto em uma escala de tempo cosmológica, apenas 16 milhões de anos demonstraram que este tinha passado apenas a uma curta de tempo entre a Supernova e o tempo de meteoritos e tinha solidificado preso a 129 I. Estes dois eventos (supernovas e solidificação da nuvem de gás) foram inferidas ter acontecido durante o início da história do Sistema Solar , como o isótopo 129 I foi provavelmente gerado perante o Sistema Solar foi formado, mas não muito tempo antes, e semeadas gás solar nuvem com isótopos de uma segunda fonte. Esta fonte de supernova pode também ter causado o colapso da nuvem de gás solar.

De forma semelhante, relações isotópicas de xenônio, como Xe 129/130 e 136 Xe Xe / 130 Xe são também uma ferramenta poderosa para entender a diferenciação planetária e desgaseificação cedo. Por exemplo, A atmosfera de Marte mostra uma abundância de xénon semelhante à da Terra: 0,08 partes por milhão, no entanto Marte mostra uma maior proporção de 129 Xe do que a Terra ou do Sol Como este isótopo é gerado pelo decaimento radioativo, o resultado pode indicar que Marte perdeu a maior parte de sua atmosfera primordial, possivelmente dentro dos primeiros 100 milhões de anos após o planeta foi formado. Em outro exemplo, o excesso de 129Xe encontrado em dióxido de carbono a partir de gases assim Novo México se acreditava ser a partir do decaimento de gases derivados do manto logo após a formação da Terra.

Compostos

Após a descoberta de Neil Bartlett em 1962 que o xénon pode formar compostos químicos, um grande número de compostos de xénon ter sido descoberto e descrito. Quase todos os compostos de xénon conhecidas contêm o electronegativo átomos de flúor ou de oxigénio.

Halides

Um modelo de molécula química planar com um átomo azul centro (Xe) simetricamente ligado a quatro átomos de periféricos (flúor).
Xenon tetrafluoride
Muitos cristais transparentes cúbicos em uma placa de Petri.
XEF 4 cristais, 1962

Três fluoretos são conhecidos: XEF 2, Xef 4, e XEF 6. XEF é teorizado para ser instável. Os fluoretos são o ponto de partida para a síntese de quase todos os compostos de xénon.

O sólido, cristalino difluoreto Xef 2 é formado quando uma mistura de flúor e gás xenon é exposto à luz ultravioleta. Luz do dia comum é suficiente. Aquecimento a longo prazo de Xef 2 a temperaturas elevadas sob um catalisador NiF 2 produz Xef 6. A pirólise de Xef 6, na presença de NaF produz alta pureza XEF 4.

Os fluoretos de xenônio comportar-se como os dois receptores e doadores de fluoreto de flúor, formando sais que contêm espécies químicas tais como XEF + e Xe
2 F +
3, e ânions, como XEF -
5, XEF -
7, e XEF 2-
8. A, Xe verde + paramagnética
2 é formada pela redução de 2 Xef por gás xénon.

Xef 2 é também capaz de formar complexos de coordenação com íons de metais de transição. Mais de 30 tais complexos foram sintetizados e caracterizados.

Considerando que os fluoretos de xénon são bem caracterizados, os outros halogenetos não são conhecidos, sendo a única excepção o dicloreto, XeCl 2. Dicloreto de xénon é relatado para ser um incolor, composto endotérmico, cristalino que se decompõe em os elementos a 80 ° C, formada por a irradiação de uma mistura de xénon, flúor de alta frequência, e silício ou tetracloreto de carbono . No entanto, a dúvida foi levantada quanto a se XeCl 2 é um composto real e não apenas um van der Waals molécula que consiste em átomos de Xe fracamente ligados e Cl 2 moléculas. Cálculos teóricos indicam que a molécula linear XeCl 2 é menos estável do que o complexo de van der Waals.

Óxidos e oxohalides

Três óxidos de xenon são conhecidos: trióxido de xenon (Xeo 3) e tetróxido de xenon (Xeo 4), sendo que ambos são perigosamente agentes oxidantes e explosivos poderosos, e dióxido de xenon (Xeo 2), que foi relatada em 2011, com um número de coordenação de quatro. Xeo duas formas quando xenon tetrafluoride é derramado sobre o gelo. Sua estrutura de cristal pode permitir que ele para substituir silício em minerais de silicatos. O catião XeOO + foi identificada pela espectroscopia de infravermelho em sólido de árgon .

O Xenon não reagem com o oxigênio diretamente; o trióxido é formada pela hidrólise de Xef 6:

Xef 6 + 3 H2OXeo 3 + 6 HF

Xeo 3 é fracamente ácido, dissolvendo-o em sais alcalinos para formar xenate instáveis contendo o HXeO -
4 anião. Estes sais facilmente instáveis desproporcional em gás xenon e sais perxenate, contendo o Xeo 4-
6 anião.

Perxenate bário, quando tratado com ácido sulfúrico concentrado ácido sulfúrico , produz tetróxido de xénon gasoso:

Ba 2 Xeo 6 + 2 H 2 SO 4 2 → BaSO4 + 2 H2O + 4 Xeo

Para evitar a decomposição, o tetróxido de xénon assim formada é arrefecida rapidamente de modo a formar um sólido amarelo-pálido. Ela explode acima -35,9 ° C em xenon e gás oxigênio.

Um número de oxifluoretos de xénon são conhecidos, incluindo XeOF 2, XeOF 4, Xeo 2 F 2, F 3 e Xeo 2. XeOF 2 é formado pela reacção de DE 2 com gás xénon a baixas temperaturas. Pode também ser obtido por hidrólise parcial do Xef 4. É disproportionates a -20 ° C em 2 Xef e Xeo 2 F 2. XeOF 4 é formado pela hidrólise parcial de Xef 6, ou a reacção de 6 com Xef perxenate de sódio, Na 4 Xeo 6. A última reacção também produz uma pequena quantidade de Xeo 3 F 2 XeOF 4 reage com. CsF para formar o XeOF -
5 anião, enquanto XeOF 3 reage com os fluoretos de metais alcalinos KF, RBF e CsF para formar o XeOF -
4 anião.

Outros compostos

Recentemente, tem havido um interesse em compostos de xénon onde xénon é ligado directamente a um elemento de menos electronegativo de flúor ou de oxigénio, particularmente de carbono . Grupos que retiram electrões, tais como grupos com flúor de substituição, é necessário estabilizar estes compostos. Numerosos desses compostos têm sido caracterizados, incluindo:

  • C 6 F + 5 -Xe -N≡C-CH3, em que C 6 F 5 é o grupo pentafluorofenilo.
  • [C 6 F 5] 2 Xe
  • C 6 F 5 -Xe-X, onde X é CN, F, ou Cl.
  • R-C = C-XE +, em que R é C 2 F -
    5 ou terc-butilo.
  • C 6 F + 5 -XeF
    2
  • (C 6 F 5 Xe) 2 + Cl

Outros compostos que contêm xénon ligado a um elemento menos electronegativo incluem F-Xe-N (SO 2 F) 2 e F-Xe-BF 2. O último é sintetizado a partir de tetrafluoroborato dioxygenyl, O 2 BF 4, a -100 ° C.

Um xenon ion incomum contendo é o tetraxenonogold (II) catiônica, AuXe 2+
4, que contém Xe-Au títulos. Este íon ocorre no composto AuXe 4 (Sb 2 F 11) 2, e é notável em ter ligações químicas diretas entre dois átomos notoriamente não reactivos, xenônio e ouro , com xenon agindo como um ligando de metal de transição.

Em 1995, M. Räsänen e colegas de trabalho, os cientistas na Universidade de Helsinque, na Finlândia , anunciou a preparação de xenon dihydride (HXeH), e mais tarde xenon-hidreto de hidróxido (HXeOH), hydroxenoacetylene (HXeCCH), e outras moléculas contendo Xe. Em 2008, Khriachtchev et al. Relataram a preparação de HXeOXeH pelo fotólise da água dentro de um matriz xenon criogênico. Moléculas deuterado, HXeOD e DXeOH, também foram produzidos.

Clatratos e excímeros

Além de compostos onde xénon forma uma ligação química , xénon pode formar clatratos-substâncias, quando átomos de xenônio são presos pela estrutura cristalina de outro composto. Um exemplo é hidrato de xenônio (Xe 5,75 • H 2 O), onde os átomos de xenônio ocupar vagas em uma rede de moléculas de água. Este clatrato tem um ponto de fusão de 24 ° C. O deuterado versão deste hidrato também foi produzido. Tal hidratos de clatratos pode ocorrer naturalmente em condições de alta pressão, como no Lago Vostok debaixo da Antártida camada de gelo. Formação de clatrato podem ser usadas para destilar fraccionadamente xénon, árgon e krípton.

De xénon, também pode formar compostos fulereno endohedral, onde um átomo de xenônio é preso dentro de um molécula de fulereno. O átomo de xenon encurralado no fulereno pode ser monitorizado através de 129Xe de ressonância magnética (RMN) nuclear. Usando esta técnica, as reacções químicas na molécula de fulereno pode ser analisada, devido à sensibilidade do desvio químico do átomo de xénon ao seu ambiente. No entanto, o átomo de xénon, também tem uma influência electrónica da reactividade do fulereno.

Embora átomos de xenônio estão no seu estado de energia do solo, eles se repelem e não formam uma ligação. Quando os átomos de xénon torna-se energizado, no entanto, eles podem formar um excimer (dímero animado) até que os elétrons retornar ao estado fundamental. Esta entidade é formado porque o átomo de xénon tende a preencher a sua mais externa shell eletrônicos, e pode rapidamente fazer isso adicionando um elétron de um átomo de xenônio vizinho. O tempo de vida típico de um excimer xenon é de 1-5 ns, e os libera de decaimento fótons com comprimentos de onda de cerca de 150 e 173 nm. De xénon, também pode formar excímeros com outros elementos, tais como o halogéneos bromo , cloro e flúor .

Aplicações

Embora xénon é rara e relativamente caro para extrair da atmosfera da Terra , que tem um número de aplicações.

Iluminação e óptica

Lâmpadas de descarga de gás

De xénon é utilizada em dispositivos emissores de luz chamadas lâmpadas de flash Xenon, que são utilizados em flashes fotográficos e lâmpadas estroboscópicas; para excitar o forma activa em lasers que, em seguida, gerar luz coerente; e, ocasionalmente, em lâmpadas bactericidas. O primeiro de estado sólido de laser , inventada em 1960, foi bombeada por uma lâmpada de flash xenon, e lasers usados para alimentação confinamento inercial também são bombeados por lâmpadas de flash de xenônio.

Esfera de vidro alongado com dois eletrodos de metal no interior da haste, de frente para o outro. Um eletrodo é cega e outra está afiada.
Lâmpada de arco curto Xenon
Space Shuttle Atlantis banhado em luzes de xenon
Tubo de descarga de gás Xenon

Contínuo, de arco curto, de alta pressão lâmpadas de arco de xénon ter um temperatura de cor se aproxima muito do meio-dia a luz solar e são utilizados em simuladores solares. Isto é, o chromaticity destas lâmpadas se aproxima uma aquecida radiador de corpo negro que tem uma temperatura próxima da observada a partir do Sol Depois que eles foram introduzidos pela primeira vez durante a década de 1940, estas lâmpadas começaram a substituir o de menor duração Lâmpadas de arco de carbono em projetores de cinema. Eles são empregados em típico 35mm, IMAX e o novo projetores digitais sistemas de projeção de cinema, automotivo Faróis HID, high-end lanternas "tácticas" e outros usos especializados. Estas lâmpadas de arco são uma excelente fonte de curto comprimento de onda ultravioleta radiação e têm emissões intensas no próximo infravermelho, o qual é utilizado em alguns sistemas de visão noturna.

As células individuais numa ecrã de plasma usar uma mistura de xénon e néon que é convertido num plasma usando eletrodos. A interacção deste plasma com os eléctrodos de ultravioletas gera fotões , que, em seguida, excitam o revestimento de fósforo na parte da frente do visor.

De xénon é utilizada como um "gás de arranque" em lâmpadas de sódio de alta pressão. Ele tem o menor condutividade térmica e menor potencial de ionização de todos os gases nobres não-radioactivos. Como um gás nobre, que não interfira com as reacções químicas que ocorrem no funcionamento da lâmpada. A baixa condutividade térmica minimiza as perdas térmicas na lâmpada, enquanto no estado operacional eo baixo potencial de ionização faz com que o tensão de ruptura do gás a ser relativamente baixo, no estado frio, o que permite que a lâmpada a ser mais facilmente iniciada.

Lasers

Em 1962, um grupo de pesquisadores Laboratórios Bell descobriu a ação do laser na xenon, e depois descobriu que o ganho de laser foi melhorada pela adição de hélio para o meio lasing. O primeiro utilizado um laser de excímero xénon dímero (Xe 2) alimentado por um feixe de electrões para produzir emissão estimulada a uma radiação ultravioleta de comprimento de onda de 176 nm. Cloreto de Xenon e fluoreto de xénon também têm sido usados em excimer (ou, mais precisamente, exciplex) lasers. Foi empregue o cloreto de xénon de laser de excímero, por exemplo, em certos usos dermatológicos.

Médico

Anestesia

Xénon tem sido utilizado como um anestesia geral. Embora seja caro, aparelhos de anestesia que podem entregar xenon está prestes a aparecer no mercado europeu, porque os avanços na recuperação e reciclagem de xenon tornaram economicamente viáveis.

Xenon interage com muitos receptores diferentes e canais iônicos e, como muitos anestésicos inalatórios teoricamente multi-modais essas interações são susceptíveis complementar. Xenon é um de alta afinidade glicina local Antagonista do receptor de NMDA. No entanto, xenon se distingue de outros antagonistas dos receptores NMDA utilizados clinicamente em sua falta de neurotoxicidade e a sua capacidade para inibir a neurotoxicidade de cetamina e óxido nitroso. Ao contrário de cetamina e óxido nitroso, xenon não estimula a dopamina efluxo do nucleus accumbens. Como o óxido nitroso e xenônio cyclopropane activa o canal de domínio de potássio de dois poros TREK-1. Um canal relacionado TASK-3 também implicado em ações anestésicas é insensível a xénon. Xenon inibe os receptores nicotínicos de acetilcolina alfa4beta2 que contribuem para analgesia espinhal mediado. Xénon é um inibidor eficaz da membrana plasmática de Ca2 + ATPase. Xenon inibe Ca + ATPase pela ligação a uma poro hidrofóbico dentro da enzima e evitando a enzima de assumir conformações activas.

Xenon é um inibidor competitivo de serotonina 5HT3. Embora nenhum anestésico nem antinociceptivo esta atividade reduz as náuseas e vômitos anestesia-emergent.

Xénon tem uma concentração alveolar mínima (MAC) de 72% aos 40 anos, tornando-se 44% mais potente do que o N2O como um anestésico. Assim, pode ser utilizado em concentrações de oxigénio que tem um menor risco de hipóxia. Ao contrário óxido nitroso (N2O), xénon não é um gás com efeito de estufa e por isso é também visto como ambientalmente amigável. Xenon ventilado para a atmosfera está sendo devolvido à sua fonte original, de modo nenhum impacto ambiental é provável.

Neuroprotectant

Xenon induz cardioprotection robusta e neuroproteção através de vários uma variedade de mecanismos de ação. Através de sua influência sobre Ca2 +, K +, KATP \ HIF e antagonismo NMDA xenon é neuroprotetor quando administrado antes, durante e após insultos isquêmicos. Xénon é um antagonista de alta afinidade na glicina do receptor de NMDA é site.Xenon cardioprotector em condições de isquemia-reperfusão, através da indução de pré-condicionamento farmacológico não-isquémica. Xenon é cardioprotetor ativando PKC-epsilon & jusante p38 MAPK-. Imita Xenon de pré-condicionamento isquêmico neuronal ativando os canais de potássio ATP sensíveis. Xenon reduz alostericamente ATP canal mediado inibição da ativação independentemente da subunidade receptor1 sulfonilureia, o aumento KATP tempo e frequência open-canal. Xenon upregulates hipóxia indutível factor de 1 alfa (HIF1a).

Gás xénon foi adicionada como um ingrediente do mix de ventilação para um bebê recém-nascido em Hospital St. Michael, Bristol, Inglaterra, cuja vida chances foram de outra maneira muito comprometida, e foi bem-sucedida, levando à autorização de ensaios clínicos para casos semelhantes. O tratamento é feito em simultâneo com arrefecimento da temperatura corporal para 33,5 ° C.

Imagem

Gama de emissão a partir da radioisótopo 133Xe de xénon pode ser utilizado para a imagem do coração, pulmões, cérebro e, por exemplo, por meio de tomografia computorizada de emissão de fotão único. 133Xe também tem sido utilizada para medir o fluxo sanguíneo.

Xenon, particularmente hyperpolarized 129Xe, é um agente de contraste útil para A ressonância magnética (MRI). Na fase gasosa, que pode ser utilizado para imagem espaço vazio, tais como cavidades em uma amostra porosa ou alvéolos nos pulmões. A hiperpolarização 129Xe torna muito mais detectável através imagiologia por ressonância magnética e foi usado para estudos dos pulmões e de outros tecidos. Ele pode ser utilizado, por exemplo, para seguir o fluxo de gases nos pulmões. Porque xénon é solúvel em água e também em solventes hidrófobos, pode ser utilizado para imagem vários tecidos vivos moles.

Espectroscopia de RMN

Por causa do escudo do elétron do átomo grande, flexível exterior, a RMN mudanças de espectro em resposta às condições do ambiente, e podem, portanto, ser utilizado como uma sonda para medir as condições químicas em torno do átomo de xénon. Por exemplo xénon dissolvido em água, xénon dissolvido em solvente hidrófobo, e xénon associada com certas proteínas podem ser distinguidos por RMN.

Xénon hiperpolarizado pode ser usado por superfície-químicos. Normalmente, é difícil de caracterizar superfícies utilizando RMN, porque os sinais a partir da superfície de uma amostra será esmagada por sinais a partir dos mais distante-numerosos núcleos atómicos em a granel. No entanto, spins nucleares em superfícies sólidas podem ser polarizados seletivamente, por transferrering polarização do spin-los a partir de gás xenon hiperpolarizado. Isso faz com que os sinais de superfície fortes o suficiente para medir, e distingue-os de sinais em massa.

Outro

Em energia nuclear aplicações, xenon é utilizado em câmaras de bolha, sondas, e em outras áreas em que um elevado peso molecular e natureza inerte é desejável. Um subproduto da arma nuclear teste é a liberação de substâncias radioativas xenon-133 e xenônio-135. A detecção destes isótopos é usado para monitorar o cumprimento nuclear tratados de proibição de testes, assim como para confirmar explosões de testes nucleares por Estados como a Coréia do Norte .

Um cilindro de metal com eléctrodos ligados ao seu lado. Luz difusa azul está vindo para fora do tubo.
Um protótipo de um motor de íons de xenônio sendo testado na NASA Jet Propulsion Laboratory.

Xénon líquido está sendo usado em calorímetro para medição de raios gama, bem como um meio para detectar hipotética fracamente interagindo partículas massivas, ou WIMPs. Quando uma WIMP colide com um núcleo de xenônio, deve, teoricamente, tira um elétron e criar um primário cintilação. Através da utilização de xénon, esta explosão de energia pode então ser prontamente distinguida de eventos semelhantes causadas por partículas, tais como raios cósmicos. No entanto, a experiência no XENON Gran Sasso Laboratório Nacional na Itália e no ZEPLIN-II-III e ZEPLIN experiências no Boulby Underground Laboratory, no Reino Unido, até agora, não conseguiu encontrar nenhuma WIMPs confirmados. Mesmo se não forem detectados WIMPs, as experiências servirão para restringir as propriedades da matéria escura e alguns modelos de física. O detector de corrente na instalação de Gran Sasso demonstrou sensibilidade comparável à dos melhores detectores criogénicos, e a sensibilidade foi prevista para ser aumentado por um ordem de magnitude em 2009.

Xenon é o preferido propulsor para propulsão iônica de espaçonave devido à sua baixa por potencial de ionização peso atómico, e a sua capacidade para ser armazenada como um líquido a perto temperatura ambiente (sob alta pressão) ainda ser facilmente convertidos novamente em um gás para alimentar o motor. A natureza inerte de xénon torna amigo do ambiente e menos corrosivo para um motor iónico do que outros combustíveis como o mercúrio ou de césio . Xenon foi usado primeiramente para motores iônicos satélite durante os anos 1970. Mais tarde, foi empregado como um propulsor para JPL da Deep Space 1 sonda, da Europa nave espacial SMART-1 e para os três motores de propulsão das íon da NASA sonda Dawn.

Quimicamente, os compostos perxenate são utilizados como agentes oxidantes em química analítica . difluoreto de xénon é utilizada como solução de gravação de silício , especialmente na produção dos sistemas microeletromecânicos (MEMS). A droga antineoplásica 5-fluorouracilo pode ser produzido fazendo reagir dif luoreto de xénon com uracilo. De xénon, também é usado em cristalografia de proteínas. Aplicado a pressões de 0,5 a 5 MPa (5 a 50 atm) para um cristal de proteína, átomos de xenon ligam predominantemente em cavidades hidrofóbicas, criando frequentemente uma elevada qualidade, isomorfos, derivado pesada-átomo, que pode ser utilizado para resolver o problema de fase.

Precauções

Muitos contendo oxigénio compostos de xénon são tóxicos devido às suas fortespropriedades oxidativas, e explosiva, devido à sua tendência a decompor-se em mais de xénon elementar diatómico oxigénio (O2), o qual contém ligações químicas muito mais fortes do que os compostos de xénon.

Gás Xénon pode ser mantida com segurança em recipientes de vidro ou de metal selado normais no temperatura padrão e pressão. entanto, ela se dissolve rapidamente na maior parte dos plásticos e borracha, e irá escapar gradualmente a partir de um recipiente selado com tais materiais. Xénon é não tóxico, ainda que se dissolve no sangue e pertence a um grupo restrito de substâncias que penetram a barreira sangue-cérebro, causando ligeira a cirúrgica completa anestesia quando inalado em concentrações elevadas de oxigénio.

Em 169 m / s, a velocidade do som no gás de xénon é mais lenta do que a do ar, devido à velocidade média mais lento dos átomos de xenon pesados ​​em comparação com as moléculas de oxigénio e de azoto. Assim, xenon reduz as frequências de ressonância do trato vocal quando inalado. Isto produz uma característica reduzido timbre de voz, um efeito oposto ao de voz de alta timbrada causada pela inalação de hélio . Como o hélio, xenônio não satisfaz a necessidade do corpo por oxigênio. Xenon é tanto um simples asfixiante e um anestésico mais poderoso do que o óxido nitroso; consequentemente, muitas universidades já não permitem a façanha de voz como uma demonstração de química geral. Como xénon é caro, o gás de hexafluoreto de enxofre, que é semelhante ao xenon no peso molecular (146 contra 131), é geralmente utilizado neste duplos, e é um asphyxiant sem anestésico.

É possível a respirar com segurança gases pesados, tais como xénon ou hexafluoreto de enxofre, quando eles estão em uma mistura com oxigénio; o oxigénio compreendendo, pelo menos, 20% da mistura. De xénon na concentração de 80% juntamente com 20% de oxigénio produz rapidamente a inconsciência de anestesia geral (e tem sido utilizado para isso, como discutido acima). Respiração mistura de gases de diferentes densidades muito eficaz e rápida, de modo que os gases mais pesados ​​são removidos juntamente com o oxigénio, e não se acumulam na parte inferior dos pulmões. Não é, no entanto, o perigo associado com qualquer gás pesados ​​em grandes quantidades: pode sentar invisivelmente em um recipiente, e se uma pessoa entra um recipiente cheio com um gás incolor inodoro, eles podem encontrar-se respiração que inadvertidamente. Xénon é raramente usado em quantidades suficientes para que esta seja uma preocupação, embora o potencial de perigo existe qualquer tempo um tanque ou recipiente de xénon é mantida num espaço não ventilado.

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