Axenon (INN) egykémiai elem,vegyjeleXe,rendszáma 54. Színtelen, szagtalan, nehéznemesgáz, előfordul kis mennyiségben aFöldatmoszférájában is[1] (9·10−5 térfogatszázalék, 4·10−5 tömegszázalék). Bár kémiailag általában közömbös, ismert néhány reakciója, például melynek során xenon-hexafluoroplatinát, az elsőként előállított nemesgázvegyület keletkezik.[2][3][4]
A természetben előforduló xenonnak kilenc stabilizotópja van. Ezen felül további 40 nem stabil,radioaktív izotópja létezik. A xenon izotópjainak aránya fontos eszköz aNaprendszer történetének vizsgálatakor.[5] A xenon-135maghasadás következtében jön létre, és azatomreaktorokban neutronelnyelőként viselkedik.[6]
A xenontWilliam Ramsay ésMorris Travers fedezte fel1898.július 12-én Angliában, nem sokkal azután, hogy felfedezték akriptont és aneont. A cseppfolyósított levegő elpárologtatása után visszamaradt anyagban találták meg.[14][15] Ramsay azt javasolta, hogy az idegen, külföldi vagy vendég jelentésű,görög eredetű xenos semleges nemű változata után xenonnak (ξένον) nevezzék el az új elemet.[16][17] 1902-ben Ramsey úgy becsülte, a xenon alkotja a Föld atmoszférájának húszmilliomod részét.[18]
Az 1930-as évekbenHarold Edgerton mérnök elkezdte felkutatni a villódzó fény technológiáját, ami a gyors fényképezéshez elengedhetetlen volt. Így jutott el a xenonvaku feltalálásáig, amiben úgy hoz létre fényt, hogy egy xenongázzal töltött csövön keresztül elektromosságot vezet keresztül. Ezzel a technológiával 1934-ben Edgerton már egy mikromásodperces hosszúságú villanást is képes volt előállítani.[7][19][20]
1939-ben ifjabb Albert R. Behnke elkezdte a mélytengeri búvároknál a merüléssel összefüggésben kialakuló „részegség” okait kutatni. Alanyain úgy kísérletezett, hogy különböző levegőkeverékeket kellett belélegezniük, és felfedezte, hogy ez okozza a búvárok mélységérzetének változását. Eredményeiből azt a következtetést vonta le, hogy a xenongázt lehet érzéstelenítőként alkalmazni. Bár Oroszországban Lazarev már 1941-ben tanulmányozta a xenon érzéstelenítő hatásait, először a nemesgáz ilyen hatását 1946-ban J. H. Lawrence egyik tanulmánya erősítette meg. Ő egereken végzett kísérleteket. A xenont műtéti érzéstelenítőként először 1951-ben Stuart C. Cullen alkalmazta, aki ennek segítségével két páciensen sikeresen műtétet hajtott végre.[21]
1960-banJohn H. Reynolds felfedezte, hogy többmeteorit esetében izotópanomália mutatható ki, mivel túl sok xenon-129-et tartalmaznak. Mindebből arra következtetett, hogy ez a129I radioaktív bomlásterméke lehet. Ezt az izotópot a kozmikus sugárzás által kiváltott hasadás és amaghasadás következtében időben lassan jött létre, nagy mennyiségben azonban csak egyszupernóva felrobbanásakor jöhet létre. Mivel a129I felezési ideje kozmikus egységekben mérve rövid – csupán 16 millió év –, ebből az következik, hogy rövid idő telt el a robbanás és a meteoritok megszilárdulása között. A két esemény (a szupernóva-robbanás és a gázfelhő megszilárdulása) között eltelt idő azt bizonyítja, hogy ezek aNaprendszer történetének kezdetekor történtek, mivel a129I-izotóp valószínűleg a Naprendszer kialakulása előtt nem sokkal létrejött, és a napgáz felhőjét egy másik izotópforrás telítette be.[22][23]
Hosszú ideig úgy gondolták, hogy a xenon és a hozzá hasonló többi nemesgáz kémiailag közömbös, és nem alkotnakvegyületeket. AzonbanNeil Bartlett mialatt a University of British Columbia oktatója volt, felfedezte, hogy a platina-hexafluorid (PtF6) olyan erős oxidálószer, hogy oxidálni képes az oxigén gázt (O2),dioxigenil-hexafluoroplatinát képződése (O+2[PtF6]−) közben.[24] Mivel az O2 és a xenon első ionizációs energiája majdnem megegyezik, Bartlett felismerte, hogy a platina-hexafluorid képes lehet a xenont is oxidálni.1962.március 23-án elegyítette a két gázt, és létrehozta az első ismert, nemesgáztartalmú vegyületet, a xenon-hexafluoroplatinátot.[25][4] Bartlett úgy gondolta, hogy ennek képlete Xe+[PtF6]− lehet, de későbbi munkák kimutatták, hogy valószínűleg különböző xenontartalmú sók keveréke lehetett.[26][27][28] Azóta számos más xenonvegyületet fedeztek fel,[29] és több más nemesgáznak – így például azargonnak, aradonnak és akriptonnak – is kimutatták már vegyületeit. Ezek közé tartozik azargon-fluorohidrid (HArF),[30] a kripton-difluorid (KrF2),[31][32] és a radon-difluorid.[33]
A xenon a Föld légkörében nyomgáznak számít, aránya 0,087±0,001 ppm (μl/l), vagy nagyjából 1:11 500 000 arányban fordul elő,[34] és megtaláltákforrásokból kijövő gázok között is. A xenon néhány radioaktív változata, mint például a133Xe és a135Xe úgy jön létre, hogyneutronnal besugározzák a reaktorban lévő hasadóanyagot.[2]
A xenont általában a levegőoxigénre ésnitrogénre történő szétválasztásának melléktermékeként állítják elő. Miután a forráspontok eltérését kihasználva külön edényekben összegyűjtötték a nitrogént és a folyékony oxigént, az utóbbiban kis mennyiségű kriptont és xenont lehet találni. Egy újabb, hasonló hátterű szétválasztás során az oxigént fel lehet úgy dúsítani, hogy 0,1–0,2% kripton/xenon együttes koncentrációt lehessen kimutatni. Ezt szilikagél vagy desztilláció segítségével ki lehet nyerni a folyadékból. Végül a kripton/xenon keveréket egy újabb desztillációval lehet részeire szedni.[35][36] A levegőből egy liter xenon kinyeréséhez 220wattóra energiára van szükség.[37] A világ xenontermelését 1998-ban 5000–7000 m³-re becsülték.[38] Alacsony koncentrációjának köszönhetően a xenon sokkal drágább, mint a nála könnyebb nemesgázok. 1999-ben Európában 1 liter xenon ára 10, míg a kriptoné 1, a neoné pedig 0,2euró volt.[38]
A xenon aNap, aFöld atmoszférájában valamint azaszteroidákban és azüstökösökben viszonylag ritka. AMars légrétegében a xenon koncentrációja hasonlít a földi értékhez, 0,08 milliomod rész,[39] azonban itt nagyobb a129Xe aránya mint akár a Földön akár a Napnál. Mivel ez az izotóp radioaktív bomlás eredményeképpen jön létre, az eredmény arra utalhat, hogy a Mars a kialakulását követő első 100 millió év során elvesztette légkörének jelentős részét.[40][41] Ezzel ellentétben aJupiter légkörének kimagaslóan nagy a xenontartalma, 2,6-szor annyi, mint a Napé.[42] A magas koncentráció oka egyelőre ismeretlen, de lehet, hogy a korai és gyors bolygóképződés lehetett, melynek során sok apró, csillagászati mérték alatti test jött létre. Ez még azelőtt történhetett, hogy Naprendszerünkprotoplanetáris korongja elkezdett volna fölmelegedni.[43] (Máskülönben nem lehetett volna xenont észlelni a bolygóképződés korabeli jégben.) ANaprendszerben a xenon összes izotópjának a Naprendszer teljes tömegéhez viszonyított aránya 1,56·10−8.[44] Az alacsony földi xenonszint részben talán azzal is lehet magyarázható, hogy akvarcban a xenonkovalens kötéssel kapcsolódik az oxigénhez, és emiatt távozik kevesebb xenon a légkörbe.[45]
A többi, kisebb tömegű nemesgázzal ellentétben a csillagokban lejátszódó megszokott nukleoszintézis során xenon nem jön létre. Az 56-os rendszámúvasnál nehezebb atomok fúziós előállításához olyan sok energia szükséges, hogy abból a csillag nem jut energiához, ha xenont hoz létre.[46] Ezzel ellentétbenszupernóva-robbanás után nagy mennyiségben lehet xenont mérni.[47]
Egy xenonatomnak 54protonja van. Standard hőmérsékleten és nyomáson a közönséges xenongáz sűrűsége 5,761 kg/m³, ami nagyjából négy és félszerese a földi légkör felszíni 1,217 kg/m³-es sűrűségének.[48] Folyadékként sűrűsége elérheti a 3,100 g/ml értéket is. A legmagasabb ez az érték a hármaspontjánál.[49] Hasonló körülmények között a szilárd xenon sűrűsége – 3,64 g/cm³ – nagyobb, mint agránit 2,75 g/cm³-es átlagos sűrűsége.[49] Több gigapascal nyomás alkalmazásával a xenon fémes fázisba kényszerül.[50]
A szilárd xenon lapcentrált köbös rácsa nyomás hatására szoros illeszkedésű hexagonális kristályokká alakul, és 140 GPa környékén fémes jellegűvé kezd válni anélkül, hogy a hexagonális fázis térfogata észrevehetően megváltozna. 155 GPa nyomás alatt a xenon teljesen fémessé válik. A fémes xenon égkék színű, mivel elnyeli a vörös fényt, és a átengedi a látható fény más frekvenciájú sugarait. Ez a viselkedés a fémek esetén szokatlan, és az a magyarázata, hogy a fémes xenon elektronsávjai között viszonylag kicsi a távolság.[51][52]
A xenonnak nincs szabad vegyértékelektronja ezértnemesgáznak vagy a technikábaninert gáznak hívják,ennek ellenére a xenonnak legalább 80 vegyülete ismert. Egy gázzal töltött csőben a xenon kék fénnyel sugároz, a gáz részecskéinek elektromos gerjesztése következtében.
Forráspontja nagy atomtömege ellenére is nagyon alacsony (150K alatt van).[53]
Neil Bartlett 1962-es felfedezése után, mely szerint a xenon képes kémiai vegyületeket képezni, nagy számú xenonvegyületet fedeztek fel és írtak le. Csaknem minden ismert xenonvegyületben előfordul a nagyelektronegativitású fluor- vagy oxigénatom.[54]
A xenonnak háromfluoridja ismert:XeF2,XeF4 ésXeF6. Csaknem minden xenon vegyület szintézise fluoridokból indul ki.
A szilárd, kristályos difluoridXeF2fluor és xenongáz keverékéből képződik ultraibolya fény hatására.[55] A reakcióhoz normál napfény is elegendő.[56] AXeF2 nagy hőmérsékleten, hosszú ideig tartó melegítésévelNiF2 katalizátor jelenlétébenXeF6 keletkezik.[57]XeF6NaF jelenlétében végzett hőbontása során nagy tisztaságúXeF4 jön létre.[58]
A xenon-fluoridok fluoridion akceptorként és donorként viselkednek, így példáulXeF+ és Xe2F3+ kationokat, valamint XeF5−, XeF7− és XeF82− anionokat tartalmazó sókat képezhetnek. A zöld színű, paramágneses Xe2+ aXeF2 xenongázzal történő redukciója során keletkezik.[54]
AXeF2 átmenetifém-ionokkal koordinációs komplexek képzésére is képes. Eddig több mint 30 ilyen komplexet állítottak elő és jellemeztek.[57]
Míg a xenon fluoridjai jól leírt vegyületek, a többi halogenid – aXeCl2 kivételével – nem ismert. A beszámolók szerint axenon-diklorid endoterm, színtelen, kristályos vegyület, ami 80 °C-on elemeire bomlik. Xenon, fluor ésszilícium- vagyszén-tetraklorid keverékének nagyfrekvenciás besugárzásával állítható elő.[59] Kétségek merültek fel azonban azzal kapcsolatban, hogy aXeCl2 valódi vegyület-e, vagy csak egy van der Waals-molekula, mely gyengén kötött Xe-atomokat ésCl2-molekulákat tartalmaz.[60] Elméleti számítások alapján aXeCl2 lineáris molekula kevésbé stabil, mint a van der Waals komplex.[61]
A xenonnak három oxidja ismert: axenon-trioxid (XeO3) és axenon-tetroxid (XeO4), melyek rendkívül robbanásveszélyes, erélyes oxidálószerek, valamint a négyes koordinációs számmal jellemzettxenon-dioxid, melyről 2011-ben számoltak be.[62] A XeO2 xenon-tetrafluorid jégre történő kiöntésekor keletkezik. Kristályszerkezete olyan, hogy lehetővé teheti a szilícium helyettesítését a szilikát ásványokban.[63] A XeOO+ kationt azonosították szilárdargonbaninfravörös spektroszkópia segítségével.[64]
A xenon közvetlenül nem reagál oxigénnel, a trioxid aXeF6 hidrolízise során keletkezik:[65]
XeF6 + 3H2O →XeO3 + 6 HF
AXeO3 gyenge sav, lúgokban instabilxenát sók keletkezése közben oldódik, ezekbenHXeO−4 anion található. Ezek az instabil sók könnyen diszproporcionálódnak xenon gázzá ésperxenát sókká, melyekXeO4−6 aniont tartalmaznak.[66]
Bárium-perxenátból tömény kénsavval reagáltatva előállítható a gázállapotú xenon-tetroxid:[59]
Ba2XeO6 + 2H2SO4 → 2BaSO4 + 2H2O +XeO4
A bomlás megakadályozására az így előállított xenon-tetroxidot gyorsan lehűtik, a kapott halványsárga szilárd anyag −35,9 °C feletti hőmérsékleten robbanásszerűen xenon és oxigén gázra bomlik.
Számos xenon-oxifluorid ismert,[67] ezek közé tartozik aXeOF2, aXeOF4, aXeO2F2 és aXeO3F2.XeOF2OF2 és xenon gáz alacsony hőmérsékleten végrehajtott reakciójában keletkezik. ElőállíthatóXeF4 részleges hidrolízisével is. −20 °C-onXeF2 ésXeO2F2 képződése közben diszproporcionálódik.[68]XeOF4 aXeF6 részleges hidrolízise során[69] vagyXeF6 és nátrium-perxenát (Na4XeO6) reakciójában keletkezik. Az utóbbi reakcióban kis mennyiségbenXeO3F2 is képződik. AXeOF4CsF-dal reagálvaXeOF−5 aniont képez,[68][70] míg a XeOF3-ból alkálifém-fluoridokkal –KF,RbF és CsF – reagálvaXeOF−4 anion keletkezik.[71]
Ezt a gázt a legszélesebb körbenxenonlámpa töltőgázaként alkalmazzák. Ilyen berendezést tartalmaznak többek között egyesvakuk ésstroboszkópok. A xenonívlámpákszínhőmérséklete megközelítőleg azonos a déli napéval, ezért napszimulátorokban, és példáulIMAX filmvetítő rendszerekben is használatosak. Az újfajta ionhajtóművek előszeretettel használják üzemanyagként.
↑Staff: Xenon. Columbia Electronic Encyclopedia. Columbia University Press, 2007. (Hozzáférés: 2007. október 23.)
↑abHusted, Robert; Boorman, Mollie: Xenon. Los Alamos National Laboratory, Chemical Division, 2003. december 15. [2010. november 22-i dátummal azeredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. szeptember 26.)
↑Gagnon, Steve: It's Elemental - Xenon. Thomas Jefferson National Accelerator Facility. (Hozzáférés: 2007. június 16.)
↑Anonymous.szerk.: Daniel Coit Gilman, Harry Thurston Peck, Frank Moore Colby:The New International Encyclopædia. Dodd, Mead and Company, 906. o. (1904)
↑Anonymous: History. Millisecond Cinematography. [2006. augusztus 22-i dátummal azeredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. november 7.)
↑Paschotta, Rüdiger: Lamp-pumped lasers. Encyclopedia of Laser Physics and Technology. RP Photonics, 2007. november 1. (Hozzáférés: 2007. november 7.)
↑Marx, Thomas; Schmidt, Michael; Schirmer, Uwe; Reinelt, Helmut (2000). „Xenon anesthesia” (PDF).Journal of the Royal Society of Medicine93, 513–517. o. (Hozzáférés: 2007. október 2.)
↑Bolt, B. A.; Packard, R. E.; Price, P. B.: John H. Reynolds, Physics: Berkeley. The University of California, Berkeley, 2007. (Hozzáférés: 2007. október 1.)
↑{{cite journal title=Dioxygenyl hexafluoroplatinate (V),O+2[PtF6]− | author=Bartlett, Neil; Lohmann, D. H. | journal=Proceedings of the Chemical Society | publisher=Chemical Society | location=London | issue=3 | page=115 | month=March | year=1962 | doi = 10.1039/PS9620000097}}
↑Bartlett, N. (1962. June). „Xenon hexafluoroplatinate (V) Xe+[PtF6]‒”.Proceedings of the Chemical Society, London (6), 218. o, Kiadó: Chemical Society.DOI:10.1039/PS9620000197.
↑p. 392, §11.4,Inorganic Chemistry, translated by Mary Eagleson and William Brewer, edited by Bernhard J. Aylett, San Diego: Academic Press, 2001,ISBN 0-12-352651-5; translation ofLehrbuch der Anorganischen Chemie, originally founded by A. F. Holleman, continued by Egon Wiberg, edited by Nils Wiberg, Berlin: de Gruyter, 1995, 34th edition,ISBN 3-11-012641-9.
↑Steel, Joanna: Biography of Neil Bartlett. College of Chemistry, University of California, Berkeley, 2007. [2007. július 8-i dátummal azeredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. október 25.)
↑Bartlett, Neil (2003. szeptember 9.). „The Noble Gases”.Chemical & Engineering News81 (36), Kiadó: American Chemical Society. (Hozzáférés: 2007. október 1.)
↑Khriachtchev, Leonid, Pettersson, Mika; Runeberg, Nino; Lundell, Jan; Räsänen, Markku (2000. augusztus 24.). „A stable argon compound”.Nature406, 874–876. o.DOI:10.1038/35022551. (Hozzáférés: 2008. június 4.)
↑Lynch, C. T.; Summitt, R.; Sliker, A..CRC Handbook of Materials Science. CRC Press (1980).ISBN 0-87819-231-X
↑Paul R. Fields, Lawrence Stein, and Moshe H. Zirin (1962). „Radon Fluoride”.Journal of the American Chemical Society84 (21), 4164–4165. o.DOI:10.1021/ja00880a048.
↑Kerry, Frank G..Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification. CRC Press, 101–103. o. (2007).ISBN 0849390052
↑Xenon - Xe. CFC StarTec LLC, 1998. augusztus 10. [2020. június 12-i dátummal azeredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. szeptember 7.)
↑Singh, Sanjay: Xenon: A modern anaesthetic. Indian Express Newspapers Limited, 2005. május 15. [2007. augusztus 13-i dátummal azeredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2007. október 10.)
↑Sanloup, Chrystèle,et al.. „Retention of Xenon in Quartz and Earth's Missing Xenon”.Science310 (5751), 1174–1177. o.DOI:10.1126/science.1119070.PMID16293758. (Hozzáférés: 2007. október 8.)
↑Heymann, D.; Dziczkaniec, M. (Hiba: Érvénytelen idő.). „Xenon from intermediate zones of supernovae”. Proceedings 10th Lunar and Planetary Science Conference: 1943–1959, Houston, Texas: Pergamon Press, Inc.. Hozzáférés: 2007. október 2.
↑Williams, David R.: Earth Fact Sheet. NASA, 2007. április 19. (Hozzáférés: 2007. október 4.)
↑Caldwell, W. A., Nguyen, J.; Pfrommer, B.; Louie, S.; Jeanloz, R. (1997). „Structure, bonding and geochemistry of xenon at high pressures”.Science277, 930–933. o.DOI:10.1126/science.277.5328.930.
↑Weeks, James L.; Chernick, Cedric; Matheson, Max S. (1962). „Photochemical Preparation of Xenon Difluoride”.Journal of the American Chemical Society84, 4612. o.DOI:10.1021/ja00882a063.
↑Streng, L. V.; Streng, A. G. (1965). „Formation of Xenon Difluoride from Xenon and Oxygen Difluoride or Fluorine in Pyrex Glass at Room Temperature”.Inorganic Chemistry4 (9), 1370–1371. o.DOI:10.1021/ic50031a035.
↑Proserpio, Davide M.; Hoffmann, Roald; Janda, Kenneth C. (1991). „The xenon-chlorine conundrum: van der Waals complex or linear molecule?”.Journal of the American Chemical Society113, 7184. o.DOI:10.1021/ja00019a014.
↑Richardson, Nancy A.; Hall, Michael B. (1993). „The potential energy surface of xenon dichloride”.The Journal of Physical Chemistry97, 10952. o.DOI:10.1021/j100144a009.
↑K. O. Christe, D. A. Dixon, J. C. P. Sanders, G. J. Schrobilgen, S. S. Tsai, W. W. Wilson (1995). „On the Structure of the [XeOF5]− Anion and of Heptacoordinated Complex Fluorides Containing One or Two Highly Repulsive Ligands or Sterically Active Free Valence Electron Pairs”.Inorg. Chem.34 (7), 1868–1874. o.DOI:10.1021/ic00111a039.
↑K. O. Christe, C. J. Schack, D. Pilipovich (1972). „Chlorine trifluoride oxide. V. Complex formation with Lewis acids and bases”.Inorg. Chem.11 (9), 2205–2208. o.DOI:10.1021/ic50115a044.
