Плотность ксенон: Ксенон — Википедия – Теплофизические свойства ксенона

  • 26.04.2020

Содержание

Теплофизические свойства ксенона

Как и все инертные газы ксенон является химическим элементом VIII группы периодической таблицы химических элементов. Ксенон состоит из одноатомных молекул, не имеет цвета, запаха, не горит, не поддерживает горение, плохо растворяется в воде. Инертность ксенона обусловлена насыщенностью его внешней электронной оболочки.

Характерной особенностью этого элемента является достаточно высокая по сравнению с криптоном температура кипения при атмосферном давлении, которая равна — 108°С (165 K). Температура 17 °С (290 К) является для ксенона критической. Ниже этой температуры ксенон находится в жидком состоянии.

В земной атмосфере ксенон присутствует в крайне незначительных количествах, которые составляют 0,087±0,001 миллионной доли. Несмотря на это атмосферный воздух является основным источником его промышленного производства. Кроме того он встречается в газах, испускаемых некоторыми минеральными источниками. Некоторые радиоактивные виды ксенона, например, 133Xe и 135Xe, образуются в результате нейтронного облучения ядерного топлива в реакторах.

В реакторах на тепловых нейтронах присутствие 135Xe приводит к нежелательному поглощению тепловых нейтронов, что сказывается на его реактивности и называется отравлением реактора. В начальный период работы реактора количество 135Xe резко увеличивается, а затем выходит на стационарный уровень. После останова реактора число ядер 135Xe повышается и достигает максимума. Таким образом, после останова происходит снижение реактивности, обусловленное ростом отравления ксеноном.

В ядерной физике ксенон применяется также для наполнения пузырьковых камер.

Природный ксенон Xe является смесью изотопов 124Xe ÷ 136Xe, при этом в процентном отношении преобладают изотопы 129Xe (26,4%), 131Xe (21,1%) и 132Xe (26,9%). Рассматриваемый интервал приведенных параметров, r/rкр ≤0,3 и T/T

кр ≥ 1 относится к состоянию разреженного газа. В этом интервале для описания термодинамических характеристик можно, в первом приближении, использовать уравнение состояния идеального газа рv = RT. Теплофизические характеристики ксенона даны для диапазона температур от 300 до 2500 K и для давления от 0,1 МПа до 6 MПa.

Были проведены три оригинальных обобщения теплофизических характеристик газообразного ксенона Xe при высоких температурах. В работе [25] на основе принципа собственных состояний проведено согласование характеристик одновременно всех инертных газов в разреженном состоянии. В работе [26] обобщение характеристик выполнено с помощью шестипараметрического потенциала межатомного взаимодействия. Экспериментальные данные о коэффициентах вязкости, теплопроводности для разреженного газа и о втором вириальном коэффициенте в совокупности покрывают диапазон температур до 2000 К. На основе результатов, приведенных в работе [26] проведен расчет таблицы справочных значений μ

о , λо до 5000 K. Данные этих таблиц, были аттестованы и зарегистрированы МАГАТЭ, где получили категорию рекомендованных данных. Справочник авторов Зубарева В.Н., Козлова А.Д., Кузнецова В.М. и др. — Теплофизические свойства технически важных газов при высоких температурах и давлениях, М., Энергоатомиздат, 1989 — включает таблицы термодинамических и транспортных характеристик газообразного ксенона Xe при температуре от 500 К при давлении (P ≤16 MПa), а при температуре до 3000 K при давлении (P ≤120 MПa).

По результатам, приведенным в работе [26] выведены формулы, которые даны в этом разделе. Приведенная ниже таблица содержит параметры расчетных соотношений. Достоверность рекомендуемых справочных данных определяется надежностью экспериментов, процедурами согласования данных и использованием физических моделей.

 

Фундаментальные константы для ксенона:

Атомный вес M  =  131,29 ± 0,04 кг/моль [1, 2, 24].

Удельная газовая постоянная R  =  63,329 ± 0,02 Дж/(кг·K) [2, 3].

Температура кипения при нормальном давлении Tк  =  165,11 К [2]

Критическая температура Tкр  =  289,73 K [2]

Критическое давление Pкр  =  5,84 MPa, [2]

Критическая плотность rкр  =  1,11·103 кг/м3 [2]

 

Удельный объем, плотность

Удельный объем рассчитывается по уравнению состояния с учетом второго вириального коэффициента, м3/кг, [20]:

(1)

где

(2)

T*  =  T/274, температура T измеряется в K, давление P — в Пa,
β1 = 0,000266243; β2 = 0,000219567; β3 =  — 0,000217915; β4 = — 0,0091279; β5 = 0,0177392; β6 = — 0,0138045; β7 = 0,00377490. Погрешность во всем интервале параметров составляет не более 0,1%.

Изобарная теплоемкость

Удельная изобарная теплоемкость, Дж/(кг·K), [20]:

(3)

где значение B получено по формуле (2.2.3.2), температура Т измеряется в К, давление P — в Па. Погрешность во всем диапазоне параметров составляет не более 0,1%.

Изохорная теплоемкость

Удельная изохорная теплоемкость, Дж/(кг·K), [22]:

(4)

Погрешность не превышает 0,1%.

 

Показатель изоэнтропы [15]:

(5)

Скорость звука, м/с, [22, 25]:

(6)

где k показано выше, r дается в м3/кг, температура Т в К. Погрешность меньше 0,1%.

Удельная энтальпия, Дж/кг, [15]:

(7)

Погрешность не превышает 0,1%.

Удельная энтропия, Дж/(кг·K), [22, 26]:

(8)

где температура T измеряется в K, давление Р — в Пa, B показан выше, Po  =  0,101325 MПa. Погрешность не превышает 0,1 %.

Коэффициент динамической вязкости, Пa·с, [22]:

(9)

где

(10)

(11)

где T*  =  T/274,1, δ1 = 0, 46641; δ1 = — 0,56991; δ1 = 0,19591; δ1 = — 387,90; δ1 = 0,0025900; ζ

1 =  -0,15195; ζ1 = 2,5412 ; ζ1 =  — 3,1083; ζ1 = 0,52764; ζ1 = 0,50741; ζ1 =  -0,23042. Погрешность при температуре T  в диапазоне от 300 до 1500 K не превышает 1,5 %, при температуре T  =  1500   2500 K не превышает 2,5 %.

Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·K), определяется по работе [22]:

(12)

где

(13)

где T*  =  T /274,1, температура T дана в K, давление P — в Пa, η1 = 0,47; η2 = — 1,59; η3 = 1,26; η4 = 1,26. Погрешность в диапазоне температур T  =  300  —  1500 K не превышает 1,5 %, а при температуре T  =  1500  — 2500 K не превышает 2,5 %.

Данные, приведенные в таблице ниже, рассчитаны по приведенным выше соотношениям. Кроме того, соотношение δ  =  β/

r используется для расчета коэффициента кинематической вязкости; γ  =  α/(Hpr) – для коэффициента температуропроводности, и ε  =  δ/γ – для числа Прандтля.

Значения теплоемкости Н в таблице ниже не приводятся, поскольку в исследуемом интервале температур она практически не изменяется и равна 0,16 Дж/(г·К).

 

Ксенон, свойства атома, химические и физические свойства

Ксенон, свойства атома, химические и физические свойства.

 

 

 

Xe 54  Ксенон

131,293(6)      1s2s2p3s3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6

 

Ксенон — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 54. Расположен в 18-й группе (по старой классификации — главной подгруппе восьмой группы), пятом периоде периодической системы.

 

Общие сведения

Свойства атома

Химические свойства

Физические свойства

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

 

Общие сведения

 
Название Ксенон/ Xenon
Символ Xe
Номер в таблице 54
Тип Неметалл
Открыт Бернар Куртуа, Франция, 1811 г.
Внешний вид и пр. Инертный газ без цвета, вкуса и запаха
Содержание в земной коре 2,0×10-9 %
Содержание в океане 5,0×10-10 %

Свойства атома

 
Атомная масса (молярная масса) 131,293(6) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация 1s2s2p3s3p6 3d10 4s4p6 4d10 5s2 5p6
Радиус атома 108 пм

Химические свойства

 
Степени окисления 0, +1, +2, +4, +6, +8
Валентность 0
Ковалентный радиус 140 пм
Радиус иона 190 пм
Электроотрицательность 2,6 (шкала Полинга)
Энергия ионизации (первый электрон) 1170,0 кДж/моль (12,13 эВ)
Электродный потенциал 0

Физические свойства

Плотность (при  нормальных условиях) 0,005894 г/см3
Температура плавления -111,85 °C (161,3 K)
Температура кипения -107,05 °C (166,1 K)
Уд. теплота плавления 2,27 кДж/моль
Уд. теплота испарения 12,65 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 20,79 Дж/(K·моль)
Молярный объём 42,9 см³/моль
Теплопроводность (при 300 K) 0,0057 Вт/(м·К)
Электропроводность в твердой фазе
Сверхпроводимость при температуре
Твёрдость
Структура решётки кубическая гранецентрированная
Параметры решётки 6,200 Å
Температура Дебая

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

  1. 1. Водород
  2. 2. Гелий
  3. 3. Литий
  4. 4. Бериллий
  5. 5. Бор
  6. 6. Углерод
  7. 7. Азот
  8. 8. Кислород
  9. 9. Фтор
  10. 10. Неон
  11. 11. Натрий
  12. 12. Магний
  13. 13. Алюминий
  14. 14. Кремний
  15. 15. Фосфор
  16. 16. Сера
  17. 17. Хлор
  18. 18. Аргон
  19. 19. Калий
  20. 20. Кальций
  21. 21. Скандий
  22. 22. Титан
  23. 23. Ванадий
  24. 24. Хром
  25. 25. Марганец
  26. 26. Железо
  27. 27. Кобальт
  28. 28. Никель
  29. 29. Медь
  30. 30. Цинк
  31. 31. Галлий
  32. 32. Германий
  33. 33. Мышьяк
  34. 34. Селен
  35. 35. Бром
  36. 36. Криптон
  37. 37. Рубидий
  38. 38. Стронций
  39. 39. Иттрий
  40. 40. Цирконий
  41. 41. Ниобий
  42. 42. Молибден
  43. 43. Технеций
  44. 44. Рутений
  45. 45. Родий
  46. 46. Палладий
  47. 47. Серебро
  48. 48. Кадмий
  49. 49. Индий
  50. 50. Олово
  51. 51. Сурьма
  52. 52. Теллур
  53. 53. Йод
  54. 54. Ксенон
  55. 55. Цезий
  56. 56. Барий
  57. 57. Лантан
  58. 58. Церий
  59. 59. Празеодим
  60. 60. Неодим
  61. 61. Прометий
  62. 62. Самарий
  63. 63. Европий
  64. 64. Гадолиний
  65. 65. Тербий
  66. 66. Диспрозий
  67. 67. Гольмий
  68. 68. Эрбий
  69. 69. Тулий
  70. 70. Иттербий
  71. 71. Лютеций
  72. 72. Гафний
  73. 73. Тантал
  74. 74. Вольфрам
  75. 75. Рений
  76. 76. Осмий
  77. 77. Иридий
  78. 78. Платина
  79. 79. Золото
  80. 80. Ртуть
  81. 81. Таллий
  82. 82. Свинец
  83. 83. Висмут
  84. 84. Полоний
  85. 85. Астат
  86. 86. Радон
  87. 87. Франций
  88. 88. Радий
  89. 89. Актиний
  90. 90. Торий
  91. 91. Протактиний
  92. 92. Уран
  93. 93. Нептуний
  94. 94. Плутоний
  95. 95. Америций
  96. 96. Кюрий
  97. 97. Берклий
  98. 98. Калифорний
  99. 99. Эйнштейний
  100. 100. Фермий
  101. 101. Менделеевий
  102. 102. Нобелий
  103. 103. Лоуренсий
  104. 104. Резерфордий
  105. 105. Дубний
  106. 106. Сиборгий
  107. 107. Борий
  108. 108. Хассий
  109. 109. Мейтнерий
  110. 110. Дармштадтий
  111. 111. Рентгений
  112. 112. Коперниций
  113. 113. Нихоний
  114. 114. Флеровий
  115. 115. Московий
  116. 116. Ливерморий
  117. 117. Теннессин
  118. 118. Оганесон

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

карта сайта

ксенон атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решетка
атом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома
электронные формулы сколько атомов в молекуле ксенона ксенон
сколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические 

 

Коэффициент востребованности 258

Ксенон — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

Ксено́н (лат. Xenon, от греческого xenos — чужой), Хе (читается «ксенон»), химический элемент с атомным номером 54, атомная масса 131, 29. Инертный, или благородный, газ. Расположен в группе VIIIA в 5 периоде периодической системы.

Природный атмосферный ксенон состоит из девяти изотопов: 124 Хе (0, 096%), 126 Хе (0, 090%), 128 Хе (1, 92%), 129 Хе (26, 44%), 130 Хе (4, 08), 131 Хе (21, 18%), 132 Хе (26, 89%), 134 Хе (10, 44%) и 136 Хе (8, 87%).

Радиус атома 0, 218 нм. Электронная конфигурация внешнего слоя 5s2p6 .Энергии последовательной ионизации — 12, 130, 21, 25, 32, 1 эВ. Электроотрицательность по Полингу 2, 6.Открыт английскими учеными У. Рамзаем и М. Траверсом в 1898 методом спектрального анализа как примесь к криптону. В 1962 в Канаде Н. Бартлетт получил первое устойчивое при комнатной температуре химическое соединение ксенона XePtF 6.

Ксенон — редчайший газ земной атмосферы, содержание в воздухе 8, 6·10-5% по объему. Общие запасы ксенона в атмосфере 1, 6·1011м3.

Ксенон выделяют как побочный продукт при переработке воздуха на азот и кислород.

Ксенон — одноатомный газ без цвета и запаха. Температура кипения –108, 12 °C, плавления –11, 85 °C. Критическая температура 16, 52 °C, критическое давление 5, 84 МПа. Плотность 5, 85 кг/м3.

В 100 мл воды при 20 °C растворяется 9, 7 мл Xe.

Ксенон образует клатраты с водой и многими органическими веществами: Хе·5, 75Н2О, 4Хе·3С6Н5ОН и другие. В клатратах атомы-гости Xe занимают полости в кристаллических решетках веществ-хозяев.

Непосредственно Xe взаимодействует только со фтором, образуя XeF2, XeF4 и XeF6. Дифторид ксенона XeF2 имеет тетрагональную решетку, температуру плавления 129 °C, плотность 4, 32 г/см3. Решетка тетрафторида XeF4 моноклинная, температура плавления 117, 1 °C, плотность 4, 0 г/см3. Решетка гексафторида XeF6 моноклинная, температура плавления 49, 5 °C, плотность 3, 41 г/см3.

Гидролизом XeF4 и XeF6 получают неустойчивые оксифториды XeОF4, XeО2F2, XeОF2, XeО3F2 и XeО2F4 и оксиды ХеО3 и ХеО4, которые при комнатной температуре они разлагаются на простые вещества.

Фториды ксенона взаимодействуют с водными растворами щелочей, образуя ксенаты МНХеО4 (М = Na, K, Rb, Cs), устойчивые до 180 °C. При гидролизе растворов XeF6, диспропорционировании XeО3 в щелочных растворах и при озонировании водных растворов XeО3 получены перксенаты Na4XeO6 и (NH4)4XeO6.

Ксенон используют для наполнения ламп накаливания, мощных газоразрядных и импульсных источников света.

Радиоактивные изотопы применяют в качестве источников излучения в радиографии и для диагностики в медицине, для обнаружения течи в вакуумных установках. Фториды ксенона используют для пассивации металлов.

Газ ксенон безвреден. Фториды ксенона ядовиты, ПДК в воздухе 0, 05 мг/м3.

  • С. С. Бердоносов. Инертные газы вчера и сегодня. М., 1966.
  • Фастовский В. Г., Ровинский А. Е., Петровский Ю. В. Инертные газы. М., 1972.

Ксенон. Мини-справочник по химическим веществам (3340 веществ)


Алф. указатель: 1-9 A-Z А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Щ Э Я


Внешний вид:

бесцветн. газ

Брутто-формула (система Хилла): Xe

Формула в виде текста: Xe

Молекулярная масса (в а.е.м.): 131,3

Температура плавления (в °C): -111,85

Температура кипения (в °C): -108,12

Растворимость (в г/100 г или характеристика):

бензол: растворим
вода: 0,141 (0°C)
вода: 0,07 (25°C)
вода: 0,049 (50°C)
вода: 0,042 (80°C)
этанол: растворим

Плотность:

0,00585 (20°C, г/см3)
3,52 (-109°C, г/см3)

Давление паров (в мм.рт.ст.):

1 (-168°C)
10 (-152,9°C)
100 (-132,9°C)

Диэлектрическая проницаемость:

1,00124 (25°C)

Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль):

0 (г)

Стандартная энергия Гиббса образования ΔG (298 К, кДж/моль):

0 (г)

Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/моль·K):

169,57 (г)

Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К, Дж/моль·K):

20,79 (г)

Энтальпия плавления ΔHпл (кДж/моль):

2,3

Энтальпия кипения ΔHкип (кДж/моль):

12,64

Биологическое действие:

Смесь ксенона с кислородом (80:20) оказывает сильное наркозное действие.

Критическая температура (в °C):

16,59

Критическое давление (в МПа):

5,84

Критическая плотность (в г/см3):

1,099

Применение:

Для наполнения электроламп высокой мощности.

История:

Открыт в 1898 г. У. Рамзаем (на рисунке).

    Источники информации:

  1. «Энциклопедия для детей» т.17: Химия, М.:Аванта+, 2004 стр. 248-249
  2. Гурвич Я.А. «Справочник молодого аппаратчика-химика» М.:Химия, 1991 стр. 51
  3. Некрасов Б.В. «Основы общей химии» т.1 М.:Химия, 1973 стр. 46
  4. Рабинович В.А., Хавин З.Я. «Краткий химический справочник» Л.: Химия, 1977 стр. 75

Алф. указатель: 1-9 A-Z А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Щ Э Я


Еще по теме:

Ксенон

Ксенон
Атомный номер 54
Внешний вид простого вещества инертный газ без цвета, вкуса и запаха
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
131,29 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома ? (108) пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
1 170,0 (12,13) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Kr] 4d10 5s2 5p6
Химические свойства
Ковалентный радиус 140[1]пм
Радиус иона 190 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
2,6
Электродный потенциал 0
Степени окисления 0, +1, +2, +4, +6, +8
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 3,52 (при −109 °C) г/см³
Молярная теплоёмкость 20,79 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 0,0057 Вт/(м·K)
Температура плавления 161,3 K
Теплота плавления 2,27 кДж/моль
Температура кипения 166,1 K
Теплота испарения 12,65 кДж/моль
Молярный объём 42,9 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая
гранецентрированая
Параметры решётки 6,200 Å
Отношение c/a
Температура Дебая n/a K
Xe 54
131,29
[Kr]4d105s25p6
Ксенон

Ксенон — элемент главной подгруппы восьмой группы, пятого периода периодической системы химических элементов, с атомным номером 54. Обозначается символом Xe (Xenon). Простое вещество ксенон (CAS-номер: 7440-63-3) — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха. Открыт в 1898 году английскими учеными У.Рамзаем и У. Рэлей как небольшая примесь к криптону.

Происхождение названия

ξένος — чужой.

Распространённость

Ксенон относительно редок в атмосфере Солнца, на Земле, в составе астероидов и комет. Концентрация ксенона в атмосфере Марса аналогична земной: 0.08 миллионной доли, 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. У Юпитера, напротив, необычно высокая концентрация ксенона в атмосфере — почти в два раза выше, чем у Солнца.

Земная кора

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

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.

Физические свойства

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

Химические свойства

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

Изотопы ксенона

Получение

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 % криптоноксеноновой смеси, которая отделяется адсорбированием на силикагель или дистилляцией. В заключение, ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделен дистилляцией на криптон и ксенон. Из-за своей малой распространенности, ксенон гораздо дороже более легких инертных газов.

Применение

Ксеноновая лампа Прототип ионного двигателя на ксеноне.

Несмотря на высокую стоимость, ксенон незаменим в ряде случаев:

  • Ксенон используют для наполнения ламп накаливания, мощных газоразрядных и импульсных источников света (высокая атомная масса газа в колбах ламп препятствует испарению вольфрама с поверхности нити накаливания).
  • 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.
  • С конца XX века ксенон стал применяться как средство для общего наркоза (достаточно дорогой, но абсолютно нетоксичный, точнее — как инертный газ — не вызывает химических последствий). Первые диссертации о технике ксенонового наркоза в России — 1993 г., в качестве лечебного наркоза эффективно применяется для снятия острых абстинентных состояний (Абстинентный синдром) и лечения наркомании, а также психических и соматических расстройств.
  • Жидкий ксенон иногда используется как рабочая среда лазеров
  • Фториды и оксиды ксенона предложены в качестве мощнейших окислителей ракетного топлива, а так же в качестве компонентов газовых смесей для лазеров.
  • В изотопе 129Xe возможно поляризовать значительную часть ядерных спинов для создания состояния с сонаправленными спинами — состояния называемого гиперполяризацией.
  • Ксенон используется в конструкции ячейки Голея.

Биологическая роль

Ксенон не играет никакой биологической роли.

Физиологическое действие

Газ ксенон безвреден, но способен вызвать наркоз (по физическому механизму), а в больших концентрациях (более 80 %) вызывает асфиксию.
Фториды ксенона ядовиты, ПДК в воздухе 0,05 мг/м³.

Ксенон № 54 химический элемент

Ксенон

Инертные газы обнаружены в атмосфере в 1894 г. После того как были открыты гелий, неон, аргон и криптон, завершающие четыре первых периода таблицы Менделеева, уже не вызывало сомнений, что пятый и шестой периоды тоже должны оканчиваться инертным газом. Но найти их удалось не сразу. Это и не удивительно: в 1 м3 воздуха 9,3 л аргона и всего лишь 0,08 мл ксенона.
Но к тому времени стараниями ученых, прежде всего англичанина Траверса, появилась возможность получать значительные количества жидкого воздуха. Стал доступен даже жидкий водород. Благодаря этому Рамзай совместно с Траверсом смог заняться исследованием наиболее трудно-летучей фракции воздуха, получающейся после отгонки гелия, водорода, неона, кислорода, азота и аргона. Остаток содержал Сырой (то есть неочищенный) криптон. Однако после откачки его в сосуде неизменно оставался пузырек газа. Этот газ голубовато светился в электрическом разряде и давал своеобразный спектр с линиями в областях от оранжевой до фиолетовой.
Характерные спектральные линии — визитная карточка элемента. У Рамзая и Траверса были все основания считать, что открыт новый инертный газ. Его назвали ксеноном, что в переводе с греческого значит «чужой»: в криптоновой фракции воздуха он действительно выглядел чужаком.
В поисках нового элемента и для изучения его свойств Рамзай и Траверс переработали около 100 т жидкого воздуха; индивидуальность ксенона как нового химического элемента они установили, оперируя всего 0,2 см3 этого газа. Необычайная для того времени тонкость эксперимента!
Хотя содержание ксенона в атмосфере крайне мало, именно воздух — практически единственный и неисчерпаемый источник ксенона. Неисчерпаемый — потому, что почти весь ксенон возвращается в атмосферу.


Процесс выделения благородных газов из воздуха описан многократно. Воздух, очищенный предварительно от углекислоты и влаги, сжижают, а затем начинают испарять. Сначала «летят» более легкие газы. После испарения основной массы воздуха рассортировывают оставшиеся тяжелые инертные газы.
Любопытно, что с точки зрения химика ксенон на самом деле оказался «чужим» среди инертных газов. Он первым вступил в химическую реакцию, первым образовал устойчивое соединение. И потому сделал неуместным сам термин «инертные газы».

Ксенон вступает в реакции


Когда-то сочетание слов «химия ксенона» казалось абсурдным. И все же дерзкая мысль о том, что ксенон может образовывать устойчивые соединения с галогенами, приходила в голову многим ученым. Так, еще в 1924 г. высказывалась идея, что некоторые соединения тяжелых инертных газов (в частности, фториды и хлориды ксенона) термодинамически вполне стабильны и могут существовать при обычных условиях. Через девять лет эту идею поддержали и развили известные теоретики — Полипг и Оддо.
Изучение электронной структуры оболочек криптона и ксенона с позиций квантовой механики привело к заключению, что эти газы в состоянии образовывать устойчивые соединения с фтором. Нашлись и экспериментаторы, решившие проверить гипотезу, но шло время, ставились опыты, а фторид ксенона не получался. В результате почти все работы в этой области были прекращены, и мнение об абсолютной инертности благородных газов утвердилось окончательно.
Однако в 1961 г. Бартлетт, сотрудник одного из университетов Канады, изучая свойства гексафторида платины — соединения более активного, чем сам фтор, установил, что потенциал ионизации у ксенона ниже, чем у кислорода (12,13 и 12,20 эв соответственно). Между тем кислород образовывал с гексафторидом платины соединение состава O2PtF6… Бартлетт ставит опыт и при комнатной температуре из газообразного гексафторида платины и газообразного ксенона получает твердое оранжево-желтое вещество — гексафторплатинат ксенона XePtF6, поведение которого ничем не отличается от поведения обычных химических соединений. При нагревании в вакууме XePtF6 возгоняется без разложения, в воде гидролизуется, выделяя ксенон:
2XePtFe + 6Н2O → 2Хе + O2 + 2PtO2 + 12HF.
Последующие работы Бартлетта позволили установить, что ксенон в зависимости от условий реакции образует два соединения с гексафторидом платины: XePtF6 и Xe(PtF6)2;. при гидролизе их получаются одни и те же конечные продукты.


Убедившись, что он действительно вступил в реакцию с гексафторидом платины, Бартлетт выступил с докладом и в 1962 г. опубликовал в журнале «Proceedings of the Chemical Society» статью, посвященную сделанному им открытию. Статья вызвала огромный интерес, хотя многие химики отнеслись к ней с нескрываемым недоверием. Но уже через три недели эксперимент Бартлетта повторила группа американских исследователей во главе с Черником в Аргоннской национальной лаборатории. Кроме того, они впервые синтезировали аналогичные соединения ксенона с гексафторидами рутения, родия и плутония. Так были открыты первые пять соединений ксенона: XePtF6, Xe(PtFe)2, XeRuFe, XeRhF6, XePuFe — миф об абсолютной инертности благородных газов развеян и заложено начало химии Xe.

Фториды ксенона


Настало время проверить правильность гипотезы о возможности прямого взаимодействия ксенона с фтором.
Смесь газов (1 часть ксенона и 5 частей фтора) поместили в никелевый (поскольку никель наиболее устойчив к действию фтора) сосуд и нагрели под сравнительно небольшим давлением. Через час сосуд быстро охладили, а оставшийся в нем газ откачали и проанализировали. Это был фтор. Весь газ прореагировал! Вскрыли сосуд и обнаружили в нем бесцветные кристаллы XeF,.
Тетрафторид Xe оказался вполне устойчивым соединением, молекула его имеет форму квадрата с ионами фтора по углам и ксеноном в центре. Тетрафторид Xe фторирует ртуть:
XeF4 + 2Hg  → Хе + 2HgF2.
Платина тоже фторируется этим веществом, но только растворенным во фтористом водороде.
Интересно в химии ксенона то, что, меняя условия реакции, можно получить не только XeF4, но и другие фториды — XeF2, XeF6.
Советские химики В. М. Хуторецкий и В. А. Шпанский показали, что для синтеза дпфторида ксенона совсем не обязательны жесткие условия. По предложенному ими способу смесь ксенона и фтора (в молекулярном отношении 1:1) подается в сосуд из никеля или нержавеющей стали, и при повышении давления до 35 атм начинается самопроизвольная реакция.
Дифторпд ксенона XeF2 можно получить, не пользуясь элементарным фтором. Он образуется при действии электрического разряда на смесь ксенона и четырехфтористого углерода. Возможен, конечно, и прямой синтез. Очень чистый XeF2 получается, если смесь ксенона и фтора облучить ультрафиолетом. Растворимость дифторида в воде невелика, однако раствор его — сильнейший окислитель. Постепенно он саморазлагается на ксенон, кислород и фтористый водород; особенно быстро разложение идет в щелочной среде. Дифторид имеет резкий специфический запах.
Большой теоретический интерес представляет метод синтеза дифторида ксенона, основанный на воздействии на смесь газов ультрафиолетового излучения (длина волн порядка 2500—3500 А). Излучение вызывает расщепление, молекул фтора F2 на свободные атомы. В этом и заключается причина образования дифторида: атомарный фтор необычайно активен.


Для получения XeFe требуются более жесткие условия: 700° С и 200 атм. В таких условиях в смеси Xe и фтора (отношение от 1:4 до 1 : 20) практически весь ксенон превращается в XeF6.
Гексафторид ксенона черезвычайно активен и разлагается со взрывом. Он легко реагирует с фторидами щелочных металлов (кроме LiF): XeF6 + RbF = RbXeF7, но при 50° С эта соль разлагается: 2RbXeF7 = XeF6 + Rb2XeF8.
Сообщения о синтезе высшего фторида XeFs, устойчивого лишь при температуре ниже 77° К, не подтвердились.
Синтез первых соединений Xe поставил перед химиками вопрос о месте инертных газов в периодической системе элементов. Прежде благородные газы были выделены в отдельную нулевую группу, что вполне отвечало представлению об их валентности. Но, когда ксенон вступил в химическую реакцию, когда стали известны его высший оксид ХеO4 и оксифториды, в которых валентность ксенона равна 8 (а это вполне согласуется со строением его электронной оболочки), инертные газы решили перенести в VIII группу. Нулевая группа перестала существовать.
Заставить ксенон вступить в реакцию без участия фтора (или некоторых его соединений) пока не удалось. Все известные ныне соединения ксенона получены из его фторидов. Эти вещества обладают повышенной реакционной способностью. Лучше всего изучено взаимодействие фторидов ксенона с водой.
Гидролиз XeF4 в кислой среде ведет к образованию окиси ксенона ХеO3— бесцветных, расплывающихся на воздухе кристаллов. Молекула ХеO3 имеет структуру приплюснутой треугольной пирамиды с атомом ксенона в вершине. Это соединение крайне неустойчиво; при его разложении мощность взрыва приближается к мощности взрыва тротила. Достаточно нескольких сотен миллиграммов ХеO3, чтобы эксикатор разнесло в куски. Не исключено, что со временем трехокись ксенона будут использовать как взрывчатое вещество дробящего действия. Такая взрывчатка была бы очень удобна, потому что все продукты взрывной реакции — газы.
Пока же использовать для этой цели трехокись ксенона слишком дорого — ведь ксенона в атмосфере меньше, чем золота в морской воде, и процесс его выделения слишком трудоемок. Напомним, что для получения 1 м3 ксенона нужно переработать 11 млн. м3 воздуха.
Соответствующая трехокиси неустойчивая кислота шестивалентного ксенона Н2ХеO4 образуется в результате гидролиза XeF6 при 0°С:
XeF6 + 4Н20 → 6HF + Н2ХеO4.
Если к продуктам этой реакции быстро добавить Ва(ОН)2, выпадает белый аморфный осадок ВаХеO4. При 125° С он разлагается на окись бария, ксенон и кислород. Получены аналогичные соли — ксенонаты аммония, натрия, лития, кальция и калия.


При действии озона на раствор ХеO3 в одномолярном едком натре образуется натриевая соль высшей кислоты ксенона Na4XeO6. Перксенонат натрия может быть выделен в виде бесцветного кристаллогидрата Na4XeO6 • 6Н2O. К образованию перксенонатов приводит и гидролиз XeF6 в гидроокисях натрия и калия. Если твердую соль Na4XeO6 об-работать раствором нитрата свинца, серебра или уранила UO22+ получаются соответствующие перксенопаты. Перксенонат серебра — черного цвета, свинца и уранила — желтого. Перксенонатанион — самый сильный из ионов окислителей. Чрезвычайно мощный окислитель и перхлорат ксенона Хе(СlO4)г, в котором ксенон играет роль катиона. Из всех окислителей-перхлоратов он самый сильный.
Окисел, соответствующий высшей кислоте ксенона, получают при взаимодействии Na4XeO6 с охлажденной безводной серной кислотой. Получается уже упоминавшаяся четырехокись ксенона ХеO4. Ее молекула построена в виде тетраэдра с атомом ксенона в центре. Вещество это нестойко. При температуре выше 0°С оно разлагается на кислород и ксенон. Иногда разложение четырехокиси ксенона (трехокиси — тоже) носит характер взрыва.
И все-таки большинство известных ныне соединений ксенона (а всего их получено примерно полторы сотни) — бескислородные. Преимущественно это двойные соли — продукты взаимодействия фторидов ксенона с фторидами сурьмы, мышьяка, бора, тантала, ниобия, хрома, платиновых металлов.
Сильные окислительные свойства соединений ксенона химики уже используют в своих целях. Так, водные растворы дифторида ксенона позволили впервые в мировой практике получить перброматы — соединения семивалентного брома, состав которых МВгO4, где М — одновалентный металл.

Ксенон и его характеристики

Общая характеристика ксенона

Ксенон представляет собой бесцветный газ. Содержание его в воздухе составляет 8×10-6% (об.). Он плохо растворяется в воде, лучше — в органических растворителях. Образует сольват состава 4Хе×3С6Н5ОН.

Ксенон не реагирует с кислотами, щелочами.Реакционная способность ксенона выше, чем у криптона: он взаимодействует с сильными окислителями. Этот газ получают путем фракционной дистилляции жидкого воздуха при глубоком охлаждении.

Атомная и молекулярная масса ксенона

Относительная молекулярная масса Mr – это молярная масса молекулы, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12С). Это безразмерная величина.

Относительная атомная масса Ar – это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12 (12С).

Поскольку в свободном состоянии ксенон существует в виде одноатомных молекул Хe, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 131,239.

Изотопы ксенона

Известно, что в природе ксенон может находиться в виде девяти стабильных изотопов 124Хe, 126Хe, 128Хe, 129Хe, 130Хe, 131Хe, 132Хe, 134Хe и 136Хe. Их массовые числа равны 124, 126, 128, 129, 130, 131, 132, 134 и 136 соответственно. Ядро атома изотопа ксенона 124Хe содержит пятьдесят четыре протона и пятьдесятсемьдесят нейтронов, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы ксенона с массовыми числами от 110-ти до 147-ми, а также двенадцать изомерных состояния ядер, среди которых наиболее долгоживущим является изотоп 127Хe с периодом полураспада равным 36,345 суток.

Ионы ксенона

На внешнем энергетическом уровне атома ксенона имеется восемь электронов, которые являются валентными:

1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s26.

Ксенон – первый инертный газ, для которого были получены химические соединения. В результате химического взаимодействия ксенон отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Хe0 -1e → Хe+;

Хe0 -2e → Хe2+;

Хe0 -4e → Хe4+;

Хe0 -6e → Хe6+;

Хe0 -8e → Хe8+.

Молекула и атом ксенона

В свободном состоянии ксенон существует в виде одноатомных молекул Хе. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу ксенона:

Энергия ионизации атома, эВ

12,13

Относительная электроотрицательность

2,6

Радиус атома, нм

0,108

Примеры решения задач

admin

E-mail : admin@volonter61.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о