МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Естественно – географический факультет
Кафедра химии
Доклад.
на тему: Общая характеристика элемента ксенона
по дисциплине Информационно – химический поиск
| Исполнитель: студент группы 1Х | _____________ дата | ________________ подпись | Д.С. Басманова |
| Руководитель: (к.х.н., доцент) | _____________ дата | ________________ подпись | Н.А. Родионова |
Благовещенск 2016
Содержание
| 1 КСЕНОН.................................................................................................. | |
| 1.1 История открытия................................................................................ | |
| 1.2.Характеристика атома и простого вещества...................................... | |
| 1.3 Химические свойства........................................................................... | |
| 1.4 Изотопы................................................................................................. | |
| 1.5 Получение.............................................................................................. | |
| 1.6 Применение........................................................................................... |
1 КСЕНОН
1.1 История открытия
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 инертными газами.
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, появились возможности получить значительные количества жидкого воздуха. Стал доступен жидкий водород. Благодаря этому Рамзай совместно с Траверсом смог заняться исследованием наиболее трудно – летучей фракции воздуха, получающийся 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 Размая и Траверса были все основания считать, что открыт новый инертный газ. Его назвали ксеноном, что в переводе с греческо значит «чужой»: в криптоновой фракции воздуха он действительно выглядел чужаком.
В поисках нового элемента и для изучения новых свойств Рамзай и Травис переработали около 100 тон жидкого воздуха; индивидуальность ксенонна как нового химического элемента они установили, опирируя всего
0,2 см3 этого газа. Необычная для того времени тонкость эксперимента!
Хотя содержание ксенона в атмосфере крайне мало, именно воздух – практически единственный и практически 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, сжигают, 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 поэтому сделал неуместным сам термин «инертные газы» [1].
1.2 Характеристика атома и простого вещества
Ксенон – элемент 18-й группы (по устаревшей классификации – элемент главной подгруппы VIII 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. В таблице 1 приведена характеристика атома ксенона.
Таблица 1 – Характеристика атома [3]
| Атомная масса | 131,29 |
| Радиус атома | атомный 218, ковалентный 209 |
| Электронная конфигурация | 4d10 5s2 5p6 |
| Электроотрицательность | 2,6 (по Полингу), д.о. (по Оллереду), 5,85 эВ(абсолютная) |
| Электронный потенциал | |
| Степень окисления | 0, +1, +2, +4, +6, +8 |
| Эффективный заряд ядра | 8,25 (по Слейтеру); 12,42 (по Клементи); 15,61 (по Фрезе-Фишеу) |
В таблице 2 приведены физические параметры для молекулы ксенона.
Таблица 2 – Характеристика простого вещества [2].
| Физические свойства | Величина |
| Температура плавления | 1661, К |
| Температура кипения | 166,1, К |
| Критическая температура | 289,7, К |
| Критический объем | 118 см3/моль: |
| Критическое давление | 5840, кПа |
| ∆Нпл | 3,10, кДж/ моль |
| ∆Нисп | 12,65, кДж/ моль |
| Плотность | 3540, кг/м3 [тв. при т. пл.]; 2939, кг/м3 [жидкость при т. кип.]; 5,8971, кг/м3 [газ, 273 К] |
| Теплопроводность | 0,00569, Вт/ (м*К) [300К] (газ) |
| Мольный объем | 37,09 [161К], см3 |
| Энергия ионизации М → М+ | 1170,4, кДж/моль |
1.3 Химические свойства
Первый инертный газ, для которого были получены настоящие химические соединения. Инертен по отношению практически ко всем химическим соединениям; реагирует с газообразным фтором с образованием фторидов ксенона – дифторид ксенона, тетрафторид ксенона, гексафторид ксенона. Известны также оксиды, кислоты и соли, например, триоксид ксенона и ксеноновая кислота. Соединения ксенона используется редко, в основном в научных исследованиях.
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) [3].
1.4 Изотопы
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).
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 , его накопление в ядерных реакторах в результате цепочки β-распадов ядер теллура-135 и иода-135 приводит к эффекту так называемого отравления ксеноном [3].
1.5 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 % криптоно-ксеноновой смеси, которая отделяется адсорбированием на силикагель или дистилляцией.
Из-за своей малой распространенности ксенон гораздо дороже более легких инертных газов [3].
1.6 Применение
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.
Фториды ксенона используют для пассивации металлов.
Ксенон как в чистом виде, так и с небольшой добавкой паров цезия-133, является высокоэффективным рабочим телом для электрореактивных (главным образом – ионных и плазменных) двигателей космических аппаратов.
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.
В наши дни ксенон проходит апробацию в лечении зависимых состояний.
Жидкий ксенон иногда используется как рабочая среда лазеров.
Фториды и оксиды ксенона предложены в качестве мощнейших окислителей ракетного топлива, а также 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.
Для транспортировки фтора, проявляющего сильные окисляющие свойства.
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.
Фториды ксенона используют для пассивации металлов.
Ксенон как в чистом виде, так и с небольшой добавкой паров цезия-133, является высокоэффективным рабочим телом для электрореактивных (главным образом – ионных и плазменных) двигателей космических аппаратов.
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.
В наши дни ксенон проходит апробацию в лечении зависимых состояний.
Жидкий ксенон иногда используется как рабочая среда лазеров
Фториды и оксиды ксенона предложены в качестве мощнейших окислителей ракетного топлива, а также 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.
Для транспортировки фтора, проявляющего сильные окисляющие свойства [3].
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прокофьева, Н. Б. Популярная библиотека химических элементов: В 2 книгах. Книга 2. Серебро – Нильсборий. / Н.Б. Прокофьева, М. С. Бучаченко. – 3-е изд., испр – М.: Наука, 1983 – 573 с.
2. Эмсли, Д. Элементы. Справочно энциклопедическое издание / Д. Эмсли. – М.: Наука, 1983. – 256 с.
3. Ксенон [Электрон. ресурс]. – Режим доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%81%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%BD – 15.03.2016.