xenón

propiedades
[ Kr ] 4 d 10 5 s 2 5 p 6 54 Xe Tabla periódica
Generalmente
Nombre , símbolo , número atómico	Xenón, Xe, 54
Categoría de elemento	Gases nobles
Grupo , período , bloque	18 , 5 , p
Apariencia	incoloro
número CAS	7440-63-3
Número CE	231-172-7
Tarjeta de información ECHA	100,028,338
Código ATC	N01 AX15 V09 EX02 ( 127 Xe) V09 EX03 ( 133 Xe)
Fracción de masa de la envoltura terrestre	9 · 10 −6  ppm
Atómico
Masa atomica	131.293 (6) y col.
Radio covalente	140 pm
Radio de Van der Waals	216 pm
Configuración electronica	[ Kr ] 4 d 10 5 s 2 5 p 6
1. Energía de ionización	12.129 843 6 (15) eV ≈ 1 170.35 kJ / mol
2. Energía de ionización	Vigésimo.975 (4) eV ≈ 2 023.8 kJ / mol
3. Energía de ionización	31.05 (4) eV ≈ 2 996 kJ / mol
4. Energía de ionización	42.20 (20) eV ≈ 4 072 kJ / mol
5. Energía de ionización	54.1 (5) eV ≈ 5 220 kJ / mol
Físicamente
Estado fisico	gaseoso
Estructura cristalina	Centrado en área cúbica
densidad	5,8982 kg m −3 a 273,15 K.
magnetismo	diamagnético ( Χ m = −2.5 10 −8 )
Punto de fusion	161,4 K (−111,7 ° C)
punto de ebullición	165,2 K (−108 ° C)
Volumen molar	(sólido) 35,92 · 10 −6 m 3 · mol −1
Calor de evaporación	12,6 kJ / mol
Calor de fusión	2,30 kJ mol −1
Presión de vapor	4.13 · 10 6 Pa a 273.15 K.
Velocidad del sonido	169 (gaseoso) 1090 (líquido) m s −1
Conductividad térmica	0,00569 W m −1 K −1
Químicamente
Electronegatividad	2.6 ( escala de Pauling )
Isótopos
isótopo NUEVA HAMPSHIRE t 1/2 ZA ZE (M eV ) ZP 124 Xe 0,1% 1.8 · 10 22 a εε 124 te 125 Xe {syn.} 16,9 horas ε 1,652 125 I. 126 Xe 0,09% Estable 127 Xe {syn.} 36,4 días ε 0,662 127 I. 128 Xe 1,91% Estable 129 Xe 26,4% Estable 130 Xe 4,1% Estable 131 Xe 21,29% Estable 132 Xe 26,9  % Estable 133 Xe {syn.} 5.253 d β - 0,427 133 C 134 Xe 10,4% Estable 135 Xe {syn.} 9.14 horas β - 1,151 135 C 136 Xe 8,9% 2.11 · 10 21 a β - β - 136 Ba
Para otros isótopos, consulte la lista de isótopos.
Propiedades de RMN
Spin número cuántico I γ en rad · T −1 · s −1 E r  ( 1 H) f L en B = 4,7 T en MHz 129 Xe 1/2 −7,452 10 7 0,0057 55,62 131 Xe 3/2 2.209 · 10 7 0,0006 8.24
las instrucciones de seguridad
Etiquetado de peligro GHS Atención Frases H y P H: 280 PAG: 403
En la medida de lo posible y habitual, se utilizan unidades SI . A menos que se indique lo contrario, los datos proporcionados se aplican a condiciones estándar .

El xenón ( ^¿ escucha ^{? / I} ) es un elemento químico con el símbolo del elemento Xe y ​​el número ordinal 54. En la tabla periódica se encuentra en el octavo grupo principal o en el decimoctavo  grupo IUPAC y, por lo tanto, es uno de los gases nobles . Al igual que los otros gases nobles, es un gas incoloro, sumamente inerte, monoatómico gas . En muchas propiedades, como el punto o la densidad de fusión y ebullición , se encuentra entre el criptón más ligero y el radón más pesado .

El xenón es el elemento no radiactivo más raro de la tierra y se encuentra en pequeñas cantidades en la atmósfera. A pesar de su rareza, se usa ampliamente, por ejemplo, como gas de relleno para unidades de vidrio aislante de alta calidad, así como para lámparas de descarga de gas de xenón , que se utilizan, entre otras cosas, en los faros de los automóviles ( luz de xenón ) y como anestésico por inhalación .

El gas noble fue descubierto en 1898 por William Ramsay y Morris William Travers mediante la destilación fraccionada de aire líquido. El xenón es el gas noble con la mayoría de los compuestos químicos conocidos. El más estable de estos es el fluoruro de xenón (II) , que se utiliza como un fuerte agente oxidante y fluorante.

historia

Después de John William Strutt, 3er barón Rayleigh y William Ramsay en 1894, el primer gas noble argón descubierto y Ramsay 1895 hasta ahora solo del espectro solar conocido, se aisló el helio de los minerales de uranio , estos reconocidos bajo las leyes de la tabla periódica , que no hay más tales elementos tendrían que hacerlo. Por lo tanto, desde 1896 en adelante, examinó por primera vez varios minerales y meteoritos y los gases liberados por ellos cuando se calientan o disuelven. Ramsay y su colega Morris William Travers no tuvieron éxito. Se encontraron helio y, más raramente, argón. La investigación de los gases calientes de Cauterets en Francia y de Islandia tampoco arrojó resultados.

Finalmente, comenzaron a examinar 15 litros de argón crudo y a separarlos por licuefacción y destilación fraccionada . Cuando examinaron el residuo que quedaba cuando el argón crudo se había evaporado casi por completo, descubrieron el nuevo elemento kriptón . Después de descubrir el neón , Ramsay y Travers comenzaron a investigar más a fondo el criptón mediante destilación fraccionada en septiembre de 1898, descubriendo otro elemento con un punto de ebullición más alto que el criptón. Le pusieron el nombre del antiguo griego ξένος xénos "extranjero" xenón .

En 1939 Albert R. Behnke descubrió los efectos anestésicos del gas. Examinó los efectos de varios gases y mezclas de gases en los buzos y supuso a partir de los resultados que el xenón debe tener un efecto narcótico incluso a presión normal. Sin embargo, no pudo verificar esto debido a la falta de gas. Este efecto fue confirmado por primera vez en ratones por JH Lawrence en 1946; la primera operación bajo anestesia con xenón fue realizada por Stuart C. Cullen en 1951.

Neil Bartlett descubrió el hexafluoroplatinato de xenón por primera vez en 1962, un compuesto de xenón y, por lo tanto, el primer compuesto de gas noble de la historia. Solo unos meses después de este descubrimiento, el fluoruro de xenón (II) de Rudolf Hoppe y el fluoruro de xenón (IV) de un grupo liderado por los químicos estadounidenses CL Chernick y HH Claassen pudieron sintetizarse casi simultáneamente en agosto de 1962 .

Ocurrencia

Si bien el xenón no es infrecuente en el universo y su frecuencia es comparable a la del bario , el rubidio y el níquel , es uno de los elementos más raros de la tierra. Es el elemento estable más raro; sólo los elementos radiactivos , que se presentan predominantemente como productos intermedios de vida corta en series de desintegración , son más raros. El hecho de que el contenido de xenón en las rocas sea bajo puede deberse al hecho de que el xenón se disuelve mucho menos en las rocas de silicato de magnesio del manto terrestre que los gases nobles más ligeros.

La mayor parte del xenón probablemente esté presente en la atmósfera, la proporción es de aproximadamente 0,09 ppm. Pero los océanos, algunas rocas como el granito y las fuentes de gas natural también contienen pequeñas cantidades de xenón. Esto surgió, como puede demostrarse por la composición isotópica que se desvía del xenón atmosférico , entre otras cosas, a través de la desintegración espontánea del uranio y el torio .

La CTBTO mide continuamente el xenón en todo el mundo como indicador de pruebas de armas nucleares , a través de la acumulación de zeolitas de plata en trampas de xenón .

Los meteoritos contienen xenón, que ha estado encerrado en rocas desde la formación del sistema solar o se creó a través de varios procesos secundarios. Estos incluyen la desintegración del isótopo de yodo radiactivo ¹²⁹ I, las reacciones de espalación y la fisión nuclear de isótopos pesados ​​como el ²⁴⁴ Pu. Los productos de xenón de estas reacciones también se pueden detectar en la tierra, lo que permite sacar conclusiones sobre la formación de la tierra. Se encontró xenón en la luna que fue transportado allí por el viento solar (en el polvo lunar) y en la roca lunar algo que fue creado a partir del isótopo de bario ¹³⁰ Ba por espalación o captura de neutrones .

El xenón también podría detectarse en una enana blanca . En comparación con el sol, se midió la concentración de 3800 veces; La causa de este alto contenido de xenón aún se desconoce.

Extracción

El xenón se extrae exclusivamente del aire mediante el proceso Linde . En la separación nitrógeno-oxígeno, debido a su alta densidad, se enriquece junto con criptón en el oxígeno líquido que se encuentra en el fondo de la columna . Esta mezcla se transfiere a una columna en la que se enriquece hasta aproximadamente un 0,3% de criptón y xenón. Además de oxígeno, el concentrado de criptón-xenón líquido también contiene grandes cantidades de hidrocarburos como metano , compuestos fluorados como hexafluoruro de azufre o tetrafluorometano y trazas de dióxido de carbono y óxido nitroso . El metano y el óxido nitroso se pueden convertir en dióxido de carbono, agua y nitrógeno mediante la combustión en catalizadores de platino o paladio a 500 ° C, que se pueden eliminar mediante adsorción en tamices moleculares . Los compuestos de flúor, por otro lado, no se pueden eliminar de la mezcla de esta manera. Para descomponerlos y eliminarlos de la mezcla, el gas se puede irradiar con microondas , por lo que los enlaces elemento-flúor se rompen y los átomos de flúor formados se pueden capturar en cal sodada o pasar sobre un catalizador de dióxido de titanio - dióxido de circonio en 750 ° C. Los compuestos de flúor reaccionan para formar dióxido de carbono y fluoruro de hidrógeno y otros compuestos separables.

Luego, el criptón y el xenón se separan en una columna adicional, que se calienta en la parte inferior y se enfría en la parte superior. Mientras que los residuos de criptón y oxígeno escapan en la parte superior de la columna, el xenón se acumula en la parte inferior y se puede eliminar. Debido a su rareza y alta demanda, el xenón es el gas noble más caro. El volumen total de producción en 2017 fue de 12.200 m ³ , lo que corresponde a unas 71,5 toneladas.

propiedades

Propiedades físicas

En condiciones normales, el xenón es un monoatómico, incoloro e inodoro gas que se condensa en 165,1 K (-108 ° C) y se solidifica a 161,7 K (-111,45 ° C). Al igual que los otros gases nobles, aparte del helio, el xenón cristaliza en un empaquetamiento cúbico más cercano de esferas con el parámetro de red a  = 620  pm .

Como todos los gases nobles, el xenón solo tiene carcasas cerradas ( configuración de gas noble ). Esto explica por qué el gas siempre es monoatómico y la reactividad es baja. Sin embargo, la energía de ionización de los electrones más externos es tan baja que, a diferencia de los electrones de valencia de los gases nobles más ligeros, también pueden separarse químicamente y son posibles los compuestos de xenón.

Con una densidad de 5.8982 kg / m ³ a 0 ° C y 1013 hPa, el xenón es significativamente más pesado que el aire. En el diagrama de fase , el punto triple está a 161,37 K y 0,8165 bar, el punto crítico a 16,6 ° C, 5,84 MPa y una densidad crítica de 1,1 g / cm ³ .

La conductividad térmica es muy baja y, dependiendo de la temperatura, ronda los 0,0055 W / mK. A alta presión de 33 GPa y a una temperatura de 32 K, el xenón se comporta como un metal, es eléctricamente conductor.

Propiedades químicas y físico-químicas

Como todos los gases nobles , el xenón es inerte y apenas reacciona con otros elementos. Sin embargo, junto con el radón, el xenón es el gas noble más reactivo; se conocen una gran cantidad de compuestos de xenón. Su número supera incluso al del radón más pesado, porque aunque este tiene una energía de ionización más baja, la radiactividad fuerte y la vida media corta de los isótopos del radón interfieren con la formación de compuestos.

El xenón solo reacciona directamente con el flúor . Dependiendo de la proporción de xenón y flúor, se forman fluoruro de xenón (II) , fluoruro de xenón (IV) o fluoruro de xenón (VI) con una reacción exotérmica a temperaturas elevadas . También se conocen compuestos con algunos otros elementos como oxígeno o nitrógeno. Sin embargo, son inestables y solo pueden producirse por reacciones de fluoruros de xenón o, como cloruro de xenón (II), a bajas temperaturas por descargas eléctricas.

El xenón forma clatratos en los que el átomo solo está físicamente unido y encerrado en una cavidad en el cristal circundante. Un ejemplo de esto es el hidrato de xenón, en el que el gas está encerrado en hielo . Es estable entre 195 y 233 K. Cerca de la temperatura ambiente, el xenón es soluble en agua hasta cierto punto. Como partícula inerte, el xenón no tiene interacción con el agua, pero se produce el llamado efecto hidrofóbico y, por lo tanto, la movilidad de las moléculas de agua adyacentes al xenón se reduce en aproximadamente un 30% a 25 ° C. Si hay sales adicionales en la solución de xenón-agua, entonces aniones grandes como. B. bromuro (Br ^- ) y yoduro (I ^- ) al xenón y forman un complejo xenón-anión, que es más fuerte con el anión más grande . Los átomos de xenón también se pueden incluir en los fullerenos ; estos también influyen en la reactividad del fullereno, por ejemplo, cuando reacciona con el 9,10-dimetilantraceno .

Isótopos

Se conocen un total de 37 isótopos y otros doce isómeros centrales del xenón. De estos, siete, los isótopos ¹²⁶ Xe, ¹²⁸ Xe, ¹²⁹ Xe, ¹³⁰ Xe, ¹³¹ Xe, ¹³² Xe y ¹³⁴ Xe, son estables. Los dos isótopos inestables ¹²⁴ Xe y ¹³⁶ Xe tienen vidas medias que son tan largas que juntos constituyen una proporción significativa de xenón natural sin que éste sea significativamente radiactivo. Todos los demás isótopos e isómeros, por otro lado, solo tienen vidas medias cortas entre 0,6 µs para ¹¹⁰ Xe y ​​36,4 días para ¹²⁷ Xe. Después del estaño, el xenón es el elemento con isótopos más estables. En la mezcla de isótopos naturales, ¹³² Xe con 26,9%, ¹²⁹ Xe con 26,4% y ¹³¹ Xe con 21,2% tienen la mayor participación. Le siguen ¹³⁴ Xe con 10,4% y ¹³⁶ Xe con 8,9%, los demás tienen solo pequeñas proporciones.

Los isótopos de xenón se forman durante la fisión nuclear en las centrales nucleares . Particularmente importante aquí es el ¹³⁵ Xe de vida corta , que se forma en grandes cantidades directamente como un producto de escisión o a partir del ¹³⁵ Te producido a través de ¹³⁵ I durante la escisión . ¹³⁵ Xe tiene una sección transversal de captura muy grande para neutrones térmicos de 2.9 · 10 ⁶  barn , por lo que se forma el ¹³⁶ Xe de vida extremadamente larga . Este proceso de captura de neutrones reduce el rendimiento del reactor porque los neutrones ya no están disponibles para la fisión nuclear. Durante la operación en curso de una planta de energía nuclear, se forma un equilibrio de formación y desintegración de ¹³⁵ Xe. Si, por otro lado, el reactor se apaga, ¹³⁵ Xe continúa formándose a partir de los productos de fisión ya existentes , mientras que la degradación se ralentiza por los neutrones faltantes. Se habla aquí de envenenamiento por xenón , esto también evita el reinicio directo de un reactor nuclear apagado. El intento de compensar este fenómeno con medidas inadecuadas jugó un papel en el desastre de Chernobyl .

^{El 133} Xe se utiliza en medicina nuclear, donde se utiliza, entre otras cosas, para examinar el flujo sanguíneo al cerebro, los músculos, la piel y otros órganos. ^{El 129} Xe se utiliza como sonda en espectroscopia de resonancia magnética nuclear para investigar las propiedades de la superficie de varios materiales y biomoléculas.

usar

El xenón se utiliza principalmente como gas de relleno para lámparas. Esto incluye la lámpara de descarga de gas de xenón , en la que se enciende un arco de xenón , que alcanza una temperatura de alrededor de 6000 K. El gas ionizado emite una radiación comparable a la luz del día. Estas lámparas se utilizan, por ejemplo, en proyectores de películas , linternas y para la iluminación de pistas de aeropuertos. Las lámparas de descarga de gas de xenón también se utilizan en los faros de los automóviles; esta llamada luz de xenón es aproximadamente 2,5 veces más brillante que una lámpara halógena de la misma potencia eléctrica. Las lámparas incandescentes se pueden llenar con xenón o mezclas de xenón-criptón, lo que da como resultado una temperatura más alta del filamento y, por lo tanto, un mejor rendimiento lumínico.

El xenón es un medio láser en láseres excimer . En este caso, se forma una inestables Xe ₂ - dímero que la emisión de radiación a una típica longitud de onda nm de 172 en los ultravioleta desintegra región espectral. También se conocen láseres en los que se mezcla xenón con varios halógenos y se forman dímeros de halógeno Xe. Tienen otras longitudes de onda emitidas, por lo que el láser Xe-F emite luz con una longitud de onda de 354 nm.

El xenón se utiliza a menudo como medio de propulsión (masa de soporte) en unidades de iones . Los propulsores de iones , que generan solo fuerzas de empuje bajas, utilizan el suministro de medios de propulsión de manera mucho más eficiente que los propulsores químicos convencionales debido a su alto impulso específico y, por lo tanto, se utilizan en algunos satélites para motores de corrección o como propulsión principal de algunas sondas espaciales . que pueden así lograr objetivos que de otro modo no serían alcanzables para ellos. El xenón se utiliza porque, como gas noble, es más fácil de manipular y más respetuoso con el medio ambiente que el cesio o el mercurio, que también son posibles .

El xenón se utiliza, hasta una concentración del 35% para no tener un efecto narcótico, a modo de prueba como medio de contraste en el diagnóstico por rayos X , posiblemente complementado con criptón para aumentar la absorción. Al inhalar ¹²⁹ Xe hiperpolarizado , los pulmones se pueden visualizar fácilmente mediante resonancia magnética ( RMN ).

La baja conductividad térmica del xenón en comparación con el aire, el argón y el criptón abre posibilidades de aplicación especiales en el área de los vidrios aislantes multipaneles altamente aislantes . Debido a su alto precio, el xenón solo se utiliza como gas de relleno en unidades de vidrio aislante en casos especiales, p. Ej. B. cuando se trata de un aislamiento térmico particularmente alto incluso con unidades de vidrio aislante muy delgadas con espacios entre los paneles de menos de 8 mm (vidrio aislante en un marco catalogado, ventanas pequeñas bajo altas cargas climáticas).

Importancia biológica

Como los otros gases nobles, el xenón no entra en ningún enlace covalente con biomoléculas debido a su inercia y tampoco se metaboliza. Sin embargo , los átomos del gas pueden interactuar con los sistemas biológicos a través de dipolos inducidos . Por ejemplo, tiene un efecto narcótico a través de un mecanismo que aún no se ha entendido completamente, que involucra a los receptores de glutamato .

Investigaciones recientes sugieren que los efectos neuroprotectores y analgésicos también se pueden observar bajo la influencia del xenón .

Anestésicos

El xenón tiene un efecto narcótico y se puede utilizar como anestésico por inhalación . Ha sido aprobado para su uso en pacientes ASA 1 y 2 en Alemania desde 2005 y en otros once países desde 2007. Debido a los altos costos (200-300 € en lugar de 80-100 € por una operación de dos horas), no pudo establecerse en la anestesia diaria hasta 2015.

Para ser económico con el xenón, que cuesta 15 € / litro, se hace circular con el gas exhalado como un rebreather eliminando químicamente el CO ₂ exhalado y agregando oxígeno.

Debido a su coeficiente de partición sangre-gas muy bajo, entra y sale muy rápidamente. Cuando la purga puede gustar del óxido nitroso , se produce una hipoxia por difusión , por lo tanto, deberá lavarse con oxígeno puro. Tiene varias ventajas sobre el óxido nitroso de uso frecuente, como que es seguro de usar y no es un gas de efecto invernadero . La hemodinámica también es más estable con xenón que con otros anestésicos volátiles, i. En otras palabras, no hay caída de la presión arterial, la frecuencia cardíaca aumenta un poco. La desventaja es que con xenón, debido a que se requiere una concentración relativamente alta en los alvéolos para tener un efecto anestésico ( valor de MAC en el rango de 60 a 70%), solo se puede administrar un máximo de 30 o 40% de oxígeno en la mezcla de gases respirables. La principal desventaja del xenón es su alto precio.

dopaje

En el contexto de los Juegos Olímpicos de Invierno de 2014 en Sochi , la investigación de WDR sobre el abuso del xenón como agente de dopaje atrajo la atención del público. Desde los Juegos de Verano de 2004 en Atenas, los atletas rusos han estado tratando de mejorar su rendimiento reemplazando la mitad del oxígeno en el aire con gas xenón durante el entrenamiento. El estado ruso encargó un estudio correspondiente realizado por la instalación de investigación y desarrollo llamada Atom-Med-Zentrum. Según esta institución, el gas xenón estimula la producción de EPO en el cuerpo . En experimentos con animales, la producción de EPO aumentó al 160 por ciento en un día. Se sospechan efectos similares en humanos. En mayo de 2014, la AMA incluyó el xenón, como el argón, en la lista de dopaje. Sin embargo, este método de dopaje actualmente no deja rastros en la sangre.

Enlaces

Se conocen una gran cantidad de compuestos de xenón en los estados de oxidación +2 a +8. Los compuestos de xenón- flúor son los más estables, pero también se conocen compuestos con oxígeno , nitrógeno , carbono y algunos metales como el oro .

Compuestos de flúor

Se conocen tres compuestos de xenón con flúor: fluoruro de xenón (II) , fluoruro de xenón (IV) y fluoruro de xenón (VI) . El más estable de estos, y al mismo tiempo el compuesto de xenón más estable, es el fluoruro de xenón (II) de estructura lineal. Es el único compuesto de xenón que también se utiliza técnicamente en pequeñas cantidades. En síntesis de laboratorio se utiliza como fuerte agente oxidante y fluorante, por ejemplo para la fluoración directa de compuestos aromáticos.

Mientras que el fluoruro de xenón (II) se disuelve en agua y ácidos sin descomponerse y se hidroliza solo lentamente, el fluoruro de xenón (IV) cuadrado-plano y el fluoruro de xenón (VI) octaédrico se hidrolizan rápidamente. Son muy reactivos, por lo que el fluoruro de xenón (VI) reacciona con el dióxido de silicio y, por lo tanto, no puede almacenarse en recipientes de vidrio.

Compuestos de oxígeno y fluoruros de óxidos

Con oxígeno, el xenón alcanza el estado de oxidación más alto posible +8 en el óxido de xenón (VIII) y el oxifluoruro de trióxido de difluoruro de xenón XeO ₃ F ₂ , así como en los perxenatos de la forma XeO ₆ ⁴⁻ . Además, se conocen el óxido de xenón (VI) y los oxifluoruros XeO ₂ F ₂ y XeOF ₄ en el estado de oxidación +6, así como el óxido de xenón (IV) y el oxifluoruro XeOF ₂ con xenón tetravalente. Todos los óxidos y oxifluoruros de xenón son inestables y muchos son explosivos.

Otros compuestos de xenón

El cloruro de xenón (II) se conoce como otro compuesto de xenón-halógeno ; sin embargo, es muy inestable y solo se puede detectar espectroscópicamente a bajas temperaturas. De manera similar, los compuestos mixtos de hidrógeno-halógeno-xenón y el compuesto de hidrógeno-oxígeno-xenón HXeOXeH también podrían producirse mediante fotólisis en la matriz de gas noble y detectarse espectroscópicamente.

Se conocen compuestos orgánicos de xenón con varios ligandos, por ejemplo con compuestos aromáticos fluorados o alquinos . Un ejemplo de un compuesto de nitrógeno-flúor es FXeN (SO ₂ F) ₂ .

El xenón puede formar complejos con metales como el oro o el mercurio en condiciones súper ácidas . El oro se presenta principalmente en el estado de oxidación +2, también se conocen complejos de oro (I) y oro (III).

La categoría: Conexiones de xenón ofrece una descripción general de los compuestos de xenón .

literatura

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