Ксенон

Химические свойства

Водой бурно гидролизуется до триоксида ксенона и плавиковой кислоты в три этапа. Все промежуточные продукты гидролиза выделены в индивидуальном состоянии:

 XeF₆ + H₂O → XeOF₄ + 2 HF

 XeOF₄ + H₂O → XeO₂F₂ + 2 HF

 XeO2F₂ + H₂O → XeO₃ + 2 HF

При растворении в жидком фтороводороде происходит частичная диссоциация:

 XeF₆ + HF ⇄ XeF₅+ + HF₂−

Гексафторид ксенона является достаточно сильной кислотой Льюиса. В присутствии фторид-ионов возможно протекание следующих реакций:

 XeF6 + F− → [XeF₇]−

 [XeF₇]− + F− → [XeF₈]2−

Например, вещество легко реагирует с фторидами щелочных металлов (кроме LiF):

 XeF₆ + RbF → Rb[XeF₇]

Однако при нагревании таких солей выше 50 °C происходит разложение:

 2 RbXeF₇ → XeF₆ + Rb₂[XeF₈]

Соединения состава M₂XeF₈ достаточно устойчивы. Например, натриевое производное устойчиво до 100 °C, а цезиевое — до 400 °C.

С фторидами менее активных элементов гексафторид ксенона образует двойные соли, которые впервые получили ещё в 1967 году. Например, были получены 4XeF₆·GeF₄, 2XeF₆·GeF₄ и XeF₆·GeF₄, но получить аналогичное соединение с фторидом кремния не удалось, за счёт слабой основной функции SiF₄. Вещество также взаимодействует с BF₃ и AsF₅ в соотношении 1:1. При этом образуются белые устойчивые кристаллы, слаболетучие при комнатной температуре (давление паров составляет около 1 мм.рт.ст). XeF₆·BF₃ плавится при 80 °C с образованием жёлтой вязкой жидкости.

Также были сообщения о получении высшего фторида XeF₈ из XeF₆ и F₂, однако эти данные не подтвердились. Существование октафторида ксенона не возможно из-за размера атома ксенона: атомы фтора были бы очень близко расположены относительно друг друга, и сила отталкивания одноименных зарядов была бы больше энергии связи Xe-F.

Применение

Ксеноновая лампа-вспышка

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.
• 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 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 ингаляционного наркоза.
• В наши дни[уточнить] 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 , проявляющего сильные окисляющие свойства.

Примечания

1. ↑
2. ↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 548—549. — 671 с. — 100 000 экз.
3. Ramsay, W.; Travers, M. W. (1898). «On the extraction from air of the companions of argon, and neon». Report of the Meeting of the British Association for the Advancement of Science.
4. Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2 (Даф-Мед). — 671 с. — ISBN 5-82270-035-5.
5. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Неорганическая химия в реакциях. Справочник. — 2. — Москва: Дрофа, 2007. — С. 609. — 640 с.

Главные аспекты

Перед тем, как начинать тюнинг автомобиля, рекомендуется посоветоваться с мастером автосервиса, который расскажет, какой тип ламп лучше подойдет для машины конкретной модели.

Несмотря на все плюсы, ксенон и биксенон имеют множество минусов, которые обязательно следует учесть.

Общие понятия

Существует несколько понятий, с которыми может столкнуться водитель, выбирая тип ламп для своего транспортного средства:

При использовании обычной – штатной бортовой системы машины не создаются специальные условия для горения дуги. Так, к любой ксеноновой лампе в комплекте прилагается блок розжига.

За счет такого преобразования гарантируется возникновение дуги в колбе, наполненной газом, и лампы начинают ярко светить.

В чем разница освещении

Используя ксеноновые лампы, можно получить качественный ближний свет. За счет работы биксеноновых ламп обеспечивается качественное ближнее и дальнее освещение.

Роль такого механизма играет металлический экран, который также называют рефлекторной шторкой. Перемещение механизмов осуществляется с помощью магнита.

При этом открываются разные зоны фар, в зависимости от того, какой участок дороги необходимо осветить.

Так, отличие биксенона заключается в том, что при его использовании водитель может менять фокус и добиваться освещения на разные расстояния.

За счет того, что биксеноновые фары имеют более сложную и совершенную конструкцию, они стоят дороже ксеноновых. При этом принцип их работы идентичен. Разница заключается в качестве работы оборудования.

Достоинства ксенона и биксенона:

Кроме плюсов у ламп их ксенона и биксенона имеются и минусы:

Сильнее всего разница между ксеноновыми, биксеноновыми лампами и штатной оптикой выражается в яркости и направленности света.

При использовании биксеноновых линз водитель получает одинаково качественное освещение при использовании как ближнего, так и дальнего цвета.

Фото: разница между ксеноновыми, биксеноновыми лампами и штатной оптикой

Какими нормативными актами регулируется

Нормативные акты, которые должны быть приняты во внимание водителями, желающими установить на своем автомобиле ксеноновые или биксеноновые лампы:

1. Постановление Правительства РФ № 1090 «О Правилах Дорожного Движения». Указываются правила использования водителями фар, и особенности получения разрешения на тюнинг авто, а также, правила управления автомобилем и применение ближнего/дальнего цвета.
2. Разъяснения Департамента обеспечения безопасности дорожного движения МВД РФ «Об использовании ксеноновых фар». Документ был принят от 20 февраля 2010 года и действует до сих пор.
3. Кодекс об Административных Правонарушениях – ФЗ № 195.

Если конструкция машины не подразумевает использование нештатного ксенона, то есть, линзы и лампы не были установлены в условиях производства, рекомендуется получить разрешение перед самостоятельной установкой ксенона или биксенона.

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. В дальнейшем ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделён дистилляцией на криптон и ксенон, подробнее см. .

Из-за своей малой распространенности ксенон гораздо дороже более легких инертных газов.

Атом и молекула ксенона. Формула ксенона. Строение атома ксенона:

Ксенон (лат. Xenon, от греч. ξένος – «чужой, странный») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Xe и атомным номером 54. Расположен в 18-й группе (по старой классификации – главной подгруппе восьмой группы), пятом периоде периодической системы.

Ксенон – неметалл. Относится к группе инертных (благородных) газов.

Как простое вещество ксенон при нормальных условиях представляет собой инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Молекула ксенона одноатомна.

Химическая формула ксенона Xe.

Электронная конфигурация атома ксенона 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p6. Потенциал ионизации (первый электрон) атома ксенона равен 1170,35 кДж/моль (12,1298436(15) эВ).

Строение атома ксенона. Атом ксенона состоит из положительно заряженного ядра (+54), вокруг которого по пяти оболочкам движется 54 электрона. При этом 46 электронов находятся на внутреннем уровне, а 8 электронов – на внешнем. Поскольку ксенон расположен в пятом периоде, оболочек всего пять. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья и четвертая – внутренние оболочки представлены s-, р- и d-орбиталями. Пятая – внешняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. На внешнем энергетическом уровне атома ксенона на 5s-орбитали находятся два спаренных электрона, на 5p-орбитали находятся шесть спаренных электрона. В свою очередь ядро атома ксенона состоит из 54 протонов и 77 нейтронов. Ксенон относится к элементам p-семейства.

Радиус атома ксенона (вычисленный) составляет 108 пм.

Атомная масса атома ксенона составляет 131,293(6) а. е. м.

Содержание ксенона в земной коре составляет 2,0×10-9 %, в морской воде и океане – 5,0×10-10 %.

Ксенон – химически инертный химический элемент.

Применение

Ксеноновая лампа-вспышка

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.
• 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 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 ингаляционного наркоза.
• В наши дни[уточнить] 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 , проявляющего сильные окисляющие свойства.

Примечания[править | править код]

1. ↑  (англ.). www.webelements.com. Дата обращения: 6 августа 2009.
2. ↑
3. ↑ Легасов В. А., Соколов В. Б. Ксенон // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Даффа—Меди. — С. 548—549. — 671 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-035-5.
4. Ramsay W., Travers M. W. On the extraction from air of the companions of argon, and neon (англ.) // Report of the Meeting of the British Association for the Advancement of Science. — 1898. — P. 828.
5. Gagnon, Steve . Thomas Jefferson National Accelerator Facility. Дата обращения: 16 июня 2007.
6. ↑
7. Williams, David R. . NASA (1 сентября 2004). Дата обращения: 10 октября 2007.
8. Schilling, James  (недоступная ссылка). Mars Global Circulation Model Group. Дата обращения: 10 октября 2007.
9. Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Неорганическая химия в реакциях. Справочник. — 2-е изд.. — Москва: Дрофа, 2007. — С. 609. — 640 с.
10.  (недоступная ссылка). Дата обращения: 11 сентября 2011.
11.  (недоступная ссылка). Дата обращения: 16 февраля 2011.
12.  (недоступная ссылка). Дата обращения: 10 ноября 2015.

Распространённость

В Солнечной системе

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.

Свойства

Физические

Гранецентрированная кубическая структура ксенона

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

Заполненная ксеноном газоразрядная трубка

Химические

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

Первое соединение ксенона было получено Нилом Барлеттом реакцией ксенона с гексафторидом платины в 1962 году. 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).

Реакции со фтором:

Xe+F2→XeF2{\displaystyle {\mathsf {Xe+F_{2}\rightarrow XeF_{2}}}} при комнатной температуре и УФ-облучении или при 300—500ºС, p

Xe+2F2→XeF4{\displaystyle {\mathsf {Xe+2F_{2}\rightarrow XeF_{4}}}} при 400ºС, р; примеси XeF₂, XeF₆

Xe+3F2→XeF6{\displaystyle {\mathsf {Xe+3F_{2}\rightarrow XeF_{6}}}}при 300ºС, р; примесь XeF₄

Примечания

1. ↑
2. ↑ Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 548—549. — 671 с. — 100 000 экз.
3. Ramsay, W.; Travers, M. W. (1898). «On the extraction from air of the companions of argon, and neon». Report of the Meeting of the British Association for the Advancement of Science.
4. Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2 (Даф-Мед). — 671 с. — ISBN 5-82270-035-5.
5. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Неорганическая химия в реакциях. Справочник. — 2. — Москва: Дрофа, 2007. — С. 609. — 640 с.

Устройство и принцип работы

В конструкции ксеноновых ламп нет спирали накаливания. Она заменена электрическим разрядом, который появляется между электродами, помещенными в эллиптическую колбу. Именно в ней находится газ ксенон, смешанный с солями металлов. Смесь закачивают под давлением. При эксплуатации изделия образуется сильный пучок света, превосходящий по интенсивности галогенные лампочки. Поэтому с ксеноновым светом устанавливают специальные линзы и рефлектор.

Предотвратить ослепление других водителей на дороге помогает оптика с ксеноном, которая оборудуется омывателем фар и динамическим корректором. Последний имеет довольно высокую цену, однако особенно необходим при таком тюнинге. Омыватель фар исключает рассеивание света через забрызганные грязью стекла. При установке ксеноновой оптики на подержанную машину регулировку света проводят на стационарном аппарате.

Цвета ламп зависит от температуры (измеряется в кельвинах), до которой нагревается газ в колбе. Ассортимент современных источников света включает следующие виды:

1. Ксенон 3000к светит теплым желтоватым оттенком – его можно устанавливать только в противотуманки.
2. 4300к имеет бело-молочный свет – его устанавливают на заводе.
3. 5000к – белый.
4. 6000к – голубой кристалл.

Поскольку в ксеноновых лампах отсутствует нить накаливания, в первые годы их использования возникали трудности с включением ближнего и дальнего света. Ксеноновые источники света устанавливали только на машины с 4 рефлекторами. Однако современная оптика представлена двумя конструкциями биксенона. В простых изделиях колбы с ксеноном смещаются в одном цоколе. Биксеноновые фары – это устройства, оснащенные шторкой для неполного закрывания рефлектора. Современная оптика имеют привод, который двигает лампу горизонтально, обеспечивая разные режимы освещения дороги.

Маркировка

Обычные лампочки, согласно ГОСТу, имеют следующую маркировку:

• C – ближний свет;
• R – дальний;
• CR – двухрежимный.

В обозначении фар для ксенона должна быть написана буква «D», а для галогена – «H». Если владелец автомобиля устанавливает такие лампы, он должен убедиться, что на оптике имеются соответствующие обозначения.

На многих машинах маркировка фар находится на их стеклянной части, сзади или сверху. В последних случаях потребуется открыть капот. На некоторых моделях понадобится снять фару. Стоит рассмотреть изделие с маркировкой:

1. Обозначение «1» расположено слева и указывает на тип фары: A – боковые, B – противотуманные, C – ближнего освещения, R – дальнего, CR или C/R – соответственно, ближнего и дальнего.
2. Обозначение «2» относится к типу ламп, к примеру, HCR или DC.
3. Цифра «3» имеет несколько расшифровок и выглядит как «E15». Первая буква обозначает международный стандарт (E – для машин европейского производства, DOT или SAE – для авто из США). Рядом с буковой находится цифра – код страны-производителя.
4. Обозначение «4» выглядит как стрелка, одно- или двунаправленная. Если она указывает вправо – значит, оптика предназначена для стран с правосторонним движением. В универсальных изделиях фары имеют двунаправленные стрелки.

Сравнение с другими видами фар и что лучше

Фары ксенон, как и светодиодные лед лампы, постепенно заменяют галогеновые. Их свет можно сравнить с дневным, тогда как при работе старых ламп он имеет желтый оттенок и быстрее утомляет глаза водителя. Свет от ламп накаливания, как и от галогеновых, рассеивается благодаря определенной конструкции фар. Ксеноновый образует пучок лучей за счет применения линз.

Срок эксплуатации ксеноновых источников света намного больше, чем у остальных – около 3 тыс. часов. Галогеновые лампочки могут прослужить лишь 500 часов. Различия кроются и в конструкции ламп, ведь при ксеноновом освещении свет создается за счет работы колбы с закачанным газом, а в галогеновых накаливается спираль из специального сплава. Светодиодные фары лед сотрудники ГИБДД приравнивают к галогеновым.

Изотопы

Основная статья: Изотопы ксенона

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 (см. также Иодная яма).

Ссылки[править | править код]

• Ксенон на Webelements
• Ксенон в Популярной библиотеке химических элементов
• Ксенон в качестве анестетика и лекарственного средства

Геохимия ксенона

АНОМАЛЬНЫЙ КСЕНОН ЗЕМЛИ

• Страница — краткая статья
• Страница — энциклопедическая статья
• Разное — на страницах: , , ,

Устройство и принцип работы

Лампа состоит из специальной трубки и прочного стекла, которые хорошо запаяны. Внутри, под большим давлением, находится смесь инертных газов. Большая часть состоит из ксенона.

Также внутри этой лампы имеется два электрода. Они обеспечивают пропуск электрического тока и образуют электрическую дугу для розжига газа. Чтобы газ включился в работу, необходимо потребить большое количество энергии, которая превращается в высоковольтный импульс.

Трубка – это стеклянный корпус. Сама же трубка может иметь разную форму. В этот самый инструмент по обе вертикальные стороны впаиваются электроды, между которыми активизируется электрическая дуга. В трубке существует и другой электрод. Он расположен вертикально вдоль всей трубки. Он ионизирует газовый состав и запускает разряд.

Как происходит работа ксеноновых ламп?

Происходит это в несколько шагов.

• Шаг первый. Благодаря блоку розжига, происходит подача высоковольтного импульса до 30000 Вольт.
• Шаг второй. Активизируется электрическая дуга.
• Шаг третий. Благодаря ионизации газа, через который под большим напряжением проходит ток, создается вспышка белого света. Данный процесс очень важен, т.к. необходим для сокращения электрического сопротивления газа внутри колбы.
• Шаг четвертый. Ток проходит через газ и активирует работу атомов ксенона.
• Шаг пятый. Атомы ксенона помогают электронам переходить на орбиты с более высокой энергией.
• Шаг шестой. Электроны постепенно возвращаются к первоначальным орбитам, при этом образуя энергию, которая будет выраженная в форме фотона. Это обеспечивает подачу яркого и насыщенного света.

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. В дальнейшем ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделён дистилляцией на криптон и ксенон, подробнее см. Криптон#Получение.

Из-за своей малой распространённости ксенон гораздо дороже более лёгких инертных газов. В 2009 году цена ксенона составляла около 20 евро за литр газообразного вещества при стандартном давлении.