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  • 氙是一种非金属元素,化学符号Xe。元素周期表中第0族元素之一,原子序数54。无色、无嗅、无味 ,化学性质极不活泼 。存在于空气中(每100ml空气含氙0.0087mL) ,也存在于温泉的气体中。从液态空气中与氪一起被分离得到。

    氙具有极高的发光强度,在照明技术上用来充填光电管、闪光灯和氙气高压灯。 此外,氙还用于深度麻醉剂、医用紫外线、激光器、焊接、难熔金属切割、标准气、特种混合气等。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名称: 外文名: Xenon
    符号: Xe 序号: 54
    CAS号: 7440-63-3 族: 18族
    周期: 5 元素分区: p
    原子质量: 131.3 密度: 5.887kg/立方米(273K)
    外观: 无色 熔点: 161.4 K(-112 °C)
    沸点: 165.1 K(-108 °C) 临界点: 16.6
    溶解度(水): 0.234ml/g(0℃)、0.121ml/g(20℃)、0.079ml/g(40℃)、0.046 化学式: XeO₃与XeO₄
    分子量: 131.293 水溶性: 110.9ml/L(298K)

    目录

    物理性质/氙 编辑

    氙的原子光谱 氙的原子光谱

    氙在常温常压下为无色无臭无毒的惰性气体,在放电管中为蓝色至绿色的气体。  

    原子半径:4.05Å;  

    共价半径:209pm   ;1.31Å   ;

    沸点:-108.10℃(101.325kpa);  

    三相点:16.130K;  

    气体密度:5.89kg·m⁻³(273.15K,101.325kpa)   ;

    液体密度:3057kg·m⁻³(-108.10℃,101.325kpa);  

    气液体积比:518.9;  

    介电常数:1.001238(298K,101.325kpa);  

    磁化率:-43×10⁻¹cgs·mol⁻¹(298K,101.325kpa);  

    折射率:1.000702(g,273K,101.325KPa,5893A);  

    比容:0.180m³·kg⁻¹(294.3K,101.325kPa);

    临界温度:289.74K;  

    临界压力:5764kPa;  

    临界密度:1100.0kg·m⁻³;  

    熔化热:17.49kJ·kg⁻¹(161.4K,81.6kPa);

    气化热:96.30KJ·kg⁻¹(165.1K,101.325kpa);

    比热容:Cp=160.03J/(kg·K)(g,298K,101.325kpa);Cv=96.41J/(kg·K)(g,298K,101.325kpa);

    比热比:Cp/Cv=1.67(g,298K,101.325kpa)   ;

    蒸气压:2634kPa(253K);4175kPa(273K);5147kPa(283K);

    粘度:0.02110mPa·S(g,273K,101.325kPa);0.528mPa·S(l,289.74k);

    表面张力:18.7mN·m⁻¹(163K);

    导热系数:0.005192W·m⁻¹·K⁻¹(273K,101.325kPa);165.014kh0.07322W·m⁻¹·K⁻¹(l);

    化学性质/氙 编辑

    数据

    氙的电子排布 氙的电子排布

    电子排布:[Kr]5s²5p⁶;

    电负性:2.60(泡林标度)   ;

    化学键能:Xe-O:84kJ ·mol⁻¹;

    氧化态:Xe(0), Xe(II), Xe(IV), Xe(VI), Xe(VIII)   ;

    晶体结构:面心立方晶胞;a = 620.23 pm;

    电离能(kJ /mol):I₁1170.4;I₂: 2046;I₃: 3097;I₄: 4300;
      I₅: 5500;I₆: 6600;I₇: 9300;I₈: 10600;I₉: 19800;I₁₀: 23000。

    氙的电子构型非常稳定,且它的电离能相对较大,因此在化学上显惰性,只与强的氧化剂反应。

    氟化反应与氟化氙

    氙气与氟气直接混合,可以得到无色的XeF₂,XeF₄与XeF₆晶体   ,氙与氟的比例不同,得到的主产物不同   :

    氙

    Xe:F₂=2:1,1273K,1.03×10⁵Pa   或298K,紫外线光照   :;

    氙

    Xe:F₂=1:5,873K,6.18×10⁵Pa:;

    氙

    Xe:F₂=1:20,573K,6.18×10⁵Pa:;

    若使用镍、钴和钙的氟化物作为催化剂能显著提高上述反应速率,使用Ag₂O或Ni₂O₃则可以在零度时引起氟和氙的爆炸反应。一些氟化物则对反应催化具有选择性,例如在Xe:F₂=1:10,温度为120℃时,使用氟化镁作为催化剂,产物只有XeF₂,若使用二氟化镍作为催化剂,产物则只有XeF₆。  

    氙的三种氟化物在室温下都能稳定存在。

    氙

    若将XeF₂溶于水中,则与水缓慢反应,又得到氙气:

    氙
    氙

    XeF₄与水反应时,一半发生反应,另一半则歧化为Xe(0)与Xe(VI):,反应过程中有疑似XeOF₂的黄色中间产物   。

    氙
    氙

    XeF₆与水发生的是水解反应:,生成的XeOF₄则进一步与水反应,直到完全水解:。生成的XeO₃可以溶解于水并稳定存在,不会进一步氧化水。碱性时,XeF₆会歧化为不溶解的高氙酸盐与氙气。  

    氙的氟化物都是强的氧化剂与氟化剂,在工业生产上有实际用途,例如一些有机物的氟化,使用的就是XeF₂。  

    含氧化合物

    氙的氧化物有XeO₃与XeO₄,对应的酸根为氙酸根(HXeO₄⁻)与高氙酸根(XeO₆⁴⁻)   。

    XeO₃可用XeF₄或XeF₆与水反应制得   ,XeO₃在酸性与中性溶液中稳定,在碱性溶液中以HXeO₄⁻形式存在,并且不稳定,易分解或歧化   。

    氙

    XeO₄可由高氙酸钡与硫酸复分解制得   :,XeO₄是一种稳定性差,易爆炸的黄色固体,氧化性极强   。

    除上边所述的XeF₆歧化制法,高氙酸盐亦可通过XeO₃的碱溶液与臭氧反应制得。  

    复合氟化物

    六氟化铂(左)与六氟合铂酸氙(右) 六氟化铂(左)与六氟合铂酸氙(右)
    氙

    在氙的化合物的发现史上,复合氟化物占有重要的地位。氙的第一个真正意义上的化合物正是复合氟化物氟铂酸氙(Xe⁺PtF₆⁻),它是用Xe与强氧化剂PtF₆混合产生的:。随着Xe与PtF₆的用量的不同,氟铂酸氙的组成可以在Xe⁺:PtF₆⁻=0.5:1之间变化。氟铂酸氙是一种发粘的橙黄色固体,在室温下稳定,遇水分解出氙,氧气,氟化氢和二氧化铂(IV)。其他一些金属的六氟化物也可以与氙反应生成形如XeMF₆的化合物。  

    将氙、氟和固态PF₅混合并辉光放电,可以生成不稳定的XePF₆,同时氙、氟和玻璃仪器反应产生Xe₂SiF₆。将二氟化氙和一些金属的五氟化物反应也可以生成XeMF₆型的化合物。  

    其它化合物

    含有Xe-N键与Xe-C的化合物均被发现,典型代表是FXeN(SO₂F)₂与[Xe(C₆F₅)]·[C₆F₅BF₃]   。

    氙还有氢醌包合物形式的化合物,其中氙被捕集至氢醌的晶格之中。  

    研究历史/氙 编辑

    氙于1898年7月由拉姆齐(William Ramsay)和特拉维斯(Morris W.Travers)在伦敦大学学院发现。在此之前,他们从液态空气中提取了氖,氩和氪,并且疑惑它是否包含其它气体。工业家Ludwig Mond给了他们一台新的液态空气机,他们用它提取了更多的稀有气体氪。经过多次蒸馏,他们终于分离出了一种更重的气体,在真空管中它发出漂亮的蓝色光芒。他们意识到它是气体元素“惰性”组的又一个成员,因为其在化学上是惰性的。他选择“ξένος(xenos)”这个希腊文命名氙,意为“陌生的”   。

    在“惰性气体”中,氙的化合物(含有化学键的)是最先被发现的。巴特列(Neil Bartlett)于1962年将PtF₆蒸汽与Xe混合,得到了橙黄色的XePtF₆晶体,打破了化学界中持续60年之久的“稀有气体对化学反应完全惰性”的神话。     21世纪,超过100种氙的化合物已经被制造出来。    

    同位素/氙 编辑

    氙的同位素中,¹¹⁰Xe至¹⁴⁷Xe均被实验室制得,其中能稳定存在的是¹²⁴Xe,¹²⁶Xe,¹²⁸Xe~¹³²Xe,¹³⁴Xe与¹³⁶Xe,自然界中丰度最大的是¹³²Xe。    

    主要用途/氙 编辑

    高压氙气灯的白色 高压氙气灯的白色

    氙广泛用于电子、光电源工业,还用于气体激光器和等离子流中。用氙气充的灯泡与相同功率的充氩灯泡相比具有发光率高、体积小、寿命长、省电等优点。氙气灯有极高的发光强度,一盏六万瓦的氙灯的亮度,相当于九百只一百瓦的普通灯泡。由于氙具有几乎连续的光谱,因此可以在高压电弧放电作用下产生类似日光的明亮白光   ,这种长弧氙灯俗称“人造小太阳”   ,由于透雾能力特别强,可用作有雾导航灯。氙闪光灯的色彩好,用于拍摄彩色电影。

    氙灯可以放出紫外线,医疗上对此有所应用   。氙的同位素被用于测量脑血流量与研究肺功能、计算胰岛素分泌量等     。

    氙灯凹面聚光后可生成2500℃高温,可用于焊接或切割难熔金属,如钛、钼等。

    氙还是一种没有副作用的深度麻醉剂     ,它能溶于细胞质的油脂中,引起细胞的膨胀和麻醉,从而使神经末梢的作用暂时停止。人们曾试用4/5的氙气和1/5的氧气组成混合气体,作为麻醉剂,效果很好。只是由于氙气很少,所以这种方法不能广泛应用。

    由于可以吸收X射线,氙也被用作X射线的屏蔽。  

    此外,氙在原子核反应堆和高能物理方面也有很多用途。

    危险性/氙 编辑

    氙为非腐蚀性气体,且本身无毒,人吸入后以原形排出,但在高浓度时有窒息作用。氙有麻醉性,它和氧的混合物是对人体的一种麻醉剂   。

    元素分布/氙 编辑

    空气中含量:约90ppm;

    地壳中含量:2×10⁻⁶ppm   ;

    元素在海水中的含量:1×10⁻⁴ppm   ;

    大气中的Xe主要来自原始生成,岩石圈、小行星、陨石通过风化作用释放出其中的稀有气体。宇宙射线和其他高能粒子的核反应也能产生少量Xe。  

    制备方法/氙 编辑

    氙在空气中的储量达到19.5亿吨,因此通过分馏液态空气是制取氙的良好途径。氙是空分工业的副产物。   首先液化空气,分馏出液氧,稀有气体即富集于其中,通过进一步分馏,提纯可分离出稀有气体的混合液。173K时使用活性炭吸附,Ar,Kr与Xe被吸附,通过改变温度及其他条件,可以获得氙。  

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    化学元素

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