Есть ли ксенон в атмосфере

Обновлено: 04.07.2024

Код Кемлера:
20 : удушающий газ или газ, не представляющий дополнительной опасности Номер
ООН :
2036 : СЖАТЫЙ КСЕНОН
Класс:
2.2
Этикетка: 2.2 : Невоспламеняющиеся, нетоксичные газы (соответствует группам, обозначенным буквой A или заглавной О); Упаковка: -

Код Кемлера:
22 : охлажденный сжиженный газ, удушающий
номер Номер ООН :
2591 : КСЕНОН, ХОЛОДИЛЬНАЯ ЖИДКОСТЬ
Класс:
2.2
Этикетка: 2.2 : Невоспламеняющиеся, нетоксичные газы (соответствуют группам, обозначенным буквой A или заглавной O); Упаковка: -

Ксенон является химическим элементом из атомного номера 54, символ Xe. Это благородный газ без запаха и цвета. В газоразрядной лампе он излучает синий свет.

Ксенон - самый редкий и самый дорогой из благородных газов, за исключением радона , все изотопы которого радиоактивны.

Ксенон извлекается воздушной перегонкой. Перегонять воздух, он должен быть жидким при сжатии его (он нагревается, оставаясь при этом газообразная, но сохраняя его сжимают и охлаждая его, он разжижает ). Затем ксенон можно извлечь фракционной перегонкой из воздуха, который стал жидким.

Резюме

История

В 1930-х годах инженер Гарольд Эдгертон начал интересоваться стробоскопом для применения в высокоскоростной фотографии . Это исследование привело его к изобретению ксенонового строба, в котором свет генерировался очень коротким разрядом тока в трубке, заполненной ксеноном. К 1934 году Эдгертон смог с помощью этой техники генерировать вспышки микросекундной длительности.

В 1939 году Альберт Р. Бенке-младший изучал причины наркоза у водолазов в глубокой воде, заставляющих дышать воздухом более плотным и более высоким давлением, чем окружающий воздух. Проверяя эффект изменения состава воздуха в баллонах, он понял, что человеческий организм по-разному реагирует в зависимости от химического состава газа, вдыхаемого под высоким давлением. Он приходит к выводу, что ксенон можно использовать в анестезии . Хотя кажется, что русский Лажарев изучал использование ксенона в анестезии в 1941 году, первая опубликованная работа, подтверждающая действие ксенона, датируется 1946 годом и касается экспериментов Дж. Х. Лоуренса на мышах. Первое использование ксенона в качестве анестетика в хирургии относится к 1951 году, когда Стюарт Каллен провел операцию двум пациентам.

В 1960 году физик Джон Х. Рейнольдс (in) обнаружил, что некоторые метеориты содержат аномально высокие уровни изотопа 129 ксенона. Он предположил , избыток этого изотопа пришел из продукта распада из йода 129 . Этот изотоп медленно образуется в межзвездной среде в результате реакций расщепления из-за космических лучей и реакций деления ядер , но в значительных количествах он образуется только при взрыве сверхновых . Полувыведения из йода-129 является относительно коротким по космологической шкале (всего 16 миллионов лет), это показало , что мало времени прошло между сверхновой и моментом , когда метеорит затвердевает в улавливания йода 129 . Считалось, что эти два события (сверхновая звезда и затвердевание газового облака) произошли в первые дни истории Солнечной системы , при этом йод-129, вероятно, образовался до - хотя и незадолго до - образования Солнечной системы.

Ксенон и другие благородные газы долгое время считались полностью химически инертными и не участвовали в образовании химических соединений . Однако, преподавая в Университете Британской Колумбии , Нил Бартлетт обнаружил, что гексафторид платины (PtF ₆ ) является очень мощным окислителем , способным окислять кислород (O ₂ ) с образованием диоксигенилгексафтороплатината (O ₂ + [PtF ₆ ] - ). . Поскольку кислород и ксенон имеют почти идентичные энергии первой ионизации , Бартлетт понял, что гексафторид платины, возможно, также может окислять ксенон. в 23 марта 1962 г. , он смешал эти два газа и получил первое химическое соединение, содержащее благородный газ, гексафтороплатинат ксенона . Бартлетт думал, что его состав был Xe + [PtF ₆ ] - , но более поздние исследования показали, что он, вероятно, сделал смесь нескольких солей ксенона. С тех пор были обнаружены многие другие соединения ксенона и идентифицированы некоторые соединения, содержащие другие благородные газы ( аргон , криптон и радон ), включая, в частности, гидрофторид аргона , дифторид криптона или фторид радона .

Изобилие на Земле и во Вселенной

Ксенон существует в следовых количествах в атмосфере Земли с концентрацией 0,087 ± 0,001 частей на миллион .

Ксенон относительно редко встречается на Солнце , на Земле , в астероидах или кометах .

Атмосфера Марса имеет такое же содержание ксенона, как и Земля, или 0,08 частей на миллион . Напротив, доля ксенона-129 (по отношению к общему ксенону) на Марсе выше, чем на Земле или на Солнце. Поскольку этот изотоп образуется при распаде радиоактивных элементов, это указывает на то, что Марс, возможно, потерял большую часть своей ранней атмосферы, возможно, в первые 100 миллионов лет после своего образования.

Напротив, атмосфера Юпитера имеет необычно высокую концентрацию ксенона, примерно в 2,6 раза больше, чем у Солнца. Эта высокая концентрация остается необъяснимой и может быть связана с быстрым и ранним образованием планетезималей до того, как протопланетный диск начнет нагреваться (иначе ксенон не оказался бы во льду планетезималей). В Солнечной системе в целом доля ксенона (с учетом всех его изотопов) составляет 1,56 · 10 -8 , или массовая концентрация 1 из 64 миллионов.

Низкая концентрация ксенона на Земле может быть объяснена возможностью ковалентных связей ксенон-кислород в кварце (особенно при высоком давлении), что может уменьшить присутствие газообразного ксенона в атмосфере. Два исследователя, Святослав Щека и Ханс Кепплер, предложили другое объяснение в 2012 году: когда магма остывала и кристаллизовалась, она захватывала более легкие инертные газы. Большинство крупных атомов ксенона осталось в атмосфере. Под воздействием тепла, сильного ультрафиолетового излучения молодого Солнца и бомбардировки Земли метеоритами атмосфера частично улетела в космос, унося с собой ксенон. Другие исследователи «объясняют, что ксенон есть, но где-то прячется. Мы говорим, что его там нет, потому что на очень ранних этапах истории Земли ему негде было спрятаться. "

В отличие от других благородных газов меньшей массы, ксенон и криптон не образуются в звездном нуклеосинтезе внутри звезд . Действительно, затраты энергии на производство элементов тяжелее никеля 56 путем плавления слишком высоки. В результате при взрывах сверхновых образуется большое количество изотопов ксенона .

Промышленное производство

Промышленно, ксенон является побочным продуктом из отделения от воздуха в кислород и азот . В результате этого разделения, обычно осуществляемого фракционной перегонкой в двойной колонне , полученный жидкий кислород содержит небольшое количество ксенона и криптона. Путем проведения дополнительных стадий фракционной перегонки его можно обогатить, чтобы он содержал кумулятивную концентрацию от 0,1 до 0,2% криптона и ксенона, смеси благородных газов, извлекаемых адсорбцией на силикагеле или дистилляцией. Затем эту смесь разделяют перегонкой на ксенон и криптон. Для извлечения одного литра ксенона из атмосферы требуется 220 ватт-часов энергии . В 1998 году мировое производство ксенона составляло от 5 000 до 7 000 м 3 ( ) . Из-за низкой концентрации в воздухе ксенон намного дороже, чем другие более легкие благородные газы. В 1999 г. закупочная цена небольших партий составляла около 10 евро / л по сравнению с 1 евро / л для криптона и 0,20 евро / л для неона. Эти цены остаются очень скромными по сравнению с ценой на гелий 3 .

Ксенон - это химический элемент с символом Xe и атомным номером 54. Это бесцветный, плотный благородный газ без запаха, обнаруженный в атмосфере Земли в следовых количествах. Хотя обычно ксенон не реагирует, он может подвергаться нескольким химическим реакциям, таким как образование гексафтороплатината ксенона , первого синтезируемого соединения благородного газа .

Ксенон используется в импульсных лампах и дуговых лампах , а также в качестве общего анестетика . Первый эксимерный лазер конструкции используется ксеноновая димера молекула (Xe ₂ ) в качестве активной среды , а также самые ранние лазерные конструкции используются лампы ксеноновой вспышки , как насосы . Ксенон используется для поиска гипотетических слабовзаимодействующих массивных частиц и в качестве топлива для ионных двигателей космических кораблей.

Встречающийся в природе ксенон состоит из семи стабильных изотопов и двух долгоживущих радиоактивных изотопов. Более 40 нестабильных изотопов ксенона подвергаются радиоактивному распаду , и изотопные отношения ксенона являются важным инструментом для изучения ранней истории Солнечной системы . Радиоактивный ксенон-135 получают путем бета - распада от йода-135 (продукт ядерного деления ), и является наиболее значимым (и нежелательные) поглотитель нейтронов в ядерных реакторах .

СОДЕРЖАНИЕ

История

В 1930-х годах американский инженер Гарольд Эдгертон начал исследовать технологию стробоскопического света для высокоскоростной фотографии . Это привело его к изобретению ксеноновой лампы-вспышки, в которой свет генерируется путем пропускания короткого электрического тока через трубку, заполненную газом ксеноном. В 1934 году Эдгертон смог с помощью этого метода генерировать вспышки длительностью в одну микросекунду .

Ксенон и другие благородные газы долгое время считались полностью химически инертными и не способными образовывать соединения . Однако, преподавая в Университете Британской Колумбии , Нил Бартлетт обнаружил, что газовый гексафторид платины (PtF ₆ ) является мощным окислителем, который может окислять газообразный кислород (O ₂ ) с образованием диоксигенилгексафтороплатината ( O +
₂ [PtF
₆ ] -
). Поскольку O ₂ (1165 кДж / моль) и ксенон (1170 кДж / моль) имеют почти одинаковый первый потенциал ионизации , Бартлетт понял, что гексафторид платины также может окислять ксенон. 23 марта 1962 года он смешал два газа и получил первое известное соединение благородного газа, гексафтороплатинат ксенона .

Бартлетт думал, что его состав был Xe + [PtF ₆ ] - , но более поздние исследования показали, что это, вероятно, смесь различных ксенонсодержащих солей. С тех пор были обнаружены многие другие соединения ксенона, помимо некоторых соединений благородных газов аргона , криптона и радона , включая фторгидрид аргона (HArF), дифторид криптона (KrF ₂ ) и фторид радона . К 1971 году было известно более 80 соединений ксенона.

В ноябре 1989 года ученые IBM продемонстрировали технологию, способную управлять отдельными атомами . Программа, названная IBM в атомах , использовала сканирующий туннельный микроскоп, чтобы расположить 35 отдельных атомов ксенона на подложке из охлажденного кристалла никеля, чтобы обозначить трехбуквенный инициализм компании. Это был первый случай, когда атомы были точно расположены на плоской поверхности.

Характеристики

Жидкие (безликие) и кристаллические твердые наночастицы Xe, полученные имплантацией ионов Xe + в алюминий при комнатной температуре.

Ксенон имеет атомный номер 54; то есть его ядро содержит 54 протона . При стандартной температуре и давлении чистый газообразный ксенон имеет плотность 5,894 кг / м 3 , что примерно в 4,5 раза превышает плотность атмосферы Земли на уровне моря, 1,217 кг / м 3 . В жидком виде ксенон имеет плотность до 3,100 г / мл, причем максимум плотности приходится на тройную точку. Жидкий ксенон обладает высокой поляризуемостью из-за большого атомного объема и, таким образом, является отличным растворителем. Он может растворять углеводороды, биологические молекулы и даже воду. В тех же условиях плотность твердого ксенона 3,640 г / см 3 больше, чем средняя плотность гранита 2,75 г / см 3 . Под гигапаскаль от давления , ксенон образует металлическую фазу.

Твердый ксенон превращается из гранецентрированной кубической (ГЦК) кристаллической фазы в гексагональную плотноупакованную (ГПУ) кристаллическую фазу под давлением и начинает превращаться в металлическую при примерно 140 ГПа без заметного изменения объема в ГПУ-фазе. Он полностью металлический при давлении 155 ГПа. В металлизированном состоянии ксенон кажется небесно-голубым, потому что он поглощает красный свет и передает другие видимые частоты. Такое поведение необычно для металла и объясняется относительно небольшой шириной электронных зон в этом состоянии.

Жидкие или твердые наночастицы ксенона могут быть сформированы при комнатной температуре путем имплантации ионов Xe + в твердую матрицу. У многих твердых тел постоянные решетки меньше, чем у твердого Xe. Это приводит к сжатию имплантированного Хе до давлений, которые могут быть достаточными для его разжижения или затвердевания.

Ксенон входит в группу элементов с нулевой валентностью , которые называются благородными или инертными газами . Он инертен к большинству обычных химических реакций (например, к горению), поскольку внешняя валентная оболочка содержит восемь электронов. Это создает стабильную конфигурацию с минимальной энергией, в которой внешние электроны прочно связаны.

В газонаполненной трубке ксенон излучает голубое или бледно-лиловое свечение при возбуждении электрическим разрядом . Ксенон излучает полосу эмиссионных линий, которые охватывают визуальный спектр, но наиболее интенсивные линии возникают в области синего света, вызывая окраску.

Возникновение и производство

Ксенон - это следовой газ в атмосфере Земли , встречающийся в 87 ± 1 нл / л ( частей на миллиард ), или примерно 1 часть на 11,5 миллиона. Он также входит в состав газов, выбрасываемых из некоторых минеральных источников .

Ксенон получают в промышленных масштабах как побочный продукт разделения воздуха на кислород и азот . После этого разделения, обычно выполняемого фракционной перегонкой в двухколонной установке, полученный жидкий кислород будет содержать небольшие количества криптона и ксенона. Путем дополнительной фракционной перегонки жидкий кислород можно обогатить, чтобы он содержал 0,1–0,2% смеси криптон / ксенон, которую экстрагируют либо абсорбцией на силикагеле, либо перегонкой. Наконец, смесь криптона и ксенона может быть разделена на криптон и ксенон путем дальнейшей перегонки.

Мировое производство ксенона в 1998 г. оценивалось в 5 000–7 000 м 3 . Из-за своего дефицита ксенон намного дороже, чем более легкие благородные газы - приблизительные цены на закупку небольших количеств в Европе в 1999 году составляли 10 евро / л для ксенона, 1 евро / л для криптона и 0,20 евро / л для неона. , в то время как гораздо более обильный аргон стоит менее цента за литр. Эквивалентные затраты на килограмм ксенона рассчитываются путем умножения стоимости литра на 174.

В Солнечной системе, то нуклон доля ксенона 1,56 × 10 -8 , для изобилия приблизительно одной части в 630 тысяч от общей массы. Ксенон относительно редко встречается в атмосфере Солнца , на Земле , а также в астероидах и кометах . Содержание ксенона в атмосфере планеты Юпитер необычно велико, примерно в 2,6 раза больше, чем у Солнца. Это изобилие остается необъяснимым, но могло быть вызвано ранним и быстрым накоплением планетезималей - небольших субпланетных тел - до нагрева пресолнечного диска . (В противном случае ксенон не попал бы в ловушку в планетезимальных льдах.) Проблема низкого земного ксенона может быть объяснена ковалентной связью ксенона с кислородом внутри кварца , что снижает выделение ксенона в атмосферу.

В отличие от благородных газов с меньшей массой, в процессе нормального звездного нуклеосинтеза внутри звезды ксенон не образуется. Элементы более массивные, чем железо-56, потребляют энергию за счет синтеза, а синтез ксенона не дает никакой выгоды для звезды. Вместо этого ксенон образуется во время взрывов сверхновых, при взрывах классических новых , в результате медленного процесса захвата нейтронов ( s-процесса ) в красных звездах-гигантах, которые исчерпали свой водород в ядре и вошли в асимптотическую ветвь гигантов , а также в результате радиоактивного распада, например при бета - распаде из потухшего йода-129 и спонтанного деления из тория , урана и плутония .

Изотопы

Встречающийся в природе ксенон состоит из семи стабильных изотопов : 126 Xe, 128–132 Xe и 134 Xe. Теоретически изотопы 126 Xe и 134 Xe должны подвергаться двойному бета-распаду , но этого никогда не наблюдалось, поэтому они считаются стабильными. Кроме того, изучено более 40 нестабильных изотопов. Самыми долгоживущими из этих изотопов являются первичный 124 Xe, который подвергается двойному захвату электронов с периодом полураспада 1,8 × 10 22 лет , и 136 Xe, который претерпевает двойной бета-распад с периодом полураспада 2,11 × 10 21 год . 129 Xe производится бета - распада из 129 I , который имеет период полураспада 16 миллионов лет. 131m Xe, 133 Xe, 133m Xe и 135 Xe являются одними из продуктов деления 235 U и 239 Pu и используются для обнаружения и контроля ядерных взрывов.

Ядра двух стабильных изотопов ксенона , 129 Xe и 131 Xe, имеют ненулевые собственные угловые моменты ( ядерные спины , подходящие для ядерного магнитного резонанса ). Ядерные спины могут быть выровнены за пределы обычных уровней поляризации с помощью циркулярно поляризованного света и паров рубидия . Результирующая спиновая поляризация ядер ксенона может превышать 50% от своего максимально возможного значения, что значительно превышает значение теплового равновесия, продиктованное парамагнитной статистикой (обычно 0,001% от максимального значения при комнатной температуре , даже в самых сильных магнитах ). Такое неравновесное выравнивание спинов является временным состоянием и называется гиперполяризацией . Процесс гиперполяризации ксенона называется оптической накачкой (хотя этот процесс отличается от накачки лазера ).

Поскольку ядро 129 Xe имеет спин 1/2 и, следовательно, нулевой электрический квадрупольный момент , ядро 129 Xe не испытывает никаких квадрупольных взаимодействий во время столкновений с другими атомами, и гиперполяризация сохраняется в течение долгих периодов времени даже после возникновения света и пар был удален. Спиновая поляризация 129 Xe может сохраняться от нескольких секунд для атомов ксенона, растворенных в крови, до нескольких часов в газовой фазе и нескольких дней в глубоко замороженном твердом ксеноне. Напротив, 131 Xe имеет значение ядерного спина 3 ⁄ 2 и ненулевой квадрупольный момент , а также время релаксации t ₁ в миллисекундном и втором диапазонах.

В неблагоприятных условиях относительно высокие концентрации радиоактивных изотопов ксенона могут исходить от треснувших топливных стержней или деления урана в охлаждающей воде .

Поскольку ксенон является индикатором двух родительских изотопов, соотношение изотопов ксенона в метеоритах является мощным инструментом для изучения формирования Солнечной системы . Иод-ксенон метод из знакомства дает время , прошедшее между нуклеосинтезом и конденсациями твердого объекта из солнечной туманности . В 1960 году физик Джон Х. Рейнольдс обнаружил, что некоторые метеориты содержат изотопную аномалию в виде переизбытка ксенона-129. Он предположил, что это продукт распада радиоактивного йода-129 . Этот изотоп медленно образуется в результате расщепления космических лучей и деления ядер , но в больших количествах образуется только при взрывах сверхновых.

Поскольку период полураспада 129 I сравнительно короткий в космологическом масштабе времени (16 миллионов лет), это продемонстрировало, что между сверхновой звездой и моментом, когда метеориты затвердели и захватили 129 I. (сверхновая и затвердевание газового облака) предполагалось, что это произошло в течение ранней истории Солнечной системы , потому что изотоп 129 I, вероятно, был образован незадолго до образования Солнечной системы, засевая облако солнечного газа изотопами из второго источника. Этот источник сверхновой также мог вызвать коллапс солнечного газового облака.

Аналогичным образом, отношения изотопов ксенона, такие как 129 Xe / 130 Xe и 136 Xe / 130 Xe, являются мощным инструментом для понимания планетарной дифференциации и ранней дегазации. Например, атмосфера Марса показывает содержание ксенона, аналогичное земному (0,08 частей на миллион), но Марс показывает большее содержание 129 Xe, чем Земля или Солнце. Поскольку этот изотоп образуется в результате радиоактивного распада, результат может указывать на то, что Марс потерял большую часть своей изначальной атмосферы, возможно, в течение первых 100 миллионов лет после образования планеты. В другом примере считается , что избыток 129 Xe, обнаруженный в углекислотных газах из скважин из Нью-Мексико, является результатом распада газов, образованных из мантии, вскоре после образования Земли.

Соединения

После открытия Нилом Бартлеттом в 1962 году того факта, что ксенон может образовывать химические соединения, было обнаружено и описано большое количество соединений ксенона. Почти все известные соединения ксенона содержат электроотрицательные атомы фтора или кислорода. Химический состав ксенона в каждой степени окисления аналогичен химическому составу соседнего элемента йода в непосредственно более низкой степени окисления.

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 неудивительно: в 1 м 3 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 труднолетучей 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. В поисках нового элемента и для изучения его свойств Рамзай и Траверс переработали около ста тонн жидкого воздуха. Индивидуальность ксенона как нового химического элемента они установили, оперируя всего 0,2 см 3 этого газа. Необычайная для того времени тонкость эксперимента!

Синтез первых соединений ксенона поставил перед химиками вопрос о месте инертных газов в периодической системе. Прежде благородные газы были выделены в отдельную нулевую группу, что вполне отвечало представлению об их валентности. Но, когда ксенон вступил в химическую реакцию, когда стал известен его высший фторид, в котором валентность ксенона равна восьми (а это вполне согласуется со строением его электронной оболочки), инертные газы решили перенести в VIII группу. Нулевая группа перестала существовать.

Свойства ксенона

Ксенон, как и все инертные газы VIII группы таблицы Менделеева, состоит из одноатомных молекул, не имеет ни запаха, ни цвета, не горит и не поддерживает горение, не взрывоопасен, слабо растворяется в воде и очень быстро выделяется из организма через легкие.

Как инертный газ он благороден, никакой биотрансформации в организме не подвергается, не вступает ни в какие химические реакции. Инертность Хе обусловлена насыщенностью внешней электронной оболочки, электронные конфигурации его предельно замкнуты и максимально прочны. Порядковый номер Хе — 54, молекулярный вес —131,29. Плотность при 0 °С и 1 Ата составляет 5,89 кг/м 3 , что в 4 раза выше, чем у воздуха и в З,2 раза выше, чем у N₂О.

Ксенон в природе

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 виды ксенона, например, 133 Xe и 135 Xe , получаются как результат нейтронного облучения ядерного топлива в реакторах.

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 129 Xe 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.

Получение ксенона

Основным источником промышленного производства ксенона является воздух, где в 1000 м 3 содержится 86 см 3 ксенона. В России и странах СНГ уровень годового промышленного производства чистого ксенона составляет около 1500 м 3 .

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. Как заключение, ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделен дистилляцией на криптон и ксенон.

Основными поставщиками сырья (криптон-ксенонового концентрата) являются крупные промышленные центры металлургической промышленности России. Для получения чистого ксенона используется криптон-ксеноновый концентрат, который подвергается криогенной ректификации на газоразделительных установках, обеспечивающих получение ксенона высокой чистоты (99,999%). Из-за своей малой распространенности ксенон гораздо дороже более легких инертных газов.

Ксенон на практике

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 (127 Xe , 133 Xe , 137 Xe 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.

С конца XX века ксенон стал применяться как средство для общего наркоза (достаточно дорогой, но абсолютно нетоксичный, точнее — не вызывает химических последствий — как инертный газ). Первые диссертации о технике ксенонового наркоза в России появились в 1993 г. В качестве лечебного наркоза ксенон эффективно применяется для снятия острых абстинентных состояний и лечения наркомании, а также психических и соматических расстройств.

Фториды и оксиды ксенона предложены в качестве мощнейших окислителей ракетного топлива, а также в качестве компонентов газовых смесей для лазеров.

В изотопе ксенон-129 возможно поляризовать значительную часть ядерных спинов для создания состояния с сонаправленными спинами — состояния, называемого гиперполяризацией.

Ксенон — редчайший газ земной атмосферы, содержание в воздухе 8,6•10 -5 % по объему. Общие запасы ксенона в атмосфере 1,6•10 11 м 3 . Ксенон выделяют как побочный продукт при переработке воздуха на азот и кислород.

Физические свойства ксенона

Ксенон — одноатомный газ без цвета и запаха. 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.

Химические свойства ксенона

Первый “инертный газ”, для которого были получены настоящие химические соединения.

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 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.

Применение ксенона

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 уносу вольфрама с поверхности нити накаливания).

Радиоактивные изотопы ( 127 Xe, 133 Xe, 137 Xe, 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.

С конца ХХ века ксенон стал применяться, как средство для общего наркоза (достаточно дорогой, но практически нетоксичный, точнее — не вызывает химических последствий — как инертный газ). Первые диссертации о технике ксенонового наркоза в России — 1993 г (…).

Жидкий ксенон иногда используется как рабочая среда лазеров огромной мощности.
Фториды и оксиды ксенона предложены в качестве мощнейших окислителей ракетного топлива, а так же в качестве компонентов газовых смесей, применяемых в боевых лазерах огромной мощности(как наземных для противовоздушной обороны так и для лазеров космического базирования).

Ксенон сегодня широко применяется в разных отраслях медицины, поскольку использование этого газа позволяет эффективно бороться со многими заболеваниями, а также оказывает на организм профилактическое действие. Ксеноновые ингаляции обладают рядом преимуществ перед проведением процедуры с использованием лекарственных препаратов. Прежде всего, — это отсутствие аллергических реакций и возникновение побочных явлений, что дает возможность проводить терапию даже при лечении беременных женщин.

Воздействие ингалянций ксенона на организм

Ксенон повышает умственные способности организма, поэтому они особенно показаны для тех людей, чья работа связана с умственной деятельностью и стрессовыми ситуациями. Кроме того, ксеноновые ингаляции снимают усталость, нервное перенапряжение, способствуют эмоциональному подъему. Именно поэтому обычно такие процедуры являются обязательной частью восстановительной терапии.

Возможным становится применение ксенона в хирургии и стоматологии для погружения пациента в сон, после чего наступает быстрое и легкое пробуждение без возможных осложнений в отличие от других медицинских препаратов. Ксенон оказывает на человеческий организм ярко выраженный противовоспалительный, обезболивающий и успокоительный эффект.

Не стоит опасаться вредного воздействия ксенона, поскольку он является абсолютно нетоксичным препаратом, не повреждая клетки и ткани, а также, не затрагивая центральную нервную систему. Ингаляции официально разрешены к применению при подготовке спортсменов, так как они эффективно повышают физические способности, не являясь при этом допингом.

Особенности проведения процедуры ксеноном

Ксеноновые ингаляции обязательно должны проводиться в спокойной обстановке, способствующей расслаблению пациента. Именно поэтому важно, чтобы в помещении было мягкое освещение, несколько отдельных палат, спокойная музыка, а также предварительная беседа с врачом – все это настроит человека на получение максимального эффекта от лечебной процедуры.

Процедура ингаляции с использованием ксенона обычно длиться полчаса. При этом газ поступает в организм в течение не более 3 минут, оказывая на него мягкое терапевтическое действие. Эффект после проведенной процедуры может длиться до 5 суток, но, чтобы достичь ожидаемого результата, необходимо провести 3-5 сеансов.

Используемый медицинский газ не вызывает у пациента физической или психической зависимости, он очень быстро выводится из организма, не имея свойства в нем накапливаться. При этом быстрое выведение ксенона не влияет на продолжительность восстанавливающего и лечебного действия препарата.

Противопоказания для проведения процедуры ксеноном

Несмотря на положительные свойства, которыми обладает ксенон, все же существуют определенные противопоказания к проведению процедуры. Именно поэтому назначать, а тем более проводить ксеноновые ингаляции, должен исключительно специалист. Стоит отказаться от проведения терапии при инфаркте миокарда, пневмотораксе, стенокардии, выраженной недостаточности кровообращения, пороках сердца – как врожденных, так и приобретенных, эпилепсии, дыхательной недостаточности, шизофрении, протекании острых инфекционных заболеваний.

Как видно, ксеноновые ингаляции противопоказаны только при критических состояниях, которые требуют госпитализации пациента.

Читайте также: