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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18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。

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:4.05;

共价半径:209pm ;1.31 ;

沸点:-108.10℃(101.325kpa);

三相点:16.130K;

气体密度:5.89kgm(273.15K,101.325kpa) ;

液体密度:3057kgm(-108.10℃,101.325kpa);

气液体积比:518.9;

介电常数:1.001238(298K,101.325kpa);

磁化率:-43×10cgsmol(298K,101.325kpa);

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

比容:0.180mkg(294.3K,101.325kPa);

临界温度:289.74K;

临界压力:5764kPa;

临界密度:1100.0kgm;

熔化热:17.49kJkg(161.4K,81.6kPa);

气化热:96.30KJkg(165.1K,101.325kpa);

比热容:Cp=160.03J/(kgK)(g,298K,101.325kpa);Cv=96.41J/(kgK)(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:0.02110mPaS(g,273K,101.325kPa);0.528mPaS(l,289.74k);

表面张力:18.7mNm(163K);

导热系数:0.005192WmK(273K,101.325kPa);165.014kh0.07322WmK(l);

电子排布:[Kr]5s5p;

电负性:2.60(泡林标度) ;

化学键能:Xe-O:84kJ mol;

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):I1170.4;I: 2046;I: 3097;I: 4300;
  I: 5500;I: 6600;I: 9300;I: 10600;I: 19800;I: 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。

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

Xe:F=2:1,1273K,1.03×10Pa 或298K,紫外线光照 :

Xe:F=1:5,873K,6.18×10Pa:

Xe:F=1:20,573K,6.18×10Pa:

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AgO或NiO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:F=1:10,温度为120℃时,使用氟化镁作为催化剂,产物只有XeF,若使用二氟化镍作为催化剂,产物则只有XeF。

氙的三种氟化物在室温下都能稳定存在。

若将XeF溶于水中,则与水缓慢反应,又得到氙气:

XeF与水反应时,一半发生反应

XeF与水发生的是水解反应:

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XeF。

氙的氧化物有XeO与XeO,对应的酸根为氙酸根(HXeO)与高氙酸根(XeO) 。

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

XeO可由高氙酸钡与硫酸复分解制得 :

除上边所述的XeF歧化制法,高氙酸盐亦可通过XeO的碱溶液与臭氧反应制得。

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(XePtF),它是用Xe与强氧化剂PtF混合产生的:

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

含有Xe-N键与Xe-C的化合物均被发现,典型代表是FXeN(SOF)与[Xe(CF)][CFBF] 。

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。

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“ξνο(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PtF蒸汽与Xe混合,得到了橙黄色的XePtF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。

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

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。

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 。

空气中含量:约90ppm;

地壳中含量:2×10ppm ;

元素在海水中的含量:1×10ppm ;

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。

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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