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氙(舊譯作氠、氥)一種化學元素,它的元素符號是Xe,原子序數是54,是一種無色無味的稀有氣體,放電時呈藍色。在地球大氣層中存在痕量的氙。氙可以用於製造氙光燈和氙弧燈,也是一種全身麻醉劑。

1 氙 -概述

氙(舊譯作氠、氥)是一種化學元素,它的元素符號是Xe,它的原子序數是54,是一種無色無味的稀有氣體,放電時呈藍色。在地球大氣層中存在痕量的氙。氙與其他同族元素,本來由於不易與其他物質產生化學作用被稱為惰性氣體(現改作稀有氣體),但自從1962年起,陸續發現了氙的化合物。第一種氙的化合物是巴特列特製得的六氟合鉑酸氙。目前已知氙有80多種化合物,包括氟化物(二氟化氙、四氟化氙、六氟化氙)、氫化物及氘化物、以及高氙酸鈉。三氧化氙具有高度爆炸性。除了個別化合物外,氙化合物都是無色的。
 氙
 
已知的氙的穩定同位素有9種(參見氙的同位素)。它還有40種不穩定的放射性同位素。氙的放射性同位素是研究太陽系早期歷史的重要工具。氙-135是核裂變的產物之一,並用作核反應堆的中子吸收劑。
 
氙可以用於製造氙光燈和氙弧燈,也是一種全身麻醉劑。第一台準分子激光器就使用了氙的激發二聚體Xe2作為激光活性媒質,最早的激光器使用氙光燈作為激光泵。氙被用於搜尋假想的大質量弱相互作用粒子,它是新型航天器離子推進器中的推進劑

2 氙 -歷史

1962年以前,科學家只能在放電管裡面觀察到短壽命的化合物和不穩定的水合物、包合物。包合物是稀有氣體原子被有機或無機化合物包含在晶體間隙之中,比如醌醇能把氙包含在晶體中。

一直到1962年,英國氟化學家巴特利特(N.Bartlett)在研究六氟化鉑(PtF6)時發現,它的強氧化性能把氧氣分子氧化為二氧基陽離子(O2+),形成O2+[PtF6]。考慮到氧分子的第一電離能與氙的第一電離能接近(氧為1175.7kJ/mol,氙為1171.5kJ/mol),氙有可能像氧氣一樣發生類似的化合反應。於是,他把PtF6蒸汽與過量的氙在室溫下混合,立即產生了紅色的晶體:經X射線分析,證明這是氙的化合物,XePtF6(在一些資料寫作Xe+PtF6,比如現在人民教育出版社出版的高中化學教材)。然而有點諷刺的是,後來有人直接把氟氣和氙氣直接混合,在紫外線下就產生了最簡單的氟化物:XeF2


3 氙 -基本信息

氙化學元素——氙

氙(Xenon)(讀音:xiān一聲)   

元素原子量:131.3   

元素類型:非金屬   

原子體積:(立方厘米/摩爾)  37.3   

地殼中含量:(ppm) 0.000002   

元素在海水中的含量:(ppm) 0.0001   

CAS號 7440-63-3   

化學鍵能:(kJ /mol)   Xe-O 84   

氧化態: Main Xe0, Xe+2, Xe+4   Other Xe+6, Xe+8

原子序數:54   

元素符號:Xe   

元素中文名稱:氙   

元素英文名稱:Xenon   

相對原子質量:131.3   

核內質子數:54   

核外電子數:54   

核電核數:54   

質子質量:9.0342E-26   

質子相對質量:54.378   

所屬周期:5   

所屬族數:0   

摩爾質量:131   

密度:0.00588   

熔點:-111.9   

沸點:-108.1   

外圍電子排布:[氪]4d105s25p6

核外電子排布:2,8,18,18,8   

電子層:K-L-M-N-O   

晶體結構:晶胞為面心立方晶胞。   

晶胞參數: a = 620.23 pm   b = 620.23 pm   c = 620.23 pm   α = 90°   β = 90°   γ = 90° 

顏色和狀態:無色氣體   

聲音在其中的傳播速率:(m/S)   1090   

電離能(kJ /mol)   M - M+ 1170.4   M+ - M2+ 2046   M2+ - M3+ 3097   M3+ - M4+ 4300   M4+ - M5+ 5500  M5+ - M6+ 6600   M6+ - M7+ 9300   M7+ - M8+ 10600   M8+ - M9+ 19800   M9+ - M10+ 23000   

原子半徑:1.24   

常見化合價:0   

發現人:拉姆齊(William Ramsay)、特拉弗斯(Morris W. Travers)   

發現時間和地點:1898 英格蘭   

元素來源:存在於空氣中其量按體積計約佔二千萬分之一,也存在於溫泉的氣體中從液態空氣中與氪一起被分離得到 

元素用途:用於閘流管和特殊電燈中   

發現過程:1898年,英國的萊姆塞和特拉威斯,在分餾液態氪時發現了氙。

元素來源:從大型的空氣液化分離塔內,在制氧或氮的同時抽出的餾分中分出。   

4 氙 -化學性質

無色、無嗅、無味。是稀有氣體的一種。密度5.887±0.009克/升,3.52克/厘米3(液),2.7克/立方厘米(固)。熔點-111.9℃,沸點-107.1±3℃。電離能12.130電子伏特。是非放射性惰性氣體中唯一能形成在室溫下穩定的化合物的元素,能吸收X射線。在較高溫度或光照射下可與氟形成一系列氟化物如XeF2、XeF4及XeF6等。氙也能與水、氫醌和苯酚一類物質形成弱鍵包合物。 

氙在常溫常壓下為無色無臭無毒的惰性氣體。空氣中含氙約90PPm。不燃燒。在壓力101.325kPa時水中的溶解度為0.234ml/g(0℃)、0.121ml/g(20℃)、0.079ml/g(40℃)、0.046ml/g(60℃) 。能吸收X射線。

5 氙 - 物理性質

氙氙的性質
理化性質:分子量:131.30   

熔點: -111.8 ℃   

沸點(101.325kPa):-108.1℃   

液體密度(-108.1℃,101.325kpa):3057kg/立方米   

氣體密度(0℃101.325kpa):5.887kg/立方米   

相對密度(氣體,25 ℃101.325kPa):4.553   

比容(21.1℃,101.325kPa):0.180m3/kg   

氣液容積比(15℃100KPa):550L/L   

臨界溫度:16.6℃   

臨界壓力:5838kPa   

臨界密度:1105.2kg/m3

壓縮係數:溫度 壓力 (℃) 10OKPa 100OKPa 1000OKPa 2000OKPa   15 0.9941 0.9391   50 0.9959 0.9576 0.4334 0.5207   

熔化熱(-111.8℃,81.6kPa):17.49kJ/kg   

氣化熱(-108.1℃101.325kpa):96.3OKJ/kg   

比熱容(氣體,25℃101.325kpa):Cp=160.03J/(kg·K)   Cv=96.41J/(kg·K)   

比熱比(氣體,25℃101.325kpa):Cp/Cv=1.66   

蒸氣壓(-20℃):2634kPa   (0 ℃ ):4175kPa   (10℃):5147kPa   

粘度(氣體,0℃101.325kPa):0.0211OmPa·S   (液體,289.74k):0.528mPa·S   

表面張力(-110℃):18.7mN/m   

導熱係數(0℃101.325kPa):0.005192W/(m·K)   (液體,165.014kh0.07322W/(m·K)   

折射率(氣體0℃,101.325KPa,5893A):1.000702   (氣體25℃,101.325kpa):1.000642  

6 氙 -應用領域

氙氙霓虹燈

廣泛用於電子、光電源工業,還用於氣體激光器和等離子流中。 
用氙氣充的燈泡與相同功率的充氬燈泡相比具有發光率高、體積小、壽命長、省電等優點。 

有極高的發光強度,充填的長弧氙燈俗稱「小太陽」,光的色彩好,用於拍攝彩色電影;又由於透霧能力特彆強,可用作有霧導航燈,廣泛用於機場、車站、碼頭。 

氙燈凹面聚光后可生成2500℃高溫,可用於焊接或切割難熔金屬,如鈦、鉬等。 

還是一種沒有副作用的深度麻醉劑,X光攝影的造影劑。 
也被用作屏蔽X射線。 此外,在原子核反應堆和高能物理方面也有很多用途。

7 氙 -氟化物

XeF2 二氟化氙是無色晶體,在室溫下能升華,在鎳或蒙銅容器中可無限期貯存。 
(1)與水作用XeF2可溶於水在稀酸中緩慢水解,鹼性溶液中迅速水解
2XeF2 + 4OH-=2Xe + O2 + 2F- + H2O 
(2)作強氧化劑 
XeF2為強氧化劑可把Br(Ⅴ)氧化到Br(Ⅶ),還能把Cl氧化成Cl2,I氧化成I2,Ce(Ⅲ)氧化成Ce(Ⅳ),Co(Ⅱ)氧化成Co(Ⅲ),Hg氧化成Hg2,Pt氧化成Pt(Ⅳ)等。 
XeF2 + 2Cl- =2F- + Xe + Cl2 
XeF2 + H2= 2HF + Xe 
XeF2 + H2O2 =Xe + O2 + 2HF 
NaBrO3 + XeF2 + H2O= NaBrO4 + 2HF + Xe 
(3)氟化反應 
XeF2是優良且溫和的氟化劑,能將許多化合物氟化。 
XeF2 + IF5=IF7 + Xe 
(4)形成配合物 
XeF2能與共價的氟化物形成配合物。如與PF5,AsF5,SbF5和過渡金屬氟化物NbF5,TaF5,RuF5,OsF5,RbF5,IrF5及PtF5等。 
XeF2 + 2SbF5 = [XeF][Sb2F11] 
XeF4(1)與作用 
XeF4遇水會猛烈地水解併發生歧化反應。 
3XeF4 + 6H2O= XeO3 + 2Xe + 3/2O2 + 12HF 
(2)作強氧化劑 
XeF4為強氧化劑,氧化能力比XeF2更強。可把Hg氧化成Hg2,Pt氧化成Pt(Ⅳ)等。 
XeF4 + 4Hg =2Hg2F2 + Xe 
XeF4 + Pt= PtF4 + Xe 
(3)氟化反應 
XeF4可作氟化劑,氟化能力大於XeF2。 
XeF4 + 2CF3CF=CF2= 2CF3CF2CF3 + Xe 
XeF4 + 2SF4 =2SF6 + Xe 
(4)形成配合物 
XeF4僅同PF5,AsF5和SbF5生成少數配合物。 
XeF4 + 2SbF5= [XeF3][Sb2F11] 
XeF6(1)與水作用 
XeF6也能猛烈地與水反應,完全水解時得到XeO3。 
XeFe6 + 3H2O =XeO3 + 6HF 
不完全水解時生成一種無色的液體XeOF4: 
XeFe6 + H2O= XeOF4 + 2HF 
(2)作強氧化劑 
XeF6為強氧化劑,且氧化能力:XeF6>XeF4>XeF2。 
XeFe6 + 3H2 = Xe + 6HF 
(3)氟化反應 
XeF6為氟化劑,且氟化能力:XeF6>XeF4>XeF2。 
XeF6 + C6H6 = C6H5F + HF + Xe 
2XeF6 + 3SiO2 = 2XeO3 + 3SiF4 
產物XeO3具有爆炸性。所以不宜將XeF6貯放在玻璃或石英容器中。 
(4)形成配合物 
XeF6可以起氟給予體的作用而生成配合物,如XeF6•BF3,XeF6•GeF4,XeF6•2GeF4,XeF6•4SnF4,XeF6•AsF5,XeF6•SbF5。XeF6還可起氟接受體的作用,與RbF和CsF反應。 
XeF6 + RbF=Rb[XeF7] 
XeF6也能與XeO3反應生成氟氧化氙: 
XeF6 + XeO3=3XeOF4 

8 氙 -氧化物

XeO3
元素周期表 氙元素周期表 氙
XeO3是一種易潮解和易爆炸的化合物.它在酸性溶液中的氧化能力較強,能將Cl-氧化為Cl2,I-氧化成I2,Mn氧化成MnO2(或MnO4),它還能使醇和羧酸氧化為水和CO2。 
5XeO3 + 6MnSO4 + 9H2O =6HMnO4 + 5Xe + 6H2SO4(在酸性條件下反應) 
在水中,XeO3主要以分子形式存在,但是在鹼性溶液中,主要是HXeO4形式,與XeO3處於平衡狀態: 
XeO3 + OH=(為可逆符號)HXeO4 
XeO4 四氧化氙是一種熱穩定性極差的易爆炸的無色液體,低溫下的XeO4為黃色固體,也極不穩定,在233K(-40℃)也會爆炸。XeO4的氧化性比XeO3更強。 
XeOF4 XeOF4是無色透明液體,可長期儲存在鎳容器中,它可進一步水解為XeO3: 
XeOF4 + H2O= XeO2F2 + 2HF 
XeO2F2 + H2O = XeO3 + 2HF 
XeOF4可被過量的H2定量還原而用於分析: 
XeOF4 + 3H2 =Xe + H2O + 4HF(300℃) 

9 氙 -含氧酸鹽

氙酸鹽 氙酸鹽的化學通式為MHXeO4(M為Na,K,Rb,Cs),其中Xe的氧化數為+6。氙酸鹽是一種固體粉末,比XeO3穩定,但受到機械振動即爆炸。能溶於水,不溶於無水乙醇,氯仿和四氯化碳。 
高氙酸鹽 高氙酸鈉為白色粉末,通常含有6個或8個結晶水,乾燥後轉變成Na4XeO6•2H2O,若在373K以上烘乾,可獲得無水高氙酸鈉。其它鹼金屬和鹼土金屬的高氙酸鹽M4XeO4(M為Na,K,Rb,Cs等)也已製得。 
Na4XeO6是強氧化劑,許多還原劑都可被它氧化。如在鹼性介質中: 
5Na4XeO6 + 2Mn(OH)2 + 7H2O = 5NaHXeO4 + 2NaMnO4 + 13NaOH 
用濃硫酸與高氙酸鋇反應,可以製得很不穩定的具有爆炸性的氣態四氧化氙XeO4

10 氙 -氣體危害

健康危害   

侵入途徑:吸入。
健康危害:對人的危害與氬相似。人吸入混有70%氙氣的氧,引起輕度麻醉,約經3分鐘即意識喪失。

毒理學資料及環境行為   

危險特性:若遇高熱,容器內壓增大,有開裂和爆炸的危險。

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