Ksenon

Ksenon, ₅₄Xe

Ksenon dolu bir deşarj tüpü parlayan açık mavi
Ksenon
Telaffuz	/ˈzɛnɒn/ (ZEN-on) /ˈziːnɒn/ (ZEE-non)
Görünüm	bir elektrik alanına yerleştirildiğinde mavi bir parlaklık sergileyen renksiz gaz
Standart atom ağırlığı Ar, std(Xe)	7002131293000000000♠131.293(6)
Periyodik tablodaki Ksenon
Kr ↑ Xe ↓ Rn iyot ← ksenon → sezyum
Atom numarası (Z)	54
Grup	18. grup (soy gazlar)
Period	periyot 5
Blok	p-blok
Element kategorisi	Soygazlar
Elektron konfigürasyonu	[Kr] 4d10 5s2 5p6
Kabuk başına elektron	2, 8, 18, 18, 8
Fiziksel özellikler
STP de Faz	gaz
Erime noktası	161.40 K ​(−111.75 °C, ​−169.15 °F)
Kaynama noktası	165.051 K ​(−108.099 °C, ​−162.578 °F)
Yoğunluk (STP)	5.894 g/L
sıvı olduğunda (b.p.)	2.942 g/cm3
Üçlü nokta	161.405 K, ​81.77 kPa
Kritik nokta	289.733 K, 5.842 MPa
Isı entalpisi	2.27 kJ/mol
Buharlaştırma ısı	12.64 kJ/mol
Molar ısı kapasitesi	21.01 J/(mol·K)
Buhar basıncı P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 83 92 103 117 137 165
Atom özellikleri
Oksidasyon durumları	0, +1, +2, +4, +6, +8 (nadiren 0'dan fazla; zayıf bir asidik oksit)
Elektronegatiflik	Pauling ölçeği: 2.6
İyonlaşma enerjisi	1.: 1170.4 kJ/mol 2.: 2046.4 kJ/mol 3.: 3099.4 kJ/mol
Kovalent yarıçapı	140±9 pm
Van der Waals yarıçapı	216 pm
ksenon spektral çizgileri
Diğer özellikler
Kristal yapı	​yüz merkezli kübik (fcc)
Sesin hızı	gas: 178 m·s−1 liquid: 1090 m/s
Termal iletkenlik	5.65×10−3 W/(m·K)
Manyetik sıralama	diyamanyetik
Manyetik alınganlık	−43.9·10−6 cm3/mol (298 K)
CAS Numarası	7440-63-3
Tarihçe
Keşif ve ilk izolasyon	William Ramsay ve Morris Travers (1898)
ksenon ana izotopları
İzo­top Bol­luk Half-life (t1/2) Bozunma modu Boz­unma 124Xe 0.095% 1.8×1022 y εε 124Te 125Xe syn 16.9 h ε 125I 126Xe 0.089% kararlı 127Xe syn 36.345 d ε 127I 128Xe 1.910% kararlı 129Xe 26.401% kararlı 130Xe 4.071% kararlı 131Xe 21.232% kararlı 132Xe 26.909% kararlı 133Xe syn 5.247 d β− 133Cs 134Xe 10.436% kararlı 135Xe syn 9.14 h β− 135Cs 136Xe 8.857% 2.165×1021 y β−β− 136Ba

Ksenon, sembolü Xe ve atom numarası 54 olan kimyasal bir elementtir. Dünya atmosferinde eser miktarda bulunan renksiz, yoğun, kokusuz bir soy gazdır. Genel olarak reaktif olmamasına rağmen, ksenon, sentezlenecek ilk soy gaz bileşiği olan ksenon heksafloroplatinat oluşumu gibi birkaç kimyasal reaksiyona girebilir.

Ksenon flaş lambalarında ve ark lambalarında ve genel anestezi olarak kullanılır. İlk excimer lazer tasarımı, lazerleme ortamı olarak bir ksenon dimer molekülü (Xe₂) kullandı ve ilk lazer tasarımlarında pompa olarak ksenon flaş lambaları kullanıldı. Ksenon, varsayımsal olarak zayıf bir şekilde etkileşime giren büyük parçacıkları aramak için ve uzay aracındaki iyon iticiler için itici gaz olarak kullanılır.

Doğal olarak oluşan ksenon, yedi kararlı izotoptan ve iki uzun ömürlü radyoaktif izotoptan oluşur. 40'tan fazla kararsız ksenon izotopu radyoaktif bozunmaya uğrar ve ksenonun izotop oranları Güneş Sisteminin erken tarihini incelemek için önemli bir araçtır. Radyoaktif ksenon-135, iyot-135'ten (nükleer fisyonun bir ürünü) beta bozunması ile üretilir ve nükleer reaktörlerdeki en önemli (ve istenmeyen) nötron emicidir.

Karakteristikleri

Ksenonun atom numarası 54'tür; yani çekirdeği 54 proton içerir. Standart sıcaklık ve basınçta saf ksenon gazının yoğunluğu 5.761 kg/m³ olup, deniz seviyesinde Dünya atmosferinin yoğunluğunun yaklaşık 4.5 katı olan 1.217 kg/m³'tür. Sıvı haldeki ksenonun yoğunluğu 3.100 g/mL'ye kadar çıkar ve maksimum yoğunluk üçlü noktada meydana gelir. Sıvı ksenon, büyük atom hacmi nedeniyle yüksek bir polarize edilebilirliğe sahiptir ve bu nedenle mükemmel bir çözücüdür. Hidrokarbonları, biyolojik molekülleri ve hatta suyu çözebilir. Aynı koşullar altında, katı ksenonun yoğunluğu 3,640 g/cm³, granitin ortalama yoğunluğu olan 2,75 g/cm³'ten daha büyüktür. Gigapaskal basınç altında, ksenon metalik bir faz oluşturur.

Katı ksenon, basınç altında yüz merkezli kübik (fcc) altıgen kapalı paketlenmiş (hcp) kristal faza değişir ve hcp fazında gözle görülür bir hacim değişikliği olmaksızın yaklaşık 140 GPa'da metalik hale gelmeye başlar. 155 GPa'da tamamen metaliktir. Ksenon metalize edildiğinde gök mavisi görünür çünkü kırmızı ışığı emer ve diğer görünür frekansları iletir. Bu tür bir davranış bir metal için alışılmadık bir durumdur ve bu durumdaki elektron bantlarının nispeten küçük genişliği ile açıklanır.

Sıvı veya katı ksenon nanopartiküller, Xe⁺ iyonlarının katı bir matrise implante edilmesiyle oda sıcaklığında oluşturulabilir. Çoğu katı, katı Xe'den daha küçük kafes sabitlerine sahiptir. Bu, implante edilmiş Xe'nin sıvılaştırılması veya katılaşması için yeterli olabilecek basınçlara sıkıştırılmasıyla sonuçlanır.

Ksenon, asal veya inert gazlar olarak adlandırılan sıfır değerlikli elementlerin bir üyesidir. Dış valans kabuğu sekiz elektron içerdiğinden, en yaygın kimyasal reaksiyonlara (örneğin yanma gibi) karşı etkisizdir. Bu, dış elektronların sıkıca bağlandığı kararlı, minimum enerji konfigürasyonu üretir.

Gazla dolu bir tüpte, ksenon elektrik boşalmasıyla uyarıldığında mavi veya cömert bir ışıltı yayar. Xenon, görsel spektrumu kapsayan bir dizi emisyon çizgisi yayar, ancak en yoğun çizgiler mavi ışık bölgesinde meydana gelir ve renklenmeyi üretir.

Tarihçe

Ksenon, kripton ve neon elementlerini keşfetmelerinden kısa bir süre sonra, Eylül 1898'de İskoç kimyager William Ramsay ve İngiliz kimyager Morris Travers tarafından İngiltere'de keşfedildi. Sıvı havanın buharlaşan bileşenlerinden kalan kalıntıda ksenon buldular. Ramsay, bu gaz için ksenon adını Yunanca ξένον xénon kelimesinden önermiştir, ξένος xénos'un nötr tekil formu, 'yabancı (er)', 'garip (r)' veya 'misafir' anlamına gelmektedir. 1902'de Ramsay, ksenonun Dünya atmosferindeki oranının 20 milyonda bir olduğunu tahmin etti.

1930'larda, Amerikalı mühendis Harold Edgerton, yüksek hızlı fotoğrafçılık için flaş ışığı teknolojisini keşfetmeye başladı. Bu, onu, ksenon gazı ile dolu bir tüpten kısa bir elektrik akımı geçirerek ışığın üretildiği ksenon flaş lambasının icadına götürdü. 1934'te Edgerton, bu yöntemle bir mikrosaniye kadar kısa flaşlar üretebildi.

1939'da Amerikalı doktor Albert R. Behnke Jr., derin deniz dalgıçlarındaki "sarhoşluğun" nedenlerini araştırmaya başladı. Solunum karışımlarını değiştirmenin denekleri üzerindeki etkilerini test etti ve bunun dalgıçların derinlikteki bir değişikliği algılamasına neden olduğunu keşfetti. Elde ettiği sonuçlardan ksenon gazının anestezik görevi görebileceğini çıkardı. Rus toksikolog Nikolay V. Lazarev görünüşe göre 1941'de ksenon anestezisi çalışmış olsa da, ksenon anestezisini doğrulayan ilk yayınlanan rapor 1946'da fareler üzerinde deneyler yapan Amerikalı tıp araştırmacısı John H. Lawrence tarafından yapıldı. Ksenon ilk olarak 1951'de Amerikalı anestezi uzmanı Stuart C. Cullen tarafından cerrahi anestezi olarak kullanıldı ve onu iki hastada başarıyla kullandı.

Ksenon ve diğer soy gazlar uzun bir süre tamamen kimyasal olarak inert olarak kabul edildi ve bileşikler oluşturamadı. Bununla birlikte, British Columbia Üniversitesi'nde ders verirken Neil Bartlett, gaz platin heksaflorürün (PtF₆), oksijen gazını (O₂) oksitleyerek dioksijenil heksafloroplatinat (O+
2[PtF
6]−
) oluşturabilecek güçlü bir oksitleyici ajan olduğunu keşfetti.

O₂ (1165 kJ/mol) ve ksenonun (1170 kJ/mol) neredeyse aynı ilk iyonlaşma potansiyeline sahip olması nedeniyle, Bartlett platin heksaflorürün de ksenonu oksitleyebileceğini fark etti. 23 Mart 1962'de iki gazı karıştırdı ve bilinen ilk soy gaz bileşiği olan ksenon heksafloroplatinatı üretti.

Bartlett, bileşiminin Xe⁺[PtF₆]⁻ olduğunu düşündü, ancak daha sonraki çalışmalar bunun muhtemelen çeşitli ksenon içeren tuzların bir karışımı olduğunu ortaya çıkardı. O zamandan beri, argon florohidrit (HArF), kripton diflorür (KrF₂) ve radon florür dahil olmak üzere bazı soy gazlar argon, kripton ve radonun bazı bileşiklerine ek olarak birçok başka ksenon bileşiği keşfedildi. 1971'de 80'den fazla ksenon bileşiği biliniyordu.

Oluşum ve üretim

Ksenon, Dünya atmosferinde 87 ± 1 nL/L (milyarda parça) veya yaklaşık olarak 11,5 milyonda 1 parça meydana gelen bir eser gazdır. Ayrıca bazı mineral kaynaklardan yayılan gazların bir bileşeni olarak da bulunur.

Ksenon, havanın oksijen ve nitrojene ayrılmasının bir yan ürünü olarak ticari olarak elde edilir. Genellikle çift kolonlu bir tesiste fraksiyonel damıtma ile gerçekleştirilen bu ayırmadan sonra, üretilen sıvı oksijen küçük miktarlarda kripton ve ksenon içerecektir. İlave fraksiyonel damıtma ile sıvı oksijen, silika jel üzerine absorpsiyon veya damıtma yoluyla ekstrakte edilen %0.1-0.2 kripton/ksenon karışımını içerecek şekilde zenginleştirilebilir. Son olarak, kripton/ksenon karışımı, daha fazla damıtma ile kripton ve ksenon olarak ayrılabilir.

1998'de dünya çapında ksenon üretiminin 5.000–7.000 m³ olduğu tahmin ediliyordu. Nadirliği nedeniyle, ksenon hafif soy gazlardan çok daha pahalıdır - 1999'da Avrupa'da küçük miktarlarda satın alma için yaklaşık fiyatlar ksenon için 10 €/L, kripton için 1 €/L ve neon için 0.20 €/L idi. çok daha bol argon ise litre başına bir sentten daha az maliyetlidir.

Güneş Sisteminde, toplam kütlenin yaklaşık 630 binde bir kısmı için ksenonun nükleon fraksiyonu 1.56 × 10⁻⁸'dir. Ksenon, Güneş atmosferinde, Dünya'da ve asteroitlerde ve kuyruklu yıldızlarda nispeten nadirdir. Jüpiter gezegeninin atmosferindeki ksenon bolluğu alışılmadık derecede yüksektir, Güneş'in yaklaşık 2,6 katıdır. Bu bolluk hala açıklanamıyor, ancak güneş öncesi diskin ısınmasından önce küçük gezegenlerin - küçük, gezegen altı cisimlerin - erken ve hızlı bir şekilde birikmesinden kaynaklanmış olabilir. (Aksi takdirde, ksenon gezegensel buzlara hapsolmazdı.) Düşük karasal ksenon sorunu ksenonun kuvars içindeki oksijene kovalent bağlanmasıyla açıklanabilir ve ksenonun atmosfere salınmasını azaltır.

Daha düşük kütleli soy gazların aksine, bir yıldızın içindeki normal yıldız nükleosentezi işlemi ksenon oluşturmaz. Demir-56'dan daha büyük olan elementler, füzyon yoluyla enerji tüketir ve ksenonun sentezi, bir yıldız için hiçbir enerji kazanımı anlamına gelmez. Bunun yerine, ksenon süpernova patlamaları sırasında, klasik nova patlamalarında, çekirdek hidrojeni tüketen ve asimptotik dev dala giren kırmızı dev yıldızlarda yavaş nötron yakalama süreci (s-süreci) ile ve sönük tükenmiş iyot-129'un beta bozunması ve toryum, uranyum ve plütonyumun spontan fisyonu ile örneğin radyoaktif bozunmadan oluşur.

İzotopları

Doğal olarak oluşan ksenon yedi kararlı izotoptan oluşur: ¹²⁶Xe, ^128–132Xe, ve ¹³⁴Xe. ¹²⁶Xe ve ¹³⁴Xe izotoplarının teori tarafından çift beta bozunmasına uğrayacağı tahmin edilmektedir, ancak bu hiçbir zaman gözlemlenmediğinden kararlı oldukları düşünülmektedir. Ek olarak, üzerinde çalışılan 40'tan fazla kararsız izotop vardır. Bu izotopların en uzun ömürlü olanları, 1.8 × 10²² yr yıllık yarılanma ömrü ile çift elektron yakalamasına maruz kalan ilkel ¹²⁴Xe ve 2.11 × 10²¹ yr yıllık yarılanma ömrü ile çift beta bozunmasına uğrayan ¹³⁶Xe'dir. ¹²⁹Xe, yarı ömrü 16 milyon yıl olan ¹²⁹I beta bozunması ile üretilir. ^131mXe, ¹³³Xe, ^133mXe, ve ¹³⁵Xe, ²³⁵U ve ²³⁹Pu'nun fisyon ürünlerinden bazılarıdır ve nükleer patlamaları tespit etmek ve izlemek için kullanılır.

Ksenonun kararlı izotoplarından ikisinin (¹²⁹Xe ve ¹³¹Xe) çekirdekleri, sıfır olmayan içsel açısal momentuma sahiptir (nükleer dönüşler, nükleer manyetik rezonans için uygundur). Nükleer dönüşler, dairesel polarize ışık ve rubidyum buharı aracılığıyla sıradan polarizasyon seviyelerinin ötesine hizalanabilir. Ksenon çekirdeklerinin ortaya çıkan spin polarizasyonu, paramanyetik istatistiklerin belirlediği termal denge değerini büyük ölçüde aşarak mümkün olan maksimum değerinin %50'sini aşabilir (en güçlü mıknatıslarda bile oda sıcaklığında maksimum değerin tipik olarak %0,001'i). Spinlerin bu tür dengesiz hizalanması geçici bir durumdur ve hiperpolarizasyon olarak adlandırılır. Ksenonun hiperpolarize edilmesi sürecine optik pompalama denir (süreç bir lazer pompalamaktan farklı olsa da).

¹²⁹Xe çekirdeği 1/2 'lik bir dönüşe ve dolayısıyla sıfır elektrik dört kutuplu momentine sahip olduğundan, ¹²⁹Xe çekirdeği diğer atomlarla çarpışmalar sırasında herhangi bir dört kutuplu etkileşim yaşamaz ve hiperpolarizasyon, ortaya çıkan ışık ve buharın oluşmasından sonra bile uzun süreler boyunca devam eder. ¹²⁹Xe'nin spin polarizasyonu, kanda çözünen ksenon atomları için birkaç saniyeden gaz fazında birkaç saat ve derin dondurulmuş katı ksenon içinde birkaç gün sürebilir. Bunun tersine, ¹³¹Xe'nin nükleer spin değeri ³⁄₂ ve sıfır olmayan dört kutuplu moment ve milisaniye ve saniye aralıklarında t₁ gevşeme sürelerine sahiptir.

Bazı ksenonun radyoaktif izotopları (örneğin ¹³³Xe ve ¹³⁵Xe) nükleer reaktörler içinde bölünebilir materyalin nötron ışınlamasıyla üretilir. ¹³⁵Xe, nükleer fisyon reaktörlerinin çalışmasında büyük önem taşımaktadır. ¹³⁵Xe, termal nötronlar için 2.6×10⁶ barns olan devasa bir kesite sahiptir ve bir nötron emici veya bir işlem süresinden sonra zincir reaksiyonunu yavaşlatan veya durdurabilen bir "zehir" olarak çalışır. Bu, Amerikan Manhattan Projesi tarafından plütonyum üretimi için inşa edilen en eski nükleer reaktörlerde keşfedildi. Bununla birlikte, tasarımcılar, reaktörün reaktivitesini (nükleer yakıtın diğer atomlarını parçalamaya devam eden fisyon başına nötron sayısı) artırmak için tasarımda hükümler koymuşlardı. ¹³⁵Xe reaktör zehirlenmesi, Çernobil felaketinde önemli bir faktördü. Bir reaktörün kapanması veya gücünün azalması, ¹³⁵Xe birikmesine neden olabilir ve reaktör çalışması iyot çukuru olarak bilinen bir duruma girer.

Olumsuz koşullar altında, nispeten yüksek konsantrasyonlarda radyoaktif ksenon izotopları, çatlamış yakıt çubuklarından veya soğutma suyunda uranyumun parçalanmasından yayılabilir.

Ksenon, iki ana izotop için bir izleyici olduğu için, göktaşlarındaki ksenon izotop oranları, Güneş Sisteminin oluşumunu incelemek için güçlü bir araçtır. İyot-ksenon tarihleme yöntemi, nükleosentez ile katı bir nesnenin güneş bulutsusundan yoğunlaşması arasında geçen süreyi verir. 1960 yılında fizikçi John H. Reynolds, bazı göktaşlarının aşırı miktarda ksenon-129 şeklinde izotopik bir anormallik içerdiğini keşfetti. Bunun radyoaktif iyot-129'un bozunma ürünü olduğu sonucuna vardı. Bu izotop, kozmik ışın parçalanması ve nükleer fisyon tarafından yavaşça üretilir, ancak yalnızca süpernova patlamalarında miktar olarak üretilir.

¹²⁹I'nin yarılanma ömrü, kozmolojik bir zaman ölçeğinde (16 milyon yıl) nispeten kısa olduğu için, bu, süpernova ile göktaşlarının katılaşıp 1¹²⁹I'yı yakaladığı zaman arasında yalnızca kısa bir süre geçtiğini gösterdi. Bu iki olayın (süpernova ve gaz bulutunun katılaşması) Güneş Sistemi'nin erken tarihlerinde meydana geldiği sonucuna varıldı. Çünkü ¹²⁹I izotopu muhtemelen Güneş Sistemi oluşmadan kısa bir süre önce üretildi ve güneş gazı bulutunu ikinci bir kaynaktan izotoplarla sınıflandı. Bu süpernova kaynağı aynı zamanda güneş gazı bulutunun çökmesine neden olmuş olabilir.

Benzer şekilde, ¹²⁹Xe/¹³⁰Xe ve ¹³⁶Xe/¹³⁰Xe gibi ksenon izotopik oranları, gezegensel farklılaşmayı ve erken gaz çıkışını anlamak için güçlü bir araçtır. Örneğin, Mars'ın atmosferi Dünya'nınkine benzer bir ksenon bolluğu gösterir (milyonda 0,08 parça), ancak Mars, Dünya veya Güneş'ten daha fazla ¹²⁹Xe bolluk gösterir. Bu izotop radyoaktif bozunma tarafından oluşturulduğundan, sonuç, Mars'ın ilkel atmosferinin çoğunu, muhtemelen gezegenin oluşmasından sonraki ilk 100 milyon yıl içinde kaybettiğini gösterebilir. Başka bir örnekte, New Mexico'dan gelen karbondioksit kuyusu gazlarında bulunan fazlalık ¹²⁹Xe'nin, Dünya'nın oluşumundan kısa süre sonra mantodan türetilen gazların bozunmasından kaynaklandığına inanılıyor.

Bileşikler

Neil Bartlett'in 1962'de ksenonun kimyasal bileşikler oluşturabildiğini keşfetmesinden sonra, çok sayıda ksenon bileşiği keşfedildi ve tanımlandı. Bilinen hemen hemen tüm ksenon bileşikleri, flor veya oksijen elektronegatif atomları içerir. Her oksidasyon durumundaki ksenonun kimyası, hemen daha düşük oksidasyon durumundaki komşu element iyodininkine benzerdir.

Halitler

Üç florür bilinmektedir: XeF
2, XeF
4 ve XeF
6. XeF'in istikrarsız olduğu teorize edilmiştir. Bunlar, hemen hemen tüm ksenon bileşiklerinin sentezi için başlangıç noktalarıdır.

Katı, kristalin diflorür XeF
2 , florin ve ksenon gazlarının bir karışımı ultraviyole ışığa maruz kaldığında oluşur. Sıradan gün ışığının ultraviyole bileşeni yeterlidir. XeF
2'nin NiF
2 katalizörü altında yüksek sıcaklıklarda uzun süreli ısıtılması XeF
6'yı verir. NaF varlığında XeF
6'nın pirolizi, yüksek saflıkta XeF
4 verir.

Ksenon florürler, hem florür alıcıları hem de florür donörleri gibi davranarak, XeF+
ve Xe
2F+
3 gibi katyonları ve XeF−
5, XeF−
7, ve XeF2−
8 gibi anyonları içeren tuzlar oluşturur. Yeşil, paramanyetik Xe+
2, XeF
2'nin ksenon gazı ile indirgenmesiyle oluşur.

XeF
2 ayrıca geçiş metal iyonları ile koordinasyon kompleksleri oluşturur. 30'dan fazla bu tür kompleks sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir.

Diklorür XeCl₂ ve XeCl₄ haricinde ksenon florürler iyi karakterize edilirken, diğer halojenürler bilinmemektedir. Bir ksenon, flor ve silikon veya karbon tetraklorür karışımının yüksek frekanslı ışınlanmasıyla oluşturulan ksenon diklorürün, 80 °C'de elementlere ayrışan endotermik, renksiz, kristalli bir bileşik olduğu bildirildi. Bununla birlikte, XeCl
2, gerçek bir bileşik değil, yalnızca zayıf biçimde bağlı Xe atomları ve Cl
2 moleküllerinden oluşan bir van der Waals molekülü olabilir. Teorik hesaplamalar, doğrusal molekül XeCl
2'nin van der Waals kompleksinden daha az kararlı olduğunu göstermektedir. Ksenon tetraklorür, kimyasal reaksiyonla sentezlenemeyecek kadar kararsızdır. Radyoaktif {chem|129|ICl|4|-}} bozunması ile oluşturulmuştur.

Oksitler ve oksalitler

Üç ksenon oksidi bilinmektedir: ksenon trioksit (XeO
3) ve her ikisi de tehlikeli derecede patlayıcı ve güçlü oksitleyici maddeler olan ksenon tetroksit (XeO
4) ve 2011'de dört koordinasyon numarasıyla bildirilen ksenon dioksit (XeO₂). (XeO₂), ksenon tetraflorür buz üzerine döküldüğünde oluşur. Kristal yapısı silikat minerallerindeki silikonun yerini almasına izin verebilir. XeOO⁺ katyonu katı argon içinde kızılötesi spektroskopi ile tanımlanmıştır.

Xenon, oksijenle doğrudan reaksiyona girmez; trioksit, XeF
6'nın hidrolizi ile oluşur:

XeF
6 + 3 H
2O → XeO
3 + 6 HF

XeO
3 zayıf asidiktir, HXeO−
4 anyonu içeren kararsız ksenat tuzları oluşturmak için alkali içinde çözünür. Bu kararsız tuzlar, XeO4−
6 anyonu içeren ksenon gazı ve perksenat tuzlarına kolayca orantısız hale gelir.

Baryum perksenat, konsantre sülfürik asit ile işlendiğinde, gaz halindeki ksenon tetroksit verir:

Ba
2XeO
6 + 2 H
2SO
4 → 2 BaSO
4 + 2 H
2O + XeO
4

Bozunmayı önlemek için, bu şekilde oluşan ksenon tetroksit, hızlı bir şekilde soluk sarı bir katı halinde soğutulur. -35.9 °C'nin üzerinde ksenon ve oksijen gazına patlar, ancak bunun dışında stabildir.

XeOF
2, XeOF
4, XeO
2F
2, ve XeO
3F
2 dahil olmak üzere bir dizi ksenon oksiflorür bilinmektedir. XeOF
2, OF
2'nin düşük sıcaklıklarda ksenon gazı ile reaksiyona girmesiyle oluşur. XeF
4'ün kısmi hidrolizi ile de elde edilebilir. -20 °C'de XeF
2 ve XeO
2F
2 ile orantısızdır. XeO
2F
2, XeF
6'nın kısmi hidrolizi veya XeF
6'nın sodyum perksenat, Na
4XeO
6 ile reaksiyonu ile oluşur. İkinci reaksiyon ayrıca az miktarda XeO
3F
2 üretir. XeOF
4, XeOF−
5 anyonunu oluşturmak için CsF ile reaksiyona girerken, XeOF₃, XeOF−
4 anyonunu oluşturmak için KF, RbF ve CsF alkali metal florürleriyle reaksiyona girer.

Diğer bileşikler

Ksenon, flor veya oksijenden, özellikle karbondan daha az elektronegatif bir elemana doğrudan bağlanabilir. Flor ikameli gruplar gibi elektron çeken gruplar, bu bileşikleri stabilize etmek için gereklidir. Aşağıdakiler dahil olmak üzere çok sayıda bu tür bileşik karakterize edilmiştir:

• C
  6F
  5–Xe+
  –N≡C–CH
  3, burada C₆F₅ pentaflorofenil grubudur.
• [C
  6F
  5]
  2Xe
• C
  6F
  5–Xe–C≡N
• C
  6F
  5–Xe–F
• C
  6F
  5–Xe–Cl
• C
  2F
  5–C≡C–Xe+
  
• [CH
  3]
  3C–C≡C–Xe+
  
• C
  6F
  5–XeF+
  2
• (C
  6F
  5Xe)
  2Cl+
  

Daha az elektronegatif bir elemana bağlı ksenon içeren diğer bileşikler arasında F–Xe–N(SO
2F)
2 ve F–Xe–BF
2 bulunur. İkincisi, -100 °C'de dioksijenil tetrafloroborat, O
2BF
4'ten sentezlenir.

Ksenon içeren alışılmadık bir iyon, Xe-Au bağları içeren tetraxenonogold (II) katyonu AuXe2+
4'tür. Bu iyon, AuXe
4(Sb
2F
11)
2 bileşiğinde meydana gelir ve ksenonun bir geçiş metali ligandı olarak işlev görmesiyle ünlü olarak reaktif olmayan iki atom, ksenon ve altın arasında doğrudan kimyasal bağlara sahip olması bakımından dikkate değerdir.

Xe
2Sb
2F
11 bileşiği, bilinen en uzun element-element bağı olan Xe–Xe bağı içerir (308,71 pm = 3,0871 Å).

1995 yılında, M. Räsänen ve Finlandiya'daki Helsinki Üniversitesi'ndeki bilim adamları, ksenon dihidrit (HXeH) ve daha sonra ksenon hidrit hidroksit (HXeOH), hidroksenoasetilen (HXeCCH) ve diğer Xe oleküller içerenlerin hazırlandığını duyurdular. 2008'de Khriachtchev ve ark. bir kriyojenik ksenon matrisi içinde suyun fotolizi ile HXeOXeH'nin hazırlanmasını bildirmiştir. Döteryumlanmış moleküller, HXeOD ve DXeOH da üretildi.

Klatratlar ve eksimerler

Ksenonun kimyasal bir bağ oluşturduğu bileşiklere ek olarak, ksenon atomlarının veya çiftlerinin başka bir bileşiğin kristal kafesi tarafından tutulduğu maddeler olan klatratlar oluşturabilir. Bir örnek ksenon hidrattır (Xe· 5 ³⁄₄H₂O), burada ksenon atomları bir su molekülleri kafesinde boşluklar oluşturur. Bu klatratın erime noktası 24 °C'dir. Bu hidratın döteryumlanmış versiyonu da üretildi. Diğer bir örnek, ksenon çiftlerinin (dimerler) katı hidrojen içinde hapsolduğu ksenon hidrittir (Xe(H₂)₈). Bu tür klatrat hidratlar, Antarktika buz tabakasının altındaki Vostok Gölü gibi yüksek basınç koşulları altında doğal olarak meydana gelebilir. Klatrat oluşumu, ksenon, argon ve kriptonu fraksiyonel olarak damıtmak için kullanılabilir.

Ksenon ayrıca, bir ksenon atomunun bir fulleren molekülü içinde hapsolduğu endohedral fulleren bileşikleri oluşturabilir. Fulleren içinde hapsolmuş ksenon atomu, ¹²⁹Xe nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi ile gözlemlenebilir. Ksenon atomunun çevresine hassas kimyasal kayması yoluyla, fulleren molekülü üzerindeki kimyasal reaksiyonlar analiz edilebilir. Bununla birlikte, bu gözlemler, ksenon atomunun fullerenin reaktivitesi üzerinde elektronik bir etkiye sahip olmasından dolayı, ihtiyatlı değildir.

Ksenon atomları temel enerji durumundayken birbirlerini iterler ve bir bağ oluşturmazlar. Bununla birlikte, ksenon atomlarına enerji verildiğinde, elektronlar temel duruma dönene kadar bir uyarıcı (uyarılmış dimer) oluşturabilirler. Bu varlık, ksenon atomunun komşu bir ksenon atomundan bir elektron ekleyerek en dıştaki elektronik kabuğu tamamlama eğiliminde olduğu için oluşur. Bir ksenon eksimerin tipik ömrü 1-5 nanosaniyedir ve bozulma, yaklaşık 150 ve 173 nm dalga boyuna sahip fotonları serbest bırakır. Ksenon ayrıca halojenler brom, klor ve flor gibi diğer elementlerle eksimerler oluşturabilir.

Uygulamalar

Aydınlatma ve optik

Gaz deşarj lambaları

Ksenon, fotografik flaşlarda ve stroboskopik lambalarda kullanılan, ksenon flaş lambaları adı verilen ışık yayan cihazlarda kullanılır; daha sonra tutarlı ışık üreten lazerlerdeki aktif ortamı uyarmak; ve bazen bakteri öldürücü lambalarda kullanılır. 1960 yılında icat edilen ilk katı hal lazeri, bir ksenon flaş lambası ile pompalandı ve eylemsizlik hapsi füzyonunu güçlendirmek için kullanılan lazerler de ksenon flaş lambaları ile pompalandı.

Sürekli, kısa arklı, yüksek basınçlı ksenon ark lambaları öğlen güneş ışığına çok yakın bir renk sıcaklığına sahiptir ve güneş simülatörlerinde kullanılır. Yani, bu lambaların kromatikliği, Güneş'in sıcaklığında ısıtılmış bir siyah cisim radyatörüne çok yakındır. İlk olarak 1940'larda tanıtılan bu lambalar, film projektörlerindeki daha kısa ömürlü karbon ark lambalarının yerini aldı. Ayrıca tipik 35 mm, IMAX ve dijital film projeksiyon sistemlerinde de kullanılırlar. Mükemmel bir kısa dalga boylu ultraviyole radyasyon kaynağıdır ve bazı gece görüş sistemlerinde kullanılan yakın kızılötesinde yoğun emisyona sahiptirler. Xenon, HID otomotiv farlarında ve son teknoloji "taktik" fenerlerde marş gazı olarak kullanılır.

Bir plazma ekranındaki tek tek hücreler, elektrotlarla iyonize edilmiş bir ksenon ve neon karışımı içerir. Bu plazmanın elektrotlarla etkileşimi, ultraviyole fotonları oluşturur ve bu daha sonra ekranın ön tarafındaki fosfor kaplamasını uyarır.

Ksenon, yüksek basınçlı sodyum lambalarda "marş gazı" olarak kullanılır. Tüm radyoaktif olmayan soy gazlar arasında en düşük ısıl iletkenliğe ve en düşük iyonizasyon potansiyeline sahiptir. Soy bir gaz olarak çalışma lambasında meydana gelen kimyasal reaksiyonlara müdahale etmez. Düşük ısıl iletkenlik, çalışma durumundayken lambadaki ısıl kayıpları en aza indirir ve düşük iyonlaşma potansiyeli, gazın bozulma voltajının soğuk durumda nispeten düşük olmasına neden olarak lambanın daha kolay çalıştırılmasına izin verir.

Lazerler

1962'de Bell Laboratuvarları'ndaki bir grup araştırmacı, ksenonda lazer eylemi keşfetti ve daha sonra lazer kazancının lazer ortamına helyum ekleyerek iyileştirildiğini buldu. İlk excimer lazer, 176 nm'lik bir ultraviyole dalga boyunda uyarılmış emisyon üretmek için bir elektron demeti ile enerji verilen bir ksenon dimer (Xe₂) kullandı. Ksenon klorid ve ksenon florür ayrıca eksimer (veya daha doğrusu eksiplex) lazerlerde de kullanılmıştır.

Tıbbi

Anestezi

Ksenon genel anestezik olarak kullanılmıştır, ancak geleneksel anestetiklerden daha pahalıdır.

Ksenon, birçok farklı reseptör ve iyon kanalıyla etkileşime girer ve birçok teorik olarak çok modlu inhalasyon anestetikleri gibi, bu etkileşimler muhtemelen tamamlayıcıdır. Ksenon, yüksek afiniteli bir glisin bölgesi NMDA reseptör antagonistidir. Bununla birlikte, ksenon, nörotoksik olmaması ve aslında nöroprotektif etkiler üretirken ketamin ve nitröz oksidin nörotoksisitesini inhibe etmesi açısından diğer bazı NMDA reseptör antagonistlerinden farklıdır. Ketamin ve nitröz oksitten farklı olarak, ksenon, akümbens çekirdeğinde bir dopamin akışını uyarmaz.

Azot oksit ve siklopropan gibi, ksenon da iki gözenekli alan potasyum kanalı TREK-1'i aktive eder. İnhalasyon anestetiklerinin eylemlerinde de yer alan ilgili bir kanal TASK-3, ksenona duyarsızdır. Ksenon, spinal aracılı analjeziye katkıda bulunan nikotinik asetilkolin α₄β₂ reseptörlerini inhibe eder. Ksenon, plazma membranı Ca²⁺ ATPaz'ın etkili bir inhibitörüdür. Ksenon, enzim içindeki hidrofobik bir gözeneğe bağlanarak ve enzimin aktif konformasyonlar almasını önleyerek Ca²⁺ ATPaz'ı inhibe eder.

Ksenon, serotonin 5-HT₃ reseptörünün rekabet edebilen bir inhibitörüdür. Ne anestezik ne de antinosiseptif olsa da, bu anesteziden kaynaklanan mide bulantısı ve kusmayı azaltır.

Ksenonun 40 yaşında minimum alveolar konsantrasyonu (MAC) %72'dir, bu da onu anestezik olarak N₂O'den %44 daha güçlü kılar. Böylece daha düşük hipoksi riski olan konsantrasyonlarda oksijen ile kullanılabilir. Azot oksitten (N₂O) farklı olarak, ksenon bir sera gazı değildir ve çevre dostu olarak görülmektedir. Modern sistemlerde geri dönüştürülmesine rağmen, atmosfere açılan ksenon, çevresel etki olmaksızın yalnızca orijinal kaynağına geri dönüyor.

Nöroprotektandır

Ksenon, çeşitli mekanizmalar aracılığıyla güçlü kalp koruma ve nöroproteksiyon sağlar. Ca²⁺, K⁺, KATP \ HIF ve NMDA antagonizması üzerindeki etkisi sayesinde, ksenon iskemik saldırılar öncesinde, sırasında ve sonrasında uygulandığında nöroprotektiftir. Ksenon, NMDA reseptörü glisin bölgesinde yüksek afiniteli bir antagonisttir. Ksenon, farmakolojik iskemik olmayan ön koşullandırmayı indükleyerek iskemi-reperfüzyon koşullarında kardiyoprotektiftir. Ksenon, PKC-epsilon ve aşağı akış p38-MAPK'yi aktive ederek kardiyoprotektiftir. Xenon, ATP'ye duyarlı potasyum kanallarını aktive ederek nöronal iskemik ön koşullandırmayı taklit eder. Xenon allosterik olarak ATP aracılı kanal aktivasyon inhibisyonunu sülfonilüre reseptör 1 alt biriminden bağımsız olarak azaltır ve KATP açık kanal süresini ve frekansını artırır.

Spor doping

Bir ksenon/oksijen karışımının solunması, transkripsiyon faktörü HIF-1-alfa üretimini aktive eder ve bu da artan eritropoietin üretimine yol açabilir. İkinci hormonun kırmızı kan hücresi üretimini ve atletik performansı artırdığı bilinmektedir. Bildirildiğine göre, ksenon inhalasyonuyla doping, Rusya'da 2004'ten beri veya belki de daha öncesindede kullanılıyor olabilir. 31 Ağustos 2014 tarihinde, Dünya Dopingle Mücadele Ajansı (WADA), yasak maddeler ve yöntemler listesine ksenon (ve argon) ekledi, ancak bu gazlar için henüz güvenilir bir doping testi geliştirilmedi. Ek olarak, ksenonun insanlarda eritropoietin üretimi üzerindeki etkileri şimdiye kadar gösterilmemiştir.

Görüntüleme

Ksenonun ¹³³Xe radyoizotopundan gama emisyonu, örneğin tek foton emisyonlu bilgisayarlı tomografi aracılığıyla kalbi, akciğerleri ve beyni görüntülemek için kullanılabilir. ¹³³Xe, kan akışını ölçmek için de kullanılmıştır.

Ksenon, özellikle hiperpolarize ¹²⁹Xe, manyetik rezonans görüntüleme (MRI) için yararlı bir kontrast maddesidir. Gaz fazında, gözenekli bir örnekteki boşlukları, akciğerlerdeki alveolleri veya akciğerlerdeki gaz akışını görüntüleyebilir. Ksenon hem suda hem de hidrofobik çözücülerde çözünür olduğundan, çeşitli yumuşak canlı dokuları görüntüleyebilir.

Ameliyat

Ksenon klorür excimer lazerin belirli dermatolojik kullanımları vardır.

NMR spektroskopisi

Ksenon atomunun geniş, esnek dış elektron kabuğu nedeniyle, NMR spektrumu çevredeki koşullara yanıt olarak değişir ve çevredeki kimyasal koşulları izlemek için kullanılabilir. Örneğin, suda çözünmüş ksenon, hidrofobik çözücü içinde çözünmüş ksenon ve belirli proteinlerle ilişkili ksenon NMR ile ayırt edilebilir.

Hiperpolarize ksenon, yüzey kimyagerleri tarafından kullanılabilir. Normalde, yüzeyleri NMR ile karakterize etmek zordur çünkü bir yüzeyden gelen sinyaller, yüzey çekirdeklerinden çok daha fazla sayıda olan numunenin büyük kısmındaki atomik çekirdeklerden gelen sinyaller tarafından bastırılır. Bununla birlikte, katı yüzeylerdeki nükleer spin, spin polarizasyonunu hiperpolarize ksenon gazından bunlara aktararak seçici olarak polarize edilebilir. Bu, yüzey sinyallerini toplu sinyalleri ölçmek ve bunlardan ayırt etmek için yeterince güçlü kılar.

Diğer

Nükleer enerji çalışmalarında, ksenon kabarcık odalarında, sondalarda ve yüksek moleküler ağırlık ve inert kimyanın istendiği diğer alanlarda kullanılır. Nükleer silah testinin bir yan ürünü, radyoaktif ksenon-133 ve ksenon-135'in serbest bırakılmasıdır. Bu izotoplar, nükleer test yasağı anlaşmalarına uyumu sağlamak ve Kuzey Kore gibi devletlerin nükleer testlerini onaylamak için izleniyor.

Sıvı ksenon, gama ışınlarını ölçmek için kalorimetrelerde ve varsayımsal olarak zayıf etkileşen büyük parçacıkların veya WIMP'lerin bir detektörü olarak kullanılır. Bir WIMP, bir ksenon çekirdeği ile çarpıştığında, teori, iyonlaşmaya ve parıldamaya neden olacak kadar enerji vereceğini tahmin ediyor. Sıvı ksenon bu deneyler için kullanışlıdır, çünkü yoğunluğu karanlık madde etkileşimini daha olası hale getirir ve kendi kendini koruma yoluyla sessiz bir detektöre izin verir.

Ksenon, atom ağırlığı başına düşük iyonlaşma potansiyeline sahip olduğundan ve oda sıcaklığında (yüksek basınç altında) sıvı olarak depolanabildiğinden, ancak motoru beslemek için kolayca buharlaştırılabildiğinden uzay aracının iyon tahrikinde tercih edilen itici gazdır. Xenon inerttir, çevre dostudur ve bir iyon motoru için cıva veya sezyum gibi diğer yakıtlara göre daha az aşındırıcıdır. Xenon, ilk olarak 1970'lerde uydu iyon motorları için kullanıldı. Daha sonra JPL'nin Deep Space 1 sondası, Avrupa'nın SMART-1 uzay aracı ve NASA'nın Dawn Uzay Aracı'ndaki üç iyon itici motor için itici güç olarak kullanıldı.

Kimyasal olarak, perxenate bileşikleri analitik kimyada oksitleyici maddeler olarak kullanılır. Ksenon diflorür, özellikle mikroelektromekanik sistemlerin (MEMS) üretiminde silikon için bir aşındırıcı olarak kullanılır. Antikanser ilaç 5-florourasil, ksenon diflorürün urasil ile reaksiyona sokulmasıyla üretilebilir. Ksenon ayrıca protein kristalografisinde de kullanılır. Bir protein kristaline 0,5 ila 5 MPa (5 ila 50 atm) arasındaki basınçlarda uygulanan ksenon atomları, ağırlıklı olarak hidrofobik boşluklara bağlanır ve genellikle faz problemini çözmek için kullanılabilen yüksek kaliteli, izomorf, ağır atom türevi oluşturur.

Önlemler

Ksenon

Tehlikeler
NFPA 704	0 0 0 SA
Aksi belirtilmediği sürece, veriler malzemelerin standart hallerinde verilir (25 °C'de [77 °F], 100 kPa).
Bilgikutusu referansı

Güçlü oksidatif oldukları için, birçok oksijen-ksenon bileşiği toksiktir; aynı zamanda patlayıcıdırlar (oldukça ekzotermik), ksenon bileşiklerinden çok daha güçlü kimyasal bağlarla elemental ksenon ve diatomik oksijene (O₂) parçalanırlar.

Ksenon gazı, standart sıcaklık ve basınçta normal sızdırmaz cam veya metal kaplarda güvenle saklanabilir. Bununla birlikte, çoğu plastik ve kauçuğun içinde kolaylıkla çözünür ve bu tür malzemelerle kapatılmış bir kaptan yavaş yavaş dışarı çıkacaktır. Ksenon toksik değildir, ancak kanda çözülür ve kan-beyin bariyerini aşarak oksijenle yüksek konsantrasyonlarda solunduğunda hafiften tam cerrahi anesteziye neden olan seçkin bir madde grubuna aittir.

Ksenon gazındaki ses hızı (169 m/s) havadakinden daha azdır çünkü ağır ksenon atomlarının ortalama hızı havadaki nitrojen ve oksijen moleküllerinden daha azdır. Bu nedenle, ksenon ekshale edildiğinde ses tellerinde daha yavaş titreşir ve helyumda üretilen yüksek tonlu sese zıt bir etki olan alçaltılmış ses tonları üretir (düşük frekanslı gelişmiş sesler, ancak temel frekans veya perde değişmez). Spesifik olarak, ses yolu ksenon gazı ile doldurulduğunda, doğal rezonans frekansı hava ile dolduğundan daha düşük hale gelir. Böylece, ses tellerinin aynı doğrudan titreşimi tarafından üretilen ses dalgasının düşük frekansları, ses yolu tarafından yükseltilen sesin tınısında bir değişiklikle sonuçlanarak geliştirilecektir. Helyum gibi, ksenon da vücudun oksijen ihtiyacını karşılamaz ve hem basit bir boğucudur hem de nitröz oksitten daha güçlü bir anesteziktir; sonuç olarak ve ksenon pahalı olduğu için, birçok üniversite genel bir kimya gösterisi olarak ses gösterisini yasaklamıştır. Gaz sülfür heksaflorür, moleküler ağırlık bakımından ksenona benzer (146'ya karşı 131), daha ucuzdur ve boğucu olmasına rağmen toksik veya anestetik değildir; genellikle bu gösterilerde ikame edilir.

Ksenon ve sülfür hekzaflorür gibi yoğun gazlar, en az %20 oksijen ile karıştırıldığında güvenle solunabilir. %80 konsantrasyonda ksenon, %20 oksijen ile birlikte hızla genel anestezinin bilinçsizliğini üretir (ve yukarıda tartışıldığı gibi bunun için kullanılmıştır). Solunum, farklı yoğunluktaki gazları çok etkili ve hızlı bir şekilde karıştırır, böylece daha ağır gazlar oksijenle birlikte temizlenir ve akciğerlerin dibinde birikmez. Bununla birlikte, büyük miktarlardaki herhangi bir ağır gazla ilişkili bir tehlike vardır: bir kapta görünmez bir şekilde durabilir ve kokusuz, renksiz bir gazla dolu bir alana giren bir kişi, herhangi bir uyarı olmaksızın boğulabilir. Bir ksenon tankı veya kabı havalandırılmamış bir alanda tutulduğunda tehlike potansiyeli mevcut olsa da, ksenon nadiren yeterince büyük miktarlarda kullanılır.

Ayrıca bakınız

Soy gazlar