Xenón | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Xenón licuado en una bombilla. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Posición en la tabla periódica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Símbolo | Xe | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
apellido | Xenón | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número atómico | 54 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | 18 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Período | 5 º período | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cuadra | Bloque p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Familia de elementos | gas noble | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuración electrónica | [ Kr ] 5 s 2 4 d 10 5 p 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electrones por nivel de energía | 2, 8, 18, 18, 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades atómicas del elemento. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Masa atomica | 131,293 ± 0,006 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio atómico (calc) | ( 108 pm ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio covalente | 140 ± 9 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio de Van der Waals | 216 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado de oxidación | 0 , 1, 2 , 4, 6, 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegatividad ( Pauling ) | 2.6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Óxido | ácido (XeO 3 y XeO 4 ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energías de ionización | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 re : 12.12984 eV | 2 e : 20,9750 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 E : 32,1230 eV | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
La mayoría de los isótopos estables | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Propiedades físicas corporales simples | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado ordinario | Gas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidad |
5.887 ± 0.009 g · L -1 (gas), 2,95 g · cm -3 (líquido, -109 ° C ) |
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Sistema de cristal | Cúbico centrado en la cara | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Color | ninguna | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de fusión | −111,74 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de ebullición | −108,09 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energía de fusión | 2.297 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energía de vaporización | 12,57 kJ · mol -1 ( 1 atm , -108,09 ° C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Temperatura crítica | 16,58 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volumen molar | 22.414 × 10 -3 m 3 · mol -1 a 0 ° C y 1 atm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocidad del sonido | 1090 m · s -1 hasta 20 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor masivo | 158 J · kg -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductividad térmica | 5,69 × 10-3 W · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Diverso | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o ECHA | 100,028,338 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o CE | 231-172-7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Precauciones | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SGH | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atención H280 y P403 H280 : Contiene gas a presión; puede explotar si se calienta P403 : Almacenar en un lugar bien ventilado. |
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WHMIS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PARA, A : Temperatura crítica del gas comprimido = 16,58 ° C Divulgación al 1,0% según los criterios de clasificación |
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Transporte | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
20 : gas asfixiante o gas que no presenta riesgo secundario Número ONU : 2036 : XENÓN COMPRIMIDO Clase: 2.2 Etiqueta: 2.2 : Gases no inflamables, no tóxicos (corresponde a los grupos designados por una A o una mayúscula O); Embalaje: -
22 : gas licuado refrigerado, asfixiante Número ONU : 2591 : XENÓN, LÍQUIDO REFRIGERADO Clase: 2.2 Etiqueta: 2.2 : Gases no inflamables, no tóxicos (corresponde a los grupos designados por una A o una O mayúscula); Embalaje: - |
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Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
El xenón es el elemento químico del número atómico 54, símbolo Xe. Es un gas noble , inodoro e incoloro. En una lámpara de descarga , emite una luz azul.
El xenón es el más raro y caro de los gases nobles, con la excepción del radón , cuyos isótopos son radiactivos.
Etimológicamente, el nombre "xenón" deriva de la palabra griega ξένος ( xenos ), que se traduce como "extranjero". Este nombre proviene del hecho de que el xenón se descubrió como "gas desconocido en el extranjero" en el criptón durante identificaciones sucesivas gases nobles ( argón , criptón, xenón) al final de la XIX XX siglo .
El xenón fue descubierto en 1898 por William Ramsay y Morris William Travers mediante un análisis espectral de "relaves" en el aire del que se habían eliminado el oxígeno y el nitrógeno .
El xenón se extrae mediante destilación al aire. Para destilar el aire hay que hacerlo líquido comprimiéndolo (se calienta sin dejar de ser gaseoso, pero manteniéndolo comprimido y enfriándolo, se licua ). A continuación, el xenón se puede extraer mediante destilación fraccionada del aire que se ha convertido en líquido.
El xenón fue descubierto por los químicos británicos William Ramsay y Morris Travers en12 de julio de 1898, poco después de su descubrimiento del kriptón y el neón . Lo encontraron en un residuo resultante de la evaporación selectiva de los diversos elementos que componen el aire líquido . Fue Ramsay quien propuso bautizar este nuevo gas xenón , del griego ξένον [ xenon ], la forma singular neutral de ξένος [ xenos ], que significa "extranjero" o "invitado". En 1902, Ramsay estimó que la atmósfera de la Tierra debe contener 1 parte por cada 20 millones de xenón.
Durante la década de 1930 , el ingeniero Harold Edgerton comenzó a interesarse por la luz estroboscópica para aplicaciones en fotografía de alta velocidad. Este estudio lo llevó a la invención de una luz estroboscópica de xenón, en la que la luz se generaba mediante una descarga de corriente muy breve en un tubo lleno de xenón. En 1934, Edgerton pudo generar destellos de microsegundos de duración utilizando esta técnica.
En 1939, Albert R. Behnke Jr. estudió las causas de la narcosis en buceadores en aguas profundas, llevados a respirar aire más denso y de más alta presión que el aire ambiente. Al probar el efecto de cambiar la composición del aire en las botellas, se dio cuenta de que el organismo humano reaccionaba de manera diferente según la composición química del gas inspirado a alta presión. Concluye que el xenón podría usarse en anestesia . Aunque parece que el ruso Lazharev estudió el uso del xenón en anestesia en 1941, el primer trabajo publicado que confirma el efecto del xenón data de 1946 y se refiere a los experimentos de JH Lawrence en ratones. El primer uso del xenón como anestésico en cirugía se remonta a 1951, con la operación de dos pacientes por Stuart C. Cullen.
En 1960, el físico John H. Reynolds (en) descubrió que ciertos meteoritos contenían niveles anormalmente altos del isótopo 129 xenón. Supuso que el exceso de este isótopo provenía del producto de desintegración del yodo 129 . Este isótopo se produce lentamente en el medio interestelar por reacciones de espalación debidas a los rayos cósmicos y reacciones de fisión nuclear , pero solo se produce en cantidades significativas en la explosión de supernovas . La vida media del yodo-129 es relativamente corta en una escala cosmológica (sólo 16 millones de años), esto demostró que había transcurrido poco tiempo entre la supernova y el momento en que el meteorito se solidificó atrapando el yodo 129 . Se creía que estos dos eventos (supernova y solidificación de la nube de gas) tuvieron lugar durante los primeros días de la historia del sistema solar , y es probable que el yodo-129 se generara antes, aunque poco antes, de la formación del sistema solar.
Durante mucho tiempo se ha considerado que el xenón y otros gases nobles son completamente químicamente inertes y no participan en la formación de compuestos químicos . Sin embargo, mientras enseñaba en la Universidad de Columbia Británica , Neil Bartlett descubrió que el hexafluoruro de platino (PtF 6 ) es un agente oxidante muy poderoso, capaz de oxidar el oxígeno (O 2 ) para formar hexafluoroplatinato de dioxigenilo (O 2 + [PtF 6 ] - ). . Dado que el dioxígeno y el xenón tienen energías de primera ionización casi idénticas, Bartlett se dio cuenta de que el hexafluoruro de platino posiblemente también podría oxidar el xenón. la23 de marzo de 1962, mezcló estos dos gases y produjo el primer compuesto químico que contiene un gas noble, hexafluoroplatinato de xenón . Bartlett pensó que su composición era Xe + [PtF 6 ] - , pero un trabajo posterior mostró que probablemente hizo una mezcla de varias sales de xenón. Desde entonces, se han descubierto muchos otros compuestos de xenón, y se han identificado algunos compuestos que contienen otros gases nobles ( argón , criptón y radón ), entre los que se incluyen, en particular , el hidrofluoruro de argón , el difluoruro de criptón o el fluoruro de radón .
El xenón existe en cantidades mínimas en la atmósfera de la Tierra con una concentración de 0.087 ± 0.001 ppm .
El xenón es relativamente raro en el Sol , en la Tierra , en asteroides o cometas .
La atmósfera de Marte tiene una abundancia de xenón similar a la de la Tierra, o 0.08 ppm . Por el contrario, la proporción de xenón 129 (en relación con el xenón total) en Marte es más alta que la observada en la Tierra o en el Sol. Dado que este isótopo es producido por la desintegración de elementos radiactivos, esto indica que Marte puede haber perdido la mayor parte de su atmósfera primitiva, quizás en los primeros 100 millones de años después de su formación.
Por el contrario, la atmósfera de Júpiter tiene una concentración inusualmente alta de xenón, aproximadamente 2,6 veces la del Sol. Esta alta concentración permanece sin explicación y podría estar relacionada con la formación rápida y temprana de planetesimales antes de que el disco protoplanetario comience a calentarse (de lo contrario, el xenón no habría quedado atrapado en el hielo de los planetesimales). En el sistema solar en su conjunto, la proporción de xenón (teniendo en cuenta todos sus isótopos) es 1,56 × 10 -8 , o una concentración de masa de 1 en 64 millones.
La baja concentración de xenón en la Tierra podría explicarse por la posibilidad de enlaces covalentes xenón-oxígeno en el cuarzo (especialmente a alta presión), lo que tendería a reducir la presencia de gas xenón en la atmósfera. Dos investigadores, Svyatoslav Shcheka y Hans Keppler, ofrecieron otra explicación en 2012: a medida que se enfriaba y cristalizaba, el magma atrapó los gases raros más ligeros. La mayoría de los grandes átomos de xenón permanecieron en la atmósfera. Bajo el efecto del calor, la fuerte radiación ultravioleta del joven Sol y el bombardeo de la Tierra por meteoritos, la atmósfera escapó parcialmente al espacio, llevándose el xenón consigo. Los otros investigadores “explican que el xenón está ahí pero que se esconde en alguna parte. Decimos que no está allí porque, muy temprano en la historia de la Tierra, no tenía dónde esconderse. "
A diferencia de otros gases nobles de menor masa, el xenón y el criptón no se forman por nucleosíntesis estelar dentro de las estrellas . De hecho, el coste energético de producir elementos más pesados que el níquel 56 mediante fusión es demasiado alto. Como resultado, se forma una gran cantidad de isótopos de xenón durante las explosiones de supernovas .
Industrialmente, el xenón es un subproducto de la separación del aire en oxígeno y nitrógeno . Como resultado de esta separación, normalmente realizada por destilación fraccionada con doble columna , el oxígeno líquido obtenido contiene una pequeña cantidad de xenón y criptón. Realizando etapas adicionales de destilación fraccionada, se puede enriquecer para que contenga una concentración acumulada de 0,1 a 0,2% de criptón y xenón, una mezcla de gases nobles extraídos por adsorción en gel de sílice o por destilación. Esta mezcla se separa luego en xenón y criptón por destilación. Extraer un litro de xenón de la atmósfera requiere 220 vatios-hora de energía . En 1998, la producción mundial de xenón fue de 5.000 a 7.000 m 3 ( ) . Debido a su baja concentración en el aire, el xenón es mucho más caro que otros gases nobles más ligeros. En 1999, el precio de compra de pequeñas cantidades rondaba los 10 € / l , frente a 1 € / l de criptón y 0,20 € / l de neón. Estos precios siguen siendo muy modestos en comparación con el precio del helio 3 .
Un átomo de xenón es un átomo con un núcleo de 54 protones .
En condiciones normales de temperatura y presión , es un gas de densidad 5.761 kg · m -3 ( ) . En estado líquido, su densidad puede alcanzar los 3.100 g · cm -3 , alcanzándose el máximo en el punto triple .
En las mismas condiciones, su densidad en estado sólido es de 3.640 g · cm -3 ( ) .
Bajo varios gigapascales de presión , el xenón exhibe un estado metálico .
El xenón es parte de la familia de los gases nobles. Su capa de valencia está completamente llena, es inerte con respecto a la mayoría de las reacciones químicas .
Sin embargo, puede oxidarse con oxidantes muy fuertes y se han podido sintetizar muchos compuestos de xenón.
Cuando el xenón colocado en un tubo es excitado por descargas eléctricas, emite un brillo azul o lavanda. Sus líneas de emisión cubren el rango visible , pero las líneas más intensas están en el azul, lo que explica esta coloración.
El xenón líquido o sólido se puede producir a temperatura ambiente mediante la implantación de iones Xe + en una matriz sólida. Muchos sólidos tienen una red consistentemente más pequeña que el sólido Xe. Por tanto, el xenón implantado se comprime a presiones que pueden ser suficientes para que se licue o solidifique.
En la naturaleza, se pueden encontrar 7 isótopos de xenón estable (o cuasi-estable). Solo el estaño tiene un mayor número de isótopos estables (10), siendo el estaño y el xenón los únicos dos elementos que tienen más de 7 isótopos estables. Los isótopos 124 Xe y 134 Xe deberían sufrir teóricamente una desintegración β doble, pero esto nunca se ha observado. Se observó una desintegración β doble con emisión de dos antineutrinos (ββ2ν) para el isótopo 136 Xe mediante el experimento EXO-200, que midió una vida media de 2,11 × 10 21 años (más de cien mil millones de veces la edad del universo ). . Se observó una desintegración de la captura de electrones dobles para el isótopo 124 Xe mediante el experimento XENON con una vida media de 1,8 × 10 22 años.
Además de estos 7 isótopos, se han estudiado más de 40 isótopos inestables e isómeros nucleares.
Uno de ellos presenta desafíos particulares para la gestión de ciertos reactores nucleares (por ejemplo, PWR ). En los reactores en cuestión, el xenón 135 se produce como descendiente del yodo 135 que se degrada después de unas pocas horas a xenón 135 , que, en este contexto, se degrada rápidamente absorbiendo neutrones de fisión. En tiempos normales, la producción y la degradación están, por tanto, equilibradas. Cuando baja la potencia del reactor, se produce una caída en la producción de neutrones que, entonces, ya no son suficientes para la degradación del 135 Xe, que por tanto sigue acumulándose, producto de la fisión de las horas anteriores. Debido a su enorme sección transversal de absorción térmica (del orden de 3 millones de graneros ) amplifica la caída de la energía nuclear. Entonces decimos que hay " envenenamiento por xenón " del reactor.
Además, el xenón puede penetrar otros materiales como el nitruro de titanio (uno de los materiales utilizados como matriz inerte para envolver el combustible en el tipo de reactores Reactor avanzado de gas (o GFR para reactor rápido refrigerado por gas )).
El estudio, modelización y control del "envenenamiento" de un reactor de xenón y sus efectos en la distribución de los flujos de energía y potencia constituyen, por tanto, un tema importante para la industria nuclear y la gestión de accidentes.
Después del terremoto y aún antes de la primera despresurización voluntaria de la 1 st reactor, se detectó una emisión de xenón que indica daño estructural probable en la parte nuclear de las instalaciones.
Luego, en los días posteriores al inicio del desastre de Fukushima , se registró un aumento "récord" en el nivel de xenón 133 ( 133 Xe) en el aire en Japón y hasta en América del Norte (por científicos estadounidenses que estudian la radiactividad en el aire en Estados Unidos como parte de la red para la detección de posibles ensayos nucleares). Este fue el primer indicio sólido de pérdida de contención del reactor o de criticidad en una piscina de combustible gastado .
Un modelo inverso de emisiones de xenón y cesio (publicado enmarzo 2012) fue realizado por un equipo internacional. Sus bases de cálculo fueron las cantidades (conocidas) de combustibles presentes en los núcleos de los reactores y en la piscina en cuestión. Estos datos se cruzaron con datos meteorológicos y lecturas de análisis de xenón realizadas en varias docenas de estaciones en Japón, América del Norte y otras regiones (la "nube" enriquecida con xenón radiactivo "llegó a América del Norte el15 de marzo y Europa en 22 de marzo " A continuación, un mes después del accidente (a mediados de abril de este 133 Xe se encontró " bastante uniformemente distribuida en las latitudes medias del hemisferio norte e incluso por primera vez también se mide en el hemisferio sur por un Darwin estación en Australia” ).
Según este modelo, apoyado por mediciones de campo, las cantidades de xenón radiactivo liberadas al aire de 11 a 15 de marzo de 2011por la central nuclear de Fukushima Daiichi fueron muy altas: 15,3 (margen de incertidumbre: 12,2-18,3) EBq según Stohl & al, o 16,7 ± 1,9 EBq o 14,2 ± 0,8 EBq (según una estimación media) o incluso más ( 19,0 ± 3.4 EBq ) según otro método de cálculo). Esto es más del doble de las descargas totales de xenón de la catástrofe de Chernobyl, mientras que por el contrario los de cesio 137 emisiones procedentes de los 4 reactores dañados en Fukushima solamente corresponden en cantidad a 43% de las estimadas por el reactor n o 4 Chernobyl. También es probablemente la mayor liberación de gas radiactivo raro en toda la historia. Esto es mucho más que todo el xenón contenido y emitido por los 4 reactores en dificultad y luego en fusión, lo que se explica por la producción de xenón por desintegración del yodo 133 en xenón 133 , especialmente al parecer. En la piscina del reactor n o 4, ya que estas emisiones bajaron inmediatamente varios órdenes de magnitud cuando comenzó la aspersión de esta piscina.
Una gran parte del xenón emitido fue al Pacífico y a Estados Unidos, pero Japón también se vio afectado, y su radiactividad debe sumarse a la del yodo y el cesio que se fabricaron en Japón en abril.Mayo de 2011sujeto a una primera evaluación retrospectiva oficial. Este xenón pudo contribuir a una primera exposición interna y externa de los japoneses.
A pesar de la estabilidad de su capa electrónica, se han elaborado compuestos de xenón, todos de grados de oxidación II , IV , VI e incluso VIII .
Desde su descubrimiento en 1898, la principal cualidad del xenón ha sido su inactividad química. Sin embargo, ya en 1933, Linus Pauling propuso que KrF 6y XeF 6podría ser aislado, a pesar de que no lo había logrado. Más tarde, DM Yost y AL Lake también lo intentaron sin éxito, pero esta vez sometiendo una mezcla de xenón y difluor a descargas eléctricas.
El hecho de que el xenón pueda tener reactividad y exista entre unas pocas docenas de compuestos químicos al entablar enlaces covalentes reales, lo que no es el caso de otros gases nobles, se atribuye a la polarizabilidad de su procesión electrónica. Es 4.01 Å 3 (= 4.01 × 10 −24 cm 3 ); contra 2,46 para el criptón (que también tiene algunos compuestos covalentes); 0,62 para argón; 0,39 para neón y 0,201 para helio. La polarización de alguna manera expresa el poder de deformación de la procesión electrónica, una propiedad esencial para entrar en combinación con otros átomos.
La primera molécula sintetizada fue el hexafluoroplatinato de xenón preparado por Neil Bartlett en 1962 , como resultado de lo cual se pudieron preparar muchos otros compuestos, como difluoruro de xenón XeF 2 , tetrafluoruro de xenón XeF 4 , hexafluoruro de xenón XeF 6 , perxenato de sodio Na 4 XeO 6 * 8H 2 O, un oxidante fuerte, trióxido de xenón XeO 3 , explosivo, así como tetraóxido de xenón XeO 4 . La mayoría de los más de 80 compuestos de xenón conocidos en 2007 contienen flúor o de oxígeno , tal como xenón oxytetrafluoride XeOF 4 o dioxydifluoride xenón Xeo 2 F 2 . Cuando otros átomos están unidos al xenón (especialmente hidrógeno o carbono ), a menudo forman parte de una molécula que contiene flúor u oxígeno. Algunos compuestos de xenón son de color, pero la mayoría son incoloros.
Los compuestos de organoxenón pueden contener Xe ( II ) o Xe ( IV ).
Estos compuestos se pueden ionizar, eliminando o fijando un ion fluoruro, lo que da acceso a la química iónica del xenón. Se conocen los siguientes iones: XeF + , derivado de XeF 2 mencionado anteriormente; el ión lineal FXeFXeF + , que puede considerarse como la complejación de un ión fluoruro por dos iones XeF + ; XeF 3+ ; XeF 5+ y XeF 82- para nombrar solo las estructuras más simples.
Finalmente, cabe señalar la existencia del catión tetraxenón-oro ( II ) AuXe 4 2+ caracterizado en el complejo [AuXe 4 2+ ] (Sb 2 F 11 - ) 2 ( ) .
En 1995, un grupo de investigadores de la Universidad de Helsinki anunció la síntesis de dihidruro de xenón (XeH 2 ), y más tarde de hidroxihidruro de xenón (HXeOH), hidroxenoacetileno (HXeCCH) y otras moléculas orgánicas que contienen xenón . También se han sintetizado otros compuestos, incluido HXeOXeH, así como moléculas deuteradas .
Además de los compuestos en los que el xenón participa en enlaces químicos, puede formar clatratos en los que los átomos de xenón quedan atrapados en una red cristalina formada por un compuesto químico como el agua por ejemplo. Este es el caso, por ejemplo, del hidrato de xenón de fórmula Xe * 5.75H 2 O, en el que los átomos de xenón quedan atrapados en la red cristalina formada por moléculas de agua, así como su análogo deuterado Xe * 5, 75D 2 O ( ) . Estos clatratos pueden formarse naturalmente bajo alta presión, como en el lago Vostok bajo el hielo de la Antártida . La formación de clatratos se puede utilizar para separar xenón, argón y criptón mediante destilación fraccionada . El átomo de xenón también puede quedar atrapado dentro de los fullerenos . El átomo atrapado puede observarse mediante RMN del 129 Xe. Esta técnica permite entonces estudiar las reacciones químicas que involucran al fullereno, debido a la gran sensibilidad del desplazamiento químico del xenón a su entorno. Sin embargo, el propio átomo de xenón influye en la reactividad del fullereno.
Cuando los átomos de xenón están en su estado de energía fundamental , se repelen entre sí y no pueden formar enlaces. Sin embargo, con una entrada de energía, pueden formar transitoriamente un dímero en un estado excitado ( excímero ) hasta que los electrones se desexcitan y regresan al estado fundamental. El dímero se puede formar porque los átomos de xenón buscan llenar su capa de electrones periféricos y pueden hacerlo transitoriamente "capturando" uno de los electrones del átomo de xenón vecino. La vida útil típica de un xenón excímero es de 1 a 5 nanosegundos , y la excitación se realiza mediante la emisión de fotones de longitudes de onda adyacentes a 150 y 173 nanómetros . Un tercer tema, que es más problemático en cuanto a su origen, es el tercer continuo. Parece que su origen es un ion molecular Xe 2 + ( ) .
El xenón también puede formar compuestos diatómicos binarios de forma transitoria con otros elementos, incluidos el bromo , el cloro y el flúor . Esto se debe a que el xenón excitado tiene una estructura electrónica similar a la de los metales alcalinos . Entonces tiene sentido que reaccione con halógenos . Estas moléculas tienen aplicaciones en el campo de los láseres: citemos XeCl , KrF ...
Aunque el xenón es escaso y relativamente caro de extraer de la atmósfera terrestre, se utiliza en muchas aplicaciones.
El xenón se utiliza en dispositivos emisores de luz en forma de flash de luz, utilizado en flashes fotográficos o estroboscópicos . También se utiliza en láseres para excitar el medio amplificador que luego genera el haz coherente. El primer láser sólido fabricado en 1960 fue bombeado por una lámpara de xenón, al igual que los láseres utilizados para la fusión nuclear .
Las lámparas de descarga Xenon tienen una temperatura de color cercana a la del sol al mediodía y se utilizan para simular en hamacas (el color de estas lámparas es similar al de un cuerpo negro a una temperatura cercana a la del sol). Después de su introducción en la década de 1940 , estas lámparas comenzaron a reemplazar las lámparas de arco de carbono de corta duración en los proyectores de películas. Se emplean de forma estándar en sistemas de proyección de 35 mm e IMAX, así como en otras aplicaciones especializadas. Estas lámparas de arco de xenón son una excelente fuente de radiación ultravioleta de longitud de onda corta y también exhiben una alta intensidad de emisión en el infrarrojo cercano que se utiliza en algunos equipos de visión nocturna .
Las lámparas de xenón de alta presión se han utilizado desde el cambio de milenio para los faros de los automóviles . Se trata de lámparas de descarga que dan una iluminación potente con una luz muy blanca, ligeramente azulada. Este tipo de faro sigue siendo caro, ya que requiere una fuente de alimentación de alto voltaje y un sistema de servo en azimut para evitar que los conductores deslumbren en sentido contrario.
Las células de las pantallas de plasma utilizan una mezcla de xenón y neón , ionizadas como plasma mediante electrodos. La interacción de este plasma y los electrodos genera radiación ultravioleta, que a su vez excita el recubrimiento que contiene fósforo que forma el lado visible del sistema de visualización.
El xenón se utiliza como "gas de arranque" en lámparas de vapor de sodio de alta presión . De hecho, de todos los gases no radiactivos raros, es el que tiene la conductividad térmica más baja y el primer potencial de ionización . Al ser inerte, no interfiere con las reacciones químicas que tienen lugar durante el funcionamiento de la lámpara. Su baja conductividad térmica permite minimizar las pérdidas térmicas durante el funcionamiento y su bajo potencial de ionización permite tener una tensión de ruptura relativamente baja para el gas frío, lo que facilita la puesta en funcionamiento de la lámpara.
LáseresEn 1962, un grupo de investigadores de Bell Laboratories descubrió un efecto láser en el xenón y, posteriormente, descubrió que la ganancia de amplificación del láser aumentaba al agregar helio al medio activo. El primer láser excimer utilizó un dímero (Xe 2 ) excitado por un haz de electrones y produjo una emisión estimulada en el ultravioleta a una longitud de onda de 176 nm ( ) . El cloruro de xenón y el fluoruro de xenón también se han utilizado en láseres excímeros (o más precisamente exciplex ). El láser excimer de cloruro de xenón se ha utilizado, por ejemplo, para aplicaciones en dermatología . El fluoruro de xenón permite la emisión a 354 nm , el cloruro de xenón a 308 nm y el bromuro de xenón a 282 nm , mientras que el láser de fluoruro de criptón emite a 248 nm en el ultravioleta cercano.
En el campo de la medicina, el xenón se puede usar en anestesia , pero también está involucrado en dispositivos de imágenes médicas .
AnestesiaA pesar de su precio, el xenón se puede utilizar en anestesia general . A principios de 2008, sólo 2 hospitales estaban equipados en Francia ( Hospital Universitario de Nimes y Burdeos) para su uso en anestesia general por inhalación . Actualmente, otros dos CHU en Francia también están en juicio (CHU de Clermont-Ferrand y Poitiers). Sin embargo, no parece utilizable para pacientes frágiles a nivel respiratorio porque solo tiene propiedades anestésicas en concentraciones elevadas (superiores al 60%), lo que limita el aporte de oxígeno al 40% (insuficiente para algunos pacientes). Es un método de anestesia con pocos efectos secundarios (sin descenso de la tensión arterial , despertar más rápido y volver a la conciencia), pero este gas es muy caro, lo que limita su uso por el momento.
Se han propuesto dos mecanismos para explicar su efecto. El primero implica una inhibición de la Ca 2+ ATPasa en la membrana plasmática sináptica (esta proteína permite transportar calcio ). Se cree que esta inhibición se debe a un cambio conformacional cuando el xenón se une a sitios no polares dentro de la proteína. El segundo mecanismo posible implica interacciones inespecíficas entre el anestésico y la capa lipídica .
El xenón tiene una concentración alveolar mínima (MAC) del 71%, lo que lo convierte en un anestésico un 50% más potente que el óxido nitroso . Por tanto, se puede utilizar con oxígeno para limitar el riesgo de hipoxia . A diferencia del óxido nitroso, el xenón no es un gas de efecto invernadero y no se considera peligroso para el medio ambiente. Sin embargo, debido al alto costo del xenón, las aplicaciones requerirán un sistema cerrado para que el xenón pueda reciclarse y reutilizarse después de la filtración y purificación.
Imaginería médicaEn la formación de imágenes médicas se utilizan dos técnicas muy diferentes que involucran al xenón: el uso del radioisótopo 133 y el del xenón hiperpolarizado.
Xenón radiactivo 133 XeLa emisión gamma del radioisótopo 133 de xenón se puede utilizar en la formación de imágenes del corazón , los pulmones o el cerebro , mediante tomografía por emisión de fotón único . Este mismo isótopo también se ha utilizado para medir el flujo sanguíneo.
Xenón hiperpolarizadoLos núcleos de dos de los isótopos estables del xenón, 129 Xe y 131 Xe, tienen un momento angular distinto de cero ( espín nuclear ). Cuando se mezclan con vapores de elementos alcalinos o nitrógeno, y se someten a un flujo de láser polarizado circularmente de una longitud de onda correspondiente a una de las líneas de absorción del álcali, sus espines nucleares pueden alinearse mediante un proceso de intercambio en el que los electrones de valencia alcalinos están polarizados por el flujo láser y transfieren su polarización a los núcleos de xenón por acoplamiento magnético hiperfino . Vapores alcalinos se producen típicamente por calentamiento de rubidio metal por encima de 100 ° C . La polarización de espín de los núcleos de xenón puede exceder el 50% de su valor máximo posible, que es mucho más alto que el valor de equilibrio predicho por una distribución de Boltzmann (típicamente 0.001% del valor máximo a temperatura ambiente). Este estado temporal de desequilibrio se denomina hiperpolarización .
El núcleo de 129 Xe tiene un espín nuclear I = 1/2 y, por lo tanto, no tiene un momento cuadripolo eléctrico. Por lo tanto, no sufre una interacción cuadrupolar durante las colisiones con otros átomos, lo que permite que la hiperpolarización se mantenga durante mucho tiempo, incluso después de que el láser se haya apagado y los vapores del álcali se hayan eliminado por condensación en una superficie. a temperatura ambiente. El tiempo necesario para que una distribución de espines vuelva a su polarización de equilibrio (definida por el estadístico de Boltzmann) es el tiempo de relajación T 1 . En el caso del xenón 129 , T 1 varía desde unos pocos segundos para los átomos de xenón disueltos en sangre, hasta unas pocas horas para el xenón gaseoso e incluso unos pocos días para el xenón sólido. La hiperpolarización del xenón 129 hace que su detección por resonancia magnética sea increíblemente más sensible. De esta manera, permitió realizar imágenes de pulmones, lo que no es fácil con otras técnicas, y otros tejidos. Se ha utilizado, por ejemplo, para visualizar los flujos de gas en los pulmones. Para poder observar de forma selectiva determinadas partes del cuerpo o determinadas células, se han llevado a cabo estudios para encapsular el xenón en un entorno específico del objetivo previsto. Por ejemplo, la jaula puede ser una emulsión lipídica para estudios neurológicos . Para servir como un bioreceptor, encaging con un cryptophane se ha estudiado.
Por el contrario, 131 Xe tiene un espín nuclear I = 3/2 y un momento cuadripolo distinto de cero. Su tiempo de relajación está en un rango de unos pocos milisegundos a unos pocos segundos.
El xenón se utiliza en cámaras de burbujas , detectores y en campos donde su alto peso molecular y su inercia lo hacen atractivo.
El xenón se utiliza en forma líquida como medio de detección para WIMP ( partículas masivas de interacción débil ). Cuando una partícula de este tipo choca con un átomo de xenón, en teoría debería arrancarle un electrón y provocar un centelleo . El uso de xenón debería permitir distinguir esta interacción de otros eventos similares provocados por partículas como los rayos cósmicos . Sin embargo, el experimento de xenón realizado en el laboratorio nacional de Gran Sasso en Italia aún no ha permitido confirmar la existencia de un WIMP. Incluso si no se detecta WIMP, este experimento debería ayudar a avanzar en el conocimiento de la materia oscura , así como otros modelos de la física. El detector que se utiliza actualmente para este experimento es cinco veces más sensible que cualquier otro instrumento en el mundo, y su sensibilidad aún no ha mejorado en un orden de magnitud durante 2008 ( ) .
El xenón es el combustible más utilizado para la propulsión iónica en naves espaciales debido a su baja energía de ionización por unidad de masa atómica y la capacidad de almacenarlo en forma líquida a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente (a alta presión) y devolverlo fácilmente a un estado gaseoso. estado para alimentar el motor. La naturaleza inerte del xenón lo hace menos contaminante y menos corrosivo para los motores iónicos que otros combustibles como el mercurio o el cesio . El xenón se utilizó por primera vez para motores de iones en satélites en la década de 1970 ( ) . Luego se utilizó como propulsor para el vehículo espacial europeo Smart 1 y como combustible para los tres motores de iones de la sonda estadounidense Dawn .
En química analítica , los perxenatos se utilizan como oxidantes. El difluoruro de xenón se utiliza para grabar el silicio , especialmente en la producción de MEMS ( sistema microelectromecánico ). El fluorouracilo , fármaco contra el cáncer , se puede obtener haciendo reaccionar el difluoruro de xenón con el uracilo . El xenón también se utiliza en difracción para resolver la estructura de las proteínas . A una presión de 0,5 a 5 MPa , el xenón se une preferentemente a las cavidades hidrófobas de las proteínas y se puede utilizar para recuperar la fase mediante un método de derivatización de átomos pesados.
El xenón no radioactivo es popular como anestésico, y el 133 Xe radioactivo se ha convertido en un agente valioso por algunos médicos y biólogos para estudios de función pulmonar y para realizar ciertos diagnósticos. En cualquier caso, es importante que el paciente reciba la dosis prescrita por el protocolo.
Sin embargo, el xenón se disuelve rápidamente en la mayoría de plásticos y cauchos . Por lo tanto, puede filtrarse gradualmente si las tapas de los contenedores están hechas de estos materiales. Sin embargo, el xenón puede almacenarse de forma segura en condiciones normales de temperatura y presión si se encuentra en recipientes sellados de vidrio o metal.
Se debe tener especial cuidado con el almacenamiento de 133 Xe, porque además de caro, es radiactivo (vida media: 5,245 días).
Producido a partir de uranio 235, del cual es uno de los productos de fisión , se suministra en viales de 2 ml que contienen 370 o 740 megabequerelios (10 o 20 milicurios ) de xenón 133 .
En el momento de la calibración, el gas preparado no contenía más del 0,3% de xenón 133 m ; no más del 1,5% de xenón 131m ; no más del 0,06% de criptón 85 y no más del 0,01% de yodo 131 con no menos del 99,9% de la radiactividad procedente del radioxenón que se sabe que se comporta en el cuerpo como xenón no radiactivo. Esta composición cambiará con el tiempo ( cf. desintegración radiactiva y luego posibles fugas, después de verter en el recipiente experimental).
Por ejemplo, las botellas de “inyección múltiple” de 133 Xe utilizadas en la década de 1960 y principios de la de 1970 perdieron entre un 5 y un 6% de su xenón por día (incluso cuando se almacenaron cerradas). Este tipo de fuga se puede reducir de un 70 a un 80% por frío. De manera similar, una jeringa de plástico que contiene una solución de xenón pierde espontáneamente entre ½ y 1% de su contenido por hora. También se ha demostrado que el xenón, que es relativamente poco soluble en soluciones salinas, podría liberarse de una solución y filtrarse en el sello de goma del émbolo de esta jeringa. Una jeringa de 2,5 cm 3 que contenga 0,5 ml de una solución de xenón puede perder hasta el 50% de su xenón en 2 horas.
El sistema de suministro de inhalación de gas xenón 133 (como respiradores o espirómetros ) y los conjuntos de tubos asociados deben sellarse para evitar la liberación de radiactividad al medio ambiente (que debe estar protegido por un sistema de ventilación). / Filtración adecuada).
A diferencia de otros gases nobles, el xenón no es inerte.
Si bien no se considera realmente tóxico en estado puro, se disuelve fácilmente en la sangre y es una de las sustancias que pueden atravesar la barrera hematoencefálica . A partir de una determinada dosis, provoca anestesia parcial (o total si se inhala en una dosis más alta). Más allá de una cierta dosis, es asfixiante.
Por otro lado, los compuestos de xenón son tóxicos y, en muchos casos, explosivos debido a su marcado poder oxidante y su tendencia a separar dioxígeno y xenón.
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5 | Rb | Sr | Y | Zr | Nótese bien | Mes | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | En | Sn | Sb | Tú | I | Xe | |||||||||||||||
6 | Cs | Licenciado en Letras | El | Esta | Pr | Dakota del Norte | Pm | Sm | Tenía | Di-s | Tuberculosis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Leer | Hf | Tu | W | D | Hueso | Ir | Pt | A | Hg | Tl | Pb | Bi | Correos | A | Rn | |
7 | P. | Real academia de bellas artes | C.A | Th | Pensilvania | U | Notario público | Podría | Soy | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Maryland | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg | Cn | Nueva Hampshire | Florida | Mc | Lv | Ts | Og | |
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