Xenon

Vydáno: 17. 05. 2014; Poslední aktualizace: 06. 10. 2022; Autor: Zdeněk Moravec

Xenon je bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu. Patří mezi vzácné plyny. Tvoří pouze několik málo sloučenin s fluorem, chlorem a kyslíkem. Xenon byl objeven roku 1889 během frakční destilace zkapalněného vzduchu.

Atomové číslo54Elektronová konfigurace[Kr] 5s2 5p6
Počet přírodních izotopů9Atomová hmotnost131,29
Obsah ve vzduchu [ppm]0.087Hustota5,8971 mg.cm-3
Teplota tání-111,8 °CTeplota varu-108,13 °C

Chemické vlastnosti

První sloučenina xenonu byla připravena v roce 1962 N. Bartlettem, který se původně zabýval chemií PtF6. Během jednoho experimentu došlo k neplánovanému průniku vzduchu do reaktoru a náhlé změně barvy. Vzniklá sloučenina byla charakterizována jako O2PtF6. Na základě této reakce se PtF6 projevil jako velmi silné oxidační činidlo, proto Bartlett provedl i experiment s xenonem. Během reakce došlo vyloučení tmavě žluté pevné látky XePtF6, tím začal výzkum chemie xenonu.[5]

V roce 1991 byla popsána příprava sloučenin s aniontem XeF5, který byl první popsanou částicí AX5 s planární geometrií.[6]

Fluorid xenonatý, XeF2, může být připraven zahříváním xenonu s fluorem na teplotu 400 °C v niklovém reaktoru nebo výhodněji ozařováním této směsi slunečním světlem. Jde o bílou, krystalickou látku, která sestává s paralelních, lineární jednotek. Je to nejstabilnější, známá sloučenina xenonu. Jeho struktura odpovídá teorii VSEPR. Tři volné elektronové páry obsazují ekvatoriální pozice trojboké bipyramidy a vazby Xe-F obsazují axiální pozice. Úhel F-Xe-F je 180°.

Využívá se jako výhodné fluorační činidlo s oxidačními účinky. Příkladem může být fluorace Ph3TeF, která probíhá v chloroformu za laboratorní teploty:[15]

Ph3TeF + XeF2 → Ph3TeF3 + Xe

Lze dokonce připravit jeho vodný roztok, který je při 0 °C poměrně stabilní. Poločas rozkladu je cca 7 hodin. Tento roztok má velice silné oxidační vlastnosti, dokáže oxidovat např. chloridy na elementární chlor a chromité soli na chromany.

V roce 2015 byla publikována příprava sloučeniny obsahující dikation [XeOXeOXe]2+.[9]

Xenon se využívá ve výbojkách, kde je jeho světlo fialové až modré, ty mají baktericidní účinky, proto se využívají v desinfekci. Využívá se i v xenonovém iontovém pohonném systému, např. v sondě Deep Space 1.

Detekce temné hmoty

Schéma xenonového detektoru. Zdroj: Gaudiman/commons

Xenon se využívá v několika projektech hledajících známky temné hmoty.[14] V detektorech se využívá superčistý kapalný xenon, který při interakci s částicemi poskytuje fotony ultrafialového záření o vlnové délce 178 nm. Foton je pak zachycen a zesílen pomocí pole fotonásobičů.

Nejnovější projekt XENON1T, který začal v roce 2014 se skládá z 3,2 tuny kapalného xenonu a je umístěn hluboko pod vápencovým masivem v Abruzských Apeninách ve střední Itálii. V současné době je upgradován na novou a výkonnější variantu XENONnT, který bude obsahovat více než 8 tun xenonu.

Xenonové NMR

Xenon má dva NMR aktivní izotopy se střední citlivostí a velkým rozsahem chemických posunů. 131Xe má spin 3/2, střední citlivost a poskytuje spektra s širokými signály. 129Xe má spin 1/2 a střední citlivost, proto je využíváno častěji, poskytuje podstatně užší linie.

 129Xe131Xe
Spin1/23/2
Zastoupení v přírodě [%]26,4421,18
Rozsah chemických posunů-5200 – +100
Citlivost vzhledem k 1H5,72×10-35,96×10-4
Citlivost vzhledem k 13C33,63,5
Rezonanční frekvence v poli 1 T8,577811,8604

Chemické posuny

XeOF40Xe(g)10-(-50)
Roztoky xenonu-30-(-300)Endohedrální fullereny-100-(-250)
Anionty endohedrálních fullerenů-70-(-300)Borofluoridy alkylxenonu-3300-(-4200)

Xenon je velmi citlivý na chemické okolí, díky jeho silně polarizovatelnému elektronovému obalu dochází k výrazné změně chemického posunu v závislosti na rozpouštědle.[6]

RozpouštědloPosun [ppm]RozpouštědloPosun [ppm]
Methanol-148Voda-196
Methylchlorid-153Diethylether-160
n-Pentan-156Aceton-175
n-Heptan-168n-Oktan-171
Chloroform-217Bromoform-285
Sirouhlík-225Dijodmethan-335

Využití Xe NMR

129Xe NMR lze využít ke studiu porozity fosforečnanů vzácných kovů (La, Lu, Sm a Yb). Tato metoda byla publikována v roce 2022, viz odkaz 16.

Odkazy

  1. Xenon na české wikipedii
  2. Xenon na anglické wikipedii
  3. Xenon NMR
  4. Ab initio studies of the nuclear magnetic resonance chemical shifts of a rare gas atom in a zeolite
  5. Bartlett, N Proc. Chem. Soc. 19626, 218. „Xenon hexafluoroplatinate (V) Xe+[PtF6]−„. doi:10.1039/PS9620000197
  6. Miller, K.W.; Reo, N.V.; Uiterkamp, A.J.S.; Stengle, D.P.; Stengle, T.R.; Williamson, K.L.; Proc Natl Acad Sci U S A 1981, 78, 4946-4949. Xenon NMR: chemical shifts of a general anesthetic in common solvents, proteins, and membranes.
  7. Christe, K.O.; Curtis, E.C.; Dixon, D.A.; Mercier, H.P.; Sanders, J.C.P.; Schrobilgen, G.J. J. Am. Chem. Soc. 1991113, 3351-3361. „The pentafluoroxenate(IV) anion, XeF5-: the first example of a pentagonal planar AX5 species“. DOI: 10.1021/ja00009a021
  8. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. ISBN 0-7506-3365-4.
  9. Nový dikation xenonu
  10. 129Xenon NMR: Review of Recent Insights into Porous Materials
  11. ‘Disruptive Device’ Brings Xenon-NMR to Fragile Materials
  12. Krystalová struktura XeO3
  13. Stable Chloro- and Bromoxenate Cage Anions; [X3(XeO3)3]3– and [X4(XeO3)4]4– (X = Cl or Br)
  14. XENON – projekty na výzkum temné hmoty
  15. Crystal and molecular structures of mer-trifluorotriphenyltellurium and stereoselective fluorine exchange in the mer-trifluorotriphenyltellurium-difluorotriphenyltellurium(1+) system
  16. 129Xe NMR analysis of pore structures and adsorption phenomena in rare-earth element phosphates

Navigace

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

5 Replies to “Xenon”

Leave a Reply

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..