Xenon - Xenon

Xenon,  54 Xe
Tubo de descarga de xenônio.jpg
Um tubo de descarga cheio de xenônio brilhando em azul claro
Xenon
Pronúncia
Aparência gás incolor, exibindo um brilho azul quando colocado em um campo elétrico
Peso atômico padrão A r, std (Xe) 131,293 (6)
Xenon na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Kr

Xe

Rn
iodoxenôniocésio
Número atômico ( Z ) 54
Grupo grupo 18 (gases nobres)
Período período 5
Bloquear   bloco p
Configuração de elétron [ Kr ] 4d 10 5s 2 5p 6
Elétrons por camada 2, 8, 18, 18, 8
Propriedades físicas
Fase em  STP gás
Ponto de fusão 161,40  K (−111,75 ° C, −169,15 ° F)
Ponto de ebulição 165,051 K (−108,099 ° C, −162,578 ° F)
Densidade (em STP) 5,894 g / L
quando líquido (em  bp ) 2,942 g / cm 3
Ponto Triplo 161,405 K, 81,77 kPa
Ponto crítico 289,733 K, 5,842 MPa
Calor de fusão 2,27  kJ / mol
Calor da vaporização 12,64 kJ / mol
Capacidade de calor molar 21,01 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 k 100 k
em  T  (K) 83 92 103 117 137 165
Propriedades atômicas
Estados de oxidação 0 , +2, +4, +6, +8 (raramente mais que 0; umóxidofracamenteácido )
Eletro-negatividade Escala de Pauling: 2,6
Energias de ionização
Raio covalente 140 ±  21h
Raio de Van der Waals 216 pm
Linhas de cores em uma faixa espectral
Linhas espectrais de xenônio
Outras propriedades
Ocorrência natural primordial
Estrutura de cristal cúbico centrado na face (fcc)
Estrutura de cristal cúbico centrado na face para xenônio
Velocidade do som gás: 178 m · s −1
líquido: 1090 m / s
Condutividade térmica 5,65 × 10 −3  W / (m⋅K)
Ordenação magnética diamagnético
Suscetibilidade magnética molar −43,9 × 10 −6  cm 3 / mol (298 K)
Número CAS 7440-63-3
História
Descoberta e primeiro isolamento William Ramsay e Morris Travers (1898)
Principais isótopos de xenônio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
124 Xe 0,095% 1,8 × 10 22  y εε 124 Te
125 Xe syn 16,9 h ε 125 I
126 Xe 0,089% estável (sem decadência observada) β - β -
127 Xe syn 36,345 d ε 127 I
128 Xe 1,910% estábulo
129 Xe 26,401% estábulo
130 Xe 4.071% estábulo
131 Xe 21,232% estábulo
132 Xe 26,909% estábulo
133 Xe syn 5,247 d β - 133 Cs
134 Xe 10,436% estável (sem decadência observada) β - β -
135 Xe syn 9,14 h β - 135 Cs
136 Xe 8,857% 2,165 × 10 21  y β - β - 136 Ba
Categoria Categoria: Xenon
| referências

Xenônio é um elemento químico com o símbolo  Xe e número atômico  54. É um gás nobre incolor, denso e inodoro encontrado na atmosfera da Terra em pequenas quantidades. Embora geralmente não reativo, o xenônio pode sofrer algumas reações químicas , como a formação de hexafluoroplatinato de xenônio , o primeiro composto de gás nobre a ser sintetizado.

O xenônio é usado em lâmpadas de flash e de arco e como anestésico geral . O primeiro projeto de excimer laser usou uma molécula de dímero de xenônio (Xe 2 ) como meio de laser , e os primeiros projetos de laser usaram lâmpadas de flash de xenônio como bombas . O xenônio é usado para pesquisar partículas maciças hipotéticas de interação fraca e como propulsor para propulsores de íons em espaçonaves.

O xenônio de ocorrência natural consiste em sete isótopos estáveis e dois isótopos radioativos de longa duração. Mais de 40 isótopos de xenônio instáveis ​​sofrem decaimento radioativo , e as proporções de isótopos de xenônio são uma ferramenta importante para estudar a história inicial do Sistema Solar . O xenônio 135 radioativo é produzido pelo decaimento beta do iodo 135 (um produto da fissão nuclear ) e é o absorvedor de nêutrons mais significativo (e indesejado) em reatores nucleares .

História

O xenônio foi descoberto na Inglaterra pelo químico escocês William Ramsay e pelo químico inglês Morris Travers em setembro de 1898, logo após a descoberta dos elementos criptônio e néon . Eles encontraram xenônio no resíduo que sobrou da evaporação dos componentes do ar líquido . Ramsay sugeriu o nome xenônio para este gás da palavra grega ξένον xénon , forma neutra no singular de ξένος xénos , que significa 'estrangeiro (er)', 'estranho (r)' ou 'hóspede'. Em 1902, Ramsay estimou a proporção de xenônio na atmosfera da Terra em uma parte em 20 milhões.

Durante a década de 1930, o engenheiro americano Harold Edgerton começou a explorar a tecnologia de luz estroboscópica para fotografia de alta velocidade . Isso o levou à invenção da lâmpada de flash de xenônio, na qual a luz é gerada pela passagem de uma breve corrente elétrica através de um tubo cheio de gás xenônio. Em 1934, Edgerton foi capaz de gerar flashes tão curtos quanto um microssegundo com este método.

Em 1939, o médico americano Albert R. Behnke Jr. começou a explorar as causas da "embriaguez" em mergulhadores de águas profundas. Ele testou os efeitos da variação das misturas respiratórias em seus assuntos e descobriu que isso fazia com que os mergulhadores percebessem uma mudança na profundidade. A partir de seus resultados, ele deduziu que o gás xenônio poderia servir como anestésico . Embora o toxicologista russo Nikolay V. Lazarev aparentemente tenha estudado a anestesia com xenônio em 1941, o primeiro relatório publicado confirmando a anestesia com xenônio foi em 1946 pelo pesquisador médico americano John H. Lawrence, que fez experimentos em ratos. O Xenon foi usado pela primeira vez como anestésico cirúrgico em 1951 pelo anestesiologista americano Stuart C. Cullen, que o usou com sucesso em dois pacientes.

Um cubo de acrílico especialmente preparado para coletores de elementos contendo xenônio liquefeito

O xenônio e os outros gases nobres foram por muito tempo considerados como completamente inertes quimicamente e incapazes de formar compostos . No entanto, enquanto lecionava na Universidade de British Columbia , Neil Bartlett descobriu que o hexafluoreto de platina (PtF 6 ) era um poderoso agente oxidante que poderia oxidar o gás oxigênio (O 2 ) para formar hexafluoroplatinato de dioxigenila ( O+
2
[PtF
6
]-
) Como o O 2 (1165 kJ / mol) e o xenônio (1170 kJ / mol) têm quase o mesmo potencial de ionização inicial , Bartlett percebeu que o hexafluoreto de platina também poderia ser capaz de oxidar o xenônio. Em 23 de março de 1962, ele misturou os dois gases e produziu o primeiro composto conhecido de um gás nobre, o hexafluoroplatinato de xenônio .

Bartlett pensou que sua composição fosse Xe + [PtF 6 ] - , mas trabalhos posteriores revelaram que era provavelmente uma mistura de vários sais contendo xenônio. Desde então, muitos outros compostos de xenônio foram descobertos, além de alguns compostos dos gases nobres argônio , criptônio e rádon , incluindo fluorohidreto de argônio (HArF), difluoreto de criptônio (KrF 2 ) e fluoreto de radônio . Em 1971, mais de 80 compostos de xenônio eram conhecidos.

Em novembro de 1989, os cientistas da IBM demonstraram uma tecnologia capaz de manipular átomos individuais . O programa, chamado IBM em átomos , usava um microscópio de tunelamento de varredura para organizar 35 átomos de xenônio individuais em um substrato de cristal resfriado de níquel para definir o inicialismo de três letras da empresa. Foi a primeira vez que os átomos foram precisamente posicionados em uma superfície plana.

Características

Uma camada de xenônio sólido flutuando sobre o xenônio líquido dentro de um aparelho de alta voltagem.
Nanopartículas Xe líquidas (sem características) e sólidas cristalinas produzidas pela implantação de íons Xe + em alumínio à temperatura ambiente.

O xenônio tem número atômico 54; ou seja, seu núcleo contém 54 prótons . Em temperatura e pressão padrão , o gás xenônio puro tem uma densidade de 5,894 kg / m 3 , cerca de 4,5 vezes a densidade da atmosfera da Terra ao nível do mar, 1,217 kg / m 3 . Como líquido, o xenônio tem densidade de até 3,100 g / mL, com o máximo de densidade ocorrendo no ponto triplo. O xenônio líquido possui alta polarizabilidade devido ao seu grande volume atômico e, portanto, é um excelente solvente. Ele pode dissolver hidrocarbonetos, moléculas biológicas e até mesmo água. Nas mesmas condições, a densidade do xenônio sólido, 3,640 g / cm 3 , é maior do que a densidade média do granito , 2,75 g / cm 3 . Sob gigapascals de pressão , o xenônio forma uma fase metálica.

O xenônio sólido muda de fase cúbica de face centrada (fcc) para fase de cristal hexagonal compactado (hcp) sob pressão e começa a se tornar metálico em cerca de 140 GPa, sem alteração de volume perceptível na fase hcp. É totalmente metálico em 155 GPa. Quando metalizado, o xenônio parece azul celeste porque absorve a luz vermelha e transmite outras frequências visíveis. Esse comportamento é incomum para um metal e é explicado pela largura relativamente pequena das bandas de elétrons nesse estado.

Nanopartículas de xenônio líquidas ou sólidas podem ser formadas à temperatura ambiente por meio da implantação de íons Xe + em uma matriz sólida. Muitos sólidos têm constantes de rede menores que o sólido Xe. Isso resulta na compressão do Xe implantado a pressões que podem ser suficientes para sua liquefação ou solidificação.

O xenônio é um membro dos elementos de valência zero que são chamados de gases nobres ou inertes . É inerte à maioria das reações químicas comuns (como combustão, por exemplo) porque a camada externa de valência contém oito elétrons. Isso produz uma configuração de energia mínima estável, na qual os elétrons externos estão fortemente ligados.

Em um tubo cheio de gás , o xenônio emite um brilho azul ou lilás quando excitado por uma descarga elétrica . O xenônio emite uma faixa de linhas de emissão que abrangem o espectro visual, mas as linhas mais intensas ocorrem na região da luz azul, produzindo a coloração.

Ocorrência e produção

Xenon é um gás traço na atmosfera da Terra , ocorrendo em87 ± 1 nL / L ( partes por bilhão ), ou aproximadamente 1 parte por 11,5 milhões. Também é encontrado como componente de gases emitidos por algumas fontes minerais .

O xenônio é obtido comercialmente como um subproduto da separação do ar em oxigênio e nitrogênio . Após essa separação, geralmente realizada por destilação fracionada em uma planta de coluna dupla, o oxigênio líquido produzido conterá pequenas quantidades de criptônio e xenônio. Por destilação fracionada adicional, o oxigênio líquido pode ser enriquecido para conter 0,1–0,2% de uma mistura de criptônio / xenônio, que é extraída por absorção em gel de sílica ou por destilação. Finalmente, a mistura de criptônio / xenônio pode ser separada em criptônio e xenônio por destilação adicional.

A produção mundial de xenônio em 1998 foi estimada em 5.000–7.000 m 3 . Devido à sua escassez, o xenônio é muito mais caro do que os gases nobres mais leves - os preços aproximados para a compra de pequenas quantidades na Europa em 1999 eram de 10  / L para o xenônio, 1 € / L para o criptônio e 0,20 € / L para o néon , enquanto o argônio, muito mais abundante, custa menos de um centavo por litro. Os custos equivalentes por quilograma de xenônio são calculados multiplicando o custo por litro por 174.

No âmbito do Sistema Solar, o nucleon fração de xenon é 1,56 × 10 -8 , para uma abundância de cerca de uma parte em 630 mil a massa total. O xenônio é relativamente raro na atmosfera do Sol , na Terra e em asteróides e cometas . A abundância de xenônio na atmosfera do planeta Júpiter é incomumente alta, cerca de 2,6 vezes a do sol. Essa abundância permanece inexplicada, mas pode ter sido causada por um acúmulo precoce e rápido de planetesimais - pequenos corpos subplanetários - antes do aquecimento do disco pré - solar . (Caso contrário, o xenônio não teria ficado preso nos gelos planetesimais.) O problema do baixo xenônio terrestre pode ser explicado pela ligação covalente do xenônio ao oxigênio dentro do quartzo , reduzindo a liberação de gás do xenônio para a atmosfera.

Ao contrário dos gases nobres de baixa massa, o processo normal de nucleossíntese estelar dentro de uma estrela não forma xenônio. Elementos mais massivos que o ferro-56 consomem energia por meio da fusão, e a síntese do xenônio não representa ganho de energia para uma estrela. Em vez disso, o xenônio é formado durante explosões de supernova , em explosões clássicas de nova , pelo lento processo de captura de nêutrons (processo s ) em estrelas gigantes vermelhas que exauriram seu hidrogênio central e entraram no ramo gigante assintótico , e da decadência radioativa, por exemplo por decadência beta de iodo-129 extinto e fissão espontânea de tório , urânio e plutônio .

Isótopos

O xenônio de ocorrência natural é composto por sete isótopos estáveis : 126 Xe, 128–132 Xe e 134 Xe. Teoricamente, prevê-se que os isótopos 126 Xe e 134 Xe sofram decaimento beta duplo , mas isso nunca foi observado, por isso são considerados estáveis. Além disso, mais de 40 isótopos instáveis ​​que foram estudados. Os isótopos de vida mais longa são o 124 Xe primordial , que sofre captura dupla de elétrons com meia-vida de 1,8 × 10 22 anos , e 136 Xe, que sofre decaimento beta duplo com meia-vida de 2,11 × 10 21 anos . O 129 Xe é produzido pelo decaimento beta de 129 I , que tem meia-vida de 16 milhões de anos. 131m Xe, 133 Xe, 133m Xe e 135 Xe são alguns dos produtos da fissão de 235 U e 239 Pu e são usados ​​para detectar e monitorar explosões nucleares.

Os núcleos de dois dos isótopos estáveis do xenônio , 129 Xe e 131 Xe, têm momentos angulares intrínsecos diferentes de zero ( spins nucleares , adequados para ressonância magnética nuclear ). Os spins nucleares podem ser alinhados além dos níveis normais de polarização por meio de luz polarizada circularmente e vapor de rubídio . A polarização de spin resultante de núcleos de xenônio pode ultrapassar 50% de seu valor máximo possível, excedendo em muito o valor de equilíbrio térmico ditado por estatísticas paramagnéticas (normalmente 0,001% do valor máximo em temperatura ambiente , mesmo nos ímãs mais fortes ). Esse alinhamento desequilibrado de spins é uma condição temporária e é chamado de hiperpolarização . O processo de hiperpolarização do xenônio é chamado de bombeamento óptico (embora o processo seja diferente de bombear um laser ).

Como um núcleo 129 Xe tem um spin de 1/2 e, portanto, um momento quadrupolo elétrico nulo , o núcleo 129 Xe não experimenta nenhuma interação quadrupolar durante as colisões com outros átomos, e a hiperpolarização persiste por longos períodos, mesmo após a luz geradora e o vapor foi removido. A polarização de spin de 129 Xe pode persistir de vários segundos para átomos de xenônio dissolvidos no sangue a várias horas na fase gasosa e vários dias em xenônio sólido profundamente congelado. Em contraste, 131 Xe tem um valor de spin nuclear de 32 e um momento quadrupolo diferente de zero , e tem t 1 tempos de relaxação nas faixas de milissegundos e segundos .

Alguns isótopos radioativos de xenônio (por exemplo, 133 Xe e 135 Xe) são produzidos por irradiação de nêutrons de material físsil dentro de reatores nucleares . 135 Xe é de considerável importância na operação de reatores de fissão nuclear . 135 Xe tem uma grande seção transversal para nêutrons térmicos , 2,6 × 10 6  celeiros , e opera como um absorvedor de nêutrons ou " veneno " que pode retardar ou interromper a reação em cadeia após um período de operação. Isso foi descoberto nos primeiros reatores nucleares construídos pelo American Manhattan Project para a produção de plutônio . No entanto, os projetistas tomaram providências no projeto para aumentar a reatividade do reator (o número de nêutrons por fissão que vão para a fissão de outros átomos do combustível nuclear ). O envenenamento do reator Xe 135 foi um fator importante no desastre de Chernobyl . Um desligamento ou diminuição da energia de um reator pode resultar no acúmulo de 135 Xe, com a operação do reator entrando em uma condição conhecida como poço de iodo .

Sob condições adversas, concentrações relativamente altas de isótopos radioativos de xenônio podem emanar de barras de combustível rachadas ou da fissão do urânio na água de resfriamento .

Como o xenônio é um traçador de dois isótopos pais, as razões dos isótopos de xenônio em meteoritos são uma ferramenta poderosa para estudar a formação do Sistema Solar . O método de datação iodo-xenônio fornece o tempo decorrido entre a nucleossíntese e a condensação de um objeto sólido da nebulosa solar . Em 1960, o físico John H. Reynolds descobriu que certos meteoritos continham uma anomalia isotópica na forma de uma superabundância de xenônio-129. Ele inferiu que se tratava de um produto da decomposição do iodo-129 radioativo . Este isótopo é produzido lentamente por fragmentação de raios cósmicos e fissão nuclear , mas é produzido em quantidade apenas em explosões de supernova.

Como a meia-vida de 129 I é comparativamente curta em uma escala de tempo cosmológica (16 milhões de anos), isso demonstrou que apenas um curto período de tempo se passou entre a supernova e o momento em que os meteoritos se solidificaram e aprisionaram o 129 I. Esses dois eventos (supernova e solidificação da nuvem de gás) foram inferidos para ter acontecido durante o início da história do Sistema Solar , porque o isótopo 129 I provavelmente foi gerado pouco antes do Sistema Solar ser formado, semeando a nuvem de gás solar com isótopos de uma segunda fonte. Esta fonte de supernova também pode ter causado o colapso da nuvem de gás solar.

De maneira semelhante, as razões isotópicas de xenônio, como 129 Xe / 130 Xe e 136 Xe / 130 Xe, são uma ferramenta poderosa para compreender a diferenciação planetária e a eliminação precoce de gases. Por exemplo, a atmosfera de Marte mostra uma abundância de xenônio semelhante à da Terra (0,08 partes por milhão), mas Marte mostra uma abundância maior de 129 Xe do que a Terra ou o Sol. Como esse isótopo é gerado por decaimento radioativo, o resultado pode indicar que Marte perdeu a maior parte de sua atmosfera primordial, possivelmente nos primeiros 100 milhões de anos após a formação do planeta. Em outro exemplo, acredita-se que o excesso de 129 Xe encontrado em gases de dióxido de carbono do Novo México seja da decomposição de gases derivados do manto logo após a formação da Terra.

Compostos

Após a descoberta de Neil Bartlett em 1962 que o xenônio pode formar compostos químicos, um grande número de compostos de xenônio foi descoberto e descrito. Quase todos os compostos de xenônio conhecidos contêm átomos eletronegativos de flúor ou oxigênio. A química do xenônio em cada estado de oxidação é análoga à do elemento vizinho iodo no estado de oxidação imediatamente inferior.

Halides

Muitos cristais cúbicos transparentes em uma placa de Petri.
Cristais XeF 4 , 1962

Três fluoretos são conhecidos: XeF
2
, XeF
4
, e XeF
6
. XeF é teorizado como instável. Esses são os pontos de partida para a síntese de quase todos os compostos de xenônio.

O sólido, difluoreto cristalino XeF
2
é formado quando uma mistura de gases flúor e xenônio é exposta à luz ultravioleta. O componente ultravioleta da luz do dia comum é suficiente. Aquecimento de longo prazo do XeF
2
em altas temperaturas sob um NiF
2
catalisador produz XeF
6
. Pirólise de XeF
6
na presença de NaF produz de alta pureza Xef
4
.

Os fluoretos de xenônio se comportam tanto como aceitadores de flúor quanto como doadores de flúor, formando sais que contêm cátions como o XeF+
e Xe
2
F+
3
e ânions como XeF-
5
, XeF-
7
, e XeF2−
8
. O verde, paramagnético Xe+
2
é formado pela redução do XeF
2
por gás xenônio.

XeF
2
também forma complexos de coordenação com íons de metais de transição. Mais de 30 desses complexos foram sintetizados e caracterizados.

Enquanto os fluoretos de xenônio são bem caracterizados, com exceção do dicloreto XeCl 2 e XeCl 4 , os outros haletos não são conhecidos. O dicloreto de xenônio, formado pela irradiação de alta frequência de uma mistura de xenônio, flúor e silício ou tetracloreto de carbono , é relatado como um composto cristalino endotérmico incolor que se decompõe nos elementos a 80 ° C. No entanto, XeCl
2
pode ser apenas uma molécula de van der Waals de átomos Xe fracamente ligados e Cl
2
moléculas e não um composto real. Cálculos teóricos indicam que a molécula linear XeCl
2
é menos estável do que o complexo de van der Waals. O tetracloreto de xenônio é mais instável que não pode ser sintetizado por reação química. Ele foi criado por agentes radioativos 129
ICl-
4
decair.

Óxidos e oxohaletos

Três óxidos de xenônio são conhecidos: trióxido de xenônio ( XeO
3
) e tetróxido de xenônio ( XeO
4
), ambos os quais são agentes oxidantes perigosamente explosivos e poderosos, e dióxido de xenônio (XeO 2 ), que foi relatado em 2011 com um número de coordenação de quatro. O XeO 2 se forma quando o tetrafluoreto de xenônio é derramado sobre o gelo. Sua estrutura cristalina pode permitir a substituição do silício em minerais de silicato. O cátion XeOO + foi identificado por espectroscopia de infravermelho em argônio sólido .

O xenônio não reage diretamente com o oxigênio; o trióxido é formado pela hidrólise do XeF
6
:

XeF
6
+ 3 H
2
O
XeO
3
+ 6 HF

XeO
3
é fracamente ácido, dissolvendo-se em álcali para formar sais de xenato instáveis contendo o HXeO-
4
ânion. Esses sais instáveis ​​facilmente se desproporcionam em gás xenônio e sais de perxenato , contendo o XeO4−
6
ânion.

O perxenato de bário, quando tratado com ácido sulfúrico concentrado , produz tetróxido de xenônio gasoso:

BA
2
XeO
6
+ 2 H
2
TÃO
4
→ 2 BaSO
4
+ 2 H
2
O
+ XeO
4

Para evitar a decomposição, o tetróxido de xenônio assim formado é rapidamente resfriado em um sólido amarelo claro. Explode acima de -35,9 ° C em gás xenônio e oxigênio, mas é estável.

Uma série de oxifluoretos de xenônio são conhecidos, incluindo XeOF
2
, XeOF
4
, XeO
2
F
2
, e XeO
3
F
2
. XeOF
2
é formado pela reação de OF
2
com gás xenônio em baixas temperaturas. Também pode ser obtido por hidrólise parcial de XeF
4
. É desproporcional a −20 ° C em XeF
2
e XeO
2
F
2
. XeOF
4
é formado pela hidrólise parcial de XeF
6
, ou a reação de XeF
6
com perxenato de sódio, Na
4
XeO
6
. A última reação também produz uma pequena quantidade de XeO
3
F
2
. XeOF
4
reage com o CsF para formar o XeOF-
5
ânion, enquanto XeOF 3 reage com os fluoretos de metal alcalino KF , RbF e CsF para formar o XeOF-
4
ânion.

Outros compostos

O xenônio pode ser diretamente ligado a um elemento menos eletronegativo do que o flúor ou o oxigênio, particularmente o carbono . Grupos de retirada de elétrons, como grupos com substituição de flúor, são necessários para estabilizar esses compostos. Numerosos desses compostos foram caracterizados, incluindo:

  • C
    6
    F
    5
    –Xe+
    –N≡C – CH
    3
    , onde C 6 F 5 é o grupo pentafluorofenil.
  • [C
    6
    F
    5
    ]
    2
    Xe
  • C
    6
    F
    5
    –Xe – C≡N
  • C
    6
    F
    5
    –Xe – F
  • C
    6
    F
    5
    –Xe – Cl
  • C
    2
    F
    5
    –C≡C – Xe+
  • [CH
    3
    ]
    3
    C – C≡C – Xe+
  • C
    6
    F
    5
    –XeF+
    2
  • (C
    6
    F
    5
    Xe)
    2
    Cl+

Outros compostos contendo xenônio ligado a um elemento menos eletronegativo incluem F – Xe – N (SO
2
F)
2
e F – Xe – BF
2
. Este último é sintetizado a partir de tetrafluoroborato de dioxigenila , O
2
BF
4
, a -100 ° C.

Um íon incomum contendo xenônio é o cátion tetraxenonogold (II) , AuXe2+
4
, que contém ligações Xe-Au. Este íon ocorre no composto AuXe
4
(Sb
2
F
11
)
2
, e é notável por ter ligações químicas diretas entre dois átomos notoriamente não reativos, xenônio e ouro , com o xenônio agindo como um ligante de metal de transição.

O composto Xe
2
Sb
2
F
11
contém uma ligação Xe – Xe, a ligação elemento-elemento mais longa conhecida (308,71 pm = 3,0871 Å ).

Em 1995, M. Räsänen e colegas de trabalho, cientistas da Universidade de Helsinque, na Finlândia , anunciaram a preparação de di-hidreto de xenônio (HXeH) e, posteriormente moléculas. Em 2008, Khriachtchev et al. relataram a preparação de HXeOXeH pela fotólise de água dentro de uma matriz criogênica de xenônio. Moléculas deuteradas , HXeOD e DXeOH, também foram produzidas.

Clatratos e excimers

Além de compostos onde o xenônio forma uma ligação química , o xenônio pode formar clatratos - substâncias em que átomos ou pares de xenônio são aprisionados pela rede cristalina de outro composto. Um exemplo é o hidrato de xenônio (Xe · 5+34 H 2 O), onde os átomos de xenônio ocupam vagas em uma rede de moléculas de água. Este clatrato tem um ponto de fusão de 24 ° C. Aversão deuterada desse hidrato também foi produzida. Outro exemplo é o hidreto de xenônio(Xe (H 2 ) 8 ), no qual os pares de xenônio (dímeros) são aprisionados dentro do hidrogênio sólido . Esses clatratos hidratados podem ocorrer naturalmente em condições de alta pressão, como no Lago Vostok, sob o manto de geloda Antártica . A formação de clatrato pode ser usada para destilar fracionadamente xenônio, argônio e criptônio.

O xenônio também pode formar compostos de fulereno endoédrico , onde um átomo de xenônio fica preso dentro de uma molécula de fulereno . O átomo de xenônio preso no fulereno pode ser observado por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) 129 Xe . Por meio da mudança química sensível do átomo de xenônio para seu ambiente, as reações químicas na molécula de fulereno podem ser analisadas. Essas observações não são isentas de ressalvas, no entanto, porque o átomo de xenônio tem uma influência eletrônica na reatividade do fulereno.

Quando os átomos de xenônio estão no estado de energia fundamental , eles se repelem e não formam uma ligação. Quando os átomos de xenônio são energizados, entretanto, eles podem formar um excímero (dímero excitado) até que os elétrons retornem ao estado fundamental . Essa entidade é formada porque o átomo de xenônio tende a completar a camada eletrônica mais externa adicionando um elétron de um átomo de xenônio vizinho. A vida útil típica de um excímero de xenônio é de 1 a 5 nanossegundos, e o decaimento libera fótons com comprimentos de onda de cerca de 150 e 173  nm . O xenônio também pode formar excímeros com outros elementos, como os halogênios bromo , cloro e flúor .

Formulários

Embora o xenônio seja raro e relativamente caro de extrair da atmosfera terrestre , ele tem várias aplicações.

Iluminação e ótica

Lâmpadas de descarga de gás

O xenônio é usado em dispositivos emissores de luz chamados lâmpadas flash de xenônio, usadas em flashes fotográficos e lâmpadas estroboscópicas; para excitar o meio ativo em lasers que então geram luz coerente ; e, ocasionalmente, em lâmpadas bactericidas . O primeiro laser de estado sólido , inventado em 1960, foi bombeado por uma lâmpada de flash de xenônio, e os lasers usados ​​para alimentar a fusão de confinamento inercial também são bombeados por lâmpadas de flash de xenônio.

Esfera de vidro alongada com dois eletrodos de haste de metal no interior, frente a frente.  Um eletrodo é cego e outro é afiado.
Lâmpada xenon de arco curto
O ônibus espacial Atlantis banhado por luzes de xenônio
Tubo de descarga de gás xenon

As lâmpadas de arco de xenônio contínuas, de arco curto e alta pressão têm uma temperatura de cor que se aproxima da luz do sol do meio-dia e são usadas em simuladores solares . Ou seja, a cromaticidade dessas lâmpadas se aproxima muito de um radiador de corpo negro aquecido na temperatura do sol. Introduzidas pela primeira vez na década de 1940, essas lâmpadas substituíram as lâmpadas de arco de carbono de vida mais curta em projetores de cinema. Eles também são empregados em 35 mm , IMAX e sistemas de projeção de filme digital típicos . Eles são uma excelente fonte de radiação ultravioleta de comprimento de onda curto e têm emissões intensas no infravermelho próximo usado em alguns sistemas de visão noturna . O xenônio é usado como gás de partida em lâmpadas de iodetos metálicos para faróis automotivos e lanternas "táticas" de última geração .

As células individuais em um display de plasma contêm uma mistura de xenônio e neon ionizado com eletrodos . A interação desse plasma com os eletrodos gera fótons ultravioleta , que então excitam o revestimento de fósforo na frente da tela.

O xenônio é usado como um "gás inicial" em lâmpadas de sódio de alta pressão . Possui a menor condutividade térmica e o menor potencial de ionização de todos os gases nobres não radioativos. Por ser um gás nobre, não interfere nas reações químicas que ocorrem na lâmpada operacional. A baixa condutividade térmica minimiza as perdas térmicas na lâmpada durante o estado de operação, e o baixo potencial de ionização faz com que a tensão de ruptura do gás seja relativamente baixa no estado frio, o que permite que a lâmpada seja ligada mais facilmente.

Lasers

Em 1962, um grupo de pesquisadores da Bell Laboratories descobriu a ação do laser no xenônio e, mais tarde, descobriu que o ganho do laser era melhorado com a adição de hélio ao meio de laser. O primeiro excimer laser usou um dímero de xenônio (Xe 2 ) energizado por um feixe de elétrons para produzir emissão estimulada em um comprimento de onda ultravioleta de 176 nm . O cloreto de xenônio e o fluoreto de xenônio também têm sido usados ​​em lasers de excímero (ou, mais precisamente, exciplex).

Médico

Anestesia

O xenônio tem sido usado como anestésico geral , mas é mais caro do que os anestésicos convencionais.

O xenônio interage com muitos receptores e canais iônicos diferentes e, como muitos anestésicos inalatórios teoricamente multimodais, essas interações são provavelmente complementares. O xenônio é um antagonista do receptor NMDA do local da glicina de alta afinidade . No entanto, o xenônio é diferente de alguns outros antagonistas do receptor NMDA por não ser neurotóxico e inibir a neurotoxicidade da cetamina e do óxido nitroso (N 2 O), ao mesmo tempo que produz efeitos neuroprotetores . Ao contrário da cetamina e do óxido nitroso, o xenônio não estimula o efluxo de dopamina no núcleo accumbens .

Como o óxido nitroso e o ciclopropano , o xenônio ativa o canal de potássio com dois poros de domínio TREK-1 . Um canal relacionado TASK-3 também implicado nas ações dos anestésicos inalatórios é insensível ao xenônio. O xenônio inibe os receptores nicotínicos de acetilcolina α4β2 que contribuem para a analgesia mediada pela medula espinhal. O xenônio é um inibidor eficaz da Ca 2+ ATPase da membrana plasmática . O xenônio inibe a Ca 2+ ATPase ligando-se a um poro hidrofóbico dentro da enzima e evitando que a enzima assuma conformações ativas.

O xenônio é um inibidor competitivo do receptor 5-HT 3 da serotonina . Embora não seja anestésico nem antinociceptivo, reduz as náuseas e vômitos decorrentes da anestesia.

O xenônio tem uma concentração alveolar mínima (CAM) de 72% aos 40 anos, o que o torna 44% mais potente do que o N 2 O como anestésico. Assim, pode ser usado com oxigênio em concentrações que apresentam menor risco de hipóxia . Ao contrário do óxido nitroso, o xenônio não é um gás de efeito estufa e é considerado ecologicamente correto . Embora reciclado em sistemas modernos, o xenônio liberado para a atmosfera está apenas retornando à sua fonte original, sem impacto ambiental.

Neuroprotetor

Xenon induz cardioproteção e neuroproteção robustas por meio de uma variedade de mecanismos. Por meio de sua influência no antagonismo de Ca 2+ , K + , KATP \ HIF e NMDA, o xenônio é neuroprotetor quando administrado antes, durante e após os insultos isquêmicos . O xenônio é um antagonista de alta afinidade no local da glicina do receptor NMDA. O xenônio é cardioprotetor em condições de isquemia-reperfusão por induzir o pré -condicionamento farmacológico não isquêmico. Xenon é cardioprotetor ativando PKC-epsilon e p38-MAPK downstream. O xenônio imita o pré-condicionamento isquêmico neuronal ao ativar os canais de potássio sensíveis ao ATP. O xenônio reduz alostericamente a inibição da ativação do canal mediada pelo ATP, independentemente da subunidade do receptor 1 de sulfonilureia, aumentando o tempo e a frequência do canal aberto KATP.

Doping esportivo

A inalação de uma mistura de xenônio / oxigênio ativa a produção do fator de transcrição HIF-1-alfa , que pode levar ao aumento da produção de eritropoietina . O último hormônio é conhecido por aumentar a produção de glóbulos vermelhos e o desempenho atlético. Alegadamente, o doping com inalação de xenônio tem sido usado na Rússia desde 2004 e talvez antes. Em 31 de agosto de 2014, a Agência Mundial Antidopagem (WADA) adicionou o xenônio (e argônio ) à lista de substâncias e métodos proibidos, embora nenhum teste de doping confiável para esses gases tenha sido desenvolvido. Além disso, os efeitos do xenônio na produção de eritropoietina em humanos não foram demonstrados, até o momento.

Imaging

A emissão gama do radioisótopo 133 Xe do xenônio pode ser usada para gerar imagens do coração, pulmões e cérebro, por exemplo, por meio de tomografia computadorizada de emissão de fóton único . 133 Xe também tem sido usado para medir o fluxo sanguíneo .

Xenon, particularmente 129 Xe hiperpolarizado , é um agente de contraste útil para imagens de ressonância magnética (MRI). Na fase gasosa, ele pode criar imagens de cavidades em uma amostra porosa, alvéolos nos pulmões ou o fluxo de gases dentro dos pulmões. Como o xenônio é solúvel em água e em solventes hidrofóbicos, ele pode gerar imagens de vários tecidos vivos moles.

O Xenon-129 está sendo usado atualmente como um agente de visualização em varreduras de ressonância magnética. Quando um paciente inala xenônio-129 hiperpolarizado, a ventilação e as trocas gasosas nos pulmões podem ser visualizadas e quantificadas. Ao contrário do xenônio-133, o xenônio-129 não é ionizante e é seguro para ser inalado sem efeitos adversos.

Cirurgia

O laser excimer de cloreto de xenônio tem certas utilizações dermatológicas.

Espectroscopia NMR

Por causa da grande camada de elétrons externa flexível do átomo de xenônio, o espectro de NMR muda em resposta às condições circundantes e pode ser usado para monitorar as circunstâncias químicas circundantes. Por exemplo, xenônio dissolvido em água, xenônio dissolvido em solvente hidrofóbico e xenônio associado a certas proteínas podem ser distinguidos por RMN.

O xenônio hiperpolarizado pode ser usado por químicos de superfície . Normalmente, é difícil caracterizar superfícies com NMR porque os sinais de uma superfície são oprimidos pelos sinais dos núcleos atômicos na maior parte da amostra, que são muito mais numerosos do que os núcleos da superfície. No entanto, spins nucleares em superfícies sólidas podem ser seletivamente polarizados pela transferência de polarização de spin a partir do gás xenônio hiperpolarizado. Isso torna os sinais de superfície fortes o suficiente para medir e distinguir dos sinais em massa.

De outros

Em estudos de energia nuclear , o xenônio é usado em câmaras de bolhas , sondas e em outras áreas onde um alto peso molecular e uma química inerte são desejáveis. Um subproduto dos testes de armas nucleares é a liberação de xenônio-133 e xenônio-135 radioativos . Esses isótopos são monitorados para garantir a conformidade com os tratados de proibição de testes nucleares e para confirmar os testes nucleares por estados como a Coréia do Norte .

Um cilindro de metal com eletrodos presos na lateral.  Uma luz difusa azul está saindo do tubo.
Um protótipo de um motor de íon xenônio sendo testado no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA

O xenônio líquido é usado em calorímetros para medir os raios gama e como um detector de hipotéticas partículas massivas de interação fraca , ou WIMPs. Quando um WIMP colide com um núcleo de xenônio, a teoria prevê que ele transmitirá energia suficiente para causar ionização e cintilação . O xenônio líquido é útil para esses experimentos porque sua densidade torna mais provável a interação da matéria escura e permite um detector silencioso por meio de autoproteção.

O xenônio é o propulsor preferido para a propulsão iônica de espaçonaves porque tem baixo potencial de ionização por peso atômico e pode ser armazenado como um líquido próximo à temperatura ambiente (sob alta pressão), mas facilmente evaporado para alimentar o motor. O xenônio é inerte, ecologicamente correto e menos corrosivo para um motor de íons do que outros combustíveis, como mercúrio ou césio . O xenônio foi usado pela primeira vez para motores de íons de satélite durante a década de 1970. Posteriormente, foi empregado como propelente para a sonda Deep Space 1 do JPL, para a espaçonave SMART-1 da Europa e para os três motores de propulsão iônica da Nave Espacial Dawn da NASA .

Quimicamente, os compostos de perxenato são usados ​​como agentes oxidantes em química analítica . O difluoreto de xenônio é usado como um agente corrosivo para silício , particularmente na produção de sistemas microeletromecânicos (MEMS). O medicamento anticâncer 5-fluorouracil pode ser produzido pela reação do difluoreto de xenônio com o uracil . O xenônio também é usado na cristalografia de proteínas . Aplicado a pressões de 0,5 a 5  MPa (5 a 50  atm ) a um cristal de proteína, os átomos de xenônio se ligam em cavidades predominantemente hidrofóbicas , muitas vezes criando um derivado de átomo pesado isomorfo de alta qualidade que pode ser usado para resolver o problema de fase .

Precauções

Xenon
Perigos
NFPA 704 (diamante de fogo)
0
0
0

Por serem fortemente oxidativos , muitos compostos de oxigênio- xenônio são tóxicos; eles também são explosivos (altamente exotérmicos ), decompondo-se em xenônio elementar e oxigênio diatômico (O 2 ) com ligações químicas muito mais fortes do que os compostos de xenônio.

O gás xenônio pode ser mantido com segurança em recipientes normais de vidro ou metal vedados em temperatura e pressão padrão . No entanto, ele se dissolve prontamente na maioria dos plásticos e borracha, e gradualmente escapará de um recipiente selado com tais materiais. O xenônio não é tóxico , embora se dissolva no sangue e pertença a um grupo seleto de substâncias que penetram na barreira hematoencefálica , causando anestesia cirúrgica leve a total quando inalado em altas concentrações de oxigênio.

A velocidade do som no gás xenônio (169 m / s) é menor do que no ar porque a velocidade média dos átomos pesados ​​de xenônio é menor do que a das moléculas de nitrogênio e oxigênio no ar. Conseqüentemente, o xenônio vibra mais lentamente nas cordas vocais quando exalado e produz tons de voz mais baixos (sons aprimorados de baixa frequência, mas a frequência fundamental ou tom não muda), um efeito oposto à voz aguda produzida no hélio . Especificamente, quando o trato vocal está cheio de gás xenônio, sua frequência de ressonância natural torna-se mais baixa do que quando ele está cheio de ar. Assim, as baixas frequências da onda sonora produzida pela mesma vibração direta das cordas vocais seriam potencializadas, resultando em uma alteração do timbre do som amplificado pelo trato vocal. Como o hélio, o xenônio não satisfaz a necessidade de oxigênio do corpo e é um asfixiante simples e um anestésico mais poderoso do que o óxido nitroso; conseqüentemente, e como o xenônio é caro, muitas universidades proibiram o truque de voz como uma demonstração geral de química. O gás hexafluoreto de enxofre é semelhante ao xenônio em peso molecular (146 versus 131), menos caro e, embora seja um asfixiante, não é tóxico ou anestésico; é freqüentemente substituído nessas demonstrações.

Gases densos como xenônio e hexafluoreto de enxofre podem ser respirados com segurança quando misturados com pelo menos 20% de oxigênio. O xenônio na concentração de 80% junto com 20% de oxigênio produz rapidamente a perda de consciência da anestesia geral (e tem sido usado para isso, conforme discutido acima). A respiração mistura gases de diferentes densidades de maneira muito eficaz e rápida, de modo que gases mais pesados ​​são eliminados junto com o oxigênio e não se acumulam no fundo dos pulmões. Há, entretanto, um perigo associado a qualquer gás pesado em grandes quantidades: ele pode permanecer invisível em um recipiente, e uma pessoa que entrar em uma área cheia de um gás inodoro e incolor pode ser asfixiada sem aviso. O xenônio raramente é usado em quantidades grandes o suficiente para que isso seja uma preocupação, embora o potencial de perigo exista sempre que um tanque ou recipiente de xenônio for mantido em um espaço sem ventilação.

Veja também

Referências

links externos