氙（一种非金属元素）

物理性质

氙的原子光谱

原子半径：4.05Å；

共价半径：209pm   ；1.31Å   ；

沸点：-108.10℃（101.325kpa）；

三相点：16.130K；

气体密度：5.89kg·m⁻³(273.15K,101.325kpa)   ；

液体密度：3057kg·m⁻³(-108.10℃，101.325kpa)；

气液体积比：518.9；

介电常数：1.001238（298K，101.325kpa）；

磁化率：-43×10⁻¹cgs·mol⁻¹（298K，101.325kpa）；

折射率：1.000702(g,273K,101.325KPa,5893A)；

比容：0.180m³·kg⁻¹(294.3K,101.325kPa)；

临界温度：289.74K；

临界压力：5764kPa；

临界密度：1100.0kg·m⁻³；

熔化热：17.49kJ·kg⁻¹(161.4K，81.6kPa)；

气化热：96.30KJ·kg⁻¹(165.1K,101.325kpa)；

比热容：Cp=160.03J/(kg·K)(g,298K,101.325kpa)；Cv=96.41J/(kg·K)(g，298K,101.325kpa)；

比热比：Cp/Cv=1.67(g,298K,101.325kpa)   ；

蒸气压：2634kPa(253K)；4175kPa(273K)；5147kPa(283K)；

粘度：0.02110mPa·S(g，273K,101.325kPa)；0.528mPa·S(l，289.74k)；

表面张力：18.7mN·m⁻¹(163K)；

导热系数：0.005192W·m⁻¹·K⁻¹(273K,101.325kPa)；165.014kh0.07322W·m⁻¹·K⁻¹(l)；

化学性质

数据

电子排布：[Kr]5s²5p⁶；

电负性：2.60（泡林标度）   ；

化学键能：Xe-O：84kJ ·mol⁻¹；

氧化态：Xe(0)， Xe(II)， Xe(IV)， Xe(VI)， Xe(VIII)   ；

晶体结构：面心立方晶胞；a = 620.23 pm；

电离能(kJ /mol)：I₁1170.4；I₂： 2046；I₃： 3097；I₄： 4300；

I₅： 5500；I₆： 6600；I₇： 9300；I₈： 10600；I₉： 19800；I₁₀： 23000。

氙的电子构型非常稳定，且它的电离能相对较大，因此在化学上显惰性，只与强的氧化剂反应。

氟化反应与氟化氙

氙气与氟气直接混合，可以得到无色的XeF₂,XeF₄与XeF₆晶体，氙与氟的比例不同，得到的主产物不同：

Xe:F₂=2:1，1273K,1.03×10⁵Pa   或298K,紫外线光照：

Xe:F₂=1:5，873K,6.18×10⁵Pa：

Xe:F₂=1:20，573K,6.18×10⁵Pa：

若使用镍、钴和钙的氟化物作为催化剂能显著提高上述反应速率，使用Ag₂O或Ni₂O₃则可以在零度时引起氟和氙的爆炸反应。一些氟化物则对反应催化具有选择性，例如在Xe：F₂=1:10，温度为120℃时，使用氟化镁作为催化剂，产物只有XeF₂，若使用二氟化镍作为催化剂，产物则只有XeF₆。

氙的三种氟化物在室温下都能稳定存在。

若将XeF₂溶于水中，则与水缓慢反应，又得到氙气：

XeF₄与水反应时，一半发生反应，另一半则歧化为Xe(0)与Xe(VI)：，反应过程中有疑似XeOF₂的黄色中间产物。

XeF₆与水发生的是水解反应：

氙的氟化物都是强的氧化剂与氟化剂，在工业生产上有实际用途，例如一些有机物的氟化，使用的就是XeF₂。

含氧化合物

氙的氧化物有XeO₃与XeO₄，对应的酸根为氙酸根(HXeO₄⁻)与高氙酸根(XeO₆⁴⁻)   。

XeO₃可用XeF₄或XeF₆与水反应制得，XeO₃在酸性与中性溶液中稳定，在碱性溶液中以HXeO₄⁻形式存在，并且不稳定，易分解或歧化。

XeO₄可由高氙酸钡与硫酸复分解制得：

除上边所述的XeF₆歧化制法，高氙酸盐亦可通过XeO₃的碱溶液与臭氧反应制得。

复合氟化物

六氟化铂（左）与六氟合铂酸氙（右）

将氙、氟和固态PF₅混合并辉光放电，可以生成不稳定的XePF₆，同时氙、氟和玻璃仪器反应产生Xe₂SiF₆。将二氟化氙和一些金属的五氟化物反应也可以生成XeMF₆型的化合物。

其它化合物

含有Xe-N键与Xe-C的化合物均被发现，典型代表是FXeN(SO₂F)₂与[Xe(C₆F₅)]·[C₆F₅BF₃]   。

氙还有氢醌包合物形式的化合物，其中氙被捕集至氢醌的晶格之中。

研究历史

氙于1898年7月由拉姆齐（William Ramsay）和特拉维斯（Morris W.Travers）在伦敦大学学院发现。在此之前，他们从液态空气中提取了氖，氩和氪，并且疑惑它是否包含其它气体。工业家Ludwig Mond给了他们一台新的液态空气机，他们用它提取了更多的稀有气体氪。经过多次蒸馏，他们终于分离出了一种更重的气体，在真空管中它发出漂亮的蓝色光芒。他们意识到它是气体元素“惰性”组的又一个成员，因为其在化学上是惰性的。他选择“ξένος(xenos)”这个希腊文命名氙，意为“陌生的”   。

在“惰性气体”中，氙的化合物（含有化学键的）是最先被发现的。巴特列（Neil Bartlett）于1962年将PtF₆蒸汽与Xe混合，得到了橙黄色的XePtF₆晶体，打破了化学界中持续60年之久的“稀有气体对化学反应完全惰性”的神话。     21世纪，超过100种氙的化合物已经被制造出来。

同位素简介

氙的同位素中，¹¹⁰Xe至¹⁴⁷Xe均被实验室制得，其中能稳定存在的是¹²⁴Xe,¹²⁶Xe,¹²⁸Xe~¹³²Xe,¹³⁴Xe与¹³⁶Xe，自然界中丰度最大的是¹³²Xe。

主要用途

高压氙气灯的白色

氙灯可以放出紫外线，医疗上对此有所应用。氙的同位素被用于测量脑血流量与研究肺功能、计算胰岛素分泌量等。

氙灯凹面聚光后可生成2500℃高温，可用于焊接或切割难熔金属，如钛、钼等。

氙还是一种没有副作用的深度麻醉剂，它能溶于细胞质的油脂中，引起细胞的膨胀和麻醉，从而使神经末梢的作用暂时停止。人们曾试用

由于可以吸收X射线，氙也被用作X射线的屏蔽。

此外，氙在原子核反应堆和高能物理方面也有很多用途。

危险性简介

氙为非腐蚀性气体，且本身无毒，人吸入后以原形排出，但在高浓度时有窒息作用。氙有麻醉性，它和氧的混合物是对人体的一种麻醉剂。

元素分布

空气中含量：约90ppm；

地壳中含量：2×10⁻⁶ppm   ；

元素在海水中的含量：1×10⁻⁴ppm   ；

大气中的Xe主要来自原始生成，岩石圈、小行星、陨石通过风化作用释放出其中的稀有气体。宇宙射线和其他高能粒子的核反应也能产生少量Xe。

制备方法

氙在空气中的储量达到19.5亿吨，因此通过分馏液态空气是制取氙的良好途径。氙是空分工业的副产物。首先液化空气，分馏出液氧，稀有气体即富集于其中，通过进一步分馏，提纯可分离出稀有气体的混合液。173K时使用活性炭吸附，Ar，Kr与Xe被吸附，通过改变温度及其他条件，可以获得氙。