Ксенон и его воздействие на организм — Экобаланс

Ксенон Википедия

Ксено́н — элемент 18-й группы (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы VIII группы), пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 54. Обозначается символом Xe (лат. Xenon ). Простое вещество ксенон — благородный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Содержание

  • 1 История
    • 1.1 Происхождение названия
  • 2 Распространённость
    • 2.1 В Солнечной системе
    • 2.2 Земная кора
  • 3 Определение
  • 4 Свойства
    • 4.1 Физические свойства
    • 4.2 Химические свойства
    • 4.3 Изотопы
  • 5 Получение
  • 6 Применение
  • 7 Ксенон как допинг
  • 8 Биологическая роль
  • 9 Примечания
  • 10 Ссылки

История [ | ]

Открыт в 1898 году британскими учёными Уильямом Рамзаем и Морисом Траверсом, которые подвергли медленному испарению жидкий воздух и спектроскопическим методом исследовали его наиболее труднолетучие фракции. Ксенон был обнаружен как небольшая примесь к криптону [5] [6] . За открытие инертных газов (в частности ксенона) и определение их места в периодической таблице Менделеева Рамзай получил в 1904 году Нобелевскую премию по химии.

Происхождение названия [ | ]

Рамзай предложил в качестве названия элемента древнегреческое слово ξένον , которое является формой среднего рода единственного числа от прилагательного ξένος «чужой, странный». Название связано с тем, что ксенон был обнаружен как примесь к криптону, и с тем, что его доля в атмосферном воздухе чрезвычайно мала.

Распространённость [ | ]

Ксенон — весьма редкий элемент. При нормальных условиях в кубометре воздуха содержится 0,086 [4] —0,087 [7] см 3 ксенона.

В Солнечной системе [ | ]

Ксенон относительно редок в атмосфере Солнца, на Земле, в составе астероидов и комет. Концентрация ксенона в атмосфере Марса аналогична земной: 0,08 миллионной доли [8] , хотя содержание изотопа 129 Xe на Марсе выше, чем на Земле или Солнце. Поскольку данный изотоп образуется в процессе радиоактивного распада, полученные данные могут свидетельствовать о потере Марсом первичной атмосферы, возможно, в течение первых 100 миллионов лет после формирования планеты [9] [10] . В атмосфере Юпитера, напротив, концентрация ксенона необычно высока — почти в два раза выше, чем в фотосфере Солнца [11] .

Земная кора [ | ]

Ксенон содержится в земной атмосфере в крайне незначительных количествах, 0,087 ± 0,001 миллионной доли по объёму (мкл/л), или 1 часть на 11,5 млн [7] . Он также встречается в газах, выделяемых водами некоторых минеральных источников. Некоторые радиоактивные изотопы ксенона, например 133 Xe и 135 Xe, получаются в результате нейтронного облучения ядерного топлива в реакторах.

Определение [ | ]

Качественно ксенон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии (характеристические линии с длиной волны 467,13 нм и 462,43 нм ). Количественно его определяют масс-спектрометрически, хроматографически, а также методами абсорбционного анализа [4] .

Свойства [ | ]

Физические свойства [ | ]

При нормальном давлении температура плавления 161,40 К (−111,75 °C), температура кипения 165,051 К (−108,099 °C). Молярная энтальпия плавления 2,3 кДж/моль , молярная энтальпия испарения 12,7 кДж/моль , стандартная молярная энтропия 169,57 Дж/(моль·К) [4] .

Плотность в газообразном состоянии при стандартных условиях (0 °C, 100 кПа ) 5,894 г/л (кг/м 3 ), в 4,9 раза тяжелее воздуха. Плотность жидкого ксенона при температуре кипения 2,942 г/см 3 . Плотность твёрдого ксенона 2,7 г/см 3 (при 133 К ) [4] , он образует кристаллы кубической сингонии (гранецентрированная решётка), пространственная группа Fm3m, параметры ячейки a = 0,6197 нм , Z = 4 [4] .

Тройная точка: температура 161,36 К (−111,79 °C), давление 81,7 кПа , плотность 3,540 г/см 3 [4] .

В электрическом разряде светится синим цветом (462 и 467 нм). Жидкий ксенон является сцинтиллятором.

Слабо растворим в воде (0,242 л/кг при 0 °C, 0,097 л/кг при 25 °C) [4] .

При стандартных условиях (273 К, 100 кПа): теплопроводность 5,4 мВт/(м·К) , динамическая вязкость 21 мкПа·с , коэффициент самодиффузии 4,8·10 −6 м 2 /с , коэффициент сжимаемости 0,9950, молярная теплоёмкость при постоянном давлении 20,79 Дж/(моль·К) [4] .

Ксенон диамагнитен, его магнитная восприимчивость −4,3·10 −5 . Поляризуемость 4,0·10 −3 нм 3 [4] . Энергия ионизации 12,1298 эВ [3] .

Химические свойства [ | ]

Ксенон стал первым инертным газом, для которого были получены настоящие химические соединения. Примерами соединений могут быть дифторид ксенона, тетрафторид ксенона, гексафторид ксенона, триоксид ксенона, ксеноновая кислота и другие [12] .

Первое соединение ксенона было получено Нилом Барлеттом реакцией ксенона с гексафторидом платины в 1962 году. В течение двух лет после этого события было получено уже несколько десятков соединений, в том числе фториды, которые являются исходными веществами для синтеза всех остальных производных ксенона.

В настоящее время описаны фториды ксенона и их различные комплексы, оксиды, оксифториды ксенона, малоустойчивые ковалентные производные кислот, соединения со связями Xe-N, ксенонорганические соединения. Относительно недавно был получен комплекс на основе золота, в котором ксенон является лигандом. Существование ранее описанных относительно стабильных хлоридов ксенона не подтвердилось (позже были описаны эксимерные хлориды с ксеноном).

Читайте также:  Выпил чуть-чуть пива на природе когда можно за руль

  • Реакции со фтором [13] :

X e + F 2 → X e F 2 ightarrow XeF_<2>>>>при комнатной температуре и УФ-облучении или при 300—500 ºC под давлением; X e + 2 F 2 → X e F 4 ightarrow XeF_<4>>>>при 400 ºC под давлением; примеси XeF2, XeF6; X e + 3 F 2 → X e F 6 ightarrow XeF_<6>>>>при 300 ºC под давлением; примесь XeF4.

Изотопы [ | ]

Известны изотопы ксенона с массовыми числами от 108 до 147 (количество протонов 54, нейтронов от 54 до 93), и 12 ядерных изомеров.

9 изотопов встречаются в природе. Из них стабильными являются семь: 126 Xe, 128 Xe, 129 Xe, 130 Xe, 131 Xe, 132 Xe, 134 Xe. Еще два изотопа ( 124 Xe и 136 Xe) имеют огромные периоды полураспада, много больше возраста Вселенной.

Остальные изотопы искусственные, самые долгоживущие — 127 Xe (период полураспада 36,345 суток) и 133 Xe (5,2475 суток), период полураспада остальных изотопов не превышает 20 часов. Среди ядерных изомеров наиболее стабильны 131 Xe m с периодом полураспада 11,84 суток, 129 Xe m (8,88 суток) и 133 Xe m (2,19 суток) [14] .

Изотоп ксенона с массовым числом 135 (период полураспада 9,14 часа) имеет максимальное сечение захвата тепловых нейтронов среди всех известных веществ — примерно 3 миллиона барн для энергии 0,069 эВ [15] , его накопление в ядерных реакторах в результате цепочки β-распадов ядер теллура-135 и иода-135 приводит к эффекту так называемого отравления ксеноном (см. также Иодная яма).

Получение [ | ]

Ксенон получают как побочный продукт производства жидкого кислорода на металлургических предприятиях.

В промышленности ксенон получают как побочный продукт разделения воздуха на кислород и азот. После такого разделения, которое обычно проводится методом ректификации, получившийся жидкий кислород содержит небольшие количества криптона и ксенона. Дальнейшая ректификация обогащает жидкий кислород до содержания 0,1—0,2 % криптоно-ксеноновой смеси, которая отделяется адсорбированием на силикагель или дистилляцией. В дальнейшем ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделён дистилляцией на криптон и ксенон, подробнее см. Криптон#Получение.

Из-за своей малой распространённости ксенон гораздо дороже более лёгких инертных газов. В 2009 году цена ксенона составляла около 20 евро за литр газообразного вещества при стандартном давлении [3] .

Применение [ | ]

Несмотря на высокую стоимость, ксенон незаменим в ряде случаев:

  • Ксенон используют для наполнения ламп накаливания, мощных газоразрядных и импульсных источников света (высокая атомная масса газа в колбах ламп препятствует испарению вольфрама с поверхности нити накаливания).
  • Радиоактивные изотопы ( 127 Xe, 133 Xe, 137 Xe и др.) применяют в качестве источников излучения в радиографии и для диагностики в медицине, для обнаружения течи в вакуумных установках.
  • Фториды ксенона используют для пассивацииметаллов.
  • Ксенон как в чистом виде, так и с небольшой добавкой паров цезия-133, является высокоэффективным рабочим телом для электрореактивных (главным образом — ионных и плазменных) двигателейкосмических аппаратов.
  • В конце XX века был разработан метод применения ксенона в качестве средства для наркоза и обезболивания. Первые диссертации о технике ксенонового наркоза появились в России в 1993 г. В 1999 году ксенон был разрешён к медицинскому применению в качестве средства для ингаляционного наркоза [16] .
  • В наши дни [уточнить] ксенон проходит апробацию в лечении зависимых состояний [17] .
  • Жидкий ксенон иногда используется как рабочая среда лазеров[18] .
  • Фториды и оксиды ксенона предложены в качестве мощнейших окислителей ракетного топлива, а также в качестве компонентов газовых смесей для лазеров.
  • В изотопе 129 Xe возможно поляризовать значительную часть ядерных спинов для создания состояния с сонаправленными спинами — состояния, называемого гиперполяризацией.
  • Для транспортировки фтора, проявляющего сильные окисляющие свойства.

Газ ксенон: особенности и сферы применения

В настоящее время инертные газы получили широкое распространение в самых различных сферах человеческой жизни. Не является исключением и газ ксенон – один из самых необычных химических элементов, известных науке. Он представляет собой так называемый благородный газ, состоящий из молекул с одним атомом, который не обладает каким-либо запахом, вкусом или цветом. Кроме того, он не горит, не приводим к взрывам и является относительно безопасным для человека.

В природе этот химический элемент представлен в крайне малых количествах. Очень незначительные запасы такого вещества сосредоточены в земной коре и атмосфере нашей планеты. Кроме того, как известно современным ученым, он занимает невысокие позиции по своей распространенности и в космосе. Возможно, именно по этой причине этот элемент долгое время оставался неизвестным науке и был открыт лишь в конце 19-го века.

Ключевой особенностью газа ксенона, которая отличает его от многих других инертных газов, является его способность вступать в химические реакции с образованием ковалентных связей. Это первый благородных газ, с помощью которого удалось получить химические соединения, например, такие как дифторид ксенона. Кроме того, он обладает и другими особенностями, которые позволяют применять его в самых различных направлениях деятельности.

Читайте также:  Как правильно ездить в пробках, чтобы сберечь свои нервы и автомобиль

Использование в источниках света

Различные виды ламп создаются с применением газообразных веществ, которые позволяют создать внутри такого изделия соответствующие условия. При создании источников света применяется и ксенон. Им наполняют некоторые виды ламп накаливания, а также высокомощные импульсные и газоразрядные лампы. Некоторые из них способны создавать по-настоящему мощное свечение, так как окруженная Xe электрическая дуга создает очень яркий свет.

Очень часто лампы с Xe применяются при создании кинопроекторов, а также софитов для концертного и театрального оборудования. Это вещество все чаще используется в качестве аналога ртути в лампах, предназначением которых является получение ультрафиолета. Еще одно его свойство заключается в том, что из-за высокой атомной массы он препятствует испарению вольфрама с поверхности нити накаливания (находясь внутри колбы лампы).

Применение в области медицины

В конце 20-го века впервые были проведены испытания медицинского ксенона, которые показали, что он является безопасным и эффективным средством для наркоза и обезболивания. Это связано с тем, что при правильной концентрации такой газ является полностью безопасным для человека. Он не вступает в какие-либо химические реакции и быстро выводится из организма.

В наркозе ксенон обладает опьяняющим эффектом, аналогичным тому, который возникает при использовании так «веселящего газа» – закиси азота. Об этом стало известно еще задолго до того, как Xe начал применяться в области медицины. В последствии многочисленные исследования показали, что данный газ представляет собой идеальное вещество для наркоза.

В настоящее время его активно применяют в различных странах мира. Например, с конца 90-х годов он официально разрешен для использования в качестве анестезии на территории Российской Федерации, а в середине 2000-х годов получил разрешение и в странах-членах Европейского Союза. Если вас интересует возможность применения газов и их смесей в медицине, то предлагаем вам прочесть отдельную статью, посвященную этой теме.

Как газ ксенон применяется в сфере покорения космоса?

Обладая самой высокой стабильностью среди других тяжелых инертных газов, этот химический элемент применяется в качестве рабочего тела в:

  • ионных реактивных двигателях;
  • плазменных реактивных двигателях.

Для этих целей его используют преимущественно в чистом виде. При этом очищенные от различных посторонних добавок благородные газы могут обладать достаточно высокой стоимостью. Узнать с чем это связано вы можете в нашем материале, посвященном теме глубокой очистки газов.

Ионные и плазменные реактивные двигатели в настоящее время используются в современных и высокомощных космических кораблях, основным назначением которых является изучение планет Солнечной системы.

Кроме того, вас может заинтересовать и другой инертный газ – криптон, прочесть о применении которого вы можете здесь.

В чем заключается сложность получения ксенона?

Во-первых, в атмосфере Земли этот элемент является очень редким, поэтому его добыча в чистом виде невозможна. Во-вторых, технология его получения очень сложная и дорогостоящая. Его добывают как побочный продукт в процессе производства жидкого кислорода, а также при искусственном разделении воздуха на кислород и азот. Ученые ищут новые способы получения Xe, которые были бы более эффективными и безопасными в плане экологии.

Выводы

Xe – это инертный тяжелый газ, который обладает особыми качествами и широко применяется в различных сферах жизни, в том числе в медицине, науке и технике. Единственная сложность заключается в трудоемком процессе его получения, а, следовательно, высокой стоимости.

Ксеноновые лампы для авто: d2s, d1s, h4, h7, hb4

Технология использования ксенона для обеспечения освещения появилась несколько лет назад, но в данный момент она занимает достаточно существенный сегмент рынка. Ксеноновые лампы для авто являются идеальным вариантом, благодаря надежности и длительному сроку эксплуатации.

Что это такое

Ксеноновые автомобильные лампы – это газоразрядный источник света, который обеспечивает очень яркое свечение, близкое к естественному дневному. Особенностью работы является наличие в колбе с электрической дугой газа ксенона. В такой схеме нет необходимости использовать нить накаливания, которая легко может перегореть вследствие изменения напряжения.

Фото — свечение

Для работы HID-лампы используется смесь инертных газов, которые при пропускании электрической энергии начинают излучать свет. К ксенону добавлены также пары ртути, которые обеспечивают работу источника света под высоким давлением.

От состава смеси зависит цвет света. Например, сам ксенон светится ярким белым, в то время как смесь со ртутными парами издает более холодное, голубоватое свечение. Поэтому варианты со смесью газов в основном используются в медицине – они отлично подходят для стерилизации помещения и озонирования.

Достоинства ксеноновых ламп:

  1. Долговечность работы. Отсутствие нити накаливания делает такие светильники более долговечными, нежели обычные. К тому же, они могут использоваться в экстремальных условиях работы, что также является весомым преимуществом. В среднем, замена источника света с ксеноновой смесью производится после 100 000 километров, но в большинстве случаев этот показатель сильно занижен, и лампы служат до 200 000;
  2. Высокие показатели яркости и светоотдачи. Ксеноновые модели имеют светоотдачу в 2,5 раз выше, чем галогеновые. Поэтому именно они применяются для обеспечения наилучшей видимости дороги ночью. Такие светильники часто называют противотуманными, т. к. даже на самых затененных участках они могут обеспечить практически идеальное освещение; Фото — сравнение ксеноновых и галогеновых фар
  3. Естественная температура ближнего света. Галогеновые лампы, которые часто используются для автомобильных фар, излучают желтоватое свечение, которое непривычно человеческому глазу и может несколько искажать видимость. Пи этом ксенон светится при горении белым, что повышает безопасность водителя и пешехода;
  4. Низкое потребление электрической энергии. Для работы лампы используется не более 30 Ватт энергии, что помогает сэкономить аккумулятор. Также нужно отметить низкую нагрузку на бортовой компьютер при работе;
  5. Высокие показатели КПД. У стандартной лампы накаливания КПД равняется 30 %. Большая часть поступающей энергии преобразуется в тепло, но ксенон излучает холодное свечение. Эта характеристика говорит не только о цвете света, но и нагревании осветительного прибора. Более половину поступающей мощности направлено именно на обеспечение освещения.
Читайте также:  Турник и брусья для дачи уличный для дачи

К недостаткам можно отнести высокую стоимость светильника, но она окупается экономией на ремонте и долговечности устройства. Сейчас наиболее популярны модели Филипс (Philips), они считаются самыми качественными ксеноновыми лампами.

Фото — лампа филипс

Небольшой дискомфорт доставляет замена такого светильника. Учитывая, что давление, при котором работает лампа, превышает показатели 25 атмосфер, во время аварийной ситуации её осколки могут разлететься на огромное расстояние, причиняя вред на своем пути. Поэтому в большинстве случаев замена таких источников света выполняется только специалистами, у которых есть для таких целей специальные защитные очки и костюмы.

Конструкция и принцип работы

Ксеноновая модель осветительного прибора состоит из стеклянной колбы, выполненной из ударопрочного материала и ториевовольфрамовых электродов. Колба производится в большинстве случаев из кварцевого стекла, которое выдерживает высокое давление, образующееся в конструкции во время работы. Но на рынке также можно найти модели из более дорогого сапфирового. При работе колб с разным стеклом видна разница, сапфир обеспечивает более чистый свет, яркий, в то время как кварц обладает меньшей пропускной способностью.

Фото — принцип работы

Электроды выполнены из вольфрама, который позволяет обеспечить между контактами достаточно сильную дугу. Для повышения эффективности они покрыты специальным напылением, в основном это торий или молибден. Также в электроды встроены металлические пластины, усиливающие дугу. Сами электроды выполнены в форме конуса, что уменьшает время зажигания. В среднем горение ксенона начинается спустя пару миллисекунд после начала поступления энергии на контакты.

Во время включения лампы, плазма возле катода начинает излучать свечение. Ток на двух электродах, расположенных на небольшом расстоянии способствует образованию электрической дуги, которая нагревает газоразрядную смесь.

Видео: сравнение LED ламп и Ксенона

Использование

Ксеноновые газоразрядные лампы применяются не только для автомобиля, у них достаточно широкий спектр использования. В зависимости от конструкции они бывают:

  1. Шаровые;
  2. Керамические;
  3. Трубчатые.

Ксеноновые шаровые получили наибольшее распространение, именно они применяются для фар. Их конструкция представляет собой маленькую колбу, которая наполнена ксеноном. Электроды находятся на очень маленьком расстоянии.

Фото — круглые модели

Керамические используются в фармацевтической промышленности. Их особенностью является не только применение керамической колбы, но и наличие в ней отверстия для ультрафиолетового света. Такое свечение используется в терапевтических целях, в частности, для обнаружения грибковых заболеваний кожи или покровов головы.

Фото — керамические

Трубчатые представляют собой устройства для обеспечения света в жилых помещениях. У них электроды расположены на достаточно большом расстоянии друг от друга, поэтому для работы требуется определенный балласт. Дроссельная схема подобного плана используется для обеспечения освещенности на больших площадях, часто это вокзалы, склады и прочие производственные или общественные учреждения.

Фото — трубчатые

Также в зависимости от типа использования, ксеноновые лампы могут иметь разные цоколи (к примеру, для автомобиля – H8 4300K, H4 5000K, также есть варианты H7, H3, HB4 и Н11).

Фото — цоколи

Технические характеристики

В зависимости от типа и конструкции ламп могут изменяться требования к параметрам электрической сети. Предлагаем рассмотреть наиболее популярные модели и их характеристики:

Лампы ксеноновые трубчатого типа (цоколь D1S и D2S), марка MTF и Philips Original Plus:

MTF Light Active Night (ночные МТФ)

Яркость, Лм 3200
Мощность, Вт 35
Номинальное напряжение, В 8
Температура свечения, К 6000
Расстояние между электродами, мм 4
Долговечность, ч 2000
Температура, К 6500
Мощность, Вт 35
Яркость, Лм 3400
Долговечность, ч 3000
Расстояние между электродами, мм 4,2

Купить ксеноновые газоразрядные лампы можно в любом городе стран СНГ (Москва, СПб и прочих), цена зависит от типа и параметров устройства. Рекомендуем изучать каталог известных компаний: Филипс, Галакси и других, т. к. они предоставляют гарантию на свои модели.

Ссылка на основную публикацию
Круиз контроль на Opel Astra H своими руками! Цена вопроса руб! видео на Авто центр SPB — ремонт ав
Круиз-контроль на зафире Круиз контроль на Opel Astra H своими руками!! Цена вопроса 200 руб!! Я использовал для этого кондуктор...
Кроссворд в газете; Моя семья; от №23-25
Музыкальный коробок 5 букв Джазовый лиризм 4 буквы сканворд. Величина остающаяся неизменной при тех или иных преобразованиях 9 букв. Сиговая...
Кроссовер Hyundai Creta отзывы, технические характеристики, достоинства и недостатки — Новости, стат
Хендай Крета 2020 - цена и комплектации, фото в новом кузове, отзывы владельцев (все минусы), характ Сколько стоит новый Хендай...
Круиз контроль на Опель Астра н как включить; Про авто и мото
Круиз контроль на Опель Астра н как включить Описание: Габариты автомобиля следующие, длина — 3924, ширина — 1100, высота —...
Adblock detector