Xenon är ett icke-metalliskt grundämne med atomnummer 54 och kemiskt tecken Xe. Det är en tung, färg- och luktlös ädelgas som förekommer i mindre mängder i jordens atmosfär."xenon", Columbia Electronic Encyclopedia, 6:e upplagan, Columbia University Press, 2007. Hämtdatum: 23 oktober 2007 Även om gasen sällan reagerar med andra ämnen så kan xenon genomgå ett fåtal kemiska reaktioner som exempelvis bildandet av xenonhexafluorplatinat (PtF6Xe), den första ädelgasföreningen som framställts. National Standard Reference Data Service of the USSR. Volym 10
Naturligt förekommande xenon består av nio stabila isotoper, men det finns även ett 40-tal instabila isotoper som genomgår radioaktivt sönderfall. Proportionerna av olika xenonisotoper är ett viktigt verktyg vid studiet av solsystemets tidiga historia. Xenon-135 bildas som ett resultat av fission och agerar som neutronabsorbent i kärnreaktorer.
Xenon används i blixtlampor och i båglampor, och som ett generellt anestetikum. Den första excimerlasern använde xenondimermolekylen (Xe2) som sitt aktiva lasermedium och i de tidigaste lasrarna användes xenonblixtlampor som laserpumpar. Xenon används även i sökandet efter hypotetiska svagt interagerande tunga partiklar, och som drivämne för jonmotorer i rymdfarkoster.
Historia Xenon upptäcktes i England av William Ramsay och Morris Travers den 12 juli 1898, en kort tid efter deras upptäckt av grundämnena krypton och neon. Med en maskin som kunde framställa flytande luft försökte de två forskarna extrahera en tyngre gas med fraktionerad destillation ur flytande krypton. Ramsay föreslog namnet xenon för gasen utifrån det grekiska ordet ξένον [xenon], neutrum-singular-formen av ξένος [xenos], vilket betyder främmande, annorlunda, eller gäst. 1902 uppskattade Ramsay proportionen xenon i jordens atmosfär till en på 20 miljoner.
Under 1930-talet började ingenjören Harold Edgerton att undersöka stroboskoptekniken för höghastighetsfotografier. Detta fick honom att uppfinna xenonblixtlampan. I xenonblixtlampan alstras ljus genom att man sänder en hastig elektrisk ström genom ett glasrör fyllt med xenongas. 1934 kunde Edgerton generera korta blixtar (cirka en mikrosekund) med hjälp av metoden.
Albert R. Behnke Jr. började 1939 utforska orsakerna till "berusningen" hos djuphavsdykarna i den amerikanska flottan. Han undersökte effekterna av olika inandningsblandningar på sina testpersoner, och upptäckte att detta ledde till att dykarna kände av en förändring av djupet de befann sig på, trots att de i själv verket befann sig på samma djup som tidigare. Från dessa resultat drog han slutsatsen att xenongas kunde tjäna som ett generellt anestetikum. Trots att Lazharev, i Ryssland, ska ha studerat xenonanestetikum redan 1941 publicerades inte den första vetenskapliga rapporten om xenons anestetiska effekt förrän 1946, och då av J.H. Lawrence, som hade utfört experiment på möss. 1951 användes xenon för första gången som ett kirurgiskt anestetikum av Stuart C. Cullen, som framgångsrikt opererade två patienter med denna bedövningsmetod.
1960 upptäckte den amerikanska fysikern John Reynolds att vissa meteoriter innehöll en isotopisk avvikelse i form av ett överflöd av xenon-129. Han kom fram till att detta var en sönderfallsprodukt av radioaktiva jod-129. Eftersom halveringstiden för 129I är 16 miljoner år påvisade detta att meteoriterna hade bildats under solsystemets tidiga historia, eftersom 129I-isotopen troligtvis blev till innan solsystemet antagit sin form.
Man trodde under lång tid att xenon och andra ädelgaser inte kunde bilda några som helst former av kemiska föreningar. Men under den tid då Neil Bartlett undervisade på University of British Columbia upptäckte han att gasen platinahexafluorid (PtF6), som är ett kraftigt oxiderande ämne, kunde oxidera syrgas (O2) till att bilda dioxygenylhexafluorplatinat (O2+[PtF6]−). Eftersom O2 och xenon har näst intill samma första jonisationspotential insåg Bartlett att platinahexafluorid kanske även kan oxidera xenon. Den 23 mars 1962 blandade han de två gaserna och producerade den första kända ädelgasföreningen, xenonhexafluorplatinat. Bartell trodde att föreningens sammansättning var Xe+[PtF6]−, även om senare studier har påvisat att det förmodligen rörde sig om en blandning innehållande flera xenonsalter.p. 392, §11.4, Inorganic Chemistry, translated by Mary Eagleson and William Brewer, edited by Bernhard J. Aylett, San Diego: Academic Press, 2001, ; översättning av Lehrbuch der Anorganischen Chemie, ursprungligen av A. F. Holleman, fortsatt av Egon Wiberg, redigerad av Nils Wiberg, Berlin: de Gruyter, 1995, 34:e upplagan, . Sedan dess har många andra xenonföreningar upptäckts, och vissa föreningar av ädelgaserna argon, krypton och radon har även identifierats, däribland argonfluorhydrid (HArF), kryptondifluorid (KrF2), och radonfluorid.
Förekomst Xenon är en spårgas i jordens atmosfär, och förekommer i cirka 0,087±0,001 miljontedelar (ppm eller μL/L). Den återfinns även bland de gaser som avges från naturliga vattenkällor. Vissa radioaktiva varianter av xenon, exempelvis 133Xe och 135Xe, bildas genom neutronbestrålning av klyvbart material i kärnreaktorer.
Kommersiellt framställs xenon som en biprodukt till separationen av luft till syrgas och kvävgas. Efter separationen, som vanligen utförs genom fraktionsdestillation i en dubbelkolonnsanläggning, kommer det flytande syret som producerats att innehålla en liten mängd krypton och xenon. Genom ytterligare steg i fraktionsdestillationen kan det flytande syret anrikas så att det innehåller 0,1–0,2 % krypton-/xenonblandning, vilket utvinns antingen genom adsorption till kiselsyragel eller genom destillation. Slutligen kan krypton-/xenonblandningen separeras till krypton och xenon genom destillation. Extraktionen av en liter xenon från atmosfären kräver cirka 220 wattimmar energi. Världsproduktionen av xenon 1998 uppskattdes till mellan 5 000 och 7 000 m3. På grund av den låga tillgången till xenon så är gasen betydligt dyrare än de lättare ädelgaserna – det uppskattade priset på köp av mindre kvantiteter xenon i Europa 1999 låg på 10 €/L för xenon, 1 €/L för krypton, och 0,20 €/L för neon.
Xenon är relativt ovanlig i solens atmosfär, på jorden, och i asteroider och kometer. Mars atmosfär påvisar ungefär samma halt xenon som jordens: 0,08 ppm. Emellertid påvisar mars en högre halt 129Xe än på jorden och solen. Eftersom den här isotopen blir till genom radioaktivt sönderfall, indikerar mätresultaten att mars förlorade större delen av sin ursprungliga atmosfär, förmodligen inom de första 100 miljoner åren efter att planeten blev till. Som kontrast har planeten Jupiter en ovanligt hög halt xenon i sin atmosfär, cirka 2,6 gånger så mycket som på solen. Man har ännu inte funnit någon förklaring till de höga halterna, men det kan ha berott på en tidig och snabb uppbyggnad av planetesimaler – små, subplanetära himlakroppar – innan solnebulosan började hettas upp. (Annars hade inte xenon ha kunnat fångats upp i planetesimalernas isar). Inom solsystemet är mängden xenon (i alla dess isotoper) 1,56 × 10−8, eller en på 64 miljoner av den totala massan. Problemet med den låga halten jordnära xenon kan delvis besvaras med xenons kovalenta bindningar till syret i kvarts, vilket reducerar mängden xenon i atmosfären.
Till skillnad mot de lättare ädelgaserna bildas inte xenon vid stellär kärnsyntes i stjärnor. Grundämnen tyngre än järn-56 har en nettoenergikostnad för att produceras genom fusion, så en stjärna tjänar ingen energi på att skapa xenon. Istället bildas många xenonisotoper genom supernovaexplosioner.
Kännetecken miniatyr|Ett elektronskalsdiagram över xenon. Notera de åtta elektronerna i det yttersta skalet. Xenon är definierat som en atom med 54 protoner i kärnan. Vid standardtryck och -temperatur har ren xenongas en densitet på 5,761 kg/m3, cirka 4,5 gånger högre än ytdensiteten i jordens atmosfär, 1,217 kg/m3. Som vätska har xenon en densitet på upp till 3,1 g/mL, med den högsta densiteten vid trippelpunkten. Under samma förhållanden är fast xenons densitet, 3,640 g/cm3, högre än genomsnittsdensiteten för granit, 2,75 g/cm3. Under tryck på cirka en gigapascal har man lyckats tvinga in xenon i en metallisk fas.
Xenon tillhör den grupp grundämnen som saknar valenselektroner, de så kallade ädelgaserna. Den reagerar ogärna i de flesta kemiska reaktioner (som exempelvis förbränning) eftersom det yttre elektronskalet redan innehåller åtta elektroner. Detta skapar en stabil lågenergikonfiguration i vilken de yttre elektronerna är starkt sammanbundna. Gasen kan dock oxideras med hjälp av kraftigt oxiderande ämnen, och många xenonföreningar har framställt genom denna typ av reaktion.
I ett urladdningsrör avger xenon ett blått eller lavendelfärgat sken då gasen exciteras genom elektrisk urladdning. Xenon avger även ett band av spektrallinjer som spänner sig över det synliga spektrumet, men det mest intensiva linjerna framkommer i det blå spektrumet, vilket ger färgen.
Isotoper Naturligt förekommande xenon består nio stabila isotoper. Isotoperna 124Xe, 134Xe och 136Xe antas genomgå dubbelt betasönderfall, men detta har aldrig observerats så de anses vara stabila. Förutom dessa stabila former finns det över 40 instabila isotoper som har studerats. 129Xe bildas under betasönderfall av 129I, som har en halveringstid på 16 miljoner år, medan 131mXe, 133Xe, 133mXe, och 135Xe är produkter av fission av både 235U och 239Pu, och därför används de som indikatorer vid atomexplosioner. De olika xenonisotoperna blir till genom supernovaexplosioner, röda jättar som har förverkat vätet i sina kärnor och gått in i den asymptotiska jättegrenen, klassiska novaexplosioner och det radioaktiva sönderfallet av grundämnen såsom jod, uran och plutonium.
Den artificiella isotopen 135Xe är av hög betydelse i driften av kärnkraftsreaktorer. 135Xe har avsevärt tvärsnitt för termiska neutroner, 2,6 ×106 barn, på så vis fungerar det som neutronabsorbent och kan därigenom sakta ner eller stoppa kedjereaktionen efter en viss period i driften. Detta upptäcktes i de tidigaste kärnkraftsreaktorerna som byggdes av det amerikanska Manhattanprojektet för plutoniumproduktion. Lyckligtvis hade konstruktörerna vidtagit åtgärder i utformningen för att öka reaktorns reaktivitet (antalet neutroner per fission som fortsätter dela atomer i kärnbränslet). 135Xe absorberande förmåga spelade en viktig roll i Tjernobylolyckan.
Under dåliga förhållanden kan relativt höga halter xenon observeras läcka ut från kärnkraftsreaktorer på grund av utsläppen av fissionsprodukter från spruckna bränslestavar, eller klyvning av uran i avkylningsvatten.
Eftersom xenon är ett spårämne för två föräldraisotoper så är dess halter i meteoriter ett viktigt verktyg för att studera solsystemets uppkomst och utveckling. Jod-xenon-metoden för radiometrisk datering ger den tid som förflutit mellan nukleosyntes och komprimeringen av ett fast objekt från solnebulosan. Xenons olika isotophalter som exempelvis 129Xe/130Xe och 136Xe/130Xe är även ett viktigt verktyg för att förstå jorddifferentiering och tidiga gasutsläpp. Överskotts-129Xe som hittats tillsammans med koldioxid i källgaser i New Mexico antas komma från sönderfall av gaser med sitt ursprung i jordmanteln strax efter jordens bildande.
Kemiska föreningar Se även: :Kategori:Xenonföreningar miniatyr|Xenontetrafluorid.