Xenon

Đặc trưng nổi bật

Xenon là thành viên của nhóm các nguyên tố hóa trị 0 được gọi là các khí hiếm hay khí trơ. Từ "khí trơ" đã được sử dụng từ lâu để chỉ nhóm các nguyên tố này, song có lẽ cần phải bỏ do một số nguyên tố hóa trị 0 cũng có thể tạo ra hợp chất với các nguyên tố khác. Trong các ống chứa khí thì xenon phát ra ánh sáng màu xanh lam khi khí này bị phóng điện qua. Với áp lực nén hàng gigapascal thì xenon dạng kim loại được tạo ra. Xenon cũng có thể tạo ra các mắt lưới với nước khi các nguyên tử của nó bị mắc kẹt trong lưới của các phân tử nước.

Lịch sử

Xenon (tiếng Hy Lạp xenon có nghĩa là "kỳ dị") được William Ramsay và Morris Travers phát hiện tại Anh năm 1898 trong phần còn lại sau khi cho các thành phần khác của không khí lỏng bay hơi.

Sự phổ biến

Xenon là khí ở dạng dấu vết trong khí quyển Trái Đất, ở mức một phần 20 triệu (0,05 ppm). Nguyên tố này thu được trong công nghiệp nhờ chiết ra từ phần còn lại của không khí hóa lỏng. Khí hiếm này trong tự nhiên được tìm thấy như là khí thoát ra từ một số suối nước khoáng. Xe¹³³ và Xe¹³⁵ được tổng hợp bằng chiếu xạ nơtron trong không khí làm mát các lò phản ứng hạt nhân.

Hợp chất

Trước năm 1962, xenon và các khí hiếm khác nói chung được coi là trơ về mặt hóa học và không thể tạo ra các hợp chất hóa học. Các chứng cứ sau đó chỉ ra rằng xenon, cùng với các khí hiếm khác, trên thực tế có tạo ra các hợp chất. Một số hợp chất của xenon là điflorua xenon, têtraflorua xenon, hexaflorua xenon, hiđrat và đơterat cũng như perxenat natri. Hợp chất có tính gây nổ cao là triôxít xenon cũng được tạo ra. Có ít nhất 80 hợp chất của xenon, trong đó flo hay ôxy được liên kết với xenon. Một số hợp chất của xenon có màu nhưng đa phần là không màu.

Đồng vị

Xenon nguồn gốc tự nhiên bao gồm 7 đồng vị ổn định và 2 đồng vị phóng xạ nhẹ. Ngoài các dạng ổn định này còn có 20 đồng vị không ổn định đang được nghiên cứu. Xe¹²⁹ được tạo ra nhờ phân rã beta của I¹²⁹ (chu kỳ bán rã: 16 triệu năm); Xe¹³¹ᵐ, Xe¹³³, Xe¹³³ᵐ và Xe¹³⁵ là một phần sản phẩm phân rã hạt nhân của cả U²³⁵ và Pu²³⁹ và vì thế được dùng làm chỉ số của các vụ nổ hạt nhân.
Đồng vị nhân tạo Xe¹³⁵ có tầm quan trọng đáng lưu ý trong hoạt động của các lò phản ứng hạt nhân. Xe¹³⁵ có tiết diện vuông lớn cho các nơtron nhiệt (2,65x10⁶ barn, vì thế nó đóng vai trò của chất hấp thụ nơtron hay "chất độc" mà có thể làm chậm hay dừng các chuỗi phản ứng sau một thời gian hoạt động. Đây đã là một vấn đề đáng kể trong các lò phản ứng hạt nhân đầu tiên được Dự án Manhattan của Mỹ xây dựng để sản xuất plutoni.
Nồng độ tương đối cao của các đồng vị xenon phóng xạ cũng được phát hiện là tỏa ra từ các lò phản ứng hạt nhân do sự giải phóng của khí này từ các thanh nhiên liệu bị gãy hay sự phân hạch của urani trong nước làm mát. Nồng độ của các đồng vị này nói chung vẫn là thấp khi so với các khí hiếm phóng xạ nguồn gốc tự nhiên, như Rn²²².
Do xenon là nguồn dò vết cho 2 đồng vị cha, tỷ lệ các đồng vị của xenon trong các thiên thạch là công cụ mạnh để nghiên cứu sự hình thành của hệ Mặt Trời. Phương pháp I-Xe trong xác định niên đại bằng phóng xạ cho ta khoảng thời gian đã trôi qua giữa tổng hợp hạt nhân và sự đông đặc của các thiên thể rắn từ tinh vân Mặt Trời. Các đồng vị xenon cũng là công cụ mạnh để nghiên cứu sự tiến hóa của đất đá. Tỷ lệ cao của Xe¹²⁹ tìm thấy trong các giếng khí điôxít cacbon ở New Mexico được cho là do sự phân rã của các khí có trong lớp phủ ngay sau khi Trái Đất hình thành.

Phòng ngừa

Khí này có thể lưu giữ an toàn trong các chai lọ thủy tinh có gắn nắp thông thường ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn. Xenon là không độc, nhưng nhiều hợp chất của nó là độc do các tính chất ôxi hóa mạnh của chúng.
Do xenon nặng hơn không khí, nên tốc độ truyền âm thanh của nó thấp hơn so với không khí, và khi bị hít thở phải thì nó làm giảm các tần số cộng hưởng của hệ thống thanh âm. Nó tạo ra cường độ âm thanh thấp đặc trưng, tương tự như cường độ âm thanh lớn sinh ra do hít thở phải heli. Vì một vài lý do, sự hít thở phải xenon là nguy hiểm hơn so với hít thở phải heli. Đầu tiên là do các tính chất gây mê của xenon còn ít được nghiên cứu, tương tự như các tính chất của ôxít nitrơ. Sự hít thở phải xenon có thể gây ra các hiệu ứng từ nhẹ đến trung bình, kéo dài không lâu, bao gồm các cảm giác lạ đối với ánh sáng và âm thanh.
Do các nguy hiểm gắn liền với sự hít thở phải xenon nên nhiều trường đại học đã không còn cho phép sử dụng nó như là sự minh họa trong hóa đại cương. Xenon trong bất kỳ hoàn cảnh nào đều là rất đắt tiền (giá của nó khoảng 60 USD trên 0,077 pps). Khí hexaflorua lưu huỳnh nói chung được sử dụng để thay thế.