Xenon

Xenon adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Xe dan nomor atom 54. Ia adalah sebuah gas mulia yang padat, tidak berwarna, dan tidak berbau yang ditemukan di atmosfer Bumi dalam jumlah kecil. Meskipun umumnya tidak reaktif, ia dapat mengalami beberapa reaksi kimia seperti pembentukan xenon heksafluoroplatinat, senyawa gas mulia pertama yang berhasil disintesis.

Xenon digunakan dalam lampu blitz dan lampu busur, serta sebagai anestesi umum. Desain laser eksimer pertama menggunakan molekul dimer xenon (Xe2) sebagai media pelaseran, dan desain laser paling awal menggunakan lampu blitz xenon sebagai pompa. Xenon juga digunakan untuk mencari partikel masif berinteraksi lemah yang hipotetis
dan sebagai propelan untuk pendorong ion pada wahana antariksa.

Xenon alami terdiri dari tujuh isotop stabil dan dua isotop radioaktif berumur panjang. Lebih dari 40 isotop xenon yang tidak stabil mengalami peluruhan radioaktif, dan rasio isotop xenon merupakan alat penting untuk mempelajari sejarah awal Tata Surya. Xenon-135 yang radioaktif diproduksi melalui peluruhan beta dari iodin-135 (sebuah produk fisi nuklir), dan merupakan sebuah pengabsorpsi neutron paling signifikan (dan tidak diinginkan) dalam reaktor nuklir.

Sejarah
Xenon ditemukan di Inggris oleh kimiawan Skotlandia William Ramsay dan kimiawan Inggris Morris Travers pada September 1898, tak lama setelah penemuan unsur kripton dan neon mereka. Mereka menemukan xenon dalam residu yang tersisa dari komponen udara cair yang menguap. Ramsay mengusulkan nama xenon untuk gas ini dari kata Yunani ξένον xénon, bentuk tunggal netral dari ξένος xénos, yang berarti 'asing', 'aneh', atau 'tamu'. Pada tahun 1902, Ramsay memperkirakan proporsi xenon di atmosfer Bumi menjadi satu bagian dari 20 juta.

Selama tahun 1930-an, insinyur Amerika Harold Edgerton mulai mengeksplorasi teknologi lampu strobo untuk fotografi kecepatan tinggi. Ini membawanya pada penemuan lampu blitz di mana cahaya akan dihasilkan dengan mengalirkan arus listrik singkat melalui tabung yang diisi dengan gas xenon. Pada tahun 1934, Edgerton mampu menghasilkan kilatan sesingkat satu mikrodetik dengan metode ini.

Pada tahun 1939, dokter Amerika Albert R. Behnke Jr. mulai menyelidiki penyebab "mabuk" pada penyelam laut dalam. Dia menguji efek dari memvariasikan campuran pernapasan pada subjeknya, dan menemukan bahwa hal ini menyebabkan para penyelam merasakan perubahan kedalaman. Dari hasil penelitiannya, dia menyimpulkan bahwa gas xenon dapat berfungsi sebagai anestesi. Meskipun ahli toksikologi Rusia Nikolay V. Lazarev tampaknya mempelajari anestesi xenon pada tahun 1941, laporan terbitan pertama yang mengonfirmasi anestesi xenon adalah pada tahun 1946 oleh peneliti medis Amerika John H. Lawrence, yang bereksperimen pada beberapa tikus. Xenon pertama kali digunakan sebagai anestesi bedah pada tahun 1951 oleh ahli anestesi Amerika Stuart C. Cullen, yang berhasil menggunakannya pada dua pasien.

Untuk waktu yang lama, xenon dan gas mulia lainnya dianggap sepenuhnya lengai secara kimiawi dan tidak dapat membentuk senyawa. Namun, saat mengajar di Universitas British Columbia, Neil Bartlett menemukan bahwa gas platina heksafluorida (PtF6) adalah zat pengoksidasi kuat yang dapat mengoksidasi gas oksigen (O2) untuk membentuk dioksigenil heksafluoroplatinat (). Karena O2 (1165 kJ/mol) dan xenon (1170 kJ/mol) memilih potensial ionisasi pertama yang hampir sama, Bartlett menyadari bahwa platina heksafluorida mungkin juga dapat mengoksidasi xenon. Pada tanggal 23 Maret 1962, dia mencampurkan kedua gas tersebut dan menghasilkan senyawa gas mulia pertama yang diketahui, xenon heksafluoroplatinat.

Bartlett mengira komposisi senyawa tersebut adalah Xe+[PtF6]−, tetapi penelitian selanjutnya mengungkapkan bahwa ia mungkin merupakan campuran berbagai garam yang mengandung xenon. Sejak saat itu, banyak senyawa xenon lainnya telah ditemukan, termasuk beberapa senyawa gas mulia argon, kripton, dan radon, seperti argon fluorohidrida (HArF), kripton difluorida (KrF2), dan radon fluorida. Pada tahun 1971, lebih dari 80 senyawa xenon telah diketahui.

Pada November 1989, IBM mendemonstrasikan teknologi yang mampu memanipulasi atom individual. Program tersebut, yang disebut IBM dalam atom, menggunakan sebuah mikroskop penerowongan payaran untuk mengatur 35 atom xenon individual pada substrat kristal nikel dingin untuk menguraikan tiga huruf inisial perusahaan itu. Ini adalah pertama kalinya atom ditempatkan dengan tepat pada permukaan yang datar.

Karakteristik

Xenon memiliki nomor atom 54; yaitu, intinya mengandung 54 proton. Pada suhu dan tekanan standar, gas xenon murni memiliki kepadatan 5,894 kg/m3, sekitar 4,5 kali kepadatan atmosfer Bumi di permukaan laut, 1,217 kg/m3. Sebagai cairan, xenon memiliki kepadatan hingga 3,100 g/mL, dengan kepadatan maksimum terjadi pada titik tripel. Xenon cair memiliki polarisasi yang tinggi karena volume atomnya yang besar, sehingga ia merupakan pelarut yang sangat baik. Ia dapat melarutkan hidrokarbon, molekul biologis, dan bahkan air. Pada kondisi yang sama, kepadatan xenon padat, 3,640 g/cm3, lebih besar dari kepadatan rata-rata granit, 2,75 g/cm3. Di bawah tekanan beberapa gigapascal, xenon akan membentuk fase metalik.

Xenon padat berubah dari fase kristal kubus berpusat-muka (fcc) menjadi heksagon tetal-rapat (hcp) di bawah tekanan dan mulai berubah menjadi metalik pada tekanan sekitar 140 GPa, tanpa perubahan volume yang nyata pada fase hcp. Ia akan benar-benar metalik pada tekanan 155 GPa. Saat termetalisasi, xenon akan tampak berwarna biru langit karena ia menyerap cahaya merah dan mentransmisikan frekuensi lain yang terlihat. Perilaku seperti itu tidak biasa untuk logam dan dijelaskan oleh lebar pita elektron yang relatif kecil dalam keadaan itu.

Nanopartikel xenon cair atau padat dapat dibentuk pada suhu kamar dengan menanamkan ion Xe+ ke dalam matriks padat. Banyak padatan memiliki konstanta kisi lebih kecil dari padatan Xe. Ini akan menghasilkan kompresi Xe yang ditanamkan ke tekanan yang mungkin cukup untuk pencairan atau pemadatannya.

Xenon adalah anggota dari unsur-unsur valensi nol yang disebut gas mulia atau lengai. Ia bersifat lengai terhadap reaksi kimia yang paling umum (misalnya seperti pembakaran) karena kulit valensi terluarnya mengandung delapan elektron. Ini menghasilkan konfigurasi energi minimum yang stabil di mana elektron terluar terikat erat.

Dalam tabung lucutan, xenon akan memancarkan cahaya berwarna biru atau lavender saat dieksitasi oleh lucutan listrik. Xenon memancarkan pita garis emisi yang menjangkau spektrum visual, tetapi garis yang paling intens terjadi di wilayah cahaya biru, yang merupakan asal warnanya.

Keterjadian dan produksi
Xenon adalah sebuah gas renik di atmosfer Bumi, terjadi pada fraksi volume sebesar  (bagian per miliar), atau sekitar 1 bagian per 11,5 juta. Ia juga ditemukan sebagai komponen gas yang dipancarkan dari beberapa mata air mineral. Mengingat massa total atmosfer adalah sebesar , atmosfer mengandung sekitar  xenon secara total ketika mengambil massa molar rata-rata atmosfer sebesar 28,96 g/mol yang setara dengan 394 massa ppb.

Komersial
Xenon diperoleh secara komersial sebagai produk sampingan dari pemisahan udara menjadi oksigen dan nitrogen. Setelah pemisahan ini, umumnya dilakukan dengan distilasi fraksional dalam instalasi kolom ganda, oksigen cair yang dihasilkan akan mengandung kripton dan xenon dalam jumlah kecil. Dengan distilasi fraksional tambahan, oksigen cair dapat diperkaya untuk mengandung 0,1–0,2% campuran kripton/xenon, yang diekstraksi baik melalui adsorpsi menjadi gel silika atau melalui distilasi. Terakhir, campuran kripton/xenon dapat dipisahkan menjadi kripton dan xenon melalui distilasi lebih lanjut.

Produksi xenon di seluruh dunia pada tahun 1998 diperkirakan mencapai . Pada kepadatan sebesar , ini setara dengan kira-kira . Karena kelangkaannya, xenon jauh lebih mahal daripada gas mulia yang lebih ringan—harga perkiraan untuk pembelian dalam jumlah kecil di Eropa pada tahun 1999 adalah 10 €/L (=~€1,7/g) untuk xenon, 1 €/L (=~€0,27/g) untuk kripton, dan 0,20 €/L (=~€0,22/g) untuk neon, sedangkan argon yang jauh lebih banyak, yang membentuk lebih dari 1% volume atmosfer bumi, harganya kurang dari satu sen per liter.

Tata Surya
Di dalam Tata Surya, fraksi nukleon xenon adalah , dengan kelimpahan kira-kira satu bagian dalam 630 ribu massa total. Xenon relatif jarang di atmosfer Matahari, di Bumi, serta di asteroid dan komet. Kelimpahan xenon di atmosfer planet Jupiter luar biasa tinggi, sekitar 2,6 kali Matahari. Kelimpahan ini tetap tidak dapat dijelaskan, tetapi mungkin disebabkan oleh penumpukan awal dan cepat dari planetisimal—benda luar angkasa kecil, subplanet—sebelum pemanasan cakram prasurya. (Jika tidak, xenon tidak akan terperangkap dalam es planetisimal.) Masalah rendahnya xenon terestrial dapat dijelaskan melalui ikatan kovalen xenon dengan oksigen di dalam kuarsa, mengurangi pelepasan gas xenon ke atmosfer.

Bintang
Berbeda dengan gas mulia bermassa lebih rendah, proses nukleosintesis bintang normal di dalam bintang tidak membentuk xenon. Unsur-unsur yang lebih masif dari besi-56 akan mengonsumsi energi melalui fusi, dan sintesis xenon menunjukkan tidak adanya perolehan energi untuk sebuah bintang. Sebaliknya, xenon terbentuk selama ledakan supernova, dalam ledakan nova klasik, melalui proses penangkapan neutron lambat (proses-s) di dalam bintang raksasa merah yang telah kehabisan inti hidrogennya dan memasuki cabang raksasa asimtotik, serta dari peluruhan radioaktif, misalnya peluruhan beta dari iodin-129 yang telah punah dan fisi spontan torium, uranium, dan plutonium.

Fisi nuklir
Xenon-135 adalah sebuah racun neutron terkenal dengan hasil produk fisi yang tinggi. Karena umurnya yang relatif pendek, ia meluruh pada tingkat yang sama seperti yang dihasilkan selama pengoperasian reaktor nuklir yang stabil. Namun, jika dayanya berkurang atau reaktornya dimatikan secara darurat (di-scram), lebih sedikit xenon yang dihancurkan daripada yang dihasilkan dari peluruhan beta nuklida induknya. Fenomena yang disebut keracunan xenon ini dapat menyebabkan masalah signifikan dalam menghidupkan kembali reaktor setelah scram atau meningkatkan daya setelah dikurangi dan merupakan salah satu dari beberapa faktor penyebab kecelakaan nuklir Chernobyl.

Isotop xenon yang stabil atau berumur sangat panjang juga diproduksi dalam jumlah yang cukup besar dalam fisi nuklir. Xenon-136 diproduksi ketika xenon-135 mengalami penangkapan neutron sebelum dapat meluruh. Rasio xenon-136 terhadap xenon-135 (atau produk peluruhannya) dapat memberikan petunjuk mengenai sejarah daya reaktor tertentu, dan tidak adanya xenon-136 dapat menjadi "sidik jari" untuk ledakan nuklir, karena xenon-135 tidak diproduksi secara langsung tetapi sebagai produk peluruhan beta berturut-turut sehingga ia tidak dapat menyerap neutron dalam ledakan nuklir yang terjadi dalam sepersekian detik.

Isotop xenon-132 yang stabil memiliki hasil produk fisi lebih dari 4% dalam fisi neutron termal , mengartikan bahwa isotop xenon yang stabil atau hampir stabil memiliki fraksi massa yang lebih tinggi dalam bahan bakar nuklir bekas (yaitu sekitar 3% produk fisi) daripada di udara. Namun, hingga tahun 2022, tidak ada upaya komersial untuk mengekstraksi xenon dari bahan bakar bekas selama pemrosesan ulang nuklir.

Isotop

Xenon alami terdiri dari tujuh isotop stabil: 126Xe, 128–132Xe, dan 134Xe. Secara teoretis, isotop 126Xe dan 134Xe diperkirakan  akan mengalami peluruhan beta ganda, tetapi hal ini belum pernah teramati sehingga mereka dianggap stabil. Selain itu, lebih dari 40 isotop tidak stabil telah dipelajari. Isotop yang berumur paling panjang adalah 124Xe yang primordial, mengalami penangkapan elektron ganda dengan waktu paruh , dan 136Xe, mengalami peluruhan beta ganda dengan waktu paruh . 129Xe diproduksi melalui peluruhan beta 129I, yang memiliki waktu paruh 16 juta tahun. 131mXe, 133Xe, 133mXe, dan 135Xe adalah beberapa produk fisi dari 235U dan 239Pu, dan digunakan untuk mendeteksi dan memantau ledakan nuklir.

Spin inti
Inti dari dua isotop stabil xenon, 129Xe dan 131Xe, memiliki momentum sudut (spin inti) intrinsik bukan nol, cocok untuk resonansi magnet inti. Spin nuklir mereka dapat disejajarkan di luar tingkat polarisasi biasa melalui cahaya terpolarisasi sirkular dan uap rubidium. Polarisasi spin inti xenon yang dihasilkan dapat melampaui 50% dari nilai maksimum yang mungkin, sangat melebihi nilai kesetimbangan termal yang ditentukan oleh statistik paramagnetik (biasanya 0,001% dari nilai maksimum pada suhu kamar, bahkan pada magnet terkuat). Penjajaran spin nonekuilibrium semacam itu adalah kondisi sementara, dan disebut hiperpolarisasi. Proses hiperpolarisasi xenon disebut pemompaan optik (walaupun prosesnya berbeda dengan pemompaan laser).

Karena inti 129Xe memiliki spin 1/2, sehingga memiliki momen kuadrupol listrik nol, inti 129Xe tidak akan mengalami interaksi kuadrupolar selama tumbukan dengan atom lain, dan hiperpolarisasi akan bertahan untuk waktu yang lama bahkan setelah cahaya dan uap yang dihasilkan telah dihilangkan. Polarisasi spin 129Xe dapat bertahan dari beberapa detik untuk atom xenon yang dilarutkan dalam darah hingga beberapa jam dalam fase gas dan beberapa hari dalam xenon padat yang sangat beku. Sebaliknya, 131Xe memiliki nilai spin inti  dan momen kuadrupol bukan nol, serta memiliki waktu relaksasi t1 dalam rentang milidetik dan detik.

Dari fisi
Beberapa isotop radioaktif xenon (misalnya 133Xe dan 135Xe) dihasilkan oleh iradiasi neutron dari bahan fisi di dalam reaktor nuklir. 135Xe sangat penting dalam pengoperasian reaktor fisi nuklir. 135Xe memiliki penampang lintang yang besar untuk neutron termal, yaitu sebesar 2,6 barn, dan beroperasi sebagai "racun" atau pengabsorb neutron yang dapat memperlambat atau menghentikan reaksi rantai setelah periode operasi. Ini ditemukan di reaktor nuklir paling awal yang dibangun oleh Proyek Manhattan Amerika untuk produksi plutonium. Namun, para perancang telah membuat ketentuan dalam desain untuk meningkatkan reaktivitas reaktor (jumlah neutron per fisi yang terjadi pada fisi atom bahan bakar nuklir lainnya). Keracunan reaktor 135Xe merupakan faktor utama dalam bencana Chernobyl. Pemadaman atau penurunan daya reaktor dapat mengakibatkan penumpukan 135Xe, dengan operasi reaktor masuk ke kondisi yang dikenal sebagai lubang iodin. Dalam kondisi buruk, konsentrasi isotop radioaktif xenon yang relatif tinggi dapat berasal dari retakan batang bahan bakar, atau fisi uranium dalam air pendingin.
 
Rasio isotop xenon yang dihasilkan dalam reaktor fisi nuklir alami di Oklo, Gabon mengungkapkan sifat reaktor tersebut selama reaksi rantai yang telah terjadi sekitar 2 miliar tahun yang lalu.

Proses kosmik
Karena xenon adalah pelacak dua isotop induk, rasio isotop xenon dalam meteorit adalah alat yang ampuh untuk mempelajari pembentukan Tata Surya. Metode penanggalan iodin–xenon memberikan waktu yang berlalu antara nukleosintesis dan kondensasi benda padat dari nebula matahari. Pada tahun 1960, fisikawan John H. Reynolds menemukan bahwa meteorit tertentu mengandung anomali isotop berupa kelebihan xenon-129. Dia menyimpulkan bahwa ini adalah produk peluruhan dari iodin-129 yang radioaktif. Isotop ini diproduksi secara perlahan melalui spalasi sinar kosmik dan fisi nuklir, tetapi diproduksi secara besar hanya dalam ledakan supernova.

Karena waktu paruh 129I relatif singkat pada skala waktu kosmologis (16 juta tahun), ini menunjukkan bahwa hanya ada waktu singkat antara supernova dan waktu meteorit memadat dan menjebak 129I. Kedua peristiwa ini (supernova dan pemadatan awan gas) disimpulkan telah terjadi selama sejarah awal Tata Surya, karena isotop 129I kemungkinan dihasilkan sesaat sebelum Tata Surya terbentuk, menaburkan awan gas matahari dengan isotop dari sumber kedua. Sumber supernova ini mungkin juga telah menyebabkan keruntuhan awan gas matahari.

Dengan cara yang sama, rasio isotop xenon seperti 129Xe/130Xe dan 136Xe/130Xe dapat menjadi alat yang ampuh untuk memahami diferensiasi planet dan pelepasan gas awal. Misalnya, atmosfer Mars menunjukkan kelimpahan xenon yang mirip dengan Bumi (0,08 bagian per juta) tetapi Mars menunjukkan kelimpahan 129Xe yang lebih besar daripada Bumi atau Matahari. Karena isotop ini dihasilkan melalui peluruhan radioaktif, hasil ini mungkin mengindikasikan bahwa Mars kehilangan sebagian besar atmosfer purbanya, mungkin dalam 100 juta tahun pertama setelah planet itu terbentuk. Dalam contoh lain, kelebihan 129Xe yang ditemukan dalam gas sumur karbon dioksida dari New Mexico diyakini berasal dari peluruhan gas yang berasal dari mantel segera setelah pembentukan Bumi.

Senyawa

Setelah penemuan Neil Bartlett pada tahun 1962 bahwa xenon dapat membentuk senyawa kimia, sejumlah besar senyawa xenon lainnya telah ditemukan dan dideskripsikan. Hampir semua senyawa xenon yang diketahui mengandung atom fluorin atau oksigen yang elektronegatif. Sifat kimia xenon di setiap keadaan oksidasi ialah analog dengan unsur tetangganya iodin di keadaan oksidasi yang lebih rendah.

Halida

Tiga xenon fluorida telah dikenal: , , dan . XeF diteorikan bersifat tidak stabil. Ini adalah titik awal untuk sintesis hampir semua senyawa xenon.

Xenon difluorida  kristalin padat terbentuk ketika campuran gas fluorin dan xenon terkena sinar ultraungu. Komponen ultraungu dari cahaya matahari pada siang hari biasa sudah cukup. Pemanasan  jangka panjang pada suhu tinggi di bawah katalis  akan menghasilkan . Pirolisis  in dengan adanya NaF akan menghasilkan  dengan kemurnian tinggi.

Xenon fluorida berperilaku baik sebagai akseptor fluorida maupun dan donor fluorida, membentuk garam yang mengandung kation seperti  dan , serta anion seperti , , dan .  berwarna hijau yang bersifat paramagnetik terbentuk dari reduksi  oleh gas xenon.

 juga dapat membentuk kompleks koordinasi dengan ion logam transisi. Lebih dari 30 kompleks semacam itu telah disintesis dan dikarakterisasi.

Meskipun xenon fluorida telah dicirikan dengan baik, xenon halida lainnya tidak. Xenon diklorida, dibentuk melalui iradiasi frekuensi tinggi dari campuran xenon, fluorin, dan silikon atau karbon tetraklorida, dilaporkan sebagai senyawa kristal bersifat endotermik dan nirwarna yang akan terurai menjadi unsur-unsur tersebut pada suhu 80 °C. Namun,  mungkin hanya merupakan molekul van der Waals dari atom Xe dan molekul  yang terikat lemah dan bukan senyawa nyata. Perhitungan teoretis menunjukkan bahwa molekul linear  kurang stabil dibandingkan kompleks van der Waals. Xenon tetraklorida dan xenon dibromida lebih tidak stabil sehingga tidak dapat disintesis melalui reaksi kimia. Mereka diciptakan melalui peluruhan radioaktif dari masing-masing  dan .

Oksida dan oksihalida
Tiga oksida xenon telah dikenal: xenon trioksida () dan xenon tetroksida (), keduanya merupakan zat pengoksidasi yang kuat dan sangat mudah meledak, serta xenon dioksida (XeO2), yang dilaporkan pada tahun 2011 dengan bilangan koordinasi empat. XeO2 terbentuk ketika xenon tetrafluorida dituangkan di atas es. Struktur kristalnya memungkinkannya untuk menggantikan silikon dalam mineral silikat. Kation XeOO+ telah diidentifikasi melalui spektroskopi inframerah dalam argon padat.

Xenon tidak bereaksi dengan oksigen secara langsung; xenon trioksida dibentuk melalui hidrolisis :

 + 3  →  + 6 HF

 bersifat asam lemah, larut dalam alkali untuk membentuk garam xenat yang tidak stabil yang mengandung anion . Garam-garam yang tidak stabil ini mudah terdisproporsionasi menjadi gas xenon dan garam perxenat, yang mengandung anion .

Barium perxenat, ketika direaksikan dengan asam sulfat pekat, akan menghasilkan gas xenon tetroksida:

  + 2  → 2  + 2  + 

Untuk mencegah dekomposisi, xenon tetroksida yang terbentuk dengan cepat didinginkan menjadi padatan kuning pucat. Ia akan meledak di atas suhu −35,9 °C menjadi gas xenon dan oksigen, tetapi bersifat stabil.

Sejumlah xenon oksifluorida telah diketahui, meliputi , , , dan .  dapat dibentuk melalui pereaksian  dengan gas xenon pada suhu rendah. Ia juga dapat diperoleh melalui hidrolisis  parsial. Ia akan terdisproporsionasi pada suhu −20 °C menjadi  dan .  dapat dibentuk melalui hidrolisis  parsial, atau reaksi  dengan natrium perxenat, . Reaksi terakhir juga menghasilkan sejumlah kecil .  akan bereaksi dengan CsF membentuk anion , sedangkan XeOF3 akan bereaksi dengan fluorida logam alkali KF, RbF, dan CsF membentuk anion  anion.

Senyawa lainnya
Xenon dapat langsung berikatan dengan unsur-unsur yang kurang elektronegatif daripada fluorin atau oksigen, khususnya karbon. Gugus penarik elektron, seperti gugus dengan substitusi fluorin, diperlukan untuk menstabilkan senyawa ini. Banyak senyawa seperti itu telah dikarakterisasi, meliputi:
 , di mana C6F5 adalah gugus pentafluorofenil.
 
 
 
 
 
 
 
 

Senyawa lain yang mengandung xenon yang berikatan dengan unsur yang kurang elektronegatif meliputi  dan .  disintesis dari dioksigenil tetrafluoroborat, , pada suhu −100 °C.

Ion yang tidak biasa yang mengandung xenon adalah kation tetraxenonoemas(II), , yang mengandung ikatan Xe–Au. Ion ini terdapat dalam senyawa , dan sangat tidak biasa karena memiliki ikatan kimia langsung antara dua atom yang terkenal tidak reaktif, xenon dan emas, dengan xenon bertindak sebagai ligan logam transisi.

Senyawa  mengandung ikatan Xe–Xe, ikatan unsur–unsur terpanjang yang diketahui (308,71 pm = 3,0871 Å).

Pada tahun 1995, M. Räsänen dan rekan kerjanya, beberapa ilmuwan di Universitas Helsinki di Finlandia, mengumumkan pembuatan xenon dihidrida (HXeH), dan kemudian xenon hidrida-hidroksida (HXeOH), hidroksenoasetilena (HXeCCH), dan molekul yang mengandung Xe lainnya. Pada tahun 2008, Khriachtchev dkk. melaporkan pembuatan HXeOXeH melalui fotolisis air dalam matriks xenon kriogenik. Molekul terdeuterasi, HXeOD dan DXeOH, juga telah diproduksi.

Klatrat dan eksimer

Selain senyawa di mana xenon dapat membentuk ikatan kimia, xenon juga dapat membentuk klatrat—zat di mana atom atau pasangan xenon terperangkap oleh kisi kristal senyawa lain. Salah satu contohnya adalah xenon hidrat (Xe·H2O), di mana atom xenon menempati kekosongan dalam kisi molekul air. Klatrat ini memiliki titik lebur sebesar 24 °C. Versi terdeuterasi dari hidrat ini juga telah diproduksi. Contoh lainnya adalah xenon hidrida (Xe(H2)8), di mana pasangan (dimer) xenon terperangkap di dalam hidrogen padat. Hidrat klatrat semacam itu dapat terjadi secara alami dalam kondisi tekanan tinggi, seperti di Danau Vostok di bawah lapisan es Antarktika. Formasi klatrat dapat digunakan untuk menyaring xenon, argon, dan kripton secara fraksional.

Xenon juga dapat membentuk senyawa fulerena endohedral, di mana atom xenon terperangkap di dalam molekul fulerena. Atom xenon yang terperangkap dalam fulerena dapat diamati dengan spektroskopi resonansi magnet inti (NMR) 129Xe. Melalui pergeseran kimia yang sensitif dari atom xenon ke lingkungannya, reaksi kimia pada molekul fulerena dapat dianalisis. Pengamatan ini bukan tanpa peringatan, karena atom xenon memiliki pengaruh elektronik pada reaktivitas fulerena.

Ketika atom xenon berada dalam keadaan energi dasar, mereka akan saling tolak menolak dan tidak akan membentuk sebuah ikatan. Namun, ketika atom xenon menjadi terenergi, mereka dapat membentuk sebuah eksimer (dimer tereksitasi) hingga elektronnya kembali ke keadaan dasar. Entitas ini terbentuk karena atom xenon cenderung melengkapi kulit elektronik terluar dengan menambahkan elektron dari atom xenon tetangganya. Umur tipikal dari eksimer xenon adalah 1–5 nanodetik, dan peluruhannya akan melepaskan foton dengan panjang gelombang sekitar 150 dan 173 nm. Xenon juga dapat membentuk eksimer dengan unsur lain, seperti halogen bromin, klorin, dan fluorin.

Aplikasi
Meskipun xenon dapat terbilang langka dan relatif mahal untuk diekstraksi dari atmosfer Bumi, xenon memiliki sejumlah aplikasi.

Penerangan dan optik

Lampu lucutan
Xenon digunakan dalam perangkat pemancar cahaya yang disebut lampu blitz xenon, digunakan dalam blitz fotografis dan lampu stroboskopis; untuk mengeksitasi media aktif dalam laser yang kemudian menghasilkan cahaya koheren; dan, kadang-kadang, dalam lampu bakterisidal. Laser benda padat pertama, ditemukan pada tahun 1960, dipompa menggunakan lampu blitz xenon, dan laser yang digunakan untuk menyalakan fusi kurungan inersia juga dipompa menggunakan lampu blitz xenon.

Lampu busur xenon bertekanan tinggi, dengan busur pendek, dan kontinu memiliki suhu warna yang mendekati sinar matahari tengah hari dan digunakan dalam simulator surya. Artinya, kromatisitas lampu ini mendekati radiator benda hitam yang dipanaskan pada suhu Matahari. Pertama kali diperkenalkan pada tahun 1940-an, lampu ini menggantikan lampu busur karbon berumur pendek pada proyektor film. Mereka juga digunakan dalam sistem proyeksi film 35mm, IMAX, dan digital. Mereka adalah sumber radiasi ultraungu panjang gelombang pendek yang sangat baik dan memiliki emisi intens dalam inframerah dekat yang digunakan dalam beberapa sistem penglihatan malam. Xenon digunakan sebagai gas starter pada lampu halida logam untuk lampu depan HID otomotif, dan senter "taktis" kelas atas.

Sel individual dalam tampilan plasma mengandung campuran xenon dan neon terionisasi dengan elektroda. Interaksi plasma ini dengan elektroda akan menghasilkan foton ultraungu, yang kemudian mengeksitasi lapisan fosfor di bagian depan layar.

Xenon digunakan sebagai "gas starter" pada lampu natrium bertekanan tinggi. Ia memiliki konduktivitas termal terendah dan potensial ionisasi terendah dari semua gas mulia nonradioaktif. Sebagai gas mulia, ia tidak akan mengganggu reaksi kimia yang terjadi pada lampu tersebut saat beroperasi. Konduktivitas termal yang rendah akan meminimalkan kerugian termal pada lampu tersebut saat dalam keadaan beroperasi, dan potensial ionisasi yang rendah akan menyebabkan tegangan rusak gas menjadi relatif rendah dalam keadaan dingin, yang memungkinkan lampu tersebut lebih mudah dinyalakan.

Laser
Pada tahun 1962, sekelompok peneliti di Laboratorium Bell menemukan aksi laser pada xenon, dan kemudian menemukan bahwa penguatan laser dapat ditingkatkan dengan menambahkan helium ke media pelaseran. Laser eksimer pertama menggunakan dimer xenon (Xe2) yang diberi energi oleh seberkas elektron untuk menghasilkan emisi terstimulasi pada panjang gelombang ultraungu 176 nm.
Xenon klorida dan xenon fluorida juga telah digunakan dalam laser eksimer (atau, lebih tepatnya, eksipleks).

Medis

Anestesi
Xenon telah digunakan sebagai anestesi umum, tetapi harganya lebih mahal daripada anestesi konvensional.

Xenon berinteraksi dengan banyak reseptor dan saluran ion yang berbeda, dan seperti banyak anestesi inhalasi multimodal secara teoretis lainnya, interaksi ini kemungkinan saling melengkapi. Xenon adalah antagonis reseptor NMDA situs glisin berafinitas tinggi. Namun, xenon berbeda dari antagonis reseptor NMDA tertentu lainnya karena ia tidak bersifat neurotoksik serta akan menghambat neurotoksisitas ketamina dan dinitrogen monoksida (N2O), dan justru menghasilkan efek neuroprotektif. Tidak seperti ketamina dan dinitrogen monoksida, xenon tidak akan merangsang penghabisan dopamin di nucleus accumbens.

Seperti dinitrogen monoksida dan siklopropana, xenon dapat mengaktifkan saluran kalium domain berpori dua TREK-1. Saluran terkait TASK-3 juga terlibat dalam tindakan anestesi inhalasi tidak sensitif terhadap xenon. Xenon akan menghambat reseptor asetilkolina nikotinik α4β2 yang berkontribusi pada analgesia yang dimediasi secara spinal. Xenon adalah sebuah penghambat membran plasma ATPase Ca2+ yang efektif. Xenon akan menghambat ATPase Ca2+ dengan mengikat pori hidrofobik di dalam enzim tersebut dan mencegah enzim itu mengambil konformasi aktif.

Xenon adalah penghambat kompetitif dari reseptor serotonin 5-HT3. Meskipun bukan merupakan anestesi ataupun antinosiseptif, ini dapat mengurangi mual dan muntah yang muncul akibat anestesi.

Xenon memiliki konsentrasi alveolar minimum (MAC) sebesar 72% pada usia 40 tahun, menjadikannya 44% lebih kuat daripada N2O sebagai anestesi. Dengan demikian, ia dapat digunakan dengan oksigen dalam konsentrasi yang memiliki risiko hipoksia lebih rendah. Tidak seperti dinitrogen monoksida, xenon bukanlah sebuah gas rumah kaca dan dianggap ramah lingkungan. Meskipun didaur ulang dalam sistem modern, xenon yang dibuang ke atmosfer hanya kembali ke sumber aslinya, tanpa menghasilkan dampak lingkungan.

Neuroprotektan
Xenon dapat menginduksi perlindungan jantung dan saraf yang kuat melalui berbagai mekanisme. Melalui pengaruhnya terhadap antagonisme Ca2+, K+, KATP\HIF, dan NMDA, xenon bersifat neuroprotektif bila diberikan sebelum, selama, dan setelah serangan iskemis. Xenon adalah antagonis afinitas tinggi pada situs glisin reseptor NMDA. Xenon bersifat kardioprotektif dalam kondisi iskemia-reperfusi dengan menginduksi prakondisi farmakologis noniskemik. Xenon bersifat kardioprotektif dengan mengaktifkan PKC-epsilon dan p38-MAPK hilir. Xenon akan meniru prakondisi iskemis saraf dengan mengaktifkan saluran kalium sensitif ATP. Xenon secara alosterik mengurangi penghambatan aktivasi saluran yang dimediasi ATP secara independen dari subunit reseptor1 sulfonilurea, meningkatkan waktu dan frekuensi saluran terbuka KATP.

Doping olahraga
Menghirup campuran xenon/oksigen dapat mengaktifkan produksi faktor transkripsi HIF-1-alfa, yang dapat menyebabkan peningkatan produksi eritropoietin. Hormon terakhir diketahui dapat meningkatkan produksi sel darah merah dan kinerja atletik. Kabarnya, doping dengan inhalasi xenon telah digunakan di Rusia sejak 2004 dan mungkin sebelumnya. Pada 31 Agustus 2014, Badan Anti Doping Dunia (WADA) menambahkan xenon (dan argon) ke dalam daftar zat dan metode terlarang, meskipun belum ada uji doping yang andal untuk gas ini yang telah dikembangkan. Selain itu, efek xenon pada produksi eritropoietin pada manusia sejauh ini belum terbukti.

Pencitraan
Emisi gama dari radioisotop 133Xe dapat digunakan untuk mencitrakan jantung, paru-paru, dan otak, misalnya, dengan menggunakan tomografi terkomputasi emisi foton tunggal. 133Xe juga telah digunakan untuk mengukur aliran darah.

Xenon, khususnya 129Xe yang terhiperpolarisasi, adalah agen kontras yang berguna untuk pencitraan resonansi magnetik (MRI). Pada fase gas, ia dapat mencitrakan rongga dalam sampel berpori, alveoli di paru-paru, atau aliran gas di dalam paru-paru. Karena xenon dapat larut baik dalam air maupun dalam pelarut hidrofobik, xenon dapat mencitrakan berbagai jaringan lunak yang hidup.

Xenon-129 saat ini digunakan sebagai agen visualisasi dalam pemindaian MRI. Ketika seorang pasien menghirup xenon-129 yang terhiperpolarisasi, ventilasi dan pertukaran gas di paru-paru dapat dicitrakan dan diukur. Tidak seperti xenon-133, xenon-129 tidak mengion dan aman untuk dihirup tanpa adanya efek samping.

Pembedahan
Laser eksimer xenon klorida memiliki kegunaan dermatologis tertentu.

Spektroskopi NMR
Karena kulit elektron terluar atom xenon yang besar dan fleksibel, spektrum NMR berubah sebagai respons terhadap kondisi sekitar dan dapat digunakan untuk memantau keadaan kimiawi di sekitarnya. Misalnya, xenon yang larut dalam air, xenon yang larut dalam pelarut hidrofobik, dan xenon yang berasosiasi dengan protein tertentu dapat dibedakan melalui NMR.

Xenon terhiperpolarisasi dapat digunakan oleh kimiawan permukaan. Biasanya, sulit untuk mengarakterisasi permukaan dengan NMR karena sinyal dari permukaan diliputi oleh sinyal dari inti atom dalam sebagian besar sampel, yang jumlahnya jauh lebih banyak daripada inti permukaan. Namun, spin inti pada permukaan padat dapat dipolarisasikan secara selektif dengan mentransfer polarisasi spin ke mereka dari gas xenon yang terhiperpolarisasi. Ini akan membuat sinyal permukaan cukup kuat untuk diukur dan dibedakan dari sinyal massal.

Lainnya
Dalam studi energi nuklir, xenon digunakan dalam bilik gelembung, prob, dan di area lain di mana berat molekul tinggi dan sifat lengai diinginkan. Produk sampingan dari pengujian senjata nuklir adalah pelepasan xenon-133 dan xenon-135 yang radioaktif. Kedua isotop ini dipantau untuk memastikan kepatuhan terhadap traktat pelarangan uji coba nuklir, dan untuk mengonfirmasi uji coba nuklir oleh negara-negara seperti Korea Utara.

Xenon cair digunakan dalam kalorimeter untuk mengukur sinar gama, dan sebagai pendeteksi partikel masif berinteraksi lemah (WIMP) yang hipotetis. Ketika WIMP bertabrakan dengan nukleus xenon, teori memperkirakan bahwa ia akan memberikan energi yang cukup untuk menyebabkan ionisasi dan skintilasi. Xenon cair berguna untuk eksperimen ini karena kepadatannya membuat interaksi materi gelap lebih mungkin terjadi dan memungkinkan pendeteksi senyap melalui pelindung diri.

Xenon adalah propelan pilihan untuk propulsi ion wahana antariksa karena ia memiliki potensial ionisasi per berat atom yang rendah dan dapat disimpan sebagai cairan di dekat suhu kamar (di bawah tekanan tinggi), namun mudah diuapkan untuk memberi makan mesin. Xenon bersifat lengai, ramah lingkungan, dan kurang korosif terhadap mesin ion dibandingkan bahan bakar lain seperti raksa atau sesium. Xenon pertama kali digunakan untuk mesin ion satelit pada tahun 1970-an. Ia kemudian digunakan sebagai propelan untuk prob Deep Space 1 JPL, wahana antariksa SMART-1 Eropa, dan untuk tiga mesin propulsi ion pada Wahana Antariksa Dawn NASA.

Secara kimia, senyawa perxenat digunakan sebagai zat pengoksidasi dalam kimia analitik. Xenon difluorida digunakan sebagai etsa untuk silikon, khususnya dalam produksi sistem mikroelektromekanis (MEMS). Obat antikanker 5-fluorourasil dapat diproduksi dengan mereaksikan xenon difluorida dengan urasil. Xenon juga digunakan dalam kristalografi protein. Diterapkan pada tekanan mulai dari 0,5 hingga 5 MPa (5 hingga 50 atm) pada kristal protein, atom xenon akan mengikat dalam rongga yang didominasi hidrofobik, seringkali menciptakan turunan atom berat berkualitas tinggi dan isomorf yang dapat digunakan untuk memecahkan masalah fase.

Pencegahan

Gas xenon dapat disimpan dengan aman dalam wadah kaca atau logam tertutup normal pada suhu dan tekanan standar. Namun, ia mudah larut di sebagian besar plastik dan karet, dan secara bertahap akan keluar dari wadah yang disegel dengan bahan tersebut. Xenon tidak beracun, meskipun ia dapat larut dalam darah dan termasuk dalam kelompok zat tertentu yang menembus sawar darah–otak, menyebabkan anestesi bedah ringan hingga penuh saat dihirup dalam konsentrasi tinggi dengan oksigen.

Kecepatan suara dalam gas xenon (169 m/s) lebih rendah daripada di udara karena kecepatan rata-rata atom xenon berat lebih rendah daripada molekul nitrogen dan oksigen di udara. Oleh karena itu, xenon bergetar lebih lambat pada pita suara saat dihembuskan dan menghasilkan nada suara yang lebih rendah (suara dengan frekuensi rendah yang ditingkatkan, tetapi frekuensi dasar atau nada tidak berubah), efek yang berlawanan dengan suara nada tinggi yang dihasilkan dalam helium. Khususnya, saat saluran vokal diisi dengan gas xenon, frekuensi resonansi alaminya menjadi lebih rendah daripada saat diisi udara. Dengan demikian, frekuensi rendah dari gelombang suara yang dihasilkan oleh getaran langsung yang sama dari pita suara akan ditingkatkan, menghasilkan perubahan timbre suara yang diperkuat oleh saluran vokal. Sama seperti helium, xenon tidak memenuhi kebutuhan tubuh akan oksigen, dan ia merupakan asfiksia sederhana dan anestesi yang lebih kuat daripada dinitrogen monoksida; akibatnya, dan karena xenon berharga mahal, banyak universitas melarang aksi perubahan suara sebagai demonstrasi kimia umum. Gas belerang heksafluorida mirip dengan xenon dalam berat molekul (146 versus 131), lebih murah, dan meskipun merupakan asfiksia, ia tidak beracun atau bersifat anestesi; ia sering diganti dalam demonstrasi ini.

Gas padat seperti xenon dan belerang heksafluorida dapat dihirup dengan aman bila dicampur dengan setidaknya 20% oksigen. Xenon pada konsentrasi 80% bersama dengan oksigen 20% akan dengan cepat menghasilkan ketidaksadaran anestesi umum (dan telah digunakan untuk ini, seperti yang dibahas di atas). Pernapasan dapat mencampur gas dengan kepadatan berbeda dengan sangat efektif dan cepat sehingga gas yang lebih berat akan dibersihkan bersama dengan oksigen, dan tidak menumpuk di dasar paru-paru. Namun, ada bahaya yang terkait dengan gas berat apa pun dalam jumlah besar: gas tersebut mungkin tidak terlihat di dalam wadah, dan seseorang yang memasuki area yang berisi gas tidak berbau dan tidak berwarna dapat mengalami sesak napas tanpa peringatan. Xenon jarang digunakan dalam jumlah yang cukup besar untuk dapat menjadi perhatian, meskipun potensi bahaya selalu ada setiap kali tangki atau wadah xenon disimpan di ruangan yang tidak berventilasi.

Senyawa xenon yang larut dalam air seperti mononatrium xenat cukup beracun, tetapi memiliki waktu paruh tubuh yang sangat singkat — xenat yang disuntikkan secara intravena akan direduksi menjadi xenon elemental dalam waktu sekitar satu menit.

Lihat pula

 Levitasi apung
 Gas mulia
 Campuran Penning

Referensi

Pranala luar

  Xenon di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)
  USGS Periodic Table – Xenon
  EnvironmentalChemistry.com – Xenon
  Sir William Ramsay's Nobel-Prize lecture (1904)

 
Unsur kimia
Gas mulia
Obat disosiatif
Anestesi umum
Agonis reseptor glisin
Gas industri
Antagonis nikotinik
Antagonis reseptor NMDA
Antagonis 5-HT3
Penghambat ATPase
Propelan roket