氙:非金屬元素-中文百科頻道

定義

氙（舊譯作氠、氥）是一種化學元素，它的元素符号是Xe，它的原子序數是54，是一種無色無味的稀有氣體，放電時呈藍色。

在地球大氣層中存在痕量的氙。氙與其他同族元素，本來由于不易與其他物質産生化學作用被稱為惰性氣體（現改作稀有氣體），但自從1962年起，陸續發現了氙的化合物。第一種氙的化合物是巴特列特制得的六氟合鉑酸氙。目前已知氙有80多種化合物，包括氟化物（二氟化氙、四氟化氙、六氟化氙）、氫化物及氘化物、以及高氙酸鈉。三氧化氙具有高度爆炸性。除了個别化合物外，氙化合物都是無色的。

已知的氙的穩定同位素有9種（參見氙的同位素）。它還有40種不穩定的放射性同位素。氙的放射性同位素是研究太陽系早期曆史的重要工具。氙-135是核裂變的産物之一，并用作核反應堆的中子吸收劑。

氙可以用于制造氙光燈和氙弧燈，也是一種全身麻醉劑。第一台準分子激光器就使用了氙的激發二聚體Xe2作為激光活性媒質，最早的激光器使用氙光燈作為激光泵。氙被用于搜尋假想的大質量弱相互作用粒子，它是新型航天器離子推進器中的推進劑。

性質

物理性質

氙在常溫常壓下為無色無臭無毒的惰性氣體，在放電管中為藍色至綠色的氣體。

原子半徑：4.05Å

共價半徑：209pm；1.31Å

沸點：-108.10℃（101.325kpa）

三相點：16.130K

氣體密度：5.89kg·m-3(273.15K,101.325kpa)

液體密度：3057kg·m-3(-108.10℃，101.325kpa)

氣液體積比：518.9

介電常數：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)

臨界溫度：289.74K

臨界壓力：5764kPa

臨界密度：1100.0kg·m-3

熔化熱：17.49kJ·kg-1(161.4K，81.6kPa)

氣化熱：96.30KJ·kg-1(165.1K,101.325kpa)

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

比熱比：Cp/Cv=1.67(g,298K,101.325kpa)

蒸氣壓：2634kPa(253K)；4175kPa(273K)；5147kPa(283K)

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

表面張力：18.7mN·m-1(163K)

導熱系數：0.005192W·m-1·K-1(273K,101.325kPa)；165.014kh0.07322W·m-1·K-1

1962年以前，科學家隻能在放電管裡面觀察到短壽命的化合物和不穩定的水合物、包合物。包合物是稀有氣體原子被有機或無機化合物包含在晶體間隙之中，比如醌醇能把氙包含在晶體中。

一直到1962年，英國氟化學家巴特利特（N.Bartlett）在研究六氟化鉑（PtF6）時發現，它的強氧化性能把氧氣分子氧化為二氧基陽離子（O2），形成O2[PtF6]。考慮到氧分子的第一電離能與氙的第一電離能接近（氧為1175.7kJ/mol，氙為71.5kJ/mol），氙有可能像氧氣一樣發生類似的化合反應。于是，他把PtF6蒸汽與過量的氙在室溫下混合，立即産生了紅色的晶體：經X射線分析，證明這是氙的化合物，XePtF6（在一些資料寫作Xe PtF6，比如現在人民教育出版社出版的高中化學教材）。然而有點諷刺的是，後來有人直接把氟氣和氙氣直接混合，在紫外線下就産生了最簡單的氟化物：XeF2。

化學性質

電子排布：[Kr]5s25p6

電負性：2.60（泡林标度）

化學鍵能：Xe-O：84kJ·mol-1

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

晶體結構：面心立方晶胞；a=620.23pm

電離能(kJ/mol)：I1：1170.4；I2：2046；I3：3097；I4：4300；I5：5500；I6：6600；I7：9300；I8：10600；I9：19800；I10：23000

氙的電子構型非常穩定，且它的電離能相對較大，因此在化學上顯惰性，隻與強的氧化劑反應。

化合物

氟化反應與氟化氙

氙氣與氟氣直接混合，可以得到無色的XeF2,XeF4與XeF6晶體，氙與氟的比例不同，得到的主産物不同：

Xe:F2=2:1，1273K,1.03×105Pa或298K,紫外線光照；

Xe:F2=1:5，873K,6.18×105Pa；

Xe:F2=1:20，573K,6.18×105Pa；

若使用鎳、钴和鈣的氟化物作為催化劑能顯著提高上述反應速率，使用Ag2O或Ni2O3則可以在零度時引起氟和氙的爆炸反應。一些氟化物則對反應催化具有選擇性，例如在Xe：F2=1:10，溫度為120℃時，使用氟化鎂作為催化劑，産物隻有XeF2，若使用二氟化鎳作為催化劑，産物則隻有XeF6。

氙的三種氟化物在室溫下都能穩定存在。

若将XeF2溶于水中，則與水緩慢反應，又得到氙氣：

XeF4與水反應時，一半發生反應，另一半則歧化為Xe(0)與Xe(VI)：，反應過程中有疑似XeOF2的黃色中間産物。

XeF6與水發生的是水解反應：，生成的XeOF4則進一步與水反應，直到完全水解：。生成的XeO3可以溶解于水并穩定存在，不會進一步氧化水。堿性時，XeF6會歧化為不溶解的高氙酸鹽與氙氣。

氙的氟化物都是強的氧化劑與氟化劑，在工業生産上有實際用途，例如一些有機物的氟化，使用的就是XeF2。

含氧化合物

氙的氧化物有XeO3與XeO4，對應的酸根為氙酸根(HXeO4-)與高氙酸根(XeO64-)。

XeO3可用XeF4或XeF6與水反應制得，XeO3在酸性與中性溶液中穩定，在堿性溶液中以HXeO4-形式存在，并且不穩定，易分解或歧化。

XeO4可由高氙酸鋇與硫酸複分解制得：，XeO4是一種穩定性差，易爆炸的黃色固體，氧化性極強。

除上邊所述的XeF6歧化制法，高氙酸鹽亦可通過XeO3的堿溶液與臭氧反應制得。

複合氟化物

在氙的化合物的發現史上，複合氟化物占有重要的地位。氙的第一個真正意義上的化合物正是複合氟化物氟鉑酸氙（Xe+PtF6-)，它是用Xe與強氧化劑PtF6混合産生的：。随着Xe與PtF6的用量的不同，氟鉑酸氙的組成可以在Xe+：PtF6-=0.5:1之間變化。氟鉑酸氙是一種發粘的橙黃色固體，在室溫下穩定，遇水分解出氙，氧氣，氟化氫和二氧化鉑(IV)。其他一些金屬的六氟化物也可以與氙反應生成形如XeMF6的化合物。

将氙、氟和固态PF5混合并輝光放電，可以生成不穩定的XePF6，同時氙、氟和玻璃儀器反應産生Xe2SiF6。将二氟化氙和一些金屬的五氟化物反應也可以生成XeMF6型的化合物。

其它化合物

含有Xe-N鍵與Xe-C的化合物均被發現，典型代表是FXeN(SO2F)2與[Xe(C6F5)]·[C6F5BF3]。

氙還有氫醌包合物形式的化合物，其中氙被捕集至氫醌的晶格之中。

研究曆史

氙于1898年7月由拉姆齊（William Ramsay）和特拉維斯（Morris W.Travers）在倫敦大學學院發現。在此之前，他們從液态空氣中提取了氖，氩和氪，并且疑惑它是否包含其它氣體。工業家Ludwig Mond給了他們一台新的液态空氣機，他們用它提取了更多的稀有氣體氪。經過多次蒸餾，他們終于分離出了一種更重的氣體，在真空管中它發出漂亮的藍色光芒。他們意識到它是氣體元素“惰性”組的又一個成員，因為其在化學上是惰性的。他選擇“ξένος(xenos)”這個希臘文命名氙，意為“陌生的”。

在“惰性氣體”中，氙的化合物（含有化學鍵的）是最先被發現的。巴特列（Neil Bartlett）于1962年将PtF6蒸汽與Xe混合，得到了橙黃色的XePtF6晶體，打破了化學界中持續60年之久的“稀有氣體對化學反應完全惰性”的神話。21世紀，超過100種氙的化合物已經被制造出來。