氙

周期表ⅧA族化学元素,符号Xe,原子序数54,相对原子质量131.30,熔点-111.9℃,沸点-107.1℃,密度5.887g/L(0.1MPa,0℃),化合价0、+2、+4、+6、+8。氙是无色、无臭、无味的极为稀少的重气体。应用于频闪仪和高摄影术所用的极短促而强烈的闪光灯中。

中文名称：氙

英文名称：Xenon

元素符号：Xe

原子序数：54

原子量：131.293

密度：5.8971g/L(标准状况)

CAS：号：7440-63-3

1、元素简介

氙

元素符号Xe,原子序数54,原子量131.30,外围电子排布5s25p6,位于第五周期零族,原子共价半径209pm,第一电离能1172kJ/mol。单质由单原子分子组成。稀有气体、无色、无嗅、无味,密度5.887g/L,熔点-111.9℃,沸点-107.1±3℃,20℃时每升水中可溶解110.9mL(体积)。能吸收X射线。化学性质不活泼。能跟水,氢醌、苯酚等形成弱键包合物,在加热或紫外线照射、放电条件下,氙可跟氟直接化合生成XeF2、XeF4、XeF6等氟化物,XeF4和XeF6强烈水解可得到XeO3或XeOF4等。在电场作用下能发出强烈的白光。用于制高压长弧氙灯(俗称人造小太阳),产生紫外线的高压电弧灯、闪光灯、中子计数器,X射线计数器,还用作麻醉剂、原子反应堆中的中子吸收剂、充填闸流管和探测宇宙线用的电离室。1898年英国人拉姆塞和特拉威斯在分馏液态氪的混合物时,通过光谱分析发现了氙。在空气中含有9×10-6%(体积)。工业上用分馏液体空气提取。

氙具有极高的发光强度,在照明设备中用于充气光电管,也用于频闪仪和高速摄影术所用的能产生极短促而强烈闪光的闪光灯。氙通过低压放电会发出蓝白色闪光,通过高压放电发出类似日光的白光,而且比太阳光还亮。氙闪光灯已用于活化红宝石激光器。氙高压灯具有高强度紫外光辐射,可用于医疗。氙是希有气体中第一个被发现能形成化合物(Xe(PtF6)x)的元素,也是目前希有气体中唯一能在室温下形成稳定化合物以及已知化合物最多的一个元素。氟化氙(XeF2、XeF4和XeF6)在室温下稳定,可作强氧化剂和氟化剂。高氙酸盐的化学通式为M4XeO6(M代表一价金属)。碱金属、碱土金属和许多重金属、希土金属都可形成高氙酸盐。大多数高氙酸盐能稳定存在,是极强的氧化剂。例如Na4XeO4可以定量氧化各种物质,用作分析试剂测锰(在室温下能瞬时将Mn(Ⅱ)氧化为MnO4-),缩短测定操作时间,且不受铁、铬、镍的干扰,尤适合于钢铁、合金分析。德国科学家近年已制备出稳定的氙碳化合物。

2、发现历史

氙于1898年7月由WilliamRamsay和MorrisTravers在伦敦大学学院发现。他们已经从液态空气中提取了氖，氩和氪，并且疑惑它是否包含其它气体。富裕的工业家LudwigMond给了他们一台新的液态空气机，他们用它提取了更多的稀有气体氪。经过多次蒸馏，他们终于独立出了一种更重的气体，而且他们在真空管中观察它发出漂亮的蓝色光芒。他们意识到它是气体元素“惰性”组的又一个成员，他们知道是因为其缺乏化学反应。他们称这个新元素xenon（氙）。这种气体由NeilBartlett制造了一种氟派生物而最终证明不是惰性的，于1962年。目前已经超过100种氙的化合物被制造出来。

英国化学家威廉·拉姆齐和莫里斯·特拉弗斯（MorrisTravers）在发现了氪和氖后，于1898年7月12日在蒸发液态空气后的残留物中发现了氙。拉姆齐建议把这一新元素命名为“xenon”，源自希腊语“ξένον”（xenon），即“ξένος”（xenos）的中性单数形，意为外来者、陌生人或异客。1902年，拉姆齐估算氙在地球大气中的含量为2千万分之一。

1930年代，美国工程师哈罗德·尤金·艾杰顿（HaroldEugeneEdgerton）开始为高速摄影研究频闪灯，并发明了氙闪光灯。在氙闪光灯中，电流短暂通过含有氙气的玻璃管，使其发光。到了1934年，艾杰顿已经能够产生1微秒长的闪光。

1939年，美国医生阿尔伯特·本克（AlbertR.BehnkeJr.）着手研究深海潜水员有“酒醉感”的原因。他在测试对象所呼吸的气体中调整各种气体的比例，并发现潜水员对深度的感觉有所变化。他以此推论，氙气能够用于麻醉。俄罗斯毒理学家尼克拉·拉萨列夫（NikolayV.Lazarev）曾在1941年研究过氙麻醉药，但直到1946年美国医学家约翰·劳伦斯（JohnH.Lawrence）才发表了他对老鼠进行的一项实验研究，首次证实了氙作为麻醉药的效用。1951年，美国麻醉师斯图尔特·科林（StuartC.Cullen）第一次使用氙麻醉药，并成功为两名病人进行了手术。

氙以及其他稀有气体曾一直被认为是完全惰性的，无法形成化合物。不过，化学家尼尔·巴特莱特（NeilBartlett）在不列颠哥伦比亚大学任教时，发现六氟化铂（PtF6）气体是一种强氧化剂，能够氧化氧气（O2），形成六氟合铂酸氧（O2+–）。因为O2和氙的第一电离能几乎相同，所以巴特莱特猜想，氙也有可能可以被六氟化铂氧化。1962年3月23日，他将这两种气体混合，产生了第一种稀有气体化合物六氟合铂酸氙。他当时认为该气体产物为Xe+–，但之后的分析表明该气体很可能是多种氙盐的混合物。此后，许多其他的氙化合物也陆续被发现，而同时被发现的还包括氩、氪和氡等稀有气体的化合物，如氟氩化氢（HArF）、二氟化氪（KrF2）及二氟化氡（RnF2）。到了1971年，已知的氙化合物已经超过了80种。

3、元素性质

氙

化学元素。稀有气体之一。符号Xe。原子序数54。原子量131.29。化合价0、2、4、6、8。自然界有九种稳定同位素54124Xe、54126Xe、54128Xe、54129Xe、54130Xe、54131Xe、54132Xe、54134Xe、54136Xe,另有二十六种放射性同位素。无色无臭无味的气体。气态氙为单原子分子。不燃烧,无毒。密度:气体5.8971、液体3.057。熔点-111.9℃。沸点-108.1℃。临界温度16.45℃。临界压力5.897×106帕。熔化热2,298.5焦/摩。气化热12,979.08焦/摩。第一级电离势12.127电子伏。原子半径2.2×10-10米。水中溶解度(25℃)11.9毫升/100毫升水。化学性质不活泼,但非完全惰性。在高温或光照下可与氟形成一系列在室温下稳定的氟化物,也可形成氧化物、氟氧化物和络合物、加合物。能与水、氢醌、苯酚之类物质形成笼状(包接)化合物。100升空气中约含氙0.0087毫升。由液态空气的液氧馏分中的最后挥发部分,用硅胶吸附其中少量的氙和氪,再经蒸馏和低温下活性炭选择性吸附分离提纯制得。

4、元素应用

氙灯

尽管氙是一种稀有元素，从空气中的抽取成本亦较高，但是它仍有多个实际用途。

照明及光学

1、气体放电灯

氙可用于发光，应用包括：用于摄影的氙闪光灯，激发激光媒介以产生相干光，以及杀菌灯等。1960年发明的首个固态激光器及推动惯性约束聚变的激光器都用到了氙闪光灯作激光抽运。

2、氙短弧灯

氙光照射下的亚特兰提斯号太空航天飞机

3、氙气放电管

氙弧灯能够连续发光，其色温近似于正午的日光，因此被用于模拟阳光。1940年氙弧灯进入市场后，开始淘汰寿命较短的碳弧灯作为电影放映机的光源。这种光源被用在一般35毫米胶片、IMAX和新型数码投影机的电影投影、高强度气体放电灯车头灯、高端战术电筒以及其他专业用途。这种弧灯能发出短波长紫外线，以及可被用于夜视镜的近红外线。

等离子显示器中的发光体装有氙和氖，并经电极转化成等离子状态。该等离子体与电极之间的作用会产生紫外光，从而激发显示器前部的磷质涂层，发出可见光。

氙也被用于启动高压钠灯。氙的热导率和电离能是所有非放射性稀有气体中最低的。其化学惰性能避免对化学反应的干预；低热导率可降低灯在运作时的热能损失；低电离能则使氙在非高温状态下的击穿电压相对较低，令灯更容易启动。

4、激光

1962年，贝尔实验室研究人员发现了氙的激光作用，又接着发现在激光介质中加入氦能够提升激光增益。首个准分子激光使用电子来激发氙的二聚体（Xe2），以产生波长为176纳米的紫外光，该过程称为受激发射。氯化氙和氟化氙准分子也可用于激光器中。例如，皮肤病学就用到氯化氙准分子激光。

医学麻醉

氙是一种全身麻醉剂。氙较为昂贵，但由于回收循环技术的提升和成本的降低，使用氙的麻醉机将在不久后进入欧洲市场。

氙会和多种不同受体和离子通道相互作用。根据理论，这种多模态吸入性麻醉剂很可能具互补性。氙是一种具高亲和力的甘氨酸结合部位NMDA受体拮抗剂。不过，与其他的NMDA受体拮抗剂不同的是，氙不具神经毒性，且能够抑制氯胺酮和一氧化二氮的神经毒性。氙不会像氯胺酮和一氧化二氮一样刺激伏隔核释放多巴胺。

氙是血清素5-HT3的竞争性抑制剂。这并不产生麻醉或镇痛的效果，但可以减少麻醉剂相关的恶心和呕吐感。

氙在40岁人体内的最小肺泡浓度为72%，所以麻醉效果比N2O强44%。因此相对氧气的使用浓度无需太高，有助避免缺氧。另外与一氧化二氮不同的是，氙不是温室气体，所以较为环保。使用过后的氙可排放到大气中，这是氙气本身的来源，因此不会对环境造成破坏。

成像

放射性同位素133Xe的伽马射线可用来对心、肺和脑进行成像，例如单光子发射电脑摄影。133Xe也被用于测量血流。

氙是一种很好的磁共振成像（MRI）造影剂。氙气可以用来对多孔组织的空间和肺泡进行成像。超极化的129Xe同位素在磁共振成像仪中更易检测，所以被用于研究包括肺在内的各种器官，例如肺内气体的流动。氙可溶于水，又可溶于疏水性溶剂，这有助于对软组织进行成像。

氙的原子质量较高，与氪混合后可作X射线摄影的造影剂。

核磁共振波谱法

由于氙拥有较大、较敏感的外电子层，所以其核磁共振光谱会对氙原子周围的化学条件有相应的变化。例如，溶于水、疏水性溶剂和某些蛋白质的氙可通过核磁共振波谱法区分开来。

氙也应用在表面科学中。核磁共振一般很难检测样本的表面，因为表面底下的大量原子核会完全盖过有用的信号。超极化的氙气能够将自身的自旋只传递到固体表面，使表面所发出的信号可以与样本内部的信号区分开来。

其他

原子核物理学的气泡室可以使用氙。氙也可用于任何需要高分子（原子）质量、低反应性物质的用途。核武器试验所产生的副产品中有具放射性的氙-133和氙-135。通过测量这些同位素，人们可以判断是否有国家进行核试验，其中包括朝鲜。

科学家利用液态氙热量计来测量伽马射线，并用液态氙寻找大质量弱相互作用粒子（WIMP）。理论预测，当WIMP撞击氙原子核，会移除一颗电子，产生闪烁。如果使用氙，这一闪烁可以轻易地从其他由宇宙射线所造成的能量爆发分辨开来。不过，意大利大萨索国家实验室（LaboratoriNazionalidelGranSasso）的“XENON”实验以及英国伯比地底实验室（BoulbyUndergroundLaboratory）的ZEPLIN-II和ZEPLIN-III实验都还没有找到证实WIMP存在的证据。虽然没有发现WIMP，但这些实验有助于缩小暗物质的可能属性范围，以及改进相关的物理模型。

氙的电离能很低，是一种很好的航天器离子推力器推进剂。氙在室温下能够以液态储存，在推力器运作时可轻易转化为气体。由于氙的化学惰性，它不会对环境造成破坏，或像汞或铯等其他燃料一样侵蚀离子推进器。1970年代，某些人造卫星开始使用氙离子推进器。美国的深空一号和曙光号探测器以及欧洲的SMART-1飞行器都用到了氙离子推进器。

高氙酸盐可在分析化学中用作氧化剂。二氟化氙是一种硅的腐蚀剂，应用在微机电系统中。二氟化氙与尿嘧啶反应后，会产生抗癌药物5-氟尿嘧啶。氙在X射线晶体学中可用来研究蛋白质的结构和功用。氙气在压力为0.5至5MPa（5至50atm）的时候，其原子会结合到蛋白质晶体的疏水性孔穴中。这一产物含有更高质量的原子，但不改变原先的晶体结构，因此可被用于解相位问题。

5、危险性与安全防范

危险性

许多含氧的氙化合物都是具有毒性的强氧化剂。同时因为很容易分解成氙元素和氧分子（O2），这些化合物还具有爆炸性。

氙气在标准温度和压力下可以安全地存放在一般的玻璃或金属容器中。由于氙可溶于大部份塑料和橡胶，因此会从这些材料的容器中慢慢逃逸出去。氙本身并不具毒性，但它可溶于血，并且可以穿透血脑屏障。氙与氧气混合后吸入，可以达到手术麻醉剂的效果。

氙气中的音速为每秒169米，比空气中的音速低。这是由于氙原子较氧和氮分子重，因此平均速度较低。当声道中充满氙气时，共振频率会降低。因此吸入氙气后说话的音色会比正常低沉，与吸入氦气后音色提高的现象相反。氙的麻醉效果比一氧化二氮强，而过量吸入氙气也会造成窒息。因此，许多大学在进行有关气体改变音色的化学演示时，已不再使用氙气，而改用分子量相近的六氟化硫气体。虽然过量吸入六氟化硫仍会造成窒息，但是它不具麻醉效果。

如果氙气与氧气混合，而氧气含量至少有20%，那人体是可以安全吸入的。80%氙气和20%氧气的混合气体会迅速使人失去意识，因此在医学手术中被用作全身麻醉剂。呼吸作用会有效地混合不同密度的气体，所以较重的氙气并不会积聚在肺的底部，而是会和其他气体一起呼出。然而如果大量氙气在密闭空间中泄漏出来，会在底部积聚。由于氙无色、无味，所以当人员进入该空间时，很可能会不经意地吸入大量的氙气。一般的氙气储存量并不足以导致这种情况的发生，但在任何缺乏通风的空间中存放氙都具有以上的潜在危险。

安全防范

一、泄漏应急处理

迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。如有可能，即时使用。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。

二、防护措施

呼吸系统防护：一般不需特殊防护。但当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。

眼睛防护：一般不需特殊防护。

身体防护：穿一般作业工作服。

手防护：戴一般作业防护手套。

其它：避免高浓度吸入。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业，须有人监护。

三、急救措施

吸入：迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。

灭火方法：该品不燃。切断气源。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处。