ქსენონი

ქსენონი ქიმიური ელემენტია, რომლის სიმბოლოც არის Xe. მისი ატომური ნომერია 54 და მოთავსებულია მე-5 პერიოდის მე-18 ჯგუფში. იგი უფერო, მძიმე, უსუნო კეთილშობილი აირია. დედამიწის ატმოსფეროში შედის კვალის სახით. მიუხედავად იმისა, რომ მოთავსებულია კეთილშობილი (ინერტული) ელემენტების ჯგუფში, ქსენონი მაინც წარმოქმნის რამდენიმე ქიმიურ ნაერთს. მაგალითად, ქსენონის ჰექსაფთორპლატინატი პირველი ნაერთია, რომელიც მიღებული იქნა ამ ჯგუფის ელემენტების საფუძველზე (ნილს ბარლეტი). ამ ნივთიერების მიღებით დაინგრა მითი კეთილშობილი აირების აბსოლუტურ ინერტულობაზე.

ქსენონი გამოიყენება ფლეშ- და რკალური ნათურების ტექნოლოგიაში და ზოგად საანესთეზიო საშუალებად. პირველი თაობის ლაზერები აქტიურ ლაზერულ გარემოდ იყენებდნენ ქსენონის დიმერებს (Xe₂).

ბუნებაში გავრცელებულია შვიდი სტაბილური იზოტოპი და ორი ხანგრძლივი სიცოცხლის უნარიანი იზოტოპი.

ისტორია

ქსენონი აღმოჩენილია ინგლისში შოტლანდიელი ქიმიკოსის უილიამ რამზაისა და ინგლისელი ქიმიკოსის მორის თრავერსის  მიერ 1898 წელს, მალევე კრიპტონისა და ნეონის აღმოჩენის შემდეგ.  მათ ქსენონს მიაკვლიეს გათხევადებული ჰაერის ფრთხილი აორთქლების შემდეგ დარჩენილ ნაშთში. დასახელება შემოგვთავაზა რამზაიმ. დასახელებას საფუძვლად დაედო ბერძნული სიტყვა ξένον xénon, რომელიც ნიშნავს „უცხოს“.

კეთილშობილი აირების აღმოჩენის გამო რამზაის 1904 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია.

ფიზიკური თვისებები

მაღალი ვოლტაჟის მოწყობილობაში მყარი ქსენონის ფენა „ცურავს“ თხევადი ქსენონის თავზე

ქსენონის ატომური ნომერია 54. იგი მოიცავს 54 პროტონს. სტანდარტულ ტემპერატურასა და წნევაზე ქსენონის სიმკვრივე არის 5.761 გ/მ³, რომელიც დაახლოებით 4.5-ჯერ აღემატება ატმოსფეროს სიმკვრივეს ზღვის დონეზე (1.217 გ/მ³). თხევადი ქსენონის სიმკვრივე არის 3.1 გ/მლ. თხევად ქსენონს ახასიათებს მაღალი პოლარიზებულობა დიდი ატომური მოცულობის გამო და ამდენად არის კარგი გამხსნელი. მას შეუძლია გახსნას ნახშირწყალბადები, ბიომოლეკულები და წყალიც კი. ერთიდაიგივე პირობებში მყარი ქსენონის სიმკვრივე გრანიტის სიმკვრივეს აღემატება და შეადგენს 2.75 გ/მლ-ს. ძალიან მაღალი (გიგაპასკალები) წნევის ქვეშ ქსენონი გადადის მეტალურ ფაზაში.  კერძოდ, 140 გპა წნევაზე მყარი ქსენონი სხეულ-ცენტირებული კრისტალური ფორმიდან  გადადის ჰექსაგონალურ კრისტალურ ფორმაში და იძენს მეტალურ აღნაგობას. 155 გპა-ზე ქსენონი სრულად მეტალურია. ამ დროს იგი იძენს ატმოსფეროსთვის დამახასიათებელ ლურჯ ფერს, რადგან შთანთქავს წითელ შუქს და ატარებს ხილული სპექტრის დანარჩენ სიხშირეებს.

Xe⁺ იონების მყარ სარჩულზე იმპლანტაციით ოთახის ტემპერატურაზე შესაძლებელია მივიღოთ თხევად ან მყარი ქსენონის ნანონაწილაკები. 

გავრცელება

ქსენონი დედამიწის ატმოსფეროში კვალის სახით არის გავრცელებული. მისი რაოდენობა არ აღემატება 87±1 ნანოლიტრი/ლ კონცენტრაციას. ქსენონი ასევე აღმოჩენილია ზოგიერთი მინერალური წყლების თანმხლებ გაზებში.

მიღება

ქსენონს კომერციულად იღებენ თანაური პროდუქტის სახით ჰაერიდან აზოტისა და ჟანგბადის ფრაქციული გამოხდით გამოყოფისას.

ქსენონის წარმოება მსოფლიო მასშტაბით შეადგენს დაახლოებით 5000-7000 მ³-ს. მისი გავრცელების არეალიდან გამომდინარე, მისი ღირებულება გაცილებით მეტიამ ვიდრე სხვა უფრო მსუბუქი კეთილშობილი აირები. მაგალითად, მისი 1 ლიტრის ღირებულება დაახლოებით 10 ევროა ევროპის ქვეყნებში, მაშინ როდესაც კრიპტონის ფასი არ აღემატება 0.2 ევროს.

იზოტოპები

ბუნებაში გვხვდება ქსენონის 7 სტაბილური იზოტოპი ¹²⁶Xe, ^128–132Xe, and ¹³⁴Xe. ¹²⁶Xe და ¹³⁴Xe იზოტოპების არსებობა ივარაუდება თეორიულად, თუმცა ისინი ჯერ არ არის აღმოჩენილი. გარდა ამისა, არსებობს 40-ზე მეტი იზოტოპი, რომელთაგან ყველაზე მეტი სიცოცხლისუნარიანობით ხასიათდება ²⁴Xe (1.8 × 10²² წელი) და ¹²⁹Xe (2.11 × 10²¹ წელი).

ნაერთები

ნეილ ბარლეტის აღმოჩენის შემდეგ (1962) ქსენონს შეუძლია გარკვეული ნაერთების წარმოქმნა.

XeF4 კრისტალები, 1962

ჰალოგენიდები

ცნობილია ქსენონის სამი ფთორიდი: XeF₂, XeF₄, და XeF₆.

ქსენონის დიფთორიდი XeF₂ მყარი, კრისტალური ნაერთია და მიიღება ქსენონისა და ფთორის გაზების ნარევის ულტრაიისფერი დასხივებით. XeF₂-ის ხანგრძლივი გაცხელებით NaF-ის თანაობისას  მიიღება მაღალი სისუფთავის XeF₄-ს.  XeF₆-ის პიროლიზი NaF-ის თანაობისას იძლევა მაღალი სისუფთავის XeF₄.

ქსენონის ფთორიდები გვევლინებიან ფთორის როგორც აქცეპტორებად, ისე დონორებად, რომლის დროსაც XeF⁺ და Xe₂F⁺ კატიონებისა და  XeF₅^-, XeF₇⁻ და XeF₈²⁻ ანიონების შემცველი
 მარილები მიიღება. მწვანე შეფერილობის პარამაგნიტური Xe₂⁺  -ის მიღება შეიძლება XeF₂-ის გაზური ქსენონით აღდგენით.

XeF₂ წარმოქმნის კოორდინაციულ ნაერთებსაც გარდამავალი მეტალების იონებთან. დღეისათვის სინთეზირებული და დახასიათებულია 30-ზე მეტი კომპლექსური ნაერთი.

მიუხედავად იმისა, რომ ქსენონის ფთორიდები კარგადაა შესწავლილი,  სხვა ჰალოგენიდები არ არის ცნობილი გარდა ქსენონის დი- და ტეტრაქლორიდისა.

ქსენონის დიქლორიდი მიიღება ქსენონის, ფთორის, სილიციუმისა და ნახშირბადის ტეტრაქლორიდის ნარევის მაღალი სიხშირის მქონე ტალღის დასხივებით. ქსენონის დიქლორიდი უფერო კრისტალური ნაერთია, რომელიც იშლება ელემენტებად 80 °C-ზე. მიუხედავად ამისა, ქსენონის დიქლორიდი შეიძლება განვიხილოთ მაინც როგორც ვან დერ ვაალსის მოლეკულა, რომელშიც სუსტი კავშირებია ქსენონის ატომსა და ქლორის მოლეკულას შორის.

ოქსიდები და ოქსოჰალოგენიდები

ცნობილია ქსენონის სამი ოქსიდი: ქსენონის ტრიოქსიდი (XeO₃), ქსენონის ტეტროქსიდი ( XeO₄) და ქსენონის დიოქსიდი (XeO₂). ქსენონის ტრიოქსიდი და დიოქსიდი არის საშიში ფეთქებადი ნაერთები ძლიერი დამჟანგველი თვისებით.

ქსენონის დიოქსიდი პირველად მიღებული იქნა 2011 წელს. მისი კოორდინაციული რიცხვია 4. იგი მიიღება ქსენონის ტეტრაფთორიდის ყინულზე დასხმით. მისი XeOO⁺ კატიონი დაფიქსირებულია ინფრაწითელი სპექტროსკოპიით მყარ არგონში.

ქსენონი არ ურთიერთქმედებს უშუალოდ ჟანგბადთან. ქსენონის ტროქსიდი მიიღება XeF₆-ის ჰიდროლიზით.

XeF₆ + 3 H₂O → XeO  ₃ + 6 HF

XeO₃ სუსტი მჟავა თვისებისაა, იხსნება ტუტეებში და წარმოქმნის HXeO⁻ -ის შემცველ არამდგრად მარილებს (ქსენატებს). არამდრადი მარილები ადვილად დისპროპორციონირებენ ქსენონში და პერქსენატ მარილებს (XeO₆⁴⁻).
ბარიუმის პერქსენატი კონცენტრირებული გოგირდმჟავასთან ურთიერთქმედებით მიიღება აირადი ქსენონის ტეტროქსიდი:

Ba₂XeO₆ + 2 H₂SO₄ → 2 BaSO₄ + 2 H₂O + XeO₄

ქსენონის ტეტროქსიდს, დაშლის თავიდან აცილების მიზნით მიღებისთანავე ყინავენ ყვითელი ფერის კრისტალური მასის მიღებამდე. იგი ფეთქებადია  −35.9 °C-ზე და იშლება აირად ქსენონამდე და ჟანგბადამდე.

ასევე ცნობილია ქსენონის რამდენიმე ოქსიფთორიდი: XeOF₂, XeOF₄, XeO₂F₂, და XeO₃F₂. 

XeOF₂ მიიღება OF₂ -ის ურთიერთქმედებით აირად ქსენონთან დაბალ ტემპერატურაზე. იგი ასევე მიიღება  XeF₄-ის ნაწილობრივი ჰიდროლიზით. იგი დისპროპორციონირებს -20°C-ზე XeF₂ და XeO₂F₂-ში.

XeOF₆-ის ნაწილობრივი ჰიდროლიზით მიიღება XeF₄. მისი სინთეზი ასევე შეიძლება XeF₆ -ის ურთიერთქმედებით ნატრიუმის პერქსენატთან Na₄XeO₆. ამ უკანასკნელი რეაქციის დროს მცირე რაოდენობით ასევე წარმოიქმნება XeO₃F₂. 

XeOF₄ რეაქციაში შედის CsF-თან და მიიღება   XeOF⁻₅ ანიონი, ხოლო XeOF₃ რეაქციაში შედის ტუტე მეტალების ფთორიდებთან KF, RbF და CsF  ანიონის XeOF⁻₄  წარმოქმნით.

სხვა ნაერთები

ქსენონს შეუძლია პირდაპირი კავშირი დაამყაროს ფთორსა და ჟანგბადზე ნაკლები ელექტროუარყოფითობის მქონე ელემენტებთან, მაგალითად ნახშირბადთან. მაგრამ ამ ნაერთების სტაბილიზაციისათვის საჭიროა ფთორის შემცველი ელექტროაქცეპტორული ჯგუფების არსებობა, როგორიცაა მაგალითად:

• C₆F₅–Xe⁺–N≡C–CH₃
• [C₆F₅]₂XeC₆F₅–Xe–C≡N
• C₆F₅–Xe–F
• C₆F₅–Xe–Cl
• C₂F₅–C≡C–Xe⁺
• [CH₃]₃C–C≡C–Xe⁺
• C₆F₅–XeF₂⁺
• (C₆F₅Xe)₂Cl⁺

ნაკლებელექტროუარყოფითობის მქონე ელემენტებთან დაკავშირებული ქსენონის შემცველი სხვა ნაერთებია F–Xe–N(SO₂F)₂ და F–Xe–BF₂. ეს უკანასკნელი მიიღება დუოქსიგენილ ტეტრაფთორბორატიდან (O₂BF₄) −100 °C-ზე.

გამოყენება

მიუხედავად იმისა, რომ ქსენონი ბუნებაში მცირე რაოდენობით არის გავრცელებული, მისი გამოყენების არეალი საკმაოდ ფართოა.

ქსენონი ფართოდ გამოიყენება აირ-განმუხტვის ნათურებში, რომელიც გამოიყენება ფოტოგრაფიულ ციმციმებში (ფლეშ-ნათურა) და სტრობოსკოპულ ნათურებში.

ქსენონის ბაზაზე იქნა დამზადებული 1960 წელს პირველი ლაზერები (ე.წ. მყარი-მდგომარეობის ლაზერები), რომლებიც იძლევიან კოჰერენტულ ნათებას.

ქსენონის რკალური ნათურა

ქსენონი დღესდღეობით გამოიყენება ბირთვულ-მაგნიტურ რეზონანსულ სპექტრომეტრიაში, ბირთვული ენერგიის კვლევებში და კვლევისა და ტექნიკის ისეთ სფეროებში, სადაც საჭიროა მაღალი მოლეკულური მასის ინერტული მასალების გამოყენებაა საჭირო.

თხევად ქსენონს იყენებენ კალორიმეტრიაში გამა-სხივების გაზომვისათვის, ცილების კრისტალოგრაფიაში და ა.შ.

ქსენონის ნაერთებიდან პერქსენატები გამოიყენება ანალიზურ ქიმიაში დამჟანგველ, ხოლო ქსენონის დიფთორიდი  - სილიციუმის ამოსაჭმელ აგენტად.

ბიოლოგიური როლი

ქსენონს წლების განმავლობაში იყენებდნენ ზოგადი ანესთეზიისათვის, მაგრამ მისი კონვენციურ ანესთეზიის საშუალებებთან შედარებით მაღალი თვითღირებულების გამო დღეს აღარ გამოიყენება.

ქსენონი მოქმედებს მრავალ რეცეპტორთან და იონურ არხებთან. აზოტის ოქსიდისა (N₂O) და ციკლოპროპანის მსგავსად.  

ქსენონ/ჟანგბადის ნარევის ჩასუნთქვა ააქტიურებს HIF-1-alpha ფაქტორის ტრანსკიპციას, რომელსაც მივყავართ ერითროპოეტინის გაძლიერებულ გამოყოფასთან. ეს ჰორმონი კი ზრდის სისხლის წითელი ბურთულების გამომუშავებას და ადამიანის ათლეტურ შესაძლებლობებს. ამიტომ,  მსოფლიო ანტიოპინგ სააგენტოს მიერ 2014 წლიდან ქსენონი შეტანილია აკრძლალული პრეპარატების ნუსხაში სპორტული შეჯიბრებების დროს.

მასალა მომზადებულია www.wikipedia.com -ის მიხედვით