Xenon
(von griechisch xenos = Gast, Fremder, fremd). Gasförmiges Element, einatomiges Edelgas. Natürliches Xenon enthält die Isotope (Häufigkeit in Klammern): 124Xe (0,10 %), 126Xe (0,09 %), 128Xe (1,91 %), 129Xe (26,44 %), 130Xe (4,08 %), 131Xe (21,18 %), 132Xe (26,89 %), 134Xe (10,44 %), 136Xe (8,87 %). Es bildet außerdem zahlreiche künstliche Isotope 110Xe–142Xe mit Halbwertszeiten (HWZ) zwischen 0,2 s und 36,4 d (127Xe), von denen das Isotop 133Xe (HWZ 5,25 d) in steriler isotonischer Kochsalzlösung oder als Gas in der Nuklearmedizin, z. B. bei der Untersuchung der Durchblutung von Gehirn, Muskeln, Haut u. a. Organen, verwendet wird. Gemische von Xenon mit Sauerstoff wirken narkotisierend (siehe unten).
Zu weiteren rechtlichen Regelungen und Schutzmaßnahmen siehe GESTIS-Link (Tabelle).
Eigenschaften
Xenon ist ein schweres (ca. 5-mal schwerer als Luft), farb-, geruch- und geschmackloses Gas, in Wasser wenig löslich. Festes Xenon leitet bei 32 K und 33 GPa Druck elektrischen Strom wie ein Metall. Früher betrachtete man Xenon als völlig inert und nullwertig, doch kennt man heute – neben Clathraten u. a. Einschlussverbindungen – auch echte Edelgas-Verbindungen, in denen es in den Oxidationsstufen II, IV, VI und VIII auftritt; Näheres siehe bei Xenon-Verbindungen.
Nachweis
Der Nachweis erfolgt spektralanalytisch; bei der Glimmentladung strahlt Xenon violett. Die Analyse von Xenon-Verbindungen lässt sich anhand von angeregtem 129Xe (entsteht aus 129I) mittels Mößbauer-Spektroskopie vornehmen.
Vorkommen
Xenon gehört zu den seltensten Elementen der Erde; sein Anteil an der obersten, 16 km dicken Erdkruste einschließlich Luft- und Wasserhülle wird auf nur 24 ppt geschätzt. Der volumenmäßige Anteil des Xenons an der Luft ist, verglichen mit dem des Argons (0,93 %), mit 86 ppb nur winzig; ein normaler Wohnraum (50 m3) enthält in der Atemluft aber immer noch 4 mL Xenon. Xenon aus chondritischen Meteoriten hat eine etwas andere Isotopen-Zusammensetzung und damit eine andere Atommasse als solches aus terrestrischen Quellen; auch dieses kann je nach Herkunft recht uneinheitlich sein[1,2]. Mit dem Vorkommen und der Isotopen-Verteilung von Xenon in irdischer und außerirdischer Materie befasst sich die sogenannte Xenologie[3]. In Kernreaktoren fallen Xenon-Isotope zusammen mit Strontium-Isotopen als Spaltprodukte von 235U u. ä. Kernbrennstoffen an. Bei größeren Störfällen können diese ggf. freigesetzt werden; beim TMI-Kernreaktorunfall waren es Mengen von 2,5 Mio. Curie (ca. 9 ⋅ 1016 Bq). Normalerweise wird die Entfernung der Xenon-Radioisotope aus Reaktorabgasen tieftemperaturdestillativ, adsorptiv oder chemisch vorgenommen. Im Falle einer Wiederaufarbeitung könnten Xenon-Isotope abgetrennt und – wegen der kurzen Halbwertszeit – nach 1 Jahr für technische Zwecke verwendet werden[4].
Herstellung und Bildung
Man gewinnt Xenon zusammen mit Krypton aus Luft als Nebenprodukt der Sauerstoff-Herstellung durch Luftzerlegung, d. h. durch destillative Trennung von flüssiger Luft, wobei weit mehr als 10 Mio. m3 Luft zerlegt werden müssen, damit 1 m3 Xenon erhalten wird. In einem Verfahren nach Claude verflüssigt man zunächst ca. 10 % der zur Verfügung stehenden Luftmenge und wäscht mit dieser die stark abgekühlte, restliche Luft aus, wobei die (leichter zu verflüssigenden) schweren Edelgase Xenon und Krypton und ein kleiner Teil des Sauerstoffs in die flüssige Luft übergehen und aus dieser durch Rektifizierung in reinem Zustand erhalten werden können. Radioaktive und stabile Xenon-Isotope entstehen beim Reaktorbetrieb; eines davon (135Xe) hat einen sehr großen Wirkungsquerschnitt (2,6 ⋅ 106 b) und wirkt infolge Neutroneneinfangs nachteilig auf die Energieausbeute der Reaktoren (Xenon-Vergiftung, siehe Reaktorgifte). Nähere Details zum Einfluss von 135Xe auf den Reaktorbetrieb siehe Edelgase.
Verwendung
Den zahlreichen Einsatzmöglichkeiten des Xenons steht sein hoher Preis entgegen (1993 ca. 6000 DM/m3) – beispielsweise wäre ein Gemisch aus 80 % Xenon und 20 % Sauerstoff als Narkotikum bei Operationen verwendbar. Glühlampen mit Krypton-Xenon-Füllung können gegenüber den Lampen mit Argon-Füllung höher beheizt werden, was eine bessere Ausbeute an weißem Licht ermöglicht. Xenon dient als Füllgas in Thyratrons, in Bauteilen für Radaranlagen und in sogenannten Xenon-Hochdrucklampen (Xenon-Lampen), die in der Photochemie, UV-Spektroskopie sowie zur Beleuchtung großer Flächen eingesetzt werden. Das Emissionsspektrum derartiger Xenon-Lampen ähnelt dem der Sonne. Sogenannte Xenon-Laser sind Excimer-Laser, deren angeregte Spezies XeF Licht von 354 nm ausstrahlt. Das Radioisotop 133Xe findet Anwendung in der Nuklearmedizin (siehe oben).
Geschichte
Xenon wurde von Sir William Ramsay im Jahre 1898 bei der genaueren Untersuchung des aus Luft gewonnenen Roh-Argons entdeckt und nach griechisch xenos = Gast, Fremder, fremd benannt.
Literatur
[1] Holden, N. E.; Martin, R. L.; Barnes, I. L., Pure Appl. Chem., (1984) 56(6), 675; http://www.iupac.org/publications/pac/1984/5606/index.html [Prüfdatum 30.06.2016]
[2] Peiser, H. S.; Holden, N. E.; De Bièvre, P.; Barnes, I. L.; Hagemann, R.; de Laeter, J. R.; Murphy, T. J.; Roth, E.; Shima, M.; Thode, H. G., Pure Appl. Chem., (1984) 56(6), 695; http://www.iupac.org/publications/pac/1984/5606/index.html [Prüfdatum 30.06.2016]
[3] Hintenberger, H., Naturwissenschaften, (1972) 59, 285–291
Suche in: Google Scholar
[4] Chem. Ztg. 103, 207–210 (1979)
Suche in: Google Scholar
Bailar et al., Comprehensive Inorganic Chemistry, Bd. 1, S. 139–330, Oxford: Pergamon 1979
Suche in: Google Scholar
Clever, H. L., Krypton, Xenon, and Radon: Gas Solubilities, Solubility Data Series 2; Pergamon: Oxford, (1979)
Suche in: Google Scholar
DAB 9, 1462 f., Komm.: 9/3, 3539–3542
Suche in: Google Scholar
Encycl. Gaz, S. 1145–1150
Suche in: Google Scholar
Gmelin, Syst.-Nr. 1, Edelgase, 1926, S. 182–192, Erg.-Werk Bd. 1, Edelgasverbindungen, 1970
Suche in: Google Scholar
Häussinger, P.; Glatthaar, R.; Rhode, W.; Kick, H.; Benkmann, C.; Weber, J.; Wunschel, H.-J.; Stenke, V.; Leicht, E.; Stenger, H., In Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry [Online], Wiley-VCH: Weinheim, (2001); https://doi.org/10.1002/14356007.a17_485 [Prüfdatum 28.05.2015]
Holleman-Wiberg (102.), S. 417 f.
Suche in: Google Scholar
Kirk-Othmer (4.) 13, 1 ff., 19, 22 ff.
Suche in: Google Scholar
Merck (14.), Nr. 10072
Suche in: Google Scholar
Rabinovich et al., Thermophysical Properties of Neon, Argon, Krypton and Xenon (Nat. Standard Ref. Data Service USSR 10), Berlin: Springer 1987
Suche in: Google Scholar
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl.; VCH Verlagsgesellschaft: Weinheim, (1985–1996), A8, 486; A17, 486, 488, 497–502
Suche in: Google Scholar
Winnacker-Küchler (4.) 3, 624 ff.
Suche in: Google Scholar
Übersetzungen:
| E | xenon |
| F | xénon |
| I | xeno |
| S | xenón |