الزينون Xenon – الخواص الفيزيائية والكيميائية للزينون

ما هو عنصر الزينون Xenon؟

– الزينون Xenon هو عنصر من عناصر الجدول الدوري: العدد الذري = 54 ، العدد الكتلي = 131

– الرمز الكيميائي لعنصر الزينون يرمز له بالرمز: ¹³¹Xe₅₄

– التوزيع الإلكتروني له: Kr]₃₆ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶]

– الزينون غاز من غازات الهواء النادرة جداً.

– هو غاز شفاف ولكنه يتوهج بضوء أزرق عندما يتدفق تيار كهربائي خلاله.

– ليس له نشاط كيميائي كبير لأنه يعد أحد الغازات النبيلة

– مثل الغازات النبيلة الأخرى، الزينون عديم اللون والرائحة.

– الجدول التالي يوضح الخواص العامة لعنصر الزينون كما يلي:

اكتشافه ووجوده في الطبيعة Discovery of Xenon

– تم اكتشاف الزينون في انجلترا من قبل (وليام رامسي) و (موريس سترافرس) في 1839م في البقايا المتبخرة لعناصر سائل جوي.

– اقترح رامسي اسم الزينون من الكلمة اليونانية (Xenes) التي تعني غريباً.

– يوجد في الغلاف الجوي للأرض بكميات قليلة جداً بنسبة تقارب جزءًا واحدًا بالمليون حجماً، كما يوجد في جو المريخ بحدود 0.08 جزء بالمليون وفي الغازات المنبعثة من بعض الينابيع المعدنية.

– الزينون نادر جدًا لدرجة أن هناك ذرة واحدة فقط من هذا العنصر الغازي لكل 10 ملايين ذرة في الهواء.

طرق تحضير الزينون Preparation of Xenon

– يتم تحضير الزينون من تسييل وتجزئة الهواء تحت ضغط عال، وهذا لا يجرى عادة في المختبرات.

– أما الزينون التجاري المتوفر يجهز في أسطوانات ذات ضغط عال حيث يحصل عليه كناتج مزدوج من تقسيم الهواء إلى أكسجين ونتروجين ويجرى ذلك بالتقطير الجزئي.

– الأكسجين السائل المحصل عليه يحتوي على كميات قليلة من الكريبتون والزينـون.

– بواسطة خطوات إضافية للتقطير الجزئي نحصل على مزيج نقي من الغازين يمكن عزلهما والحصول على الزينون.

الخواص الكيميائية لعنصر الزينون Chemical properties of Xenon

– بينت الدراسات أن الزينون قادر على تشكيل مركبات تتراوح درجة الأكسدة فيها بين (2) و (8)

(1) أكاسيد الزينون

– يعرف للزينون أكسيدان XeO₄ , XeO₃

– ينتج XeO₃ بفعل تأثير الماء في XeF₆ , XeF₄ ثم يفصل XeO₃ بتبخير المحلول.

– أما XeO₄ فينتج من إضافة حمض الكبريت المركز إلى الملح Ba₂XeO₆ كما يلي:

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

– XeO₃ جسم صلب أبيض لا يتبخر بسهولة، شديد الانفجار، ويمكن اختزاله بالأيون ^–I في وسط حمضي كما بالمعادلة:

^–Xe + 9H₂O + 3I₃^–   ↔  XeO₃ + 6H₃O⁺ + 9I

– يتفاعل XeO₃ مع القواعد مشكلاً الأيون ^–HXeO₄ كما بالمعادلة:

^–XeO₃ + OH^– ↔ HXeO₄

– أما XeO₄ فهو جسم صلب أصفر اللون بدرجات الحرارة المنخفضة، وهو غاز منفجر في الشروط العادية.

– يتفاعل الزينون مع ثنائي فلوريد الأكسجين OF₂ في درجة حرارة منخفضة مشكلاً XeF₂ ، كما ينتج هذا المركب من تفاعل XeF₄ مع الماء بدرجة حرارة منخفضة.

(2) هالوجينات الزينون

– يتفاعل الزينون مباشرة مع الفلور مشكلاً حسب شروط التجربة المركبات الآتية كما يلي:

XeF₂ , XeF₄ , XeF₆

(أ) ثنائي فلوريد الزينون XeF₂

– ينتج من إمرار مزيج تكون النسبة (Xe / F = 1 / 4) في أنبوب من النيكل بدرجة حرارة 400م^o.

– ويشكل XeF₂ مع خماسي فلوريد الأنتيمون SbF₅ مركبات من نوع XeF₂.nSbF₅ حيث n تساوي: 0,5، 1، 2، 3، 4، 5، 6.

(ب) رباعي فلوريد الزينون XeF₄

– يحضر هذا المركب بتسخين مزيج مكون من حجم واحد من الزينون وخمسة أحجام من الفلور (Xe / F = 1 / 5) في أنبوب من النيكل في الدرجة 400م^o أيضاً ولكن تحت ضغط 13 جو.

– إن رباعي فلوريد الزينـون مؤكسد قوي كما يتضح في التفاعلات التالية التي يتحرر منها الزينون.

XeF₄ + 4KI → Xe + 2I₂ + 4KF

XeF₄ + Pt → Xe + PtF₄

– أما في حالة SF₂ يكون كما يلي:

XeF₄ + 2SF₂ → Xe + 3SF₆ 

– يشكل XeF₄ بانحلاله في خماسي فلوريد الأنتيمون SbF₅ مركبات من نوع XeF₄.nSbF₅ و XeOF₄.nSbF₅

(جـ) سداسي فلوريد الزينون XeF₆

– ينتج من تفاعل الزينون مع كمية زائدة من الفلور تحت ضغط 200 جو في درجة حرارة حوالي 400 م^o.

– يتفاعل هذا المركب مع الماء مشكلاً أحد المركبين التاليين XeOF₄ أو XeO₃ حسب كمية الماء المتفاعلة كما بالمعادلات الآتية:

XeF₆ + H₂O → XeOF₄ + 2HF

XeF₆ + 3H₂O → XeO₃ + 6HF

– يتفاعل XeF₆ مع أملاح فلوريدات المعادن الأساسية عدا LiF كما بالتفاعل التالي:

  MF + XeF₆ → MXeF₇

– كما XeF₆ يتفاعل مع أكسيد السيليكون كما بالمعادلة التالية:

2XeF₆ + SiO₂ → 2XeOF₄ + SiF₄ 

– يلعب XeF₆ دور العامل المانح للقلوية في عدة تفاعلات مثل:

 ^–XeF₆ + PtF₅ → XeF₅⁺ + PtF₆

 – إن تفاعلات الفلور مع الزينون في الحالات السابقة جميعها ناشرة للحرارة.

استخدامات الزينون Uses of Xenon

– رغم أن الزينون نادر وباهض الثمن لصعوبة استخلاصه من الغلاف الجوي للأرض فإنّ له عدة استخدامات منها:

(1) التصوير: إذ يمكن استخدام انبعاثات (جاما) من Xe¹³³ لتصوير القلب الرئتين والدماغ، ويستعمل النظير Xe¹²⁹ لتصوير المساحات الفارغة مثل: صورة تجاويف في الحويصلات الهوائية في الرئتين.

(2) التخدير: استعمل الزينون كمخدر عام على الرغم من أنه مكلف.

(3) صناعة المصابيح: يستعمل الزينون في ملء زجاجات المصابيح الكهربائية ذات الاستخدام الخاص، حيث تعطي إضاءة قوية تقارب في سطوحها ضوء الشمس، يستعمل أيضاً في صناعة فلاش كاميرات أجهزة التصوير المتطورة.

(4) علاوة على ذلك تقوم مصابيح الزينون بتطهير الهواء في الغرفة.

(5) يستخدم الزينون في أجهزة الليزر القوية التي يمكن أن تقتل البكتيريا

(6) لدفع المركبات الفضائية، يتم استخدام الزينون في بعض محركات الصواريخ التي تنتج تيارات من الذرات المكهربة سريعة الحركة

(7) يضيء بشكل ساطع مما يجعله مفيدًا في المصابيح القوية جدًا، مثل تلك المستخدمة في أجهزة عرض الأفلام والمصابيح الأمامية للسيارات.

تأثير الزينـون في جسم الإنسان

– غاز الزينون غير ضار عند استنشاقه ويمكن استخدامه كمخدر.

– العديد من المركبات المحتوية على الأكسجين والزينون تعتبر سامة وذلك بسبب خصائص قوة أكسدتها ومتفجرة بسبب ميلها لكسر الروابط في الزينون.

المراجع: دراسة كيميائية تحليلية مفصلة لعناصر الجدول الدوري / الأستاذ الدكتور حسن بوزيّان أستاذ بقسم الكيمياء بالمدرسة العليا للأساتذة / الجزء الأول / أبريل 2017 / الجزائر.