54, Xenon (Xe)

gr. xenos = fremd

Das Element Xenon:

         
  Br Kr Rb  
  I Xe Cs  
  At Rn Fr  
         
 
   
   
   
   
   
   
   
Natürliche Entstehung von Xenon (Nukleosynthese): Xenon entsteht bei den Nukleosynthesen mit insgesamt neun Isotopen, die zusammen das natürliche Isotopengemisch bilden. Davon werden zwei Isotope durch γ-Prozesse, zwei Isotope ausschließlich durch s-Prozesse und die vier übrigen Isotope sowohl durch s- als auch durch r-Prozesse gebildet. Das häufigste Xenon-Isotop ist Xe-132 mit 26,9%, gefolgt von Xe-129 mit 26,4%, Xe-131 mit 21,23%, Xe-134 mit 10,44%, Xe-136 mit 8,86%, Xe-130 mit 4,08%, Xe-128 mit 1,91%, Xe-124 mit 0,095% und Xe-126 mit 0,089%. Im Isotopengemisch des Xenon haben also knapp die Hälfte aller Kerne eine ungerade Nukleonenzahl, wobei diese auf zwei Isotope entfallen. Dies ist ein seltenes Merkmal, da meist die Nuklide mit gerader Nukleonenzahl stets deutlich überwiegen.

Die Xenon-Synthese:
124Xe-Synthese:
(γ-Prozess)

124Te + 2,86 MeV → 124Xe + 2β-

126Xe-Synthese:
(γ-Prozess, selten s-Prozess)

126Te + 0,90 MeV → 126Xe + 2β-

124Xe + 2n → 126Xe + 17,65 MeV

128Xe-Synthese:
(nur s-Prozess)

127I + n → 128Xe + β- + 8,95 MeV

129Xe-Synthese:
(s- und r-Prozess)

128Xe + n → 129Xe + 6,91 MeV

56Fe + 73n → 129Xe + 28β- + 617 MeV

130Xe-Synthese:
(nur s-Prozess)

129Xe + n → 130Xe + 9,26 MeV

131Xe-Synthese:
(s- und r-Prozess)

130Xe + n → 131Xe + 6,61 MeV

56Fe + 75n → 131Xe + 28β- + 633 MeV

132Xe-Synthese:
(s- und r-Prozess)

131Xe + n → 132Xe + 8,94 MeV

56Fe + 76n → 132Xe + 28β- + 642 MeV

134Xe-Synthese:
(s- und r-Prozess)

132Xe + 2n → 134Xe + 14,99 MeV

56Fe + 78n → 134Xe + 28β- + 657 MeV

136Xe-Synthese:
(s- und r-Prozess)

134Xe + 2n → 136Xe + 14,44 MeV

56Fe + 80n → 136Xe + 28β- + 672 MeV



Radioaktivität: Drei der neun Isotope des Xenon haben eine, wenngleich auch überaus schwache, Radioaktivität. Xe-124 zerfällt dabei durch doppelten K-Einfang zu Te-124 (in Umkehrung seiner nukleosynthetischen Bildung), Xe-134 und Xe-136 zerfallen durch Doppelbeta-Emission zu Ba-134 bzw. Ba-136. Die Halbwertszeiten der letztgenannten beiden Nuklide liegen in Bereichen, die das Millionenfache des Alters des Universums darstellen, Xe-124 hat eine Halbwertszeit von 160 Billionen Jahre, weswegen die Aktivitäten entsprechend gering sind: So hat 1 kg natürlcih zusammengesetztes Xenon eine Aktivität von 0,63 Bq, welche faktisch komplett vom Xe-124-Anteil stammt. Natürlich zusammengesetztes Kalium strahlt um den Faktor 50.000 stärker, wodurch deutlich wird, wie bedeutungslos die Radioaktivität von Xenon wirklich ist.
Vorkommen von Xenon: Am Aufbau des Universums ist Xenon mit durchschnittlich 10 μg/kg beteiligt (Rang 35); es ist häufiger, als es aufgrund seiner Masse zu erwarten wäre. Auf der Erde ist sein Vorkommen, so wie das aller anderen Edelgase auch, abgereichert. Xenon, Krypton und Neon werden im Ggs. zu Argon und Helium nicht radiogen nachgebildet. Daher wird der Xenon-Anteil der Luft im Laufe der weiteren Erdgeschichte immer weiter absinken.

In der Atmosphäre ist Xenon zu 0,39 mg/kg enthalten (3,9•10-5 Massen-%, 8,9•10-6 Volumen-%). Es ist damit das seltenste nichtradioaktive Element (Rang 83).
Xenon-Gewinnung: Xenon wird, wie auch die anderen Edelgase mit Ausnahme von Radon und Helium, ausschließlich durch das Linde-Verfahren (Luftverflüssigung) und anschließende Rektifikation und fraktionierende Destillation rein dargestellt: Bei der ersten Rektifikation wird aus der flüssigen Luft eine (schwere) Sauerstoff-Fraktion und eine (leichte) Stickstoff-Fraktion erhalten. Aus der Sauerstoff-Fraktion verbleibt nach dem Abtrennen des Sauerstoffs ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden, Schwefelhexafluorid, Tetrafluormethan, FCKW, Krypton und Xenon. Durch Behandlung des Gemisches mit Mikrowellen und Überleiten über Platin-Katalysatoren gelingt es, diese Verbindungen zu cracken und in Vebindungen zu überführen, die durch Auswaschen mit Natronlauge entfernt werden können. Der ebenfalls entstehende Stickstoff verbleibt bei der anschließenden Verflüssigung als einziger gasförmiger Bestandteil, während Krypton (Sdp. -153°C) und Xenon (Sdp. -108°C) kondensieren. Die beiden Elemente lassen sich durch eine weitere Rektifikation und fraktionierende Destillation effektiv voneinander trennen.

Alternativ zur Rektifikation und Destillation des Stickstoff-Krypton-Xenon-Gemisches ist es auch möglich, Xenon an bestimmte Medien zu absorbieren und anschließend freizusetzen, an welchen Krypton schwerer absorbierbar ist.

Die Gewinnung von Xenon:

Schema Linde-Verfahren.[1]

Schema Edelgas-Gewinnung.[1]

Schema: Xenon-Gewinnung[1]


Chemie von Xenon: Xenon hat mit Elektronenkonfiguration [Kr] 5s2 4d10 5p6 eine vollständig abgeschlossene f¨nfte Schale. Dadurch bedingt ist es, gleich allen anderen Edelgasen auch, sehr reaktionsträge. Im Gegensatz zu alle seinen leichteren Homologen, sind jedoch von Xenon exotherm gebildete, thermodynamisch stabile Verbindungen bekannt. Xenon hat im Vergleich zu den übrigen Edelgasen eine vergleichweise umfangreiche Chemie.

Fluoride. Mit elementarem Fluor reagiert Xenon unter 2 bar Druck oberhalb 400°C in Anwesenheit von Nickel als Katalysator zu Xenon(II)fluorid. Dieses kann unter 5 bis 6 bar Druck im Fluor-Üerschuss weiter zu Xenon(IV)fluorid fluoriert werden. Unter Verwendung noch höherer Drücke (>60 bar) und einem noch größerem Fluor-Überschuss entsteht Xenon(VI)fluorid. Alle diese Verbindungen sind exotherm.

Fluoridoxenon(at)-Komplexe. Xenon(II)fluorid ist ein Fluorid-Ionen-Donator, so dass es mit Fluorid-Ionen-Akzeptoren stabile Salze zu bilden vermag (z.B. [XeF][SbF6). Xenon(VI)fluorid ist ein starker Fluorid-Ionen-Akzeptor, und bildet viele stabile Salze mit den Ionen XeF7- und XeF82-. So ist Cäsiumoctafluoridoxenonat(VI) bis 400°C thermisch stabil! Xenon(IV)fluorid ist weder ein starker Fluorid-Ionen-Akzeptor noch ein -Donator, es sind jedoch auch Salze mit XeF3+ bzw. XeF5- bekannt.

Oxide und Sauerstoffsäuren des Xenon. Von Xenon sind Xenon(II)oxid, Xenon(IV)oxid, Xenon(VI)oxid und Xenon(VIII)oxid bekannt. Sie alle können allerdings nicht direkt aus den Elementen, sondern nur durch Hydrolyse der Fluoride erhalten werden. Xenon(II)oxid und Xenon(IV)oxid sind instabil; sie disproportionieren bei ihrer Darstellung weiter zu Xenon und Xenon(VI)oxid. Xenon(VI)oxid reagiert in Wasser unter Bildung der (schwachen) Xenonsäure, von welcher sich Xenonate (mit den Anionen XeO42- und HXeO4-) ableiten. Saure Lösungen der Xenonate sind nicht sehr lange haltbar, sie zersetzen sich zu Xenon, Sauerstoff und Wasser. Im alkalischen Bereich tritt Disproportion zu Xenon und Perxenonaten(VIII) ein. Durch vorsichtiges Ansäueren von Perxenonaten(VIII), HXeO63-, mit Schwefelsäure, ist die Perxenonsäure, H4XeO6 zugänglich, welche sich aus zum explosiven Xenontetraoxid entwässern lässt.

Chloride des Xenons sind bisher in Substanz unbekannt. Es sind jedoch Verbindungen zugäglich, die Chloridoxenon-Kationen (in Gegenwart nicht oxidierbarer, extrem schwach lewis-basischer) mit Anionen, wie etwa SbF6- enthalten.

Andere Xenon-Verbindungen. Es sind bereits Verbindungen dargestellt worden, die Bindungen des Edelgases an Gold, Kohlenstoff und Stickstoff enthalten.
Verwendung von Xenon und seinen Verbindungen : Xenon ist relativ teuer in seiner Gewinnung, weswegen es nur für wenige technische Anwendungen gebraucht wird.

  • Xenon-Gasentladungslampen haben ein dem Tageslicht sehr ähnliches Spektrum, wobei sie gleichzeitig relativ wenig Energie benötigen, um die dafür notwendige Temperatur zu erzeugen. Solche Lampen werden in Autoscheinwerfern, Flutlichtanlagen, Blitzlichtern u. ä. verwendet.
Verwendungen von Xenon

Gasentladungsröhre[2]

Höchstdruck-
Gasenetladungslampe[2]


Sonstiges:
Xenon-133 ist ein Radionuklid, welches bei der Uran-Kernspaltung entsteht. Da es chemisch ja inert ist, bindet es sich an kein anderes Element, ist also stets flüchtig. Bei den Reaktorkatastrophen von Tschernobyl (23.04.1986) bzw. Fukushima (11.03.2011) wurden große Mengen dieses Nuklids frei, welche als radioaktive Wolke um den kompletten Globus zogen. Xenon-133 hat eine Halbwertszeit von 5 Tagen (vergleichbar mit dem ebenfalls bei Reaktorkatastrophen in großen Mengen freiwerdenden Iod-131), weswegen es binnen 50 Tagen abgeklungen ist (Zerfall zu Cs-133). Anhand der Detektion dieses Nuklids war die Ausbreitung der Radionuklide sehr gut verfolgbar.

133Xe → 133Cs + β-; T½ ~ 5 Tage 6 Stunden



133Xe-Emission nach der Katastrophe von Fukushima (April 2011)[4]
Quellen: [1] Bildquelle: Eigenes Bild. Dieses Bild darf unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz frei verwendet werden. Bei Verwendung bitte einen Link auf mein Web-Angebot setzen.

[2] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Pslawinski. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[3] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Atlant. Das Bild ist unter den Bedingungen der Creative Commons Lizenz freigegeben.

[4] Bildquelle: http://www.transport.nilu.no.