Как получить ксенон в домашних условиях

Добавил пользователь Skiper
Обновлено: 20.09.2024

После того как были открыты гелий, неон, аргон и криптон, завершающие четыре первых периода таблицы Менделеева, уже не вызывало сомнений, что пятый и шестой периоды тоже должны оканчиваться инертным газом. Но найти их удалось не сразу. Это и неудивительно: в 1 м 3 воздуха 9,3 л аргона и всего лишь 0,08 мл ксенона.

Но к тому времени стараниями ученых, прежде всего англичанина Траверса, появилась возможность получать значительные количества жидкого воздуха. Стал доступен даже жидкий водород. Благодаря этому Рамзай совместно с Траверсом смог заняться исследованием наиболее труднолетучей фракции воздуха, получающейся после отгонки гелия, водорода, неона, кислорода, азота и аргона. Остаток содержал сырой (то есть неочищенный) криптон. Однако после откачки его в сосуде неизменно оставался пузырек газа. Этот газ голубовато светился в электрическом разряде и давал своеобразный спектр с линиями в областях от оранжевой до фиолетовой. В поисках нового элемента и для изучения его свойств Рамзай и Траверс переработали около ста тонн жидкого воздуха. Индивидуальность ксенона как нового химического элемента они установили, оперируя всего 0,2 см 3 этого газа. Необычайная для того времени тонкость эксперимента!

Синтез первых соединений ксенона поставил перед химиками вопрос о месте инертных газов в периодической системе. Прежде благородные газы были выделены в отдельную нулевую группу, что вполне отвечало представлению об их валентности. Но, когда ксенон вступил в химическую реакцию, когда стал известен его высший фторид, в котором валентность ксенона равна восьми (а это вполне согласуется со строением его электронной оболочки), инертные газы решили перенести в VIII группу. Нулевая группа перестала существовать.

Свойства ксенона

Ксенон, как и все инертные газы VIII группы таблицы Менделеева, состоит из одноатомных молекул, не имеет ни запаха, ни цвета, не горит и не поддерживает горение, не взрывоопасен, слабо растворяется в воде и очень быстро выделяется из организма через легкие.

Как инертный газ он благороден, никакой биотрансформации в организме не подвергается, не вступает ни в какие химические реакции. Инертность Хе обусловлена насыщенностью внешней электронной оболочки, электронные конфигурации его предельно замкнуты и максимально прочны. Порядковый номер Хе — 54, молекулярный вес —131,29. Плотность при 0 °С и 1 Ата составляет 5,89 кг/м 3 , что в 4 раза выше, чем у воздуха и в З,2 раза выше, чем у N₂О.

Ксенон в природе

Ксенон находится в земной атмосфере в крайне незначительных количествах, 0.087±0.001 миллионной доли (μL/L), а также встречается в газах, испускаемых некоторыми минеральными источниками. Некоторые радиоактивные виды ксенона, например, 133 Xe и 135 Xe , получаются как результат нейтронного облучения ядерного топлива в реакторах.

Ксенон относительно редок в атмосфере Солнца, на Земле, в составе астероидов и комет. Концентрация ксенона в атмосфере Марса аналогична земной: 0,08 миллионной доли, хотя содержание 129 Xe на Марсе выше, чем на Земле или Солнце. Поскольку данный изотоп образуется в процессе радиоактивного распада, полученные данные могут свидетельствовать о потере Марсом первичной атмосферы, возможно, в течение первых 100 миллионов лет после формирования планеты. У Юпитера, напротив, необычно высокая концентрация ксенона в атмосфере — почти в два раза выше, чем у Солнца.

Получение ксенона

Основным источником промышленного производства ксенона является воздух, где в 1000 м 3 содержится 86 см 3 ксенона. В России и странах СНГ уровень годового промышленного производства чистого ксенона составляет около 1500 м 3 .

В промышленности ксенон получают как побочный продукт разделения воздуха на кислород и азот. После такого разделения, которое обычно проводится методом ректификации, получившийся жидкий кислород содержит небольшие количества криптона и ксенона. Дальнейшая ректификация обогащает жидкий кислород до содержания 0,1–0,2% криптоноксеноновой смеси, которая отделяется адсорбированием на силикагель или дистилляцией. Как заключение, ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделен дистилляцией на криптон и ксенон.

Основными поставщиками сырья (криптон-ксенонового концентрата) являются крупные промышленные центры металлургической промышленности России. Для получения чистого ксенона используется криптон-ксеноновый концентрат, который подвергается криогенной ректификации на газоразделительных установках, обеспечивающих получение ксенона высокой чистоты (99,999%). Из-за своей малой распространенности ксенон гораздо дороже более легких инертных газов.

Ксенон на практике

Несмотря на высокую стоимость, ксенон незаменим в ряде случаев. Ксенон используют для наполнения ламп накаливания, мощных газоразрядных и импульсных источников света (высокая атомная масса газа в колбах ламп препятствует испарению вольфрама с поверхности нити накаливания).

Радиоактивные изотопы (127 Xe , 133 Xe , 137 Xe и др.) применяют в качестве источников излучения в радиографии и для диагностики в медицине, для обнаружения течи в вакуумных установках. Фториды ксенона используют для пассивации металлов.

Ксенон как в чистом виде, так и с небольшой добавкой паров цезия-133, является высокоэффективным рабочим телом для электрореактивных (главным образом — ионных и плазменных) двигателей космических аппаратов.

С конца XX века ксенон стал применяться как средство для общего наркоза (достаточно дорогой, но абсолютно нетоксичный, точнее — не вызывает химических последствий — как инертный газ). Первые диссертации о технике ксенонового наркоза в России появились в 1993 г. В качестве лечебного наркоза ксенон эффективно применяется для снятия острых абстинентных состояний и лечения наркомании, а также психических и соматических расстройств.

Фториды и оксиды ксенона предложены в качестве мощнейших окислителей ракетного топлива, а также в качестве компонентов газовых смесей для лазеров.

В изотопе ксенон-129 возможно поляризовать значительную часть ядерных спинов для создания состояния с сонаправленными спинами — состояния, называемого гиперполяризацией.

Ксеноновые лампы не так давно вторглись в нашу жизнь. Очень большую популярность они обрели благодаря автомобилям с ксеноновыми фарами. Самый главный козырь ксеноновых ламп — это их яркое свечение. Как же работает ксеноновая лампа? Любая ксеноновая лампа состоит из стеклянной герметизированной колбочки, заполненной газом ксеноном

Внутри газ ионизируется с помощью дугового разряда. Если кто не помнит, что такое дуговой разряд, вспомните школьный курс физики за восьмой класс. Думаю, все вы учились в нормальной школе, где есть адекватный учитель физики. Самый крутой прибор у учителя физики — это конечно же высоковольтный генератор. Может помните, крутишь-крутишь-крутишь и ба-бах! Маленькая молния! Так вот, эта маленькая молния и есть дуговой разряд.

Как только газ ионизировался после дугового разряда, он начинает светиться. Поэтому в ксеноновых лампах вы не найдете спираль накаливания, как у простых лампочек. В ксеноновых лампах светится сам газ ксенон.

Как зажечь ксеноновую лампу в домашних условиях

Не так давно с Китая пришел комплект ксенона. Для того, чтобы питать нашу лампочку, нам потребуется мощный 12-вольтовый блок питания либо автомобильный аккумулятор на 12 Вольт

Итак, рассмотрим три составляющие ксеноновых фар.

и сама ксеноновая лампочка

Как это все работает?

Для того, чтобы разжечь ксеноновую лампу, первым в дело идет блок розжига. Он создает напряжение до 25 000 Вольт(!) и ионизирует газ ксенон в течение 3-5 секунд. А где есть ионы, там может течь электрический ток ;-). Не вздумайте вскрывать при светящейся лампочке блок розжига, иначе есть риск получить удар электрическим током!

Собираем все как написано в китайской схеме подключения ксенона и включаем блок питания. Камера автоматически погасила яркость, иначе бы фотография была бы полностью засвечена. Если приглядеться, то можно заметить, что весь свет идет именно из середины лампы, где у нас находится колба с ксеноном

Итак, сколько же потребляет наша лампочка? P=UI, где U — напряжение, I — сила тока. На моем амперметре нет шунтирующего резистора, поэтому его показания делим на 10.

Получаем, что одна лампочка ксенона кушает 2,7 Ампера. Значит мощность, которую кушает лампочка составляет 13 х 2,7 = 35,1 Ватта. Неплохо)

Плюсы и и минусы ксеноновых ламп

Плюсы

Малое потребление силы тока. Кушает стандартная ксеноновая лампочка порядка не более 35 Ватт. Есть лампы и на 55 Ватт. Поверьте — это копейки!
Яркость. Ксенон по яркости переплевывает даже галогенные лампы.
Срок службы. Ксеноновые лампы светят от 2000-4000 часов, в отличие от галогенных ламп, которые светят максимум 500 часов.
Большой ассортимент ксенона по световой температуре. В основном используют холодный белый (6000К), так как его спектр излучения почти совпадает с солнечным. При выборе ксенона не забудьте об этом параметре. Вот небольшая таблица:

Минусы

Время розжига. В течение 3-5 секунд он будет моргать, а через секунд 30 начнет светить по полной.
Необходимость блока розжига и балласта. Без них лампочка гореть не будет.
Дороговизна. Комплект фар на авто, даже если заказывать с Китая, выходит не меньше 1500 рублей на момент написания статьи.

Заключение

В настоящее время идет борьба с самопальными ксеноновыми фарами, который устанавливают себе на ВАЗы типа крутые пацанчики. Думаю, все автолюбители помнят этот момент, когда навстречу едет такой крутой тип на своем тазике и светит прямо в глаза. В этот момент хочется проклинать все на свете, потому что даже с закрытыми глазами вы можете прочувствовать всю мощь ксенона.

Но с другой стороны, если вы хотите сделать крутой и яркий прожектор, то почему бы не воспользоваться ксеноновой лампой? В среднем простой китайский ксенон будет светить 1000-2000 часов. 1000 часов — это 41 сутки подряд. Очень неплохой показатель.

Где купить ксеноновые фары

Комплект ксенона вы можете глянуть на Али здесь. Выбирайте на ваш вкус и цвет.

Сейчас также в тренде лампы на светодиодах:

Светят также ярко, как и ксенон, но здесь уже не надо заморачиваться насчет блока розжига и балласта.

Раз ты на нашем сайте, значит ты понимаешь в радиоэлектронике. Заходи в раздел — интересные электронные схемы. Точно не будет скучно.

В настоящее время инертные газы получили широкое распространение в самых различных сферах человеческой жизни. Не является исключением и газ ксенон – один из самых необычных химических элементов, известных науке. Он представляет собой так называемый благородный газ, состоящий из молекул с одним атомом, который не обладает каким-либо запахом, вкусом или цветом. Кроме того, он не горит, не приводим к взрывам и является относительно безопасным для человека.

В природе этот химический элемент представлен в крайне малых количествах. Очень незначительные запасы такого вещества сосредоточены в земной коре и атмосфере нашей планеты. Кроме того, как известно современным ученым, он занимает невысокие позиции по своей распространенности и в космосе. Возможно, именно по этой причине этот элемент долгое время оставался неизвестным науке и был открыт лишь в конце 19-го века.

Ключевой особенностью газа ксенона, которая отличает его от многих других инертных газов, является его способность вступать в химические реакции с образованием ковалентных связей. Это первый благородных газ, с помощью которого удалось получить химические соединения, например, такие как дифторид ксенона. Кроме того, он обладает и другими особенностями, которые позволяют применять его в самых различных направлениях деятельности.

Использование в источниках света

Различные виды ламп создаются с применением газообразных веществ, которые позволяют создать внутри такого изделия соответствующие условия. При создании источников света применяется и ксенон. Им наполняют некоторые виды ламп накаливания, а также высокомощные импульсные и газоразрядные лампы. Некоторые из них способны создавать по-настоящему мощное свечение, так как окруженная Xe электрическая дуга создает очень яркий свет.

Очень часто лампы с Xe применяются при создании кинопроекторов, а также софитов для концертного и театрального оборудования. Это вещество все чаще используется в качестве аналога ртути в лампах, предназначением которых является получение ультрафиолета. Еще одно его свойство заключается в том, что из-за высокой атомной массы он препятствует испарению вольфрама с поверхности нити накаливания (находясь внутри колбы лампы).

Применение в области медицины

В конце 20-го века впервые были проведены испытания медицинского ксенона, которые показали, что он является безопасным и эффективным средством для наркоза и обезболивания. Это связано с тем, что при правильной концентрации такой газ является полностью безопасным для человека. Он не вступает в какие-либо химические реакции и быстро выводится из организма.

В настоящее время его активно применяют в различных странах мира. Например, с конца 90-х годов он официально разрешен для использования в качестве анестезии на территории Российской Федерации, а в середине 2000-х годов получил разрешение и в странах-членах Европейского Союза. Если вас интересует возможность применения газов и их смесей в медицине, то предлагаем вам прочесть отдельную статью, посвященную этой теме.

Как газ ксенон применяется в сфере покорения космоса?

Обладая самой высокой стабильностью среди других тяжелых инертных газов, этот химический элемент применяется в качестве рабочего тела в:

ионных реактивных двигателях;
плазменных реактивных двигателях.

Для этих целей его используют преимущественно в чистом виде. При этом очищенные от различных посторонних добавок благородные газы могут обладать достаточно высокой стоимостью. Узнать с чем это связано вы можете в нашем материале, посвященном теме глубокой очистки газов.

Ионные и плазменные реактивные двигатели в настоящее время используются в современных и высокомощных космических кораблях, основным назначением которых является изучение планет Солнечной системы.

Кроме того, вас может заинтересовать и другой инертный газ – криптон, прочесть о применении которого вы можете здесь.

В чем заключается сложность получения ксенона?

Во-первых, в атмосфере Земли этот элемент является очень редким, поэтому его добыча в чистом виде невозможна. Во-вторых, технология его получения очень сложная и дорогостоящая. Его добывают как побочный продукт в процессе производства жидкого кислорода, а также при искусственном разделении воздуха на кислород и азот. Ученые ищут новые способы получения Xe, которые были бы более эффективными и безопасными в плане экологии.

Выводы

Xe – это инертный тяжелый газ, который обладает особыми качествами и широко применяется в различных сферах жизни, в том числе в медицине, науке и технике. Единственная сложность заключается в трудоемком процессе его получения, а, следовательно, высокой стоимости.

Не для кого не секрет, что ксеноновая лампа и галогеновая лампа ничего общего между собой не имеют, кроме лишь того, что обе из них светятся. Тем не менее, некоторые считают, что они взаимозаменяемы, вынимая галогенку из рефлектора или галогеновой линзы, и вставляя туда HID лампу.

Объясню, почему это не так.

1. Расфокусировка. Нить накаливания в галогенной лампе и зона горения дуги в HID лампе находятся в разных точках и они разного размера, следовательно попадания в фокус не будет, как бы Вы этого не хотели. Но это только полдела.

2. Свет выше СТГ(светотеневая граница). Галогеновая лампа дает засветку выше СТГ почти всегда, но силу того, что световой поток в такой лампе много меньше, чем у HID — этот свет не ослепляет встречных водителей, а вежливо подсвечивает знаки.
Исключение — галогеновая линза, однако там все равно зачастую имеется лапка подсветки дорожных знаков, которая все равно дает небольшой свет выше СТГ.

Параболический отражатель и отражатель свободной формы составляют основу отражательных (рефлекторных) фар, в которые гейксенорасты любят пихать свои китайские гейлампы. Отражатель свободной формы разделен на отдельные участки (вертикальные, радиальные), которые имеют свое фокусное расстояние и оптимизированы на определенный характер отражения света.

Работа рефлекторов

Как видно на стене (см.фото ниже) — свет выше СТГ на галогеновых фарах есть, по интенсивности он в пределах допуска, так как яркость галогеновой лампы априори небольшая, а все ~55 Вт потребляемой мощности уходят (по большей части) в тепло. Назовем зону засветки выше СТГ точкой А.

Так вот, если мы ставим HID лампу с много бОльшей интенсивностью в рефлектор, то получаем в точке А засветку по яркости равную СФОКУСИРОВАННОМУ В ГЛАЗА ГАЛОГЕНУ, ТО ЕСТЬ ДАЛЬНИЙ СВЕТ (при включенном ближнем). Вот и вся физика ослепления.

И ОТДЕЛЬНО ДЛЯ СКАЗОЧНЫХ ОЛЕНЕЙ ФАКТ, КОТОРЫЙ СЕЙЧАС СЛОМАЕТ ВСЕ СТЕРЕОТИПЫ:

"Я опустил, чтоб не слепить" в данном случае НЕ РАБОТАЕТ. Вы опускаете СТГ, а не засветку выше СТГ. Это физика! В итоге, на опущенных полностью фарах получаем такой же дальний в глаза встречки, и ещё сильно опущенную вниз зону с псевдофокусом. Итог — сам дурак ничего не видит и других слепит.

Есть также более "умные" особи, которые слышат звон "ксенон в линзах", но не поняв, где он, втыкают в галогеновую линзу ксенон…

Мы получаем засветку в бесконечность вправо, а также выше СТГ

Следовательно, если мы едем сзади за человеком, то слепим его в салонное зеркало, в правое зеркало заднего вида, плюс всех, кто едет справа.
(Посвящается также владельцам псевдоксеноновых линз ВИЗАНТ)

Смотрим ниже на правильное расположение СТГ в случае с ксеноновой линзой.

Правильная граница света при использовании HID лампы
Ну и на закуску сравнение света галогеновых линз с гейксеноном и ксеноновых линз:

Информация взята у godkim — также, много что интересного можно прочитать про свет, ксенон, линзы и т.д.

UPD:
Речь шла об установке ксенона в линзы под галоген, а вот пример установки ксенона в обычную фару:

Получаем самое злостное ослепление, СТГ вообще как нет))

April 11, 2015 Tags: ксенон , колхозный ксенон , правильный ксенон , линзы для ксенона , ксенон и галоген

Читайте также: