Спектр какого типа наблюдается у излучения атомарного ксенона
Опубликовано: 15.05.2024
Для лучшего понимания как светят различные автомобильные источники света собрал здесь информацию о спектрах излучения.
Для начала спектр солнца:
Вот так видят наши глаза солнечный свет, благодаря Дарвину и милионам лет, сформировавшим наше зрение. Запомните что человеческий глаз имеет наибольшую чувствительность в районе 555нм (зелёный цвет).
Галогеновый источник излучает в видимом спектре со сдвигом в красную и инфракрасную сторону (отдаёт теплом):
Ксеноновая лампа даёт дискретный спектр и бесполезное излучение в УФ-диапазоне, которое гасится стеклом лампы (китай не в счёт).
В связи именно с отсутствием ультрафиолетового фильтра китайские лампы убивают оптику. Будь то отражатель или покровной поликарбонат, который превращается в мелкую сеточку трещин и фары просто перестают светить.
Дальше посмотрим что нас ожидает в ближайшем будущем — светодиодные источники белого света:
Теперь в двух словах: спект излучения ксеноновых ламп близок к солнечному (общая сложенная картина), сильно дискретный, что искажает цветовую картину, но всё это слихвой окупается гораздо большим излучением, посему поездка с правильным линзованным ксеноном доставляет удовольствие в тёмное время суток без существенного напряжения зрения.
Светодиоды недотягивают в спектре лучшей различимости и светят в зоне более энергоёмкого света (синего), который легче рассеивается и вызывает ослепление (блики и рассеяное свечение именно синее). Да и LED-источники по яркости проигрывают ксенону, посему пока что ночная поездка с ними будет сопровождаться излишним напряжением глаз.
По поводу сложных условий движения — туман, как известно более длинные волны будут дальше пробираться сквозь мельчайшие капельки, а более короткие разбиваться водяной пылью на еще более короткие и тем самым создавая завесу из света, а по сему новые источники света с их большим количеством люмен оказываются практически бесполезны.
Поэтому производители до сих пор туманки делают галогеновыми, в новых же моделях и вовсе отказываются от них, отдавая предпочтение заглядывающей в повороты головной оптике. Да конечно, есть варианты экспериментирования, к примеру на Lexus LS 600h туманки выполнены линзованными ксеноновыми модулями и то скорей всего потому что головной светодиодный свет попросту недотягивает даже до ксенона в сложных условиях движения.
О том во что непосредственно выливаются спектральные картины:
Есть такое понятие как индекс цветопередачи, CRI (Color Rendering Index), это относительная величина, показывающая на сколько хорошо видны другие цвета в свете данного источника.
К примеру в синем свете будут плохо различимы объекты синего цвета, в жёлтом свете — объекты жёлтого цвета.
Так вот при сравнении сколлерированных источников света получаем следующие цифры индекса цветопередачи:
Солнце — 100,
Галоген — 97,
Ксенон 4300K — 75,
Светодиоды 5000K — 85.
Это означает что при ксеноновом источнике света мы будем хуже определять достоверный цвет предмета, но поверьте, ночью в движении это не так уж и важно. Важно видеть и видеть далеко.
Описание слайда:
Дисперсия света. Цвета тел. Типы оптических спектров.
Описание слайда:
В 1666 г. И. Ньютон, занимаясь усовершенствованием телескопов, обратил внимание на то, что изображение, получаемое с помощью объектива телескопа, окрашено по краям. Предполагая, что это может быть связано с преломлением света, он направил узкий пучок солнечного света, образованного отверстием в ставне, на грань стеклянной призмы, установленной в тёмной комнате.
Разноцветную полоску, которая образуется при прохождении солнечного света через призму, Ньютон назвал спектром (от лат. spectrum — «видение»). В спектре Ньютон выделил семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.
Явление разложения света призмой Ньютон назвал дисперсией (от лат. dispersio — «рассеяние»).
Белый свет имеет сложный состав
Описание слайда:
Дисперсия света
показатель преломления среды n зависит от скорости света v в веществе:
n=c/v, где c — скорость света в вакууме.
Следовательно, пучок фиолетового цвета преломляется в большей степени, потому что фиолетовый цвет имеет в веществе наименьшую скорость. Красные же лучи преломляются меньше других, потому что их скорость в веществе наибольшая.
Дисперсией света называется зависимость показателя преломления вещества и скорости света в нём от частоты световой волны.
Описание слайда:
Цвет тела
Многообразие цветовой гаммы окружающего мира объясняется явлениями отражения и поглощения света.
зелёный цвет травы объясняется тем, что из падающего на неё света она отражает лишь лучи зелёного цвета, поглощая все остальные.
Зелёное стекло поглощает весь свет, кроме зелёного, красное – весь свет, кроме красного
Описание слайда:
Спектроскоп
Для разложения света в спектр используется призма 4 (явленеи дисперсии) . В трубе 2 (коллиматоре) имеется узкая щель 1, расположенная в фокальной плоскости линзы Л3. Благодаря этому на призму падает параллельный пучок света. Из призмы выходят цветные пучки света, параллельные между собой. Линза Л5 фокусирует параллельные лучи и даёт на экране 7 (окуляр) множество изображений щели — спектр. 6 – зрительная труба.
Описание слайда:
Типы спектров
Различают спектры излучения (испускания) и спектры поглощения.
Спектры излучения могут быть сплошными и линейчатыми.
Сплошной (непрерывный) спектр излучения состоит из всех спектральных цветов, непрерывно переходящих друг в друга. Его создают вещества в твёрдом и жидком состоянии, разогретые до высокой температуры
Линейчатый спектр излучения состоит из отдельных спектральных линий, каждой из которых соответствует определённая длина волны. Его излучают вещества, находящиеся в атомарном газообразном состоянии. Для получения линейчатого спектра исследуемое вещество нужно перевести в газообразное состояние и нагреть до высокой температуры.
Каждому химическому элементу присущ свой спектр излучения.
Спектры поглощения получают, пропуская белый свет через исследуемое вещество.
Атомы данного элемента поглощают световые волны тех же самых частот, на которых они излучают.
Описание слайда:
Описание слайда:
6. На столе стоит сервиз из белого фарфора. Белый цвет приборов сервиза говорит о том, что
А. белая эмаль, которой покрыты приборы, отражает свет всех длин волн видимого спектра
Б. белая эмаль, которой покрыты приборы, отражает свет всех длин волн, кроме белого цвета
В. белая эмаль, которой покрыты приборы, поглощает свет всех длин волн, кроме белого цвета
Г. белая эмаль, которой покрыты приборы, поглощает свет всех длин волн видимого спектра
7. Вставь пропущенное слово в соответствующем падеже.
После прохождения белого света через голубое стекло свет становится ______________.
Выбери правильное утверждение.
А. Это происходит из-за того, что
Б. это стекло поглощает в основном только световые волны голубого цвета
В. это стекло отражает световые волны голубого цвета
Г. это стекло пропускает в основном только световые волны голубого цвета
Д. световые волны других цветов в основном отражаются
Описание слайда:
8. Укажи утверждение, в котором содержится ошибка:
А. длина световой волны красного цвета в среде больше длины световой волны фиолетового цвета в этой же среде
Б. показатель преломления вещества зависит от частоты проходящей через него световой волны
В. чем меньше длина световой волны в среде, тем меньше показатель преломления среды для неё
Г. к цветам, составляющим оптический спектр, относятся такие цвета, как жёлтый и зелёный
9. Спектр какого типа изображён на рисунке?
1. сплошной спектр излучения
2. линейчатый спектр испускания
3. полосатый спектр излучения
4. линейчатый спектр поглощения
10 . Найди верн(-ое, -ые) утверждени(-е, -я):
А. исследуя линейчатый спектр излучения и поглощения вещества, можно определить, из каких элементов оно состоит;
Б. линейчатый спектр излучения дают вещества, находящиеся в атомарном газообразном состоянии.
и А, и Б только Б ни А, ни Б только А
Описание слайда:
11. Известно, что атомы ксенона излучают в видимой части спектра излучение, соответствующее длинам волн 467 и 462 нм. Какой (каким) длине (длинам) волн соответствует поглощение атомов ксенона?
А. 467 и 462 нм
Б. 467 нм
В. 462 нм
Г. волнам любой длины
12. Из трёх предложенных цветов выбери тот, который будет распространяться в веществе с большей скоростью ?.
13. Какого цвета нам будет казаться красная роза, если на неё смотреть сквозь зелёное стекло?
А. красного
Б. серого
В. синего
Г. чёрного
14. Является ли свет коричневого цвета монохроматическим?
А. является Б. не является
Описание слайда:
14. Рассмотри рисунки и найди тот, на котором показан линейчатый спектр поглощения:
А.
Б.
В.
15. На рисунке представлены спектры поглощения газов А и В и газовой смеси Б. Что можно сказать: о химическом составе газовой смеси Б?
А. Газовая смесь содержит газы А, В и другие неизвестные газы
Б. газовая смесь не содержит газы А и В, а содержит другой неизвестный газ
В. газовая смесь содержит газ А и другой неизвестный газ
Г. газовая смесь содержит газы А и В
Описание слайда:
Домашняя работа
П. 49, упр. 45
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Вторым фактором, сыгравшим решающее значение в формировании новых представлений о строении атома, было наблюдение линейчатых спектров излучения различных атомов. Исследования спектров излучения отдельных атомов (это, по сути, спектры излучения разряженных газов) показали, что для каждого элемента наблюдается характерный линейчатый спектр, состоящий из отдельных спектральных линий или групп близко расположенных линий. Линейчатые спектры излучения атомов невозможно было объяснить с позиций классической электродинамики.
Спектром излучения называется распределение интенсивности излучения газа, жидкости или твердого тела в зависимости от длины волны (энергии, частоты) этого излучения. Все спектры можно разделить на три типа: сплошные, линейчатые и полосатые.
Сплошной, или непрерывный, спектр —это спектр электромагнитного излучения, распределение энергии в котором характеризуется непрерывной функцией частоты излучения или длины его волны. Для сплошного спектра функция распределения энергии слабо меняется в достаточно широком диапазоне частот или длин волн. В видимой области оптического диапазона сплошной спектр при разложении света спектральными приборами наблюдается в виде непрерывной полосы (при визуальном наблюдении) (рис. 2.1) или плавной кривой (при фотоэлектрической регистрации). Сплошной спектр видимого диапазона содержит волны всех частот видимого света и поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета к другому в порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый («Каждый охотник желает знать, где сидит фазан»). Сплошной спектр может наблюдаться как в испускании, так и в поглощении.
Линейчатые спектры дают вещества в газообразном атомарном состоянии. Изолированные атомы всех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенных частот. У каждого атома свой, характерный только для него, спектр. Линейчатые спектры излучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками (рис. 2.2-2.4). Линейчатые спектры поглощения выглядят как черные линии па фойе сплошного спектра (рис. 2.5-2.8).
Рис. 2. Спектры испускания: 1 — сплошной; 2 — натрия; 3 — водорода; 4 — гелия. Спектры поглощения: 5 — солнечный; б — натрия; 7 — водорода; 8 — гелия
Полосатые спектры создаются молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом. Выглядят полосатые спектры подобно линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются отдельные серии линий, воспринимаемые как отдельные полосы, разделенные темными промежутками.
В некоторых случаях возможны наложения линейчатого спектра на сплошной. Например, в спектрах Солнца и звезд на сплошные спектры испускания может накладываться как дискретный спектр поглощения (фраунгоферовы линии), так и дискретный спектр испускания (в частности, спектральные линии испускания атома водорода).
Наблюдение и регистрация спектров осуществляются с помощью спектральных приборов. На рисунке 3 приведена принципиальная схема установки для регистрации спектра излучения. Излучение нагретого газа (в данном случае — водорода) проецируется через щель па призму. Коэффициент преломления материала, из которого изготовлена призма (кварц, стекло), имеет разные значения для разных длин волн, поэтому на экране, куда падает прошедшее призму излучение, наблюдается ряд линий, соответствующих спектру водорода.
Рис. 3. Получение линейчатого спектра водорода
Швейцарский ученый Иоганн Бальмер (1825-1898) подобрал в 1885 г. эмпирическую формулу, описывающую все известные в то время спектральные линии атома водорода в видимой области спектра:
где R! = 1,10 • 10 7 м -1 —постоянная Ридберга, Л —длина волны. Так как частота v = с/Л, формула (1) может быть переписана для частот:
где R = R' ? с = 3, 29 • 10 15 с -1 — также постоянная Ридберга.
Из выражений (1) и (2) вытекает, что спектральные линии, отличающиеся различными значениями п, образуют группу или серию линий, называемую серией Бальмера. С увеличением п линии серии сближаются; значение п = оо определяет границу серии, к которой со стороны больших частот примыкает сплошной спектр.
Исследованы излучательные характеристики импульсных ксеноновых ламп сплошного спектра трубчатой и шаровой геометрии. Экспериментальные данные сравнивались со спектром излучения абсолютно черного тела и со спектрами поглощения растворов, моделирующих состав сточных вод атомных электростанций и содержащих металлорганические комплексы, а именно раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты и пероксида водорода в дистиллированной воде. Показано, что в шаровых импульсных ксеноновых лампах возможно достижение больших, чем в трубчатых, максимальных яркостных температур за счет высокой плотности энерговклада и особенностей конструкции таких ламп. Показана перспективность использования шаровых импульсных ксеноновых ламп для комбинированной фотохимической деструкции компонентов сточных вод атомных электростанций.
Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Мишаков М.А., Камруков А.С.
Investigation of Spectral Characteristics of Pulsed Xenon Lamps for Combined Photochemical Degradation of Organometallic Compounds in Liquid Radioactive Waste
The paper considers the composition of liquid radioactive wastes from the nuclear plants. Using traditional ways to extract organometallic compounds formed, when using the deactivation solutions to clean the surfaces of nuclear plant rooms, are complicated. The paper studies the edge-cutting methods of solving this problem. Its proposal is to use a combined ultraviolet treatment for organometallic compounds degradation based on ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) via pulsed xenon lamps. A potential use of the tubular and spherical geometry lamps is examined and advantages, disadvantages and features of these lamps are described. Instead of the pure EDTA the experiments used its disodium salt (Na2-EDTA). The hydrogen peroxide was used as an extra oxidizer. Absorption spectrums of solutions with various Na2-EDTA hydrogen peroxide ratio were measured. It is found that the absorbance curve maximum is in the shortwave spectrum region (λ < 210 nm). The use of amalgam lamps of monochromatic radiation at wavelength λ = 254 nm will result only in formation of hydroxyl radicals but direct destruction processes of EDTA molecules due to radiation will be rare, and this decreases efficiency of their use.
Текст научной работы на тему «Исследование спектральных характеристик импульсных ксеноновых ламп для комбинированной фотохимической деструкции металлорганических комплексов в жидких радиоактивных отходах»
Наука й Образование
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Сетевое научное издание
Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2017. № 06. С. 29-41.
Представлена в редакцию: 10.05.2017 Исправлена: 24.05.2017
© МГТУ им. Н.Э. Баумана
Исследование спектральных характеристик импульсных ксеноновых ламп для комбинированной фотохимической деструкции металлорганических комплексов в жидких радиоактивных отходах
:МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия
Исследованы излучательные характеристики импульсных ксеноновых ламп сплошного спектра трубчатой и шаровой геометрии. Экспериментальные данные сравнивались со спектром излучения абсолютно черного тела и со спектрами поглощения растворов, моделирующих состав сточных вод атомных электростанций и содержащих металлорганические комплексы, а именно раствор динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты и пероксида водорода в дистиллированной воде. Показано, что в шаровых импульсных ксеноновых лампах возможно достижение больших, чем в трубчатых, максимальных яркостных температур за счет высокой плотности энерговклада и особенностей конструкции таких ламп. Показана перспективность использования шаровых импульсных ксеноновых ламп для комбинированной фотохимической деструкции компонентов сточных вод атомных электростанций.
Ключевые слова: импульсные ксеноновые лампы; фотодеструкция; яркостная температура; ЭДТА
В связи с ростом населения планеты потребность в электроэнергии растет с каждым годом. В условиях такого спроса активно развивается атомная промышленность, в процессе деятельности которой образуются радиоактивные отходы. Среди них наибольшую опасность для экологии имеют жидкие радиоактивные отходы. Из-за большого объема они обладают высокой суммарной активностью, к тому же в случае попадания в окружающую среду имеется возможность их распространения на большие расстояния [1].
В сточных водах атомных электростанций (АЭС) радионуклиды находятся в виде простых и комплексных ионов, нейтральных молекул и коллоидных частиц. Из них самыми опасными считаются следующие радиоактивные элементы: 134Сб, шСб, 60Со и 54Мп. Для радионуклидов цезия характерна ионная форма, и они эффективно извлекаются методами селективной сорбции [2]. Радионуклиды кобальта и марганца находятся в форме ме-
таллорганических комплексов с соединениями, которые используются для дезактивации оборудования, что затрудняет использование традиционных способов очистки.
Типичным представителем комплексообразующих соединений, используемых на АЭС, является этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА). Комплексы металлов с ЭД-ТА имеют хелатную (клешнеобразную) структуру, при этом лиганд занимает несколько координационных мест во внутренней сфере комплексона (см. рис. 1) [3].
Для разрушения данных комплексонов в последние годы были предложены различные способы, входящие в группу комбинированных окислительных технологий (Advanced Oxidation Processes, AOP). Впервые выдвинутые в 80-х годах прошлого века AOP-технологии получили широкое распространение благодаря своей способности разрушать устойчивые органические соединения [4]. Данные технологии основаны на окислении загрязнителей гидроксильными радикалами НО*, образующимися при фотолизе пе-роксида водорода, озона, воды или на поверхности активированных катализаторов. Для деструкции комплексонов оптимальными могут оказаться методы комбинированной ультрафиолетовой (УФ) обработки. Такой подход позволяет эффективно разрушать различные органические соединения, в том числе устойчивые к действию УФ-излучения. Так, в работе [5] авторы сравнивали разрушение ЭДТА в двух типах процесса Фентона: с дополнительной ультразвуковой обработкой и УФ-обработкой. С использованием последней разрушение ЭДТА происходит в 2 раза быстрее. В статье [6] авторы сравнивали фотодеструкцию ЭДТА при облучении УФ-излучением совместно с фотокатализатором в одном случае и совместно с пероксидом водорода в другом. При постоянной подаче пе-роксида водорода процессы имели одинаковую эффективность. В качестве источников излучения в данных работах использовались амальгамные лампы низкого давления, которые обладают высокими спектральными КПД (до 40 %) на длине волны 254 нм и большим ресурсом работы (до 12000 часов) [7].
В работах [8, 9] показано, что процесс разрушения молекул комплексонов эффективно протекает при использовании высокоинтенсивного оптического излучения сплош-
Рис. 1. Комплекс иона металла и ЭДТА
ного спектра, генерируемого импульсными ксеноновыми лампами. В таких лампах запасаемая электрическая энергия вкладывается в разряд за короткий промежуток времени, в результате чего достигается высокая удельная мощность энерговклада, а плотность потока импульсного излучения может достигать десятков киловатт на квадратный сантиметр [10]. Конструктивно ксеноновые лампы подразделяются на трубчатые и шаровые.
В трубчатых лампах дуга может достигать длины нескольких десятков сантиметров, и ее стабилизация осуществляется стенками. Преимуществом таких ламп являются большие размеры тела свечения, недостатком - воздействие на стенки ударных волн и высоких температур, что приводит к снижению пропускания кварцевой оболочки в коротковолновом диапазоне и снижению срока службы лампы. По этим причинам режимы работы таких ламп часто выбираются таким образом, при которых достигаемая яркостная температура в УФ-области спектра не превышает
Целью настоящей работы являлось исследование различных типов импульсных ксе-ноновых ламп и обоснование выбора наиболее перспективных для комбинированной фотохимической деструкции различных растворов ЭДТА в сточных водах АЭС.
Объектом исследования являлась динатриевая соль ЭДТА (Ма2 — ЭДТА, комплек-сон трилон-Б), структурная схема которого приведена на рис. 2. Трилон-Б использовался в описываемых опытах в качестве модельного аналога ЭДТА. В качестве растворителя использовалась дистиллированная вода, при этом также использовался раствор перекиси водорода марки А, ТУ 2123-002-25665344-2008 как дополнительный компонент.
1. Экспериментальная часть
Рис. 2. Структурная схема трилона-Б
В качестве источников излучения рассматривались два типа ламп. Трубчатая лампа ИНП-7/80 имеет цилиндрическую форму, межэлектродное расстояние 80 мм и внутренний диаметр 7 мм. Стенки трубки выполнены из кварца. Внутреннее давление ксенона составляет
400 мм рт. ст. Работа лампы осуществлялась в импульсном режиме с частотой следования импульсов 2 Гц и электрической энергией одного импульса
180 Дж, средняя электрическая мощность составляет
Шаровая лампа ДКсШ-3000 имеет сферическую колбу с диаметром 59 мм, межэлектродное расстояние 6,4 мм. Колба лампы выполнена из кварца, начальное давлением чистого ксенона составляет
7 атм. Несмотря на то, что лампа разработана для работы в непрерывном режиме с мощностью 3 кВт, в данном исследовании ее работа осуществлялась в импульсном режиме с частотой следования импульсов 38 Гц и электрической энергией одного импульса
12,5 Дж, средняя электрическая мощность составляет
На первом этапе проведено измерение спектров поглощения обрабатываемых растворов. Оптимальным для фотохимической деструкции ЭДТА будет являться такой источник излучения, спектр поглощения которого максимально согласован со спектром поглощения обрабатываемого вещества. Измерения спектров поглощения различных растворов с указанным (см. таблицу 1) составом проводились на спектрофотометре ПЭ-3000УФ, при этом в качестве образца сравнения использовалась дистиллированная вода.
Таблица 1. Состав исследуемых растворов
№ раствора Содержание компонентов раствора:
концентрация трилона-Б, мг/л концентрация пероксида водорода, мг/л
По значениям облученности на входных зрачках фотоприемников рассчитывались спектральные интенсивности и энергия излучения в различных спектральных интервалах.
2. Результаты экспериментов и их обсуждение
На рис. 3-5 приведены измеренные спектры поглощения растворов перекиси и три-лона-Б с добавлением и без добавления пероксида водорода.
Рис. 3. Спектры поглощения растворов пероксида водорода при различных концентрациях. По убыванию:
Криптон — элемент главной подгруппы восьмой группы, четвёртого периодапериодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 36. Обозначается символом Kr (лат. Krypton). Простое вещество криптон(CAS-номер: 7439-90-9) — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
История
Происхождение названия
От греч. — скрытый.
Распространённость
Земная кора
Находится в атмосферном воздухе. Образуется при ядерном делении, в том числе и в результате естественных процессов, происходящих в рудах радиоактивных металлов.
Определение
Качественно криптон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии (характеристические линии 557,03 нм и 431,96 нм). Количественно его определяютмасс-спектрометрически, хроматографически, а также методами абсорбционного анализа.
Физические свойства
Криптон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
Химические свойства
Криптон химически инертен. В жёстких условиях реагирует со фтором, образуядифторид криптона. Относительно недавно было получено первое соединение со связями Kr-O (Kr(OTeF5)2).
В 2003 году в Финляндии было получено первое соединение со связью C-Kr (HKrC≡CH — гидрокриптоацетилен) путем фотолиза криптона и ацетилена на криптонной матрице.
Изотопы
На данный момент известны 31 изотоп криптона и еще 10 возбужденных изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе криптон представлен пятью стабильными нуклидами и одним слаборадиоактивным: 78 Kr (изотопная распространённость 0,35 %), 80 Kr (2,28 %), 82 Kr (11,58 %), 83 Kr (11,49 %), 84 Kr(57,00 %), 86 Kr (17,30 %).
Применение
Производство сверхмощных эксимерных лазеров(Kr-F).
Фториды криптона предложены в качестве окислителей ракетного топлива и в качестве компоненты для накачки боевых лазеров.
Используется в качестве заполнения пространства между стеклами в стеклопакете для придания стеклопакету повышенных теплофизических и звукоизоляционных свойств.
Биологическая роль
Криптон не играет никакой биологической роли.
Физиологическое действие
Большое количество вдыхаемого криптона может привести к удушью.
Ксенон — элемент главной подгруппы восьмой группы, пятого периодапериодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 54. Обозначается символом Xe (лат. Xenon). Простое вещество ксенон(CAS-номер: 7440-63-3) — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
История
Открыт в 1898 году английскими учеными У.Рамзаем и У. Рэлей как небольшая примесь к криптону.
Происхождение названия
От греч. — чужой. Открыт в 1898 английскими исследователями У. Рамзаем и М. Траверсом, которые подвергли медленному испарению жидкий воздух и спектроскопическим методом исследовали его наиболее труднолетучие фракции. Xenon был обнаружен как примесь к криптону, с чем связано его название. Ксенон - весьма редкий элемент. При нормальных условиях 1000 м3 воздуха содержат около 87 см3 ксенона.
Распространённость
В солнечной системе
Ксенон относительно редок в атмосфере Солнца, на Земле, в составе астероидови 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
Земная кора
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 изотопы ксенона, например, 133 Xe и 135 Xe, получаются как результат нейтронного облучения ядерного топлива в реакторах.
Определение
Качественно ксенон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии(характеристические линии 467,13 нм и 462,43 нм). Количественно его определяютмасс-спектрометрически, хроматографически, а также методами абсорбционного анализа.
Свойства
Физические
Гранецентрированная кубическая структура ксенона
Температура плавления −112 °C, температура кипения −108 °C, свечение в разряде фиолетовым цветом.
Химические
Первый инертный газ, для которого были получены настоящие химические соединения. Примерами соединений могут быть дифторид ксенона, тетрафторид ксенона, гексафторид ксенона, триоксид ксенона.
Получение
Ксенон получают как побочный продукт производства жидкого кислорода на металлургических предприятиях.
В промышленности ксенон получают как побочный продукт разделения воздуха накислород и азот. После такого разделения, которое обычно проводится методомректификации, получившийся жидкий кислород содержит небольшие количества криптона и ксенона. Дальнейшая ректификация обогащает жидкий кислород до содержания 0.1-0.2 % криптоно-ксеноновой смеси, которая отделяетсяадсорбированием на силикагель или дистилляцией. В заключение, ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделен дистилляцией на криптон и ксенон.
Из-за своей малой распространенности, ксенон гораздо дороже более легкихинертных газов.
Применение
Прототип ионного двигателя на ксеноне.
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.
- В конце XX века был разработан метод применения ксенона в качестве средства для общего наркоза и обезболивания. Первые диссертации о технике ксенонового наркоза появились в России в 1993 г. В 1999 году ксенон был разрешён к медицинскому применению в качестве средства для общего ингаляционного наркоза.
- Жидкий ксенон иногда используется как рабочая среда лазеров.
- Фториды и оксиды ксенона предложены в качестве мощнейших окислителейракетного топлива, а также в качестве компонентов газовых смесей длялазеров.
- В изотопе 129 Xe возможно поляризовать значительную часть ядерных спинов для создания состояния с сонаправленными спинами — состояния называемогогиперполяризацией.
- Ксенон используется в конструкции ячейки Голея.
- В качестве химических катализаторов.
- Для транспортировки фтора, проявляющего сильные окисляющие свойства.
Биологическая роль
Ксенон не играет никакой биологической роли.
Физиологическое действие
- Газ ксенон безвреден, но способен вызвать наркоз (по физическому механизму), а в больших концентрациях (более 80 %) вызывает асфиксию.
- Фториды ксенона ядовиты, ПДК в воздухе 0,05 мг/м³.
Неон (лат. Neon; обозначается символом Ne) — элемент главной подгруппы восьмой группы, второго периода периодической системы химических элементовД. И. Менделеева, с атомным номером 10. Пятый по распространённости элемент во Вселенной (после водорода, гелия, кислорода и углерода). Простое веществонеон (CAS-номер: 7440-01-9) — инертный одноатомный газ без цвета и запаха.
История
Неон открыли в июне 1898 года шотландский химик Уильям Рамзай и английский химик Морис Траверс. Они выделили этот инертный газ «методом исключения», после того, как кислород, азот, и все более тяжёлые компоненты воздуха были превращены в жидкость. Элементу дали незамысловатое название «неон», что в переводе с греческого означает «новый». В декабре 1910 года французский изобретатель Жорж Клод сделал газоразрядную лампу, заполненную неоном.
Происхождение названия
Существует легенда, согласно которой название элементу дал тринадцатилетний сын Рамзая — Вилли, который спросил у отца, как тот собирается назвать новый газ, заметив при этом, что хотел бы дать ему имя novum (лат. — новый). Его отцу понравилась эта идея, однако он посчитал, что название neon, образованное от греческого синонима, будет звучать лучше.
Распространённость
Во Вселенной
В мировой материи неон распределен неравномерно, однако в целом по распространенности во Вселенной он занимает пятое место среди всех элементов — около 0,13 % по массе. Наибольшая концентрация неона наблюдается на Солнце и других горячих звездах, в газовых туманностях, в атмосфере внешних планет Солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана,Нептуна В атмосфере многих звезд неон занимает третье место после водорода и гелия.
Земная кора
Из всех элементов второго периода неон — самый малочисленный на Земле. В рамках восьмой группы неон по содержанию в земной коре занимает третье место — после аргона и гелия. Газовые туманности и некоторые звезды содержат неона во много раз больше, чем его находится на Земле.
На Земле наибольшая концентрация неона наблюдается в атмосфере — 1,82×10 −3 % по объему, а его общие запасы оцениваются в 7,8×10 14 м³. В 1 м³ воздуха содержится около 18,2 см³ неона (для сравнения: в том же объеме воздуха содержится только 5,2 см³ гелия). Среднее содержание неона в земной коре мало − 7×10 −9 % по массе. Всего на нашей планете около 6,6×10 10 т неона. В изверженных породах находится около 10 9 т этого элемента. По мере разрушения пород газ улетучивается в атмосферу. В меньшей мере атмосферу снабжают неоном и природные воды.
Причину неоновой бедности нашей планеты ученые усматривают в том, что некогда Земля потеряла свою первичную атмосферу, которая и унесла с собой основную массу инертных газов, которые не могли, как кислород и другие газы, химически связаться с другими элементами в минералы и тем самым закрепиться на планете.
Определение
Качественно неон определяют по спектрам испускания (характеристические линии 585,25 нм и 540,05 нм), количественно — масс-спектрометрическими ихроматографическими методами анализа.
Физические свойства
Неон в разрядной трубке
- Благородные газы — бесцветные одноатомные газы без вкуса и запаха.
- Инертные газы обладают более высокой электропроводностью по сравнению с другими газами и при прохождении через них тока ярко светятся, в частности неон огненно-красным светом, так как самые яркие его линии лежат в красной части спектра.
Эмиссионный спектр неона (слева направо: от ультрафиолетовых до инфракрасных линий, показанных белым цветом)
- Насыщенный характер атомных молекул инертных газов сказывается и в том, что инертные газы имеют более низкие точки сжижения и замерзания, чем другие газы с тем же молекулярным весом.
Химические свойства
Все благородные газы имеют завершенную электронную оболочку, поэтому они химически инертны. Химическая инертность неона исключительна, в этом с ним может конкурировать только гелий. Пока не получено ни одного его валентного соединения. Даже так называемые клатратные соединения неона с водой (Ne·6Н2О), гидрохиноном и другими веществами (подобные соединения тяжелых благородных газов — радона, ксенона, криптона и даже аргона — широко известны) получить и сохранить очень трудно.
Однако, с помощью методов оптической спектроскопии и масс-спектрометрии установлено существование ионов Ne + , (NeAr) + , (NeH) + , и (HeNe) + .
Изотопы
Основная статья: Изотопы неона
Существует три стабильных изотопа неона: 20 Ne (изотопная распространённость90,48 %), 21 Ne (0,27 %) и 22 Ne (9,25 %) [10] . Повсеместно преобладает легкий 20 Ne.
Во многих альфа-активных минералах относительное содержание тяжелых 21 Ne и 22 Ne в десятки и сотни раз больше содержания их в воздухе. Это вызвано тем, что основными механизмами образования этих изотопов являются ядерные реакции, происходящие при бомбардировке ядер алюминия, натрия, магния и кремнияпродуктами распада ядер тяжёлых элементов. Кроме того, подобные реакции происходят в земной коре и атмосфере под воздействием космического излучения.
Зафиксирован также ряд малопродуктивных ядерных реакций [11] , при которых образуются 21 Ne и 22 Ne — это захват альфа-частиц ядрами тяжелого кислорода 18 О и фтора 19 F:
Источник преобладающего на Земле лёгкого нуклида 20 Ne до сих пор не установлен.
Считается, что в космическом пространстве неон также преимущественно представлен лёгким нуклидом 20 Ne. В метеоритах обнаруживают немало 21 Ne и 22 Ne, но эти нуклиды предположительно образуются в самих метеоритах под воздействием космических лучей за время странствий во Вселенной.
Кроме трех стабильных нуклидов неона, существует еще шестнадцать нестабильных.
Получение
Неон получают совместно с гелием в качестве побочного продукта в процессе сжижения и разделения воздуха. Разделение гелия и неона осуществляется за счет адсорбции и конденсации. Адсорбционный метод основан на способностинеона в отличие от гелия адсорбироваться активированным углем, охлаждаемым жидким азотом. Конденсационный способ основан на вымораживании неона при охлаждении смеси жидким водородом.
Неон извлекают из воздуха в аппаратах двукратной ректификации жидкоговоздуха. Газообразные неон и гелий скапливаются в верхней части колонны высокого давления, то есть в конденсаторе-испарителе, откуда под давлением около 0.55 МПа подаются в трубное пространство дефлегматора, охлаждаемое жидким N2. Из дефлегматора обогащенная смесь Ne и Не направляется для очистки от N2 в адсорберы с активированным углем, из которых после нагревания поступает в газгольдер (содержание Ne + He до 70 %); степень извлечения смеси газов 0.5-0.6. Последнюю очистку от N2 и разделение Ne и Не можно осуществлять либо селективной адсорбцией при температуре жидкого N2, либо конденсационными методами — с помощью жидких Н2 или Ne. При использованиижидкого водорода дополнительно проводят очистку от примеси водорода с помощью CuO при 700 °С. В результате получают неон 99,9%-ной чистоты по объему.
Применение
Жидкий неон используют в качестве охладителя в криогенных установках. Ранее неон применялся в промышленности в качестве инертной среды, но был вытеснен более дешёвым аргоном.
Символ элемента, выполненный из неоновых трубок
Неоном наполняют газоразрядные лампы, сигнальные лампы в радиотехнической аппаратуре, фотоэлементы, выпрямители.
Смесь неона и гелия используют как рабочую среду в газовых лазерах (гелий-неоновый лазер).
Трубки, заполненные смесью неона и азота, при пропускании через них электрического разряда дают красно-оранжевое свечение, в связи с чем они широко используются в рекламе.
Неоновые лампы используют для сигнальных целей на маяках и аэродромах, так как их красный цвет очень мало рассеивается туманом и мглой.
Биологическая роль
Неон не играет никакой биологической роли.
Физиологическое действие
Инертные газы обладают физиологическим действием, которое проявляется в их наркотическом воздействии на организм. Наркотическое воздействие неона (как и гелия) при нормальном давлении в опытах не регистрируется, в то время как при повышении давления раньше возникают симптомы «нервного синдрома высокого давления» (НСВД).
В связи с этим, наряду с гелием, неон в составе неоно-гелиевой смеси используется для дыхания океанавтов, водолазов, людей, работающих при повышенных давлениях, чтобы избежать газовой эмболии и азотного наркоза. Преимущество смеси в том, что она меньше охлаждает организм, так кактеплопроводность неона меньше, чем гелия.
Лёгкий неоно-гелиевый воздух облегчает также состояние больных, страдающих расстройствами дыхания.
Содержание неона в высоких концентрациях во вдыхаемом воздухе может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии.
Читайте также: