گاز زنون چیست؟

جامد، مایع، گاز، این سه واژه، دوران دبستان و حالت‌های ماده در علوم را به یاد می‌آورند. حالت‌هایی که هر کدام شامل عناصر مختلفی می‌شوند و یکی از آن‌ها گاز زنون است. این گاز یکی از کمیاب‌ترین عناصر گازی و در عین حال، جزو پرکاربردترین گازهای صنعتی است که به دلیل ویژگی‌های خاص خود در تولید محصولات مختلف استفاده می‌شود. در این مطلب قصد معرفی این گاز کاربردی، مشخصات، ویژگی‌ها و کاربردهای آن را داریم.

زنون در یک نگاه

گاز زنون چیست؟

زنون یکی از عناصر جدول تناوبی، با نماد Xe و عدد اتمی 54 است. این گاز در آخرین گروه از جدول تناوبی، در خانواده گازهای نجیب و هم گروه با گازهایی مانند گاز نئون و هلیوم قرار دارد. واژه Xenon یا زنون از کلمه‌ای یونانی به معنی عجیب گرفته شده و این موضوع به دلیل عملکرد متفاوت این عنصر در ترکیبات است. این گاز نجیب را در دسته عناصر و گازهای سمی قرار می‌دهند، با این حال موارد استفاده از آن در صنایع، بسیار زیاد است.

این عنصر یکی از کمیاب‌ترین عناصر خانواده نجیب است و با توجه به اینکه مقدار کمی از آن در جو زمین وجود دارد، فرآیند تولید و به دست آوردن آن کمی مشکل است.

این عنصر شکل جامد هم دارد، اما شناخته‌ شده‌ترین نوع آن حالت گازی است و در بیشتر ترکیبات شیمیایی هم به همین شکل کاربرد دارد. زنون، گازی کاربردی است که بیشتر به شکل خالص استفاده می‌شود.

تاریخچه گاز زنون

پنجاه و چهارمین عنصر از خانواده گازهای نجیب، نخستین بار در سال 1898 و توسط دو دانشمند انگلیسی به نام‌های ویلیام رامسای و موریس تراورز (William Ramsay, Morris Travers) کشف شد. پیدایش این گاز نتیجه بررسی‌هایی بود که روی پسماندهای هوای مایع انجام می‌شد و از طریق آزمایش روی این پسماندها کشف و استخراج شد.

به دنبال این کشف، دانشمندان متوجه شدند که مقدار کمی از این ماده در اتمسفر زمین و جو هم قرار دارد. زنون و سایر گازهای نجیب تا سال‌ها به عنوان گاز بی‌اثر شناخته می‌شدند زیرا ترکیبی از آن‌ها کشف نشده بود و دانشمندان نیز قادر به شرکت دادن آن‌ها در ترکیبات نبودند.

در سال 1962 اما پژوهشگران و شیمی‌دانان متوجه این موضوع شدند که با قرار دادن این گاز در کنار سایر گازهای نجیب، امکان شرکت دادن آن‌ها در ترکیبات فراهم می‌شود و حتی از یک گاز بی‌اثر هم می‌توان ترکیبات مختلفی تولید کرد.

تترافلورید، دوترات زنون، هیدرات زنون، دی فلورید، تری اکسید زنون و بسیاری موارد دیگر، از مهم‌ترین ترکیباتی بودند که در آن زمان از عنصر زنون کشف شدند. بعد از این کشف تا سال 1971 چیزی حدود 80 ترکیب از این عنصر کشف شد و تا به امروز در حال کشف است.

ایزوتوپ های گاز زنون

مانند دیگر انواع عناصر، زنون هم دارای ایزوتوپ‌های مختلفی است که برخی از آن‌ها پایدار و برخی دیگر ناپایدار هستند. زنون پس از عنصر قلع، بیشترین تعداد ایزوتوپ را دارد که این ویژگی در پرکاربرد بودن این عنصر بی‌تاثیر نیست. ایزوتوپ‌های پایدار این عنصر 8 عدد و ایزوتوپ‌های ناپایدار آن بیش از 40 عدد هستند که عمر آ‌ن‌ها تا زمان فروپاشی هسته است و پس از این اتفاق، از بین می‌روند.

مشخصات گاز زنون

زنون، عنصری غیرفلزی دارای 54 پروتون در هسته بوده و در دمای اتاق به صورت گازی شکل است. این عنصر در دما و فشار استاندارد، چگالی حدود 6 دارد که از هوا بیشتر بوده و این گاز را در دسته گازهای سنگین قرار می‌دهد.

از مشخصات این گاز می‌توان به بی‌رنگ، بی‌بو و سنگین بودن آن اشاره کرد. ظرفیت کامل از دیگر ویژگی‌های این عنصر با ظرفیت صفر است. ظرفیت صفر به این معنی است که آرایش الکترونی زنون در آخرین لایه، کامل است و نیازی به دریافت یا خارج کردن الکترون از لایه خود برای رسیدن به آرایش کامل ندارد.

با وجود تکمیل بودن لایه آخر، زنون جزو عناصر نجیبی است که میل زیادی به شرکت در واکنش‌ها دارد و تا به امروز ترکیبات مختلفی از آن کشف شده است.

خواص گاز زنون

مانند همه عناصر شیمیایی، زنون هم دارای خواص اتمی، شیمیایی و فیزیکی منحصر به فردی است که آن را از سایر عناصر جدول تناوبی متمایز می کند.

از جمله خواص فیزیکی این گاز می‌توان به ظاهر بی‌رنگ و شفاف آن اشاره کرد. زنون بوی خاصی ندارد و به دلیل بی‌مزه بودن، تشخیص آن از روی بو و مزه امکان‌پذیر نیست.

الکترونگاتیویته این عنصر 2.6 و شعاع اتمی آن 130 است که آن را در دسته عناصر بزرگ جدول تناوبی قرار می‌دهد.

زنون، گازی سمی است بنابراین مصرف آن باید با احتیاط کامل انجام شود. در شرایط خاص و در صورت عدم مراقبت در زمان جابجایی یا کار با این گاز، حتی احتمال مرگ در اثر استنشاق آن هم وجود دارد.

کاربرد گاز زنون

طبق تحقیقات انجام شده، زنون نسبت به دیگر عناصر خانواده نجیب تمایل بیشتری به شرکت در واکنش‌ها دارد و همین موضوع باعث پرکاربرد بودن این عنصر در صنایع مختلف شده است. از سال 1971 تا به حال این گاز در صنایع گوناگونی به کار رفته است که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، استفاده در فلاش دوربین‌های الکترونیکی‌ است. از دیگر کاربردهای این گاز می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تولید لامپ‌های زنون یا لامپ‌هایی که در چراغ عقب، جلو، مه شکن و ترمز خودرو استفاده می‌شوند.
• تولید لامپ‌های ضد باکتری
• استفاده به عنوان گاز بیهوشی
• استفاده در فضاپیماها به منظور ماندن در مدار
• عامل اکسید کننده در شیمی تحلیلی
• استفاده در پزشکی هسته‌ای
• تولید نور منسجم در لیزر

تولید گاز زنون

گاز زنون به مقدار ناچیز در جو زمین یافت می‌شود و با استخراج آن از هوای مایع می‌توان به این گاز دست پیدا کرد. این عنصر یکی از محصولات جانبی حاصل از جداسازی نیتروژن و اکسیژن هوا در فرآیند تقطیر جز به جز است.

اکسیژنی که از این تقطیر به دست می‌آید، مقدار کمی زنون و کریپتون تولید می‌کند که با تقطیر مجدد اکسیژن به دست آمده و می‌توان کریپتون و نون را جدا و به این گاز دست پیدا کرد.

فرآیند جداسازی و تولید گاز زنون هزینه زیادی دارد و یکی از گران‌ترین گازهایی است که به عنوان ماده اولیه در صنایع استفاده می‌شود.

نکات ایمنی برای استفاده از گاز زنون

همان‌طور که در خواص عنصر زنون گفته شد، این عنصر جزو عناصر سمی است و مقدار زیاد آن در هوای تنفسی باعث خفگی می‌شود.

یکی از نکات ایمنی مهم در استفاده از این گاز، نگهداری آن در ظروف‌ شیشه‌ای در بسته، در فشار و دمای استاندارد یا در کپسول گاز زنون طراحی شده متناسب با ویژگی‌های این گاز است.

پوشش مناسب شامل لباس، عینک، کفش و دستکش از دیگر نکات ایمنی است که هنگام استفاده از این گاز باید رعایت کرد. اهمیت رعایت نکات ایمنی در زمان استفاده از گاز زنون شامل رعایت نکات ایمنی هنگام استفاده از تولیدات این عنصر نیز هست. برای مثال در زمان تعویض لامپ‌های حاوی زنون بهتر است این کار را با دقت انجام داد تا حین فرآیند تعویض، لامپ دچار ترک و شکستگی نشود.

نکات قابل توجه هنگام خرید گاز زنون

گاز زنون هم در صنایع بزرگ و کارخانجات و هم در صنایع کوچک‌تر و تولیدی‌های به کار می‌رود. این گاز به شکل کپسولی در مقادیر پایین و به صورت مخزن در مقادیر بالا به فروش می‌رسد. برای خرید این گاز باید به نکات مختلفی توجه داشت که یکی از آن‌ها خلوص گاز است.

دیگر نکته مهم در خریداری این گاز، تهیه آن به مقدار مناسب است، زیرا این گاز سمی بوده و نگهداری از آن تحت شرایط خاص امکان‌پذیر می‌باشد. خرید از مراکز معتبر و دقت به سالم بودن کپسول یا مخزن، از دیگر نکات مهمی است که خریداران این گاز باید به آن توجه داشته باشند.