Xeanón

An Tiarna William Ramsay

Ba iad an ceimiceoir Albanach William Ramsay agus an ceimiceoir Sasanach Morris Travers a d'fhionn an xeanón i Mí Mheán Fómhair 1898, go gairid i ndiaidh dóibh an neon agus an crioptón—dhá thriathghás eile—a aonrú agus a chéadaithint. Tháinig siad ar an xeanón sa chuid den aer leachtaithe a bhí fágtha acu i ndiaidh dóibh na gáis eile a bhaint de. Ba é Ramsay a mhol an t-ainm xeanón don ghás seo, agus ba é ba bhunús leis an ainm ná an focal Gréigise úd ξένον (xenon), foirm neodrach uatha den aidiacht ξένος (xénos) a chiallaíonn "strainséartha, iasachta, cuairteoir". Sa bhliain 1902 thuairimigh Ramsay gur xeanón a bhí in aon chuid d'fhiche milliún san atmaisféar.

Sna tríochaidí thosaigh an t-innealtóir Meiriceánach Harold Edgerton ag déanamh taighde ar theicneolaíocht solais stróbascópaigh le haghaidh grianghrafadóireacht ardluais. Dá thoradh sin chéadcheap sé an lampa xeanónsplaince ina gcruthaítear solas trí shruth gearr leictreachais a chur trí fheadán xeanóin. Sa bhliain 1934 d'éirigh le hEdgerton splancanna aon mhicreashoicind amháin a ghineadh leis an modh oibre seo.

Sa bhliain 1939 thosaigh an dochtúir Meiriceánach Albert (Óg) R. Behnke taighde a dhéanamh ar an "meisce" aisteach a bhíodh ag céasadh tumadóirí domhainfharraige. Bhain sé trialacha as gásmheascáin éagsúla le haghaidh análú, agus d'aithin sé go raibh baint ag an meascán ar an dóigh a ndeachaigh doimhneacht na farraige i bhfeidhm ar an tumadóir. Ba é ba thoradh do na tástálacha seo ná gur ghlac sé leis go bhféadfaí úsáid a bhaint as an xeanón mar ghás aineistéise. Rinne an tocsaineolaí Rúiseach Nikolay V. Lazarev taighde ar an xeanón mar aineistéiseach sa bhliain 1941, de réir dealraimh, ach ba é an taighdeoir míochaine Meiriceánach John H. Lawrence an chéad eolaí a d'fhoilsigh tuairisc faoin aineistéis xeanóin. Thriail seisean an gás le lucha. Meiriceánach eile darb ainm Stuart C. Cullen a bhí ar an gcéad aineistéiseolaí a d'úsáid xeanón mar aineistéiseach máinliachta le hothair dhaonna—beirt othar acu—sa bhliain 1951.

Ar feadh i bhfad shíltí go raibh an xeanón agus na triathgháis eile támhach ar fad, is é sin nach raibh siad in ann imoibriú a dhéanamh ná dul i gcomhdhúile le dúile eile ar aon nós. Fuair Neil Bartlett, agus é ag léachtóireacht in Ollscoil British Columbia, gur ocsaídeoir thar a bheith láidir a bhí i heicseafluairíd an phlatanaim PtF₆, agus é in ann móilín na hocsaigine a ocsaídiú go hian, ionas go bhfuarthas heicseafluaraplatanáit dé-ocsaiginíle O₂⁺[PtF₆]^-. Is ionann, beagnach, póitéinseal ianúcháin an mhóilín ocsaigine (1165 kJ/mol) agus póitéinseal ianúcháin an xeanóin (1170 kJ/mol). Mar sin, rith le Bartlett gurbh fhéidir go mbeadh sé indéanta xeanón a ocsaídiú le heicseafluairíd an phlátanaim. Ar an 23 Márta 1962 rinne sé meascán de xeanón agus de heicseafluairíd phlatanaim agus is é an toradh a fuair sé ná an chéad chomhdhúil triathgháis riamh, mar atá, heicseafluaraplatanáit xeanóin.

Nó sin mar a shíl sé, ach ní raibh an scéal chomh simplí sin. An t-ábhar ba thoradh dá chuid iarrachtaí, ghlac Bartlett leis gurbh é an struchtúr a bhí aige ná Xe⁺[PtF₆]^-, is é sin go raibh sé comhdhéanta as iain deimhneacha xeanóin agus iain diúltacha heicseafluaraplatanáite. Tháinig chun solais ina dhiaidh sin, áfach, gur meascán as comhdhúile (salainn) éagsúla xeanóin a bhí ann. Ina dhiaidh sin, áfach, d'aonraigh na heolaithe na scórtha comhdhúl eile xeanóin. Bhí 80 ceann acu aitheanta sa bhliain 1971. Thairis sin, tosaíodh ag cruthú comhdhúile triathgháis eile - comhdhúile crioptóin agus argóin.

I Mí na Samhna 1989 bhain eolaithe de chuid an chomhlachta úd IBM an chéad triail as teicneolaíocht nua, IBM in atoms mar a tugadh uirthi, a bhí in ann adaimh aonair a ionramháil, agus adaimh xeanóin i gceist acu. D'úsáid na heolaithe micreascóp scanta tollánaithe (STM, gléas a thabhaigh Duais Nobel san fhisic do lucht a chéadcheaptha sa bhliain 1986) le hainm an chomhlachta a scríobh le hadaimh xeanóin ar dhromchla nicile - an chéad uair riamh a suíodh adaimh go mionchruinn ar dhromchla cothrom mar sin.

Is í uimhir adamhach an xeanóin ná 54, rud a chiallaíonn go bhfuil 54 phrótón i núicléas an xeanóin agus 54 leictreon ag timpeallú an núicléis le lucht leictreach na bprótón sin a neodrú. Le gnáth-theocht an tseomra agus faoi ghnáth-aerbhrú an atmaisféir ar dhroim an domhain, is é an tiús atá ag an xeanón ná 5.761 kg/m³, arb ionann é, a bheag nó a mhór, agus tiús atmaisféar an Domhain ar leibhéal na farraige (1.217 kg/m³) méadaithe faoina ceithre go leith. Má dhéantar leacht den xeanón, is é an tiús is mó a bheidh aige ná 3.100 g/mL, agus é ag sroicheadh uasmhéid a thiúis sa tríphointe (an pointe ina bhfuil cothromaíocht teirmidinimice idir an trí phas - an gás, an solad agus an leacht). Tuaslagóir maith é an xeanón leachtaithe, agus is féidir leis hidreacarbóin, móilíní bithcheimiceacha agus an t-uisce féin a thuaslagadh. Faoi na himthosca céanna ó thaobh an aerbhrú agus na teochta de, tá tiús an xeanóin sholadaigh, 3.640 g/cm³, níos airde ná meántiús na cloiche eibhir (2,75 g/cm³. Má chuirtear na gigeapascail bhrú i bhfeidhm ar an xeanóin, foirmeoidh sé pas miotalach.

Athróidh struchtúr criostail an xeanóin sholadaigh ón bpas ciúbach aghaidhláraithe go dtí an pas dlúthphacáilte heicseagánach faoi mhórbhrú, agus nuair a bhainfear amach brú 140 gigeapascal, tosóidh an solad ag iompú miotalach, rud nach n-aithneofar ar aon athrú toirte. Le brú 155 ghigeapascal beidh an xeanón ina mhiotal ar fad. Beidh dath spéirghorm sa xeanón miotalach, toisc go mbeidh sé ag sú isteach an tsolais dheirg agus ag tarchur na minicíochtaí infheicthe eile. Ní minic a d'aithneofá iompraíocht den chineál sin ag aon miotal. Is é is cúis léi ná go bhfuil na bandaí leictreon réasúnta cúng sa staid sin.

Is féidir nanacháithníní xeanóin leachtaigh nó sholadaigh a fhoirmiú le teocht an tseomra trí iain Xe⁺ a ionchlannú i maitrís sholadach. Is iomaí solad nach bhfuil a thairiseach laitíse chomh hard agus atá sé ag an xeanón soladach. Is é is toradh dó sin ná go rachaidh brú i bhfeidhm ar an xeanón ionchlannaithe, ionas go gcomhbhrúfar go leacht nó go solad é.

Is triathghás - gás támhach - é an xeanón, rud a chiallaíonn nach n-imoibríonn sé leis na dúile eile ar na dóigheanna is coitianta. Ní féidir xeanón a chur trí thine, mar shampla. Is é an míniú air sin ná go bhfuil ocht leictreon ar an leictreonsceall is faide amuigh aige (an fiús-sceall). Is é is toradh dó seo ná cumraíocht chobhsaí leictreon ar íosmhéid fuinnimh: ní scaoilfí fuinneamh saor dá gceanglódh an xeanón nasc ceimiceach le dúil eile. Mar sin tá leictreoin an scealla is faide amuigh ceangailte go dlúth den adamh xeanóin.

Má tharlaíonn díluchtú leictreach i bhfeadán gáis, aithneofar breo atá gorm nó ar dhath an labhandair ag teacht as an xeanón. Is dual don xeanón solas a astú a sroicheann a chuid minicíochtaí ó cheann go ceann an speictrim infheicthe, ach is iad na línte gorma na cinn is láidre.

Is rianghás é an xeanón in atmaisféar an Domhain: is ionann dlús an xeanóin san aer agus tuairim is aon chuid amháin as aon mhilliún déag go leith. Tagann xeanón as toibreacha áirithe mianraí chomh maith, in éineacht le cineálacha eile gáis.

Nuair a aonrófar nítrigin agus ocsaigin an aeir, gheofar xeanón mar sheachthoradh. Go tipiciúil déanfar driogadh codánach i ngléasra dhá cholún, agus ar an dóigh seo fágfar crioptón agus xeanón san ocsaigin. Má dhriogtar an ocsaigin sin, is féidir an ocsaigin a shaibhriú ionas go mbeidh 0.1-0.2 % de mheascán crioptóin agus xeanóin ann; ansin bainfear an meascán sin as an ocsaigin le glóthach shilice, nó driogfar é. Ansin is féidir babhta nua driogtha a dhéanamh leis an xeanón agus an crioptón a scaradh ó chéile.

Glactar leis mar bhallaíocht tuairime gur táirgeadh 5,000-7,000 m³ xeanóin ar fud an domhain sa bhliain 1998. Chomh tearc is atá an xeanón tá praghas sách ard air i gcomparáid leis na triathgháis eile. Sa bhliain 1999 chaithfeá 10 euro a íoc as lítear amháin xeanóin, 1 euro as lítear amháin crioptóin, agus 20 cent as lítear neoin. Is é an t-argón an triathghás is flúirsí, agus dá réir sin ní íocfá oiread is cent amháin as lítear amháin argóin san am sin.

Is é codán núicléónach an xeanóin sa Ghrianchóras ná 1.56 x 10^-8 - is é sin, seo an codán de núicléóin (prótóin agus neodróin) an Ghrianchórais atá ceangailte i núicléis na n-adamh xeanóin. Maidir leis an mais, is é codán an xeanóin ná aon chuid amháin de 630 míle. Tá an xeanón réasúnta tearc in atmaisféar na Gréine, ar an Domhan, sna hastaróidigh agus sna cóiméid. Ón taobh eile de is ábhar iontais é chomh flúirseach is atá an xeanón in atmaisféir Iúpatair - tuairim is dhá oiread agus sé dheichiú cuid chomh coitianta is atá sé sa Ghrian. Níl míniú ceart ar an bhflúirse seo ar fáil, ach is féidir go raibh na mionphláinéadaigh ag dul i líonmhaireacht go sciobtha sular éirigh an diosca réamh-Ghréine te - murach sin, ní fhanfadh an xeanón i mbraighdeanas in oighear na mionphláinéadach. Chomh tearc is atá an dúil seo in atmaisféar an Domhain, tá sé incheaptha go bhfanann cuid mhór de xenón an Domhain ceangailte le nasc comhfhiúsach den ghrianchloch, ionas nach dtig leis na hadaimh xeanóin éalú go dtí an t-atmaisféar.

Murab ionann agus na triathgháis eile, ní toradh é an xeanón don ghnáthphróiseas núicléisintéise taobh istigh de na réaltaí. Na dúile atá níos troime ná iarann a 56, má chruthaítear a leithéidí le comhleá núicléas, ní tháirgfidh an comhleá sin tuilleadh fuinnimh ach a mhalairt. Mar sin, níl gnóthú fuinnimh é don réalta xeanón a shintéisiú. Scéal eile é go bhfoirmítear núicléis xeanóin sna pléasctha ollnóva agus gnáthnóva agus trí phróiseas mall neodróncheaptha (s-phróiseas) in abhacréaltaí dearga atá tar éis an hidrigin ina gcroílár a spíonadh agus iad ag dul ag iompú ina bhfathachréaltaí (an cineál fathachréaltaí atá suite sa chearn de léaráid Hertzsprung-Russell ar a dtugtar an chraobh asamtóiteach fathachréaltaí). Foinse eile xeanóin é an meath radaighníomhach: béite-mheath iaidín a 129 agus eamhnú spontáineach an úráiniam, an phlútóiniam agus an tóiriam.

Tá xeanón an dúlra comhdhéanta as seacht n-iseatóp cobhsaí:¹²⁶Xe, ^128–132Xe, agus ¹³⁴Xe. Go teoiriciúil ba chóir go dtiocfadh béite-mheath dúbailte ar ¹²⁶Xe agus ¹³⁴Xe, ach níor aithin na heolaithe a leithéid go praiticiúil riamh, agus mar sin déantar talamh slán de gur núiclídí cobhsaí iad an dá cheann sin. Rinneadh taighde ar bhreis is dhá scór iseatóp radaighníomhach de chuid an xeanóin. Is iad an dá iseatóp radaighníomhacha is fadsaolaí acu ná ¹²⁴Xe, a dhéanann leictreonghabháil dhúbailte (leathré: 1.8 × 10²¹ bliain) agus ¹³⁶Xe, a dtagann béite-mheath dúbailte air (2.11 × 10²¹ bliain is leathré don iseatóp áirithe seo).

Tá dhá iseatóp chobhsaí ag an xeanón, mar atá, ¹²⁹Xe agus ¹³¹Xe, a bhfuil móiminteam uilleach intreach acu nach ionann é agus an neamhní - is é sin, tá guairne núicléis acu a dhéanann oiriúnach iad le haghaidh athshondais mhaighnéadaigh núicléach nó NMR (feiniméan fisiciúil a úsáidtear i dteicníochtaí íomháúcháin sa mhíochaine). Is féidir núicléis na n-iseatóp seo a ailíniú ó thaobh na guairne de thar na gnáthleibhéil pholarúcháin trí sholas ciorcalpholaraithe agus rubaidiam galaithe a úsáid. Ar an dóigh seo sroichfear leibhéal polaraithe thar 50 faoin gcéad den uasmhéid theoiriciúil. Tugtar hipearpholarú ar an gcineál seo ailíniú guairne, agus is staid shealadach é.

Táirgtear iseatóip radaighníomhacha áirithe de chuid an xeanóin (ar nós ¹³³Xe agus ¹³⁵Xe) nuair a ionradaítear damhna ineamhnaithe le neodróin taobh istigh d'imoibritheoirí núicléacha. Tá tábhacht ar leith ag baint le ¹³⁵Xe in oibriúchán na n-imoibritheoirí eamhnacha núicléacha. Tá an-trasghearradh ag ¹³⁵Xe do neodróin theirmeacha, mar atá, 2.6×10⁶ barn, agus is féidir leis an núiclíd seo cúis na "nimhe" a dhéanamh (neodróin a shú isteach chuici), ionas go gcuireann sí moilliú ar an imoibriú slabhrúil nó fiú stop leis, i ndiaidh tréimhse oibriúcháin. Sin rud a d'aithin na saineolaithe a bhí ag baint úsáide as na chéa imoibritheoirí a tógadh le plútóiniam a tháirgeadh do Mhanhattan Project (an tionscadal leis an gcéad bhuama adamhach a chruthú). Ceann de na cúiseanna le holltubaiste Shearnóbail ab ea "nimhiú" an imoibritheora le ¹³⁵Xe. Má chuirtear imoibritheoir as nó má bhaintear dá chumhacht, is féidir do ¹³⁵Xe dul i méadaíocht san imoibritheoir, ionas go rachaidh an t-imoibritheoir in umar an iaidín, mar a deirtear.

Is féidir go gcarnaítear xeanón radaighníomhach san imoibritheoir agus é á ghineadh i slata breosla atá scáinte, nó trí eamhnú an úráiniam san uisce fuaraithe.