vignette Le xénon est l'élément chimique de numéro atomique 54, de symbole Xe. C'est un gaz noble, inodore et incolore. Dans une lampe à décharge, il émet une lumière bleue.
Le xénon est le plus rare et le plus cher des gaz nobles, à l'exception du radon dont tous les isotopes sont radioactifs.
Étymologiquement, le nom de « xénon » dérive du mot grec , « étranger ». Ce nom vient du fait que le xénon a été découvert sous forme de « gaz inconnu, étranger » dans le krypton lors des identifications successives des gaz rares (argon, krypton, xénon) à la fin du .
Le xénon a été découvert en 1898 par William Ramsay et par Morris William Travers par analyse spectrale de « résidus » de l'air dont on avait éliminé l'oxygène et l'azote.
On extrait le xénon par distillation de l'air. Pour distiller de l'air, il faut le rendre liquide en le compressant (il s'échauffe en restant gazeux, mais en le maintenant compressé et en le refroidissant, il se liquéfie). On peut alors extraire le xénon par distillation fractionnée de l'air devenu liquide.
Histoire Le xénon a été découvert par les chimistes britanniques William Ramsay et Morris Travers le , peu après leur découverte du krypton et du néon. Ils l'ont trouvé dans un résidu issu de l'évaporation sélective des différents éléments composant l'air liquide... C'est Ramsay qui proposa de baptiser ce nouveau gaz xénon, du grec , de , « étranger »... En 1902, Ramsay estimait que l'atmosphère terrestre devait contenir 1 partie pour de xénon..
vignette|gauche|Stroboscope avec tube au xénon.
Au cours des , l'ingénieur Harold Edgerton commença à s'intéresser à la lumière stroboscopique pour des applications en photographie à grande vitesse. Cette étude le conduisit à l'invention d'un stroboscope au xénon, au sein duquel la lumière était générée par une décharge de courant très brève dans un tube rempli de xénon. En 1934, Edgerton était capable de générer des flashs d'une microseconde de durée grâce à cette technique..
En 1939, Albert R. Behnke Jr étudia les causes de l'ivresse des profondeurs chez les plongeurs en eaux profondes, amenés à respirer un air bien plus dense et à bien plus haute pression que l'air ambiant. En testant l'effet de changement de compositions de l'air contenu dans les bouteilles, il réalisa que l'organisme humain réagissait différemment selon la composition chimique du gaz inspiré à haute pression. Il en conclut que le xénon pourrait être utilisé en anesthésie. Bien qu'il semble que le Russe Lazharev ait étudié l'utilisation du xénon en anesthésie en 1941, les premiers travaux publiés confirmant l'effet du xénon datent de 1946 et concernent les expérimentations de J. H. Lawrence sur des souris. La première utilisation du xénon comme anesthésiant en chirurgie date de 1951, avec l'opération de deux patients par Stuart C. Cullen..
En 1960, le physicien découvrit que certaines météorites contenaient un taux anormalement élevé de l' du xénon. Il supposa que l'excès de cet isotope provenait du produit de désintégration de l'. Cet isotope est produit lentement dans le milieu interstellaire par des réactions de spallation dues aux rayons cosmiques et à des réactions de fission nucléaire, mais n'est produit en quantité notable que dans l'explosion de supernovas. La demi-vie de l' étant relativement courte à l'échelle cosmologique ( d'années seulement), cela démontrait que peu de temps s'était écoulé entre la supernova et le moment où la météorite s'était solidifiée en piégeant l'. Ces deux évènements (supernova et solidification du nuage gaz) étaient supposés avoir eu lieu durant les premiers temps de l'histoire du système solaire, l' ayant vraisemblablement été généré avant — quoique peu de temps avant — la formation du système solaire...
Le xénon et les autres gaz nobles ont été longtemps considérés comme complètement inertes chimiquement et n'entrant pas en jeu dans la formation de composés chimiques. Cependant, alors qu'il enseignait à l'Université de la Colombie-Britannique, Neil Bartlett découvrit que l'hexafluorure de platine (PtF) est un agent oxydant très puissant, capable d'oxyder le dioxygène (O) pour former de l'hexafluoroplatinate de dioxygényle (O[PtF]).. Le dioxygène et le xénon possédant des énergies de première ionisation presque identiques, Bartlett prit conscience que l'hexafluorure de platine pourrait peut-être également oxyder le xénon. Le , il mélangea ces deux gaz et produisit le premier composé chimique contenant un gaz noble, l'hexafluoroplatinate de xénon... Bartlett pensa que sa composition était Xe[PtF], mais des travaux postérieurs montrèrent qu'il avait sans doute fabriqué un mélange de plusieurs sels de xénon., §11.4, , , 2001, ; , , Berlin: de Gruyter, 1995, , ... Depuis lors, de nombreux autres composés du xénon ont été découverts., et quelques composés contenant d'autres gaz nobles (argon, krypton et radon) ont été identifiés, incluant notamment l'hydrofluorure d'argon., le difluorure de krypton.. ou le fluorure de radon..
Abondance sur Terre et dans l'Univers Le xénon existe à l'état de traces dans l'atmosphère terrestre avec une concentration de ..
Le xénon est relativement rare dans le Soleil, sur Terre, dans les astéroïdes ou les comètes.
L'atmosphère de Mars présente une abondance de xénon similaire à celle de la Terre, soit .. En revanche, la proportion de (par rapport au xénon total) sur Mars est plus élevée que celle observée sur Terre ou dans le Soleil. Cet isotope étant produit par la désintégration d'éléments radioactifs, ceci indique que Mars pourrait avoir perdu la majeure partie de son atmosphère primitive, peut-être dans les millions d'années qui ont suivi sa formation...
À l'inverse, l'atmosphère de Jupiter présente une concentration de xénon inhabituellement élevée, environ plus élevée que celle du Soleil.. Cette concentration élevée demeure inexpliquée et pourrait être liée à une formation rapide et précoce de planétésimaux avant que le disque protoplanétaire ne commence à chauffer (sinon le xénon n'aurait pas été piégé dans les glaces des planétésimaux.). Au sein du système solaire dans son ensemble, la part du xénon (en tenant compte de tous ses isotopes) est de 1,56×10, soit une concentration massique de 1 pour ..
La faible concentration de xénon sur Terre pourrait s'expliquer par la possibilité de liaisons covalentes xénon-oxygène dans le quartz (surtout à haute pression), ce qui tendrait à diminuer la présence de xénon gazeux dans l'atmosphère.. Deux chercheurs, Svyatoslav Shcheka et Hans Keppler, ont proposé une autre explication en 2012 : alors qu'il s'est refroidi et cristallisé le magma a emprisonné les gaz rares les plus légers. Les gros atomes du xénon sont, pour l'essentiel, restés dans l'atmosphère. Sous l'effet de la chaleur, du fort rayonnement ultraviolet du Soleil jeune et du bombardement de la Terre par des météorites, l'atmosphère s'est en partie échappée dans l'espace, emportant le xénon avec elle. Les autres chercheurs
Contrairement aux autres gaz nobles de masse plus faible, le xénon et le krypton ne sont pas formés par nucléosynthèse stellaire au sein des étoiles. En effet, le coût énergétique de production d'éléments plus lourd que le par fusion est trop élevé.. De ce fait, un grand nombre des isotopes du xénon est formé au cours des explosions de supernovas..
Production industrielle Industriellement, le xénon est un sous-produit de la séparation de l'air en oxygène et azote. À la suite de cette séparation, généralement effectuée par distillation fractionnée avec une double colonne, l'oxygène liquide obtenu contient une petite quantité de xénon et de krypton. En effectuant des étapes de distillation fractionnée supplémentaires, il peut être enrichi jusqu'à contenir une concentration cumulée de 0,1 à 0,2 % de krypton et xénon, mélange de gaz nobles extrait par adsorption sur un gel de silice ou par distillation. Ce mélange est ensuite séparé en xénon et krypton par distillation... L'extraction d'un litre de xénon de l'atmosphère nécessite une énergie de .. En 1998, la production mondiale de xénon était de .. Du fait de sa faible concentration dans l'air, le xénon est beaucoup plus cher que les autres gaz nobles plus légers. En 1999, le prix d'achat pour de faibles quantités était d'environ , contre pour du krypton et pour du néon. Ces prix restent très modestes par rapport au cours de l'.
Propriétés vignette|Raies spectrales du xénon, de l'ultraviolet à l'infrarouge. vignette|Nanoparticules de xénon liquides (amorphes) et solides (cristallines) produites en implantant des ions xénon dans de l'aluminium (observées au microscope électronique à balayage par transmission).
Un atome de xénon est un atome dont le noyau compte .
Dans les conditions normales de température et de pression, c'est un gaz de masse volumique .. À l'état liquide, sa masse volumique peut atteindre , le maximum étant atteint au point triple..
Dans les mêmes conditions, sa masse volumique à l'état solide est de .
Sous plusieurs gigapascals de pression, le xénon présente un état métallique..
Le xénon fait partie de la famille des gaz nobles. Sa couche de valence étant totalement pleine, il est inerte vis-à-vis de la plupart des réactions chimiques..
Il peut toutefois être oxydé par des oxydants très puissants, et de nombreux composés du xénon ont pu être synthétisés.
Lorsque du xénon placé dans un tube est excité par des décharges électriques, il émet une lueur bleue ou lavande. Ses raies d'émissions couvrent le domaine visible., mais les raies les plus intenses se situent dans le bleu, ce qui explique cette coloration..
Du xénon liquide ou solide peut être produit à température ambiante en implantant des ions Xe+ dans une matrice solide. De nombreux solides ont un réseau constamment plus petit que Xe solide. Par conséquent, le xénon implanté subit une compression à des pressions qui peuvent être suffisantes pour qu'il se liquéfie ou se solidifie..
Isotopes
Dans la nature, on peut trouver stables (ou quasi stables) du xénon. Seul l'étain possède un plus grand nombre d'isotopes stables (10), l'étain et le xénon étant les deux seuls éléments à posséder plus de stables.. Les isotopes Xe et Xe devraient théoriquement subir une double désintégration β mais celle-ci n'a jamais été observée... Une double désintégration β avec émission de deux antineutrinos (ββ2ν) a été observée pour l'isotope Xe par l'expérience EXO-200, qui a mesuré une demi-vie de . (plus de cent milliards de fois l'âge de l'univers). Une désintégration par double capture électronique a été observée pour l'isotope 124Xe par l'expérience XENON avec une demi-vie de ..
Outre ces , plus de instables et isomères nucléaires ont été étudiés.
L'un d'entre eux présente des enjeux particuliers pour le pilotage de certains réacteurs nucléaires (par exemple les REP). Dans les réacteurs concernés, le est produit comme fils de l' qui se dégrade après quelques heures en , lequel - dans ce contexte - est ensuite rapidement dégradé en absorbant des neutrons de la fission. En temps normal, la production et la dégradation s'équilibrent donc. Lors des baisses de puissance du réacteur, il y a baisse de production des neutrons qui, alors, ne suffisent plus à la dégradation du Xe, celui-ci continue donc à s'accumuler, produit de la fission des heures précédentes. En raison de son énorme section efficace d'absorption thermique (de l'ordre de de barns) il amplifie la baisse de puissance nucléaire. On dit alors qu'il y a « Empoisonnement au xénon » du réacteur.
De plus le xénon peut pénétrer d'autres matériaux tels que le nitrure de titane Gavarini, N. Toulhoat, C. Peaucelle, P. Martin, J. Mende, Y. Pipon, H. Jaffrezic (2007) , 31 mai 2007, , , (résumé). (l'un des matériaux utilisés comme matrice inerte pour entourer le combustible dans les réacteurs de type Réacteur nucléaire rapide à caloporteur gaz (ou GFR pour )).