Sciences · Éléments chimiques
Xénon
Le xénon (Xe, numéro atomique 54) est un gaz noble rare, dense et incolore, présent à moins d’un dix-millionième dans l’air. Il éclaire les phares de voitures, propulse des sondes spatiales et sert d’anesthésique.
Mis à jour le 4 min de lecture
Le xénon est l’un des gaz les plus rares de l’atmosphère et l’un des plus chers. Il a pourtant marqué l’histoire de la chimie : en 1962, il est devenu le premier gaz noble à former un composé chimique, ce qui a mis fin à l’idée que ces éléments étaient totalement inertes.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Xe |
| Numéro atomique | 54 |
| Masse atomique | 131,29 u |
| Famille | Gaz noble (groupe 18, période 5) |
| État à 20 °C | Gaz |
| Fusion | −111,8 °C |
| Ébullition | −108,1 °C |
| Découverte | juillet 1898, William Ramsay et Morris Travers |
| Abondance | environ 0,09 ppm dans l’air sec |
Propriétés
Le xénon est un gaz monoatomique, incolore et inodore, environ 4,5 fois plus dense que l’air. Ses électrons externes, plus éloignés du noyau que ceux des gaz nobles légers, sont moins solidement retenus : le xénon est donc le plus réactif des gaz nobles stables (voir gaz nobles).
Il forme des fluorures (XeF₂, XeF₄, XeF₆), des oxydes et des oxyfluorures. Le difluorure de xénon est utilisé comme agent de fluoration en chimie et pour graver le silicium. Excité par une décharge électrique, le xénon émet une lumière blanche intense, proche de la lumière du jour, avec une teinte bleutée.
Isotopes
Le xénon naturel compte neuf isotopes, dont sept stables et deux à période extrêmement longue (xénon 124 et xénon 136). Les plus abondants sont le xénon 132 (environ 27 %) et le xénon 129 (environ 26 %).
Le xénon 135, produit de fission radioactif, absorbe les neutrons de façon exceptionnelle : son accumulation après une baisse de puissance « empoisonne » un réacteur. La mauvaise gestion de cet effet a contribué à l’enchaînement qui a conduit à l’accident de Tchernobyl en 1986 (voir fission nucléaire). Les xénons radioactifs détectés dans l’air servent aussi à vérifier l’interdiction des essais nucléaires.
Où le trouve-t-on ?
Dans l'atmosphère, à l’état de traces, et dans certains gaz de sources minérales. L’atmosphère terrestre contient moins de xénon que ne le prévoient les modèles, énigme connue des géochimistes sous le nom de « xénon manquant ».
Production
Le xénon est récupéré lors de la distillation fractionnée de l’air liquide, avec le krypton. Il faut traiter environ dix millions de litres d’air pour obtenir un litre de xénon, ce qui explique son prix élevé. La production mondiale n’est que de quelques dizaines de tonnes par an.
Usages
| Usage | Rôle du xénon |
|---|---|
| Éclairage | phares automobiles à décharge (« xénon »), lampes de projecteurs de cinéma, flashs photographiques, simulateurs solaires |
| Propulsion spatiale | propulseurs ioniques et à effet Hall : sonde Deep Space 1, sonde européenne SMART-1 vers la Lune, Dawn vers Vesta et Cérès, nombreux satellites |
| Anesthésie | anesthésique général efficace et bien toléré, mais réservé à des usages limités en raison de son coût |
| Imagerie | xénon 129 hyperpolarisé pour l’IRM des poumons ; xénon 133 pour étudier la ventilation et le débit sanguin |
| Physique | détecteurs de matière noire à xénon liquide de plusieurs tonnes (voir matière noire) ; recherche de la double désintégration bêta sans neutrino |
| Électronique | lasers excimères au chlorure et fluorure de xénon, gravure de semi-conducteurs |
Le xénon est l’ergol idéal de la propulsion électrique : lourd, inerte, facile à ioniser et stockable sous forme dense.
Rôle biologique et toxicité
Le xénon n’a aucun rôle biologique et n’est pas toxique. Respiré à une concentration suffisante, il est anesthésiant à pression atmosphérique, contrairement aux gaz nobles plus légers. Comme tout gaz inerte dense, il peut provoquer une asphyxie s’il remplace l’oxygène. Les composés du xénon, oxydants puissants, sont en revanche dangereux : le trioxyde de xénon est explosif.
Histoire du nom
En juillet 1898, quelques semaines après le krypton et le néon, William Ramsay et Morris Travers isolent un dernier gaz dans les résidus de l’évaporation de l’air liquide. Ils le nomment xénon, du grec xenos, « étranger ». En 1962, le chimiste britannique Neil Bartlett, à l’université de la Colombie-Britannique, remarque que l’hexafluorure de platine est capable d’arracher un électron à l’oxygène. L’énergie nécessaire pour ioniser le xénon étant voisine, il fait réagir les deux gaz et obtient un solide orange : le premier composé d’un gaz noble.
Questions fréquentes
Les phares au xénon contiennent-ils vraiment du xénon ?
Oui : l’ampoule à décharge contient du xénon, qui permet un allumage instantané, ainsi que des sels métalliques qui produisent la majorité de la lumière une fois la lampe chaude.
Pourquoi les satellites utilisent-ils du xénon ?
Les propulseurs électriques accélèrent des ions de xénon à très grande vitesse. La poussée est faible, mais la consommation est dix fois moindre qu’avec un moteur chimique, idéale pour les longues missions.
Le xénon est-il un gaz noble inerte ?
Pas complètement : il forme plusieurs dizaines de composés stables avec le fluor et l’oxygène. Il reste toutefois très peu réactif dans les conditions ordinaires.