제논

Xenon
제논, 제논
크세논이 채워진 방전관이 하늘색으로 빛나는 것
제논
발음
외모전기장에 놓였을 때 푸른 빛을 내는 무색의 기체.
표준원자량 Ar°(Xe)
  • 131.293±0.006
  • 131.29±0.01(축)[3]
주기율표의 제논
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 카본 질소 산소 플루오린 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브롬 크립톤
루비듐 스트론튬 이트리움 지르코늄 니오븀 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루륨 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마륨 유로피움 가돌리늄 터븀 디스프로슘 홀뮴 에르비움 툴륨 이터븀 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수성(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 큐륨 베르켈륨 칼리포늄 아이슈타인 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌시움 러더포디움 더브늄 시보리움 보흐리움 하시움 마이트네륨 다름슈타티움 로엔트게늄 코페르니슘 니혼이움 플레로비움 모스크바 주 리버모륨 테네시주 오가네손
Kr



Rn
요오드 크세논 세슘
원자 번호 (Z)54
그룹.18조(noble가스)
기간5교시
블록 p블록
전자배치[Kr] 4d10 5s2 5p6
쉘당 전자 수2, 8, 18, 18, 8
물리적 특성
단계 STP에서가스를
융점161.40K(-111.75°C, -169.15°F)
비등점165.051 K (−108.099 °C, −162.578 °F)
밀도 (STP에서)5.894g/L
액체 상태일 때(에)2.942g/cm3[4]
트리플 포인트161.405K, 81.77kPa[5]
임계점289.733K, 5.842MPa[5]
핵융합열2.27 kJ/mol
기화열12.64 kJ/mol
몰열용량21.01[6] J/(mol·K)
증기압
P (파) 1 10 100 1k 1만 100k
(K)에서 83 92 103 117 137 165
원자 특성
산화상태0, +2, +4, +6, +8 (0보다 큰 rarely; 약산성 산화물)
전기 음성도폴링 눈금 : 2.60
이온화 에너지
  • 첫번째: 1170.4 kJ/mol
  • 2위: 2046.4 kJ/mol
  • 3위: 3099.4kJ/mol
공유반경140±9pm
반데르발스 반지름오후 216시
Color lines in a spectral range
제논 스펙트럼선
기타속성
자연발생태고의
결정구조 면심 큐빅(fcc)
Face-centered cubic crystal structure for xenon
음속가스 : 178m·s−1
액체 : 1090m/s
열전도율5.65x10W/(m ⋅K)
자기순서반자성의[7]
어금니 자기 민감도-43.9x10cm−63/mol (298K)[8]
CAS 번호7440-63-3
역사
탐색 및 첫 번째 격리윌리엄 램지모리스 트래버스 (1898)
크세논 동위 원소
주동위원소[9] 디케이
흥겨운 ­춤 반감기의 (t1/2) 모드 제품 ­
124 0.095% 1.8x1022 y[10] εε 124
125 신스 16.9시간 ε 125나는
126 0.0890% 안정적인.
127 신스 36.345 d ε 127나는
128 1.91% 안정적인.
129 26.4% 안정적인.
130 4.07% 안정적인.
131 21.2% 안정적인.
132 26.9% 안정적인.
133 신스 5.247 d β 133Cs
134 10.4% 안정적인.
135 신스 9.14시간 β 135Cs
136 8.86% 2.165x10y21[11][12] ββ 136
카테고리: 제논
참고문헌

제논은 Xe라는 기호와 원자 번호 54가진 화학 원소입니다.이 가스는 지구의 대기에서 미량으로 발견되는 짙은 색, 무색, 무취의 고귀한 가스입니다.[13]일반적으로 반응성이 없지만, 최초로 합성되는 희가스 화합물크세논 헥사플루오로플라티네이트의 형성과 같은 몇 가지 화학 반응을 겪을 수 있습니다.[14][15][16]

제논은 플래시 램프[17] 아크 램프에 사용되며 전신 마취제로 사용됩니다.[18][19]최초의 엑시머 레이저 설계는 제논 이량체 분자(Xe2)를 레이징 매질로 사용하였고,[20] 최초의 레이저 설계는 제논 플래시 램프를 펌프로 사용하였습니다.[21]제논은 또한 약하게 상호작용하는 거대한 입자[22] 탐색하고 우주선에서 이온 추진체추진체로 사용됩니다.[23]

자연적으로 발생하는 크세논은 7개의 안정 동위 원소와 2개의 긴 수명의 방사성 동위 원소로 구성되어 있습니다.40개 이상의 불안정한 제논 동위 원소는 방사성 붕괴를 겪으며, 제논의 동위 원소 비율은 태양계의 초기 역사를 연구하는 데 중요한 도구입니다.[24]방사성 제논-135요오드-135(핵분열의 산물)에서 베타 붕괴에 의해 생성되며 원자로에서 가장 중요한 (그리고 원하지 않는) 중성자 흡수체입니다.[25]

역사

제논은 영국에서 1898년 9월 스코틀랜드의 화학자 윌리엄 램지와 영국의 화학자 모리스 트래버스에 의해 발견되었는데,[26] 크립톤과 네온의 원소를 발견한 직후였습니다.그들은 액체 공기의 증발 성분에서 남은 제논을 발견했습니다.[27][28]램지는 이 기체의 이름을 '외국인(er)', '이상한(r)', 또는 '손님'을 의미하는 ξένος 제노스의 중성 단수 형태인 ξένον 제논에서 제안했습니다.1902년, 램지는 지구 대기의 크세논의 비율을 2천만분의 1로 추정했습니다.[31]

1930년대 동안, 미국인 엔지니어 해롤드 에저튼고속 사진위한 스트로브 라이트 기술을 탐구하기 시작했습니다.이것은 그가 크세논 가스로 채워진 관에 짧은 전류를 흘려 빛을 만들어 내는 크세논 플래시 램프를 발명하도록 이끌었습니다.1934년 에저튼은 이 방법으로 1마이크로초만큼 짧은 섬광을 발생시킬 수 있었습니다.[17][32][33]

1939년 미국의 의사 Albert R. 벤케 주니어는 심해 잠수부들의 "술에 취한" 원인을 탐구하기 시작했습니다.그는 그의 실험 대상들에 다양한 호흡 혼합물의 효과를 실험했고, 이것이 잠수부들이 깊이의 변화를 감지하게 한다는 것을 발견했습니다.그의 결과로부터, 그는 크세논 가스가 마취제 역할을 할 수 있다고 추론했습니다.러시아의 독성학자 Nikolay V. Lazarev가 1941년에 제논 마취를 연구한 것으로 보이지만, 제논 마취를 확인하는 최초의 보고서는 1946년 쥐를 대상으로 실험한 미국 의학 연구자 John H. Lawrence에 의해 발표되었습니다.제논은 1951년 미국인 마취과 의사 스튜어트 C에 의해 수술용 마취제로 처음 사용되었습니다.두 명의 환자와 함께 성공적으로 사용한 Cullen.[34]

액화 크세논을 함유한 원소 수집기를 위해 특별히 준비된 아크릴 큐브

제논과 다른 희가스들은 오랫동안 화학적으로 불활성이어서 화합물을 형성할 수 없다고 여겨졌습니다.그러나, British Columbia 대학에서 가르치는 동안, Neil Bartlett육불화 백금(PtF6)이 산소 가스(O2)를 산화시켜 다이옥시게닐 육불화 백금(O+
2
[PtF
6
])
[35]을 형성할 수 있는 강력한 산화제임을 발견했습니다.
O2(1165 kJ/mol)와 제논(1170 kJ/mol)은 거의 같은 첫 번째 이온화 전위를 가지고 있기 때문에, 바틀렛은 육불화 백금도 제논을 산화시킬 수 있다는 것을 깨달았습니다.1962년 3월 23일, 그는 두 기체를 혼합하고 최초로 알려진 희가스 화합물인 크세논 헥사플루오로플라틴을 생산했습니다.[36][16]

바틀렛은 그것의 구성 성분이+ Xe[PtF6]라고 생각했지만, 나중의 연구에 따르면 그것은 아마도 다양한 크세논 함유 염의 혼합물일 것입니다.[37][38][39]이후 아르곤 플루오로무수물(HARF),[41] 크립톤 디플루오로화물(KrF2),[42][43] 불화라돈 등의 희가스 아르곤, 크립톤, 라돈의 일부 화합물 [40]외에도 많은 제논 화합물이 발견되었습니다.[44]1971년까지 80개 이상의 크세논 화합물이 알려져 있었습니다.[45][46]

1989년 11월, IBM 과학자들은 개별 원자를 조작할 수 있는 기술을 증명했습니다.원자로 IBM이라고 불리는 이 프로그램은 주사 터널 현미경을 사용하여 니켈로 된 차가운 결정의 기판 위에 35개의 개별 제논 원자를 배열하여 세 글자 회사의 이니셜을 설명했습니다.원자가 평평한 표면에 정확히 위치한 것은 이번이 처음이었습니다.[47]

특성.

고전압 장치 내부의 액체 제논 위에 떠 있는 고체 제논 층.
상온에서 알루미늄에 Xe+ 이온을 주입하여 생성된 액체(특징 없음) 및 결정성 고체 Xe 나노입자

제논은 원자 번호 54를 가지고 있습니다. 즉, 그의 핵은 54개의 양성자를 가지고 있습니다.표준 온도와 압력에서 순수한 크세논 가스의 밀도는 5.894 kg3/m로 해수면에서 지구 대기 밀도의 약 4.5배인 1.217 kg3/m입니다.[48]액체인 제논의 밀도는 최대 3.100 g/mL이며, 밀도 최대치는 삼중점에서 발생합니다.[49]액체 크세논은 원자 부피가 크기 때문에 분극성이 높기 때문에 우수한 용매입니다.그것은 탄화수소, 생물학적 분자, 그리고 심지어 물도 녹일 수 있습니다.[50]같은 조건에서 고체 제논의 밀도(3.640 g/cm3)는 화강암의 평균 밀도(2.75 g/cm3)보다 높습니다.[49]기가파스칼압력 하에서 크세논은 금속상을 형성합니다.[51]

고체 제논은 압력 하에서 면중심 입방정(fcc)에서 육각밀폐(hcp) 결정상으로 변화하고 약 140 GPa에서 금속성으로 변하기 시작하며 hcp 상에는 눈에 띄는 부피 변화가 없습니다.155 GPa의 완전 금속성입니다.금속화되었을 때, 제논은 붉은 빛을 흡수하고 다른 가시 주파수를 전달하기 때문에 하늘색으로 보입니다.이러한 행동은 금속에서는 드문 일이며, 그 상태에서 전자 밴드의 폭이 상대적으로 작기 때문에 설명됩니다.[52][53]

제논 플래시
(animated 버전)

Xe 이온을 고체 매트릭스에 주입함으로써+ 액체 또는 고체 제논 나노입자가 상온에서 형성될 수 있습니다.많은 고체는 고체 Xe보다 작은 격자 상수를 가지고 있습니다.따라서 주입된 Xe가 액화 또는 응고에 충분한 압력으로 압축됩니다.[54]

제논은 귀 기체 또는 불활성 기체라고 불리는 0가 원소의 구성원입니다.외부 원자가 껍질에는 8개의 전자가 포함되어 있기 때문에 대부분의 일반적인 화학 반응(예: 연소)에는 비활성입니다.이를 통해 외부 전자가 단단히 결합된 안정적이고 최소 에너지 구성이 생성됩니다.[55]

가스가 채워진 튜브에서 제논은 방전에 의해 흥분될 때 파란색 또는 라벤더 빛을 발합니다.제논은 가시 스펙트럼에 걸쳐 있는 방출선의 띠를 방출하지만,[56] 가장 강렬한 선은 푸른 빛의 영역에서 발생하여 색을 생성합니다.[57]

발생 및 생산

제논(Xenon)[58]지구 대기미량 가스로, 87±1nL/L(10억분의 1)의 부피 분율로 발생합니다.그것은 또한 일부 약수터에서 배출되는 가스의 성분으로 발견됩니다.대기의 총 질량이 5.15×1018 킬로그램(1.135×1019 lb)일 때, 대기는 대기의 평균 몰 질량을 약 394 질량 ppb에 해당하는 28.96 g/mol로 할 때 총 2.03 기가톤(2.00×109 긴 톤; 2.24×109 짧은 톤)의 제논을 함유하고 있습니다.

상업의

제논은 산소질소로 공기를 분리하는 부산물로서 상업적으로 얻어집니다.[59]일반적으로 이중 컬럼 공장에서 분획 증류를 통해 수행되는 이 분리 후 생성된 액체 산소에는 소량의 크립톤과 크세논이 포함됩니다.액체 산소는 추가적인 분획 증류를 통해 실리카 겔흡착 또는 증류를 통해 추출된 크립톤/제논 혼합물을 0.1~0.2% 포함하도록 농축될 수 있습니다.마지막으로, 크립톤/제논 혼합물은 추가 증류에 의해 크립톤과 제논으로 분리될 수 있습니다.[60][61]

1998년 제논의 전 세계 생산량은 5,000~7,000 입방 미터(180,000~250,000 입방 미터)로 추정되었습니다.[62]리터당 밀도가 5.894g(0.0002129lb/cuin)인 경우 이는 약 30~40톤(30~39장톤, 33~44장톤)에 해당합니다.크세논은 희소성 때문에 더 가벼운 귀금속 가스보다 훨씬 더 비쌉니다. 1999년 유럽에서 소량 구매에 대한 대략적인 가격은 크세논의 경우 10€/L(=~€1.7/g), 크립톤의 경우 1€/L(=~€0.27/g), 네온의 경우 0.20€/L(=~€0.22/g)이었습니다. 지구 대기 부피 대비 1% 이상을 구성하는 훨씬 풍부한 아르곤은 훨씬 더 풍부했습니다., 리터당 1센트도 안 되는 가격입니다.

태양계

태양계 내에서 제논의 핵자 분율은 1.56 × 10으로−8, 총 질량의 63만 분의 1 정도입니다.[63]제논은 태양의 대기, 지구, 그리고 소행성과 혜성에서 비교적 희귀합니다.목성의 대기 중 크세논의 함량은 태양의 약 2.6배로 이례적으로 높습니다.[64][a]이러한 풍부함은 아직 설명할 수 없지만, 태양계 이전 원반이 가열되기 전에 행성상성체들(소규모의 행성상성체들)의 초기 및 급속한 축적이 원인일 수도 있습니다.[65]— 그렇지 않았더라면, 제논은 행성상의 미량에 갇히지 않았을 것입니다.낮은 지상 크세논의 문제점은 석영 내의 산소에 크세논이 공유 결합하여 대기 중으로 크세논의 배출을 감소시키는 것으로 설명될 수 있습니다.[66]

스텔라

질량이 낮은 귀금속 기체와는 달리, 항성 내부의 일반적인 항성 핵합성 과정은 크세논을 형성하지 않습니다.철-56보다 질량이 큰 원소들은 핵융합을 통해 에너지를 소비하며, 크세논의 합성은 별의 에너지 이득이 없음을 나타냅니다.[67]대신에, 제논은 초신성 폭발,[68] 고전적인 노바 폭발,[69] 중심핵 수소를 소진하고 점근적인 거대한 가지로 들어간 적색 거성에서의 느린 중성자 포획 과정(s-process),[70] 그리고 방사성 붕괴, 예를 들어 소멸요오드-129베타 붕괴토륨, 우란자발적인 핵분열에 의해 형성됩니다.플루토늄과 플루토늄.[71]

핵분열

제논-135핵분열 생성물의 수율이 높은 주목할 만한 중성자 독입니다.수명이 상대적으로 짧기 때문에 원자로의 안정적인 작동 중에 생성되는 속도와 동일한 속도로 붕괴됩니다.그러나 출력이 감소하거나 원자로가 스크램블링되면 모핵종의 베타붕괴로 인해 생성되는 제논보다 더 적은 제논이 파괴됩니다.크세논 중독이라고 불리는 이 현상은 원자로를 스크램 후에 재가동하거나 원자로가 줄어든 후에 출력을 높이는 데 상당한 문제를 일으킬 수 있고 그것은 체르노빌 원전 사고의 여러 원인 중 하나였습니다.[72][73]

안정적이거나 극도로 오래 사는 크세논 동위원소 또한 핵분열에서 상당한 양으로 생성됩니다.제논-136은 제논-135가 붕괴되기 전에 중성자 포획을 할 때 생성됩니다.크세논-136과 크세논-135(또는 붕괴 생성물)의 비율은 주어진 원자로의 전력 이력에 대한 힌트를 줄 수 있으며, 크세논-136의 부재는 핵폭발의 "지문"입니다.크세논-135는 직접적으로 생성된 것이 아니라 연속적인 베타 붕괴의 산물이기 때문에 단 몇 초 만에 일어나는 핵폭발에서 중성자를 흡수할 수 없기 때문입니다.[74]

안정 동위 원소 제논 132는 U의 열 중성자 핵분열에서 4% 이상의 핵분열 생성물을 생성하는데, 이는 안정 동위 원소 또는 거의 안정된 제논 동위 원소가 공기 중에서 생성되는 보다 사용 후 핵 연료에서 더 높은 질량 분율을 갖는다는 것을 의미합니다.그러나 2022년 현재 핵 재처리 중 사용후 연료에서 제논을 추출하는 상업적 노력은 없습니다.[75][76]

동위 원소

자연적으로 생성되는 크세논은 7개의 안정 동위 원소인 Xe, Xe, Xe로 구성되어 있습니다.이론적으로 Xe와 Xe 동위 원소는 이중 베타 붕괴를 겪을 것으로 예측되지만, 이는 관측된 적이 없기 때문에 안정적인 것으로 간주됩니다.[77]또한 40개 이상의 불안정한 동위원소가 연구되었습니다.이 동위 원소들 중 가장 오래 산 것은 반감기가 1.8 × 10년22 이중 전자 포획을 겪는 원시 Xe와 반감기가 2.1121 × 10년인 이중 베타 붕괴를 겪는 [78]Xe입니다.[79]129Xe는 반감기가 1600만 년인 I베타 붕괴에 의해 생성됩니다.131mXe, Xe, Xe, Xe는 UPu핵분열 생성물 중 일부이며,[71] 핵폭발을 감지하고 감시하는 데 사용됩니다.

핵스핀

제논과 제논의 안정 동위 원소 중 두 개인 Xe와 Xe의 핵은 0이 아닌 고유 각운동량(핵 스핀, 핵 자기 공명에 적합함)을 가지고 있습니다.핵스핀은 원편광과 루비듐 증기를 이용하여 일반적인 편광 수준 이상으로 정렬될 수 있습니다.[80]결과적으로 제논 핵의 스핀 분극은 상자성 통계에 의해 지시되는 열 평형 값(일반적으로 가장 강한 자석에서도 실온에서 최대값의 0.001%)을 크게 초과하여 가능한 최대 값의 50%를 초과할 수 있습니다.이러한 스핀의 비평형 정렬은 일시적인 조건이며, 극분극이라고 불립니다.제논을 과분극화하는 과정을 광학 펌핑이라고 합니다(레이저 펌핑과는 과정이 다르지만).[81]

Xe 핵의 스핀이 1/2이고, 따라서 전기 사극 모멘트가 0이기 때문에, Xe 핵은 다른 원자와 충돌하는 동안 어떤 사극 상호작용도 겪지 않으며, 초분극화는 공학적 빛과 증기가 제거된 후에도 장기간 지속됩니다.Xe의 스핀 분극은 혈액[82] 용해된 제논 원자의 경우 수 에서 기체 상태에서[83] 수 시간까지 그리고 깊게 얼어붙은 고체 제논에서는 수 일까지 지속될 수 있습니다.[84]대조적으로, Xe는 다음과 같은 핵 스핀 값을 갖습니다.3 2 및 0이 아닌 4중극 모멘트, 밀리초2초 범위에서 이완 시간을 갖습니다.

핵분열로부터

제논의 일부 방사성 동위원소(예: Xe 및 Xe)는 원자로 내의 핵분열성 물질의 중성자 조사에 의해 생성됩니다.[14]135Xe핵분열 원자로의 운영에 있어서 중요한 의미를 갖습니다.135Xe는 2.6×10개6 열중성자를 위한 거대한 단면을 가지고 있으며,[25] 작동 기간이 지나면 연쇄반응을 늦추거나 멈출 수 있는 중성자 흡수체 또는 ""으로 작동합니다.이것은 플루토늄 생산을 위해 미국 맨하탄 프로젝트에 의해 만들어진 가장 초기의 원자로에서 발견되었습니다.그러나 설계자들은 원자로의 반응성(핵분열당 중성자의 수가 핵연료의 다른 원자들을 핵분열시키는 것)을 증가시키기 위해 설계안에 조항을 만들었습니다.[86]체르노빌 참사의 주요 원인은 제 135원자로 중독이었습니다.[87]원자로의 정지 또는 출력 감소는 Xe의 축적을 초래할 수 있으며, 원자로 작동은 요오드 피트로 알려진 상태로 들어갑니다.불리한 조건에서는 상대적으로 고농도의 방사성 제논 동위원소가 균열된 연료봉이나 [88]냉각수에서 우라늄을 방출할 수 있습니다.[89]

가봉의 오클로에 있는 천연 핵분열 원자로에서 생산된 제논의 동위원소 비율은 약 20억년 전에 일어난 연쇄 반응 동안의 원자로 특성을 보여줍니다.[90]

우주 과정

제논은 두 개의 모 동위 원소의 추적자이기 때문에, 운석의 제논 동위 원소 비율은 태양계의 형성을 연구하는 데 강력한 도구입니다.요오드-제논 연대 측정법핵합성태양 성운으로부터 고체 물체의 응축 사이의 시간을 제공합니다.1960년 물리학자 존 H. 레이놀즈는 특정 운석들이 크세논-129가 과량으로 존재하는 동위원소 이상을 포함하고 있다는 것을 발견했습니다.그는 이것이 방사성 요오드-129붕괴 생성물이라고 추측했습니다.이 동위원소는 우주선 폭발핵분열로 천천히 생성되지만 초신성 폭발에서만 대량으로 생성됩니다.[91][92]

I의 반감기는 우주론적 시간 척도(1600만 년)에서 비교적 짧기 때문에, 이것은 초신성과 운석이 고체화되어 I를 가둔 시간 사이에 짧은 시간이 흘렀음을 보여줍니다.이 두 가지 사건(초신성과 가스 구름의 응고)은 태양계가 형성되기 직전에 I 동위 원소가 생성되어 두 번째 소스에서 동위 원소가 생성되었을 가능성이 있기 때문에 태양계의 초기 역사에서 일어난 것으로 추측됩니다.이 초신성원이 태양 가스 구름의 붕괴를 일으켰을 수도 있습니다.[91][92]

유사한 방식으로 Xe/130Xe 및 Xe/130Xe와 같은 제논 동위원소 비율은 행성 분화 및 조기 가스 배출을 이해하는 강력한 도구입니다.[24]예를 들어, 화성의 대기는 지구와 비슷한 크세논의 풍부함(0.08[93] ppm)을 보여주지만, 화성은 지구나 태양보다 크세논의 풍부함을 보여줍니다.이 동위원소는 방사성 붕괴에 의해 생성되기 때문에, 그 결과는 화성이 형성된 후 처음 1억 년 이내에 원시 대기의 대부분을 잃었다는 것을 나타낼 수 있습니다.[94][95]또 다른 예로, 뉴멕시코이산화탄소 우물 가스에서 발견되는 과도한 Xe는 지구가 형성된 직후부터 맨틀에서 파생된 가스의 붕괴로 인한 것으로 추정됩니다.[71][96]

컴파운드

1962년 닐 바틀렛이 크세논이 화학적 화합물을 형성할 수 있다는 것을 발견한 후, 많은 수의 크세논 화합물이 발견되고 기술되었습니다.알려진 거의 모든 크세논 화합물은 전기 음성 원자인 불소 또는 산소를 포함합니다.각각의 산화 상태에서 크세논의 화학은 바로 낮은 산화 상태에서 이웃 원소 요오드의 화학과 유사합니다.[97]

할리데스

A model of planar chemical molecule with a blue center atom (Xe) symmetrically bonded to four peripheral atoms (fluorine).
사불화 제논
Many cubic transparent crystals in a petri dish.
XeF4 결정, 1962

세 가지 불소가 알려져 있습니다: XeF
2
, XeF
4
XeF
6
.
XeF는 불안정한 것으로 이론화되어 있습니다.[98]이것들은 거의 모든 크세논 화합물의 합성을 위한 출발점입니다.

고체의 결정성 디플루오라이드 XeF
2 불소와 제논 가스의 혼합물이 자외선에 노출될 때 형성됩니다.[99]
일반적인 일광의 자외선 성분은 충분합니다.[100]NiF
2
촉매 하에서 XeF
2 고온에서 장기간 가열하면 XeF
6 생성됩니다.[101]
NaF가 존재하는 상태에서 XeF
6 열분해는 고순도 XeF
4 산출합니다.[102]

제논 플루오린화물은 플루오린 수용체 및 플루오린화 공여체로서 작용하여, XeF+
XeF
2+
3 같은 양이온 및 XeF
5
7
, 및 XeF2−
8 같은 음이온을 포함하는 염을 형성합니다.
녹색의 상자성 Xe+
2 XeF
2 제논 가스에 의해 환원되어 형성됩니다.[97]

XeF
2 또한 전이 금속 이온과 배위 복합체를 형성합니다.
30개 이상의 그러한 복합체들이 합성되고 특징지어졌습니다.[101]

제논 플루오르화물은 잘 특성화되어 있는 반면, 다른 할로겐화물은 그렇지 않습니다.제논, 불소 및 실리콘 또는 사염화탄소 혼합물의 고주파 조사에 의해 형성된 제논 디클로라이드[103]80℃에서 원소로 분해되는 흡열성, 무색, 결정성 화합물로 보고되고 있습니다.그러나 XeCl
2 약하게 결합된 Xe 원자와 Cl 분자
2 반데르발스 분자일 뿐 실제 화합물은 아닐 수 있습니다.[104]
이론적 계산에 따르면 선형 분자 XeCl
2 반데르발스 복합체보다 안정성이 떨어집니다.[105]
사염화 제논이브롬화 제논은 화학 반응에 의해 합성될 수 없을 정도로 불안정합니다.각각 ICl
4 IBr
2 방사성 붕괴에 의해 생성되었습니다.[106][107]

산화물 및 옥소할라이드

크세논의 산화물은 삼산화 제논(XeO
3
)과 사산화 제논(XeO
4
)으로, 둘 다 위험할 정도로 폭발적이고 강력한 산화제이며, 2011년에 4개의 배위 번호보고된 이산화 제논(XeO2)입니다.[108]
사불화2 크세논을 얼음 위에 부으면 XeO가 형성됩니다.그것의 결정구조는 규산염 광물의 실리콘을 대체할 수 있게 해줄 지도 모릅니다.[109]XeOO+ 양이온은 고체 아르곤에서 적외선 분광법으로 확인되었습니다.[110]

제논은 산소와 직접 반응하지 않으며, 삼산화물은 XeF
6 가수분해에 의해 형성됩니다.[111]

XeF + 3 HO XeO + 6 HF

XeO
3 약산성이며, 알칼리에 용해되어 HXeO
4
음이온을 포함하는 불안정한 제네이트 염을 형성합니다.
이러한 불안정한 염은 XeO4−
6
음이온을 포함하는 크세논 가스와 과산화질소 염으로 쉽게 불균형을 일으킵니다.[112]

과산화바륨은 농축된 황산으로 처리하면 사산화 크세논 가스를 생성합니다.[103]

BaXeO + 2HSO 2 BaSO + 2HO + XeO

이렇게 형성된 사산화 크세논은 분해를 방지하기 위해 담황색 고체로 빠르게 냉각됩니다.-35.9°C 이상에서 크세논과 산소 가스로 폭발하지만, 그 외에는 안정적입니다.

XeOF
2
, XeOF
4
, XeOF
2

2
XeOF
3
2 포함하는 다수의 제논 옥시플루오라이드가 알려져 있습니다.
XeOF
2 저온에서 OF
2 제논 가스를 반응시켜 형성됩니다.
XeF
4 부분 가수분해를 통해서도 얻을 수 있습니다.
-20°C에서 XeF
2 XeOF
2
2 불균형을 이룹니다.[113]
XeOF
4 XeF
6 부분 가수분해 또는 [114]XeF
6 퍼세네이트 나트륨, NaXeO
4
6 반응에 의해 형성됩니다.
후자의 반응은 또한 소량의 XeOF
3
2 생성합니다.
XeOF
4 CsF와 반응하여 XeOF
5
음이온을 형성하고,[113][115] XeOF는3 알칼리 금속 불소화물 KF, RbF 및 CsF와 반응하여 XeOF
4
음이온을 형성합니다.[116]

기타화합물

제논은 불소 또는 산소, 특히 탄소보다 덜 전기적으로 음성적인 원소에 직접적으로 결합될 수 있습니다.[117]이러한 화합물을 안정화시키기 위해서는 불소 치환기와 같은 전자 인출기가 필요합니다.[112]다음과 같은 수많은 화합물들이 특징지어졌습니다.[113][118]

  • CF가 펜타플루오로페닐기인 CF-Xe-N ≡C-CH.
  • [C
    6
    F
    5
    ]
    2
    Xe
  • CF-Xe-C ≡N
  • C
    6
    F
    5
    –Xe–F
  • CF-Xe-Cl
    6

    5
  • CF–C ≡C–Xe
  • [CH]C–C ≡C–Xe
  • C
    6
    F
    5
    –XeF+
    2
  • (C
    6
    F
    5
    Xe)
    2
    Cl+

덜 전기 음성적인 원소에 결합된 제논을 포함하는 다른 화합물로는 F–Xe–N(SOF)
2

2
F–Xe–BF
2 있습니다.
후자는 -100 °C에서 다이옥시제닐 테트라플루오로보레이트, OBF로부터
2
4 합성됩니다.[113][119]

제논을 포함하는 특이한 이온은 테트라세노노골드()입니다.II)[120] 양이온, Xe-Au 결합을 포함하는 AuXe2+
4
.
이 이온은 화합물 AuXe
4
(SbF
2

11
)에서 발생하며,
2
제논이 전이금속 리간드 역할을 하는 것으로 악명 높은 비반응성 원자인 제논과 사이에 직접적인 화학적 결합을 갖는 것이 주목할 만합니다.

화합물 XeSbF는 알려진 가장 긴 원소-element 결합인 Xe-Xe 결합을 포함합니다(308.71 pm = 3.0871 Å).

1995년, 핀란드 헬싱키 대학의 과학자들인 M. Räsänen과 동료들은 Xenon dihydride (HXeH)와 나중에 Xenon hydride-hydroxide (HXeOH), hydroxenoacetylene (HXeCCH) 및 기타 Xe-함유 분자의 제조를 발표했습니다.[122]2008년 Khriachtchev 등은 극저온 크세논 매트릭스 내에서 물의 광분해에 의한 HXeOXeH의 제조를 보고했습니다.[123]탈수소화된 분자인 HXeOD와 DXeOH도 생산되었습니다.[124]

포합물과 엑시머

크세논이 화학적 결합을 형성하는 화합물 외에도, 크세논은 다른 화합물의 결정성 격자에 의해 크세논 원자 또는 쌍이 갇힌 물질인 포접 속도를 형성할 수 있습니다.하나의 예는 제논 수화물(Xe·5+34)입니다.HO2), 제논 원자가 물 분자의 격자 안의 빈 공간을 차지하는 곳.[125]이 포접 속도의 녹는점은 24 °C입니다.[126]이 수화물의 중수소화 버전도 생산되었습니다.[127]또 다른 예는 제논 쌍(이량체)이 고체 수소 안에 갇힌 제논 하이드라이드(Xe(H2))8입니다.[128]이러한 쇄설수화물은 남극 대륙 빙상 아래에 있는 Lake Vostok와 같은 고압 조건에서 자연적으로 발생할 수 있습니다.[129]클라스레이트 형성은 크세논, 아르곤 및 크립톤을 분획 증류하는 데 사용될 수 있습니다.[130]

제논은 또한 제논 원자가 플러렌 분자 안에 갇혀 있는 내면체 플러렌 화합물을 형성할 수 있습니다.플러렌에 갇힌 제논 원자는 Xe 핵자기공명(NMR) 분광법으로 관찰할 수 있습니다.크세논 원자의 민감한 화학적 이동을 통해 플러렌 분자에 대한 화학적 반응을 분석할 수 있습니다.그러나 크세논 원자가 플러렌의 반응성에 전자적인 영향을 미치기 때문에 이러한 관찰에 주의가 없는 것은 아닙니다.[131]

크세논 원자들이 바닥 에너지 상태에 있을 때, 그것들은 서로 밀어내고 결합을 형성하지 않을 것입니다.그러나 제논 원자가 활성화되면 전자가 바닥 상태로 돌아갈 때까지 엑시머(excitimer)를 형성할 수 있습니다.이 개체는 제논 원자가 이웃한 제논 원자로부터 전자를 추가함으로써 가장 바깥쪽의 전자 껍질을 완성하는 경향이 있기 때문에 형성됩니다.크세논 엑시머의 일반적인 수명은 1 ~ 5 나노초이며, 붕괴는 약 150 ~ 173 nm 파장광자를 방출합니다.[132][133]제논은 또한 할로겐 브롬, 염소불소와 같은 다른 원소와 함께 엑시머를 형성할 수 있습니다.[134]

적용들

제논은 지구 대기에서 추출하는 것이 드물고 상대적으로 비싸지만, 많은 응용이 가능합니다.

조명 및 광학

가스 방전 램프

제논은 제논 플래시 램프라고 불리는 발광 소자에 사용되며, 사진 플래시와 스트로보스코픽 램프에 사용됩니다.[17] 활성 매질레이저에서 여기시켜 일관된 빛을 생성합니다.[135] 그리고 때때로 살균 램프에도 사용됩니다.[136]1960년에 발명된 최초의 고체 레이저는 크세논 플래시 램프에 의해 펌핑되었고,[21] 관성 구속 융합에 동력을 공급하는 데 사용되는 레이저는 또한 크세논 플래시 램프에 의해 펌핑됩니다.[137]

Elongated glass sphere with two metal rod electrodes inside, facing each other. One electrode is blunt and another is sharpened.
제논 쇼트 아크 램프
크세논 불빛을 받은 우주왕복선 아틀란티스호
제논 가스 배출관

연속적이고 짧은 아크, 고압의 크세논 아크 램프정오의 햇빛에 가까운 색온도를 가지며 태양열 시뮬레이터에 사용됩니다.즉, 이러한 램프의 색도는 태양 온도에서 가열된 블랙 바디 라디에이터와 거의 유사합니다.1940년대에 처음 소개된 이 램프들은 영화 프로젝터의 수명이 짧은 탄소 아크 램프를 대체했습니다.[18]일반적인 35mm, IMAX디지털 필름 프로젝션 시스템에도 사용됩니다.이들은 단파장 자외선의 훌륭한 공급원이며 일부 야간 시력 시스템에 사용되는 근적외선 방출량이 높습니다.제논은 자동차 HID 전조등용 금속 할라이드 램프와 고급 "전술" 손전등에서 스타터 가스로 사용됩니다.

플라즈마 디스플레이의 개별 셀은 제논과 전극으로 이온화된 네온의 혼합물을 포함합니다.이 플라즈마와 전극의 상호작용은 자외선 광자를 생성하고, 이 광자는 디스플레이 전면의 형광체 코팅을 자극합니다.[138][139]

제논은 고압 나트륨 램프에서 "스타터 가스"로 사용됩니다.이것은 모든 비방사성 귀금속 가스 중에서 가장 낮은 열전도율과 가장 낮은 이온화 전위를 가지고 있습니다.귀금속 가스로서 작동 램프에서 발생하는 화학 반응을 방해하지 않습니다.낮은 열전도율은 작동 상태에서 램프 내의 열 손실을 최소화하고, 낮은 이온화 전위는 차가운 상태에서 가스의 파괴 전압을 상대적으로 낮게 하여 램프를 보다 쉽게 시동할 수 있습니다.[140]

레이저

1962년, 벨 연구소의 한 연구팀이 크세논에서 레이저 작용을 발견했고,[141] 후에 레이저 이득이 레이저 매질에 헬륨을 첨가함으로써 향상되었다는 것을 발견했습니다.[142][143]최초의 엑시머 레이저는 전자빔에 의해 활성화된 제논 이량체(Xe)를2 사용하여 176 nm자외선 파장에서 자극된 방출을 생성했습니다.[20]제논 클로라이드 및 제논 플루오라이드는 또한 엑시머(또는 더 정확하게는 엑시플렉스) 레이저에 사용되었습니다.[144]

의료의

마취

제논은 전신마취제로 사용돼 왔지만 기존 마취제보다 가격이 비쌉니다.[145]

제논은 다양한 수용체 및 이온 채널과 상호작용하며, 이론적으로 많은 멀티모달 흡입 마취제와 마찬가지로 이러한 상호작용은 상호보완적일 가능성이 높습니다.제논은 고친화성 글리신 부위 NMDA 수용체 길항제입니다.[146]그러나 크세논은 신경독성이 없고 케타민아산화질소(NO2)의 신경독성을 억제하는 동시에 신경보호 효과를 낸다는 점에서 특정 다른 NMDA 수용체 길항제와 다릅니다.[147][148]케타민이나 아산화질소와는 달리, 제논은 에 축적된 도파민의 유출을 자극하지 않습니다.[149]

아산화질소 및 사이클로프로판과 마찬가지로, 크세논은 2-기공 도메인 칼륨 채널 TREC-1을 활성화합니다. 흡입 마취제의 작용과 관련된 채널 TASK-3 또한 크세논에 둔감합니다.[150]제논은 척추 매개 진통에 기여하는 니코틴성 아세틸콜린 α4β2 수용체를 억제합니다.[151][152]제논은 혈장Ca2+ ATPase의 효과적인 억제제입니다.제논은 효소 내의 소수성 기공에 결합하고 효소가 활성 형태를 가정하는 것을 막음으로써 Ca2+ ATPase를 억제합니다.[153]

제논은 세로토닌 5-HT3 수용체의 경쟁적 억제제입니다.마취제도 예방제도 아니지만, 이것은 마취로 인한 메스꺼움과 구토를 줄여줍니다.[154]

제논은 40세에 72%의 최소 폐포 농도(MAC)를 가지고 있어 마취제로서의2 NO보다 44% 더 강력합니다.[155]따라서 저산소증의 위험이 낮은 농도의 산소와 함께 사용할 수 있습니다.아산화질소와 달리 제논은 온실가스가 아니며 환경친화적인 것으로 여겨집니다.[156]현대 시스템에서 재활용되었지만 대기로 배출된 크세논은 환경에 영향을 미치지 않고 원래의 원천으로만 돌아가고 있습니다.

신경보호제

제논은 다양한 메커니즘을 통해 강력한 심장 보호 및 신경 보호를 유도합니다.그것이2+ Ca+, K, KATP에 끼친 영향으로\"HIF, NMDA 길항제인 제논은 허혈성 모욕 전, 중, 후에 투여될 때 신경 보호 기능을 합니다.[157][158]제논은 NMDA 수용체 글리신 부위의 고친화성 길항제입니다.[146]제논은 허혈-재관류 조건에서 약리학적 비허혈성 전제조건을 유도하여 심장을 보호합니다.제논은 PKC-엡실론과 다운스트림 p38-MAPK를 활성화하여 심장을 보호합니다.[159]제논은 ATP에 민감한 칼륨 채널을 활성화함으로써 신경 허혈성 프리컨디셔닝을 모방합니다.[160]제논 알로스테릭은 술포닐우레아 수용체 1 소단위체와 독립적으로 ATP 매개 채널 활성화 억제를 감소시켜 KATP 개방 채널 시간 및 빈도를 증가시킵니다.[161]

스포츠 도핑

크세논/산소 혼합물을 흡입하면 전사 인자 HIF-1-알파의 생성이 활성화되어 에리트로포이에틴의 생성이 증가할 수 있습니다.후자의 호르몬은 적혈구 생성과 운동 능력을 증가시키는 것으로 알려져 있습니다.보도에 따르면, 크세논 흡입 도핑은 2004년부터 그리고 아마도 더 일찍 러시아에서 사용되었습니다.[162]2014년 8월 31일, 세계반도핑기구(WADA)는 크세논(및 아르곤)을 금지 물질 및 방법 목록에 추가했지만, 아직 이러한 가스에 대한 신뢰할 만한 도핑 테스트는 개발되지 않았습니다.[163]또한, 인간의 에리트로포이에틴 생성에 대한 제논의 효과는 현재까지 입증되지 않았습니다.[164]

이미징

제논의 방사성 동위원소 Xe로부터의 감마 방출은 예를 들어 단일 광자 방출 컴퓨터 단층 촬영을 통해 심장, 폐, 뇌를 이미지화하는 데 사용될 수 있습니다.133Xe는 혈류량을 측정하는 데에도 사용되었습니다.[165][166][167]

제논, 특히 과분극화된 Xe는 자기공명영상(MRI)에 유용한 조영제입니다.가스 단계에서 다공성 샘플의 공동, 폐의 폐포 또는 폐 내 가스 흐름을 이미지화할 수 있습니다.[168][169]크세논은 물과 소수성 용매에 모두 용해되기 때문에 다양한 부드러운 생체 조직을 이미지화할 수 있습니다.[170][171][172]

Xenon-129는 현재 MRI 촬영에서 시각화제로 사용되고 있습니다.환자가 과분극화된 크세논-129 환기를 흡입하면 폐 내 가스 교환을 영상화하고 정량화할 수 있습니다.크세논-133과 달리 크세논-129는 이온화되지 않으며 부작용 없이 흡입해도 안전합니다.[173]

수술.

제논 클로라이드 엑시머 레이저는 특정한 피부과적 용도를 가지고 있습니다.[174]

NMR 분광법

크세논 원자의 크고 유연한 외부 전자 껍질로 인해 NMR 스펙트럼은 주변 조건에 따라 변화하며 주변 화학적 환경을 관찰하는 데 사용될 수 있습니다.예를 들어, NMR은 물에 용해된 제논, 소수성 용매에 용해된 제논, 특정 단백질과 관련된 제논을 구별할 수 있습니다.[175][176]

과분극화된 제논은 표면 화학자들에 의해 사용될 수 있습니다.일반적으로 표면의 신호는 표면 핵보다 훨씬 더 많은 시료의 원자핵에서 나오는 신호에 압도되기 때문에 NMR로 표면을 특성화하기는 어렵습니다.그러나 고체 표면의 핵스핀은 극분화된 제논 가스로부터 스핀 분극을 전달함으로써 선택적으로 분극화될 수 있습니다.이렇게 하면 표면 신호가 벌크 신호를 측정하고 구별할 수 있을 정도로 강합니다.[177][178]

다른.

에너지 연구에서 크세논은 버블 챔버,[179] 프로브 및 고분자량 및 불활성 화학이 바람직한 다른 영역에서 사용됩니다.핵무기 실험의 부산물은 방사성 제논-133과 제논-135의 방출입니다.이들 동위원소는 핵실험 금지조약을 준수하고 [180]북한 국가의 핵실험을 확인하기 위해 감시됩니다.[181]

A metal cylinder with electrodes attached to its side. Blue diffuse light is coming out of the tube.
미국 항공우주국 제트추진연구소에서 시험 중인 제논 엔진 시제품

액체 크세논은 감마선을 측정하기 위해 열량계[182] 사용되며 가상적으로 약하게 상호작용하는 거대 입자 또는 윔프의 검출기로 사용됩니다.윔프가 크세논 핵과 충돌할 때, 이론은 윔프가 이온화와 섬광을 일으키기에 충분한 에너지를 제공할 것이라고 예측합니다.액체 크세논은 밀도가 암흑 물질 상호 작용을 더욱 가능하게 하고 자체 차폐를 통해 조용한 검출기를 허용하기 때문에 이러한 실험에 유용합니다.

제논은 원자 중량당 이온화 전위가 낮고 상온(고압 하) 근처에서 액체로 저장할 수 있지만 쉽게 증발하여 엔진을 공급할 수 있기 때문에 우주선이온 추진에 선호되는 추진제입니다.제논은 비활성이고 환경 친화적이며 수은이나 세슘과 같은 다른 연료보다 이온 엔진에 부식성이 적습니다.제논은 1970년대에 처음으로 위성 이온 엔진에 사용되었습니다.[183]이후 JPL의 딥 스페이스 1 탐사선, 유럽의 SMART-1 우주선[23], NASA의 돈 우주선의 3개 이온 추진 엔진의 추진체로 사용되었습니다.[184]

화학적으로 퍼센산 화합물은 분석 화학에서 산화제로 사용됩니다.제논 디플루오라이드실리콘, 특히 미세 전기 기계 시스템(MEMS)의 제조에 식각제로서 사용됩니다.[185]항암제 5-플루오로우라실은 제논 디플루오라이드와 유라실을 반응시켜 생성될 수 있습니다.[186]제논은 단백질 결정학에도 사용됩니다.단백질 결정에 0.5~5MPa(5~50 atm)의 압력으로 적용되는 크세논 원자는 주로 소수성 공동에서 결합하며, 종종 위상 문제를 해결하는 데 사용될 수 있는 고품질의 동형, 무거운 원자 유도체를 생성합니다.[187][188]

주의사항

제논
유해성
NFPA 704 (파이어다이아몬드)

제논 가스는 표준 온도와 압력에서 일반 밀봉된 유리 또는 금속 용기에 안전하게 보관할 수 있습니다.그러나 대부분의 플라스틱과 고무에서는 쉽게 용해되며, 그러한 물질로 밀봉된 용기에서 점차 벗어날 것입니다.[190]제논은 독성이 없지만 혈액에는 용해되지 않고 혈액 뇌 장벽을 통과하는 일부 물질에 속하므로 산소와 함께 고농도로 흡입하면 가벼운 수술 마취에서 완전한 수술 마취를 유발합니다.[191]

무거운 크세논 원자의 평균 속도가 공기 중의 질소와 산소 분자의 평균 속도보다 작기 때문에 크세논 가스의 음속(169 m/s)은 공기[192] 중의 음속보다 작습니다.따라서 제논은 숨을 내쉴 때 성대에서 더 느리게 진동하며 낮은 목소리 톤(저주파 강화음이지만 기본적주파수나 음정은 변하지 않음)을 만들어 내는데, 이는 헬륨에서 생성되는 고음과 반대의 효과입니다.구체적으로, 성대에 크세논 가스가 가득 찼을 때, 그것의 고유 공명 주파수는 공기가 가득 찼을 때보다 낮아집니다.따라서 동일한 성대의 직접적인 진동에 의해 생성되는 음파의 낮은 진동수가 증가하여, 성대에 의해 증폭되는 소리의 음색의 변화를 초래할 것입니다.헬륨처럼, 제논은 산소에 대한 신체의 필요를 만족시키지 못하고, 그것은 단순한 질식제인 동시에 아산화질소보다 더 강력한 마취제입니다; 결과적으로, 제논은 비싸기 때문에, 많은 대학들은 일반적인 화학 실험으로 음성 스턴트를 금지했습니다.육불화 가스 유황은 분자량이 크세논(146 대 131)과 비슷하고, 가격이 저렴하며, 독성이나 마취제가 아닌 질식제이기는 하지만, 이러한 시연에서 대체되는 경우가 많습니다.[193]

제논이나 육불화황과 같은 밀도가 높은 가스는 최소 20%의 산소와 섞이면 안전하게 호흡할 수 있습니다.80% 농도의 제논과 20%의 산소는 빠르게 전신마취의 무의식을 만들어냅니다.호흡은 밀도가 다른 가스를 매우 효과적이고 빠르게 혼합하여 더 무거운 가스가 산소와 함께 배출되고 폐의 바닥에 축적되지 않습니다.[194]그러나 많은 양의 무거운 가스와 관련된 위험이 있습니다: 컨테이너 안에 보이지 않게 앉아 있을 수 있고, 냄새가 없고 무색의 가스로 가득 찬 지역에 들어간 사람은 경고 없이 질식할 수 있습니다.제논은 탱크나 용기가 환기되지 않은 공간에 보관될 때마다 위험이 발생할 가능성이 있지만, 우려할 만큼 충분히 많은 양이 사용되는 경우는 거의 없습니다.[195]

수용성 크세논 화합물인 모노소듐 크세논은 독성이 중간 정도이지만 체내 반감기가 매우 짧습니다. 정맥 주사된 크세논은 약 1분 만에 원소 크세논으로 환원됩니다.[191]

참고 항목

메모들

  1. ^ 약 1.29 원자 질량 단위의 태양계에 있는 원자의 평균 질량으로부터 계산된 질량 분율.

참고문헌

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