Войти
Соединения благородных газов - это химические соединения, содержащие элемент элемент из благородные газы, группа 18 таблицы Менделеева. Хотя благородные газы, как правило, являются инертными элементами, обнаружено множество таких соединений, особенно с участием элемента ксенон. С точки зрения химии благородные газы можно разделить на две группы: относительно реактивный криптон (энергия ионизации 14,0 эВ), ксенон (12,1 эВ) и радон. (10,7 эВ) с одной стороны, а также очень инертный аргон (15,8 эВ), неон (21,6 эВ) и гелий (24,6 эВ) с другой. В соответствии с этой классификацией Kr, Xe и Rn образуют соединения, которые могут быть выделены в массе при стандартной температуре и давлении или близких к ним (по крайней мере, в принципе для высокорадиоактивного радона), тогда как He, Ne, Ar, как было обнаружено, образуют истинные химические связи с использованием спектроскопических методов, но только при замораживании в матрице благородного газа при температурах 40 К или ниже, в сверхзвуковых струях благородного газа или при чрезвычайно высоких давлениях с металлами.
Более тяжелые благородные газы имеют больше электронных оболочек, чем более легкие. Следовательно, самые внешние электроны подвергаются экранирующему эффекту от внутренних электронов, что делает их более легко ионизированными, поскольку они менее сильно притягиваются к положительно заряженному ядру . Это приводит к достаточно низкой энергии ионизации для образования стабильных соединений с наиболее электроотрицательными элементами, фтором и кислородом и даже с меньшим количеством электроотрицательных элементов, таких как азот и углерод, при определенных обстоятельствах.
Когда в конце девятнадцатого века впервые было идентифицировано семейство благородных газов, ни один из них не образовывал каких-либо соединений, и первоначально считалось, что все они были инертными газами (как они тогда назывались), которые не могут образовывать соединения. С развитием атомной теории в начале двадцатого века их инертность была приписана полной валентной оболочке из электронов, что сделало их очень химически стабильными и инертными. Все благородные газы имеют полные s и p внешние электронные оболочки (кроме гелия, который не имеет подуровня p), и поэтому легко не образуют химические соединения. Их высокая энергия ионизации и почти нулевое сродство к электрону объясняют их нереактивность.
В 1933 году Линус Полинг предсказал, что более тяжелые благородные газы могут образовывать соединения с фтором и кислородом. В частности, он предсказал существование гексафторида криптона (Kr F 6) и гексафторида ксенона (Xe F6), предположил, что XeF 8 может существовать как нестабильное соединение, и предположил, что ксеновая кислота образует перксенат соли. Эти прогнозы оказались достаточно точными, хотя последующие прогнозы для XeF 8 показали, что он будет не только термодинамически нестабильным, но и кинетически нестабильным. По состоянию на 2013 год XeF 8 не производился, хотя наблюдали анион октафтороксената (VI) (XeF. 8 ).
К 1960 году соединение с ковалентно связанным атомом благородного газа еще не было синтезировано. Первый опубликованный отчет о соединении благородного газа в июне 1962 года был сделан Нилом Бартлеттом, который заметил, что высокоокисляющее соединение гексафторид платины ионизирует O2 до O. 2. Поскольку энергия ионизации от O 2 до O. 2(1165 кДж · моль) почти равна энергии ионизации Xe в Xe (1170 кДж · моль), он попытался провести реакцию Xe с PtF 6. Это давало кристаллический продукт гексафтороплатинат ксенона, формула которого была предложена как Xe. [PtF. 6].. Позже было показано, что соединение на самом деле более сложное, оно содержит как XeFPtF 5, так и XeFPt 2F11. Тем не менее, это было первое настоящее соединение благородного газа.
Первые бинарные соединения благородных газов были описаны позже, в 1962 году. Бартлетт синтезировал тетрафторид ксенона (XeF 4), подвергнув смеси ксенон и фтор до высокой температуры. Рудольф Хоппе, среди других групп, синтезировал дифторид ксенона (XeF 2) путем реакции элементов.
После первого успешного синтеза соединений ксенона в 1963 году было сообщено о синтезе дифторида криптона (KrF. 2).
В этом разделе нерадиоактивные благородные газы рассматриваются в порядке убывания атомного веса, что обычно отражает приоритет их открытия и объем доступной информации для эти соединения. Радиоактивные элементы радон и оганессон труднее изучать и рассматриваются в конце раздела.
После первоначальных исследований в 1962 г. XeF 4 и XeF 2 были синтезированы соединения ксенона, включая другие фториды (XeF 6 ), оксифториды (XeOF 2, XeOF 4, XeO 2F2, XeO 3F2, XeO 2F4) и оксиды (XeO. 2, XeO 3 и XeO 4 ). Фториды ксенона взаимодействуют с несколькими другими фторидами с образованием фтороксенатов, таких как октафтороксенат натрия (Na. 2XeF. 8), и солей фтороксенония, таких как гексафторантимонат трифтороксенония (XeF. 3SbF. 6).
С точки зрения реакционной способности других галогенидов короткоживущие эксимеры благородных газов галогенидов, такие как XeCl 2 или XeCl, получают in situ и используют в функции эксимерные лазеры.
Недавно было показано, что ксенон дает широкий спектр соединений типа XeO nX2, где n равно 1,2 или 3, а X представляет собой любую электроотрицательную группу, например CF 3, C (SO 2CF3)3, N (SO 2F)2, N (SO 2CF3)2, OTeF 5, O (IO 2F2) и т.д.; диапазон соединений впечатляет, аналогично тому, что наблюдается с соседним элементом йод, исчисляемым тысячами и включающим связи между ксеноном и кислородом, азотом, углеродом, бором и даже золотом, а также перксеновую кислоту, несколько галогенидов и комплексные ионы.
Соединение Xe 2Sb4F21содержит связь Xe – Xe, которая является Самая длинная из известных связей элемент-элемент (308,71 пм = 3,0871 Å ). Сообщается, что короткоживущие эксимеры Xe 2 существуют как часть функции эксимерных лазеров.
Газ криптона реагирует с газообразный фтор в экстремальных условиях воздействия, образуя KrF 2 в соответствии со следующим уравнением:
KrF 2 реагирует с сильным кислоты Льюиса с образованием солей катионов KrF и Kr. 2F. 3. Получение KrF. 4, о котором сообщил Гроссе в 1963 году с использованием метода Клаасена, впоследствии было показано как ошибочная идентификация.
Соединения криптона с другими связями, кроме Kr-F (соединения с атомами, отличными от фтор ) также были описаны. KrF. 2реагирует с B (OTeF. 5). 3с образованием нестабильного соединения Kr (OTeF. 5). 2, со связью криптон- кислород. Связь криптон- азот является обнаружен в катионе [HC≡N – Kr – F]., образованном реакцией KrF. 2с [HC≡NH]. [AsF. 6] ниже -50 ° C.
Об открытии HArF было объявлено в 2000 году. Это соединение может существовать в низкотемпературных аргоновых матрицах для экспериментальных исследований, и он также был изучен компьютерно. Ион гидрида аргона ArH. был получен в 1970-х годах. Этот молекулярный ион также был идентифицирован в Крабовидной туманности, исходя из частоты его светового излучения.
Существует вероятность того, что твердая соль ArF может быть получена с SbF. 6 или анионами.
Ионы Ne +, (NeAr) +, (NeH) + и (HeNe +) известны из оптических и масс-спектрометрических исследований. Неон также образует нестабильный гидрат. Есть некоторые эмпирические и теоретические все доказательства наличия нескольких метастабильных соединений гелия, которые могут существовать при очень низких температурах или экстремальных давлениях. О стабильном катионе HeH сообщалось в 1925 году, но он не считался истинным соединением, поскольку он не является нейтральным и не может быть выделен. В 2016 году ученые создали соединение гелия гелид динатрия (Na 2 He), которое было первым обнаруженным соединением гелия.
Радон не является химически инертным, но его короткий период полураспада (3,8 дня для Rn) и высокая энергия его радиоактивности затрудняют исследование его единственного фторида (RnF 2), его зарегистрированный оксид (RnO 3) и продукты их реакции.
Изотопы Oganesson имеют еще более короткие периоды полураспада в миллисекундном диапазоне, и никаких соединений еще не известно, хотя некоторые из них были предсказаны теоретически. Ожидается, что он будет даже более химически активным, чем радон, по своему химическому составу больше похож на обычный элемент, чем на благородный газ.
Kr ( Твердые тела H 2)4и H 2 образовались в ячейке с алмазной наковальней. Рубин был добавлен для измерения давления. 
Структура Kr (H 2)4. Октаэдры криптона (зеленые) окружены беспорядочно ориентированными молекулами водорода. До 1962 г. единственными изолированными соединениями благородных газов были клатраты (включая клатрат гидраты ); другие такие соединения, как координационные соединения, наблюдались только с помощью спектроскопических средств. Клатраты (также известные как каркасные соединения) - это соединения благородных газов, в которых они заключены в полостях кристаллических решеток определенных органических и неорганических веществ. условием их образования является то, что гостевые атомы (благородный газ) должны быть подходящего размера, чтобы поместиться в полостях основного кристалла l чердак; например, Ar, Kr и Xe могут образовывать клатраты с кристаллическим β-хинолом, но He и Ne не подходят, потому что они слишком малы. Кроме того, Kr и Xe могут появляться в виде гостей в кристаллах меланофлогита.
Гелий-азотные (He (N 2)11)) кристаллы, выращенные при комнатной температуре при давлении около 10 ГПа в алмазе. наковальня ячейка. Твердый аргон-водородный клатрат (Ar (H 2)2) имеет ту же кристаллическую структуру, что и фаза Лавеса MgZn 2. Он образуется при давлениях от 4,3 до 220 ГПа, хотя измерения комбинационного рассеяния позволяют предположить что молекулы H 2 в Ar (H 2)2диссоциируют выше 175 ГПа. Аналогичное твердое вещество Kr (H 2)4образуется при давлениях выше 5 ГПа. Оно имеет гранецентрированную кубическую структуру, в которой октаэдры криптона окружены случайно ориентированными молекулами водорода. Между тем, в твердом Xe (H 2)8атомы ксенона образуют димеры внутри твердого водорода.
Координационные соединения, такие как Ar · BF 3 Предполагалось, что существует при низких температурах, но это никогда не подтверждалось. Также сообщалось, что такие соединения, как WHe 2 и HgHe 2, были образованы при бомбардировке электронами, бу Недавние исследования показали, что это, вероятно, результат того, что He был адсорбирован на поверхности металла; поэтому эти соединения не могут считаться химическими соединениями.
Гидраты образуются при сжатии благородных газов в воде, при этом считается, что молекула воды, сильный диполь, вызывает слабый диполь в атомах благородных газов, что приводит к диполь-дипольному взаимодействию. Более тяжелые атомы подвержены большему влиянию, чем более мелкие, поэтому сообщалось, что Xe • 5,75 H 2 O был наиболее стабильным гидратом; он имеет температуру плавления 24 ° C. Также была произведена дейтерированная версия этого гидрата.
Структура атома благородного газа, заключенного в молекулу бакминстерфуллерена (C60). Благородные газы могут также образуют эндоэдральные соединения фуллерена, в которых атом благородного газа захвачен внутри молекулы фуллерена. В 1993 году было обнаружено, что когда C 60 подвергается воздействию давления He или Ne около 3 бар, комплексы He @ C 60 и Ne @C 60 сформированы. В этих условиях только примерно одна из 650 000 клеток C 60 была легирована атомом гелия ; при более высоких давлениях (3000 бар) можно достичь выхода до 0,1%. Были также получены эндоэдральные комплексы с аргоном, криптоном и ксеноном, а также многочисленные аддукты He @ C 60.
В большинстве случаев соединения благородных газов используются либо в качестве окислителей, либо в качестве средств хранения благородных газов в плотной форме. Ксениновая кислота является ценным окислителем, потому что она не может вносить примеси - ксенон просто выделяется в виде газа - и поэтому в этом отношении с ней может соперничать только озон. перксенаты являются еще более сильными окислителями. Окислители на основе ксенона также использовались для синтеза карбокатионов, стабильных при комнатной температуре, в растворе SO. 2ClF.
Стабильные соли ксенона, содержащие очень высокие массовые доли фтора (такие как тетрафтораммония гептафтороксенат, NF 4 XeF 7 и родственные им (NF 4)2XeF 8), были разработаны как высокоэнергетические окислители для использования в ракетной технике.
Фториды ксенона являются хорошими фторирующими агентами.
Клатраты использовались для отделения He и Ne от Ar, Kr и Xe, а также для транспортировки Ar, Kr и Xe (например, радиоактивные изотопы криптона и ксенона трудно хранить и утилизировать, а с соединениями этих элементов легче обращаться, чем с газообразными формами). Кроме того, клатраты радиоизотопов может обеспечить подходящие составы для экспериментов, требующих источников определенных типов излучения; следовательно, клатрат Kr обеспечивает безопасный источник бета-частиц, в то время как клатрат Xe является полезным источником гамма-лучей.
. Оганессон не имеет применения.
