Учебник. Благородные газы



Благородные газы

Благородные газы имеют электронную конфигурацию ns2np6 (у гелия 1s2) и составляют VIIIА группу. По мере возрастания порядкового номера растут радиусы атомов и их поляризуемость. Это приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий, к повышению температур плавления и кипения, к увеличению растворимости газов в воде и других растворителях. Для благородных газов известны следующие группы соединений: молекулярные ионы, соединения включения и валентные соединения.

Молекула благородного газа Э2 существовать не может – ( σ св ) 2 ( σ разр ) 2 . Но если удалить один электрон, то заполнение верхней разрыхляющей орбитали лишь наполовину – ( σ св ) 2 ( σ разр ) 1 является – энергетической основой существования молекулярных ионов благородных газов Э2+.

Элемент Радиус атома, нм Первый потенциал ионизации, эВ Tпл., K Tкип., K Относительная поляризуемость атома, усл. ед. Энергия возбужденного электрона, эВ
Гелий, He 0,122 24,58 4,18 1
Неон, Ne 0,160 21,56 24 27,18 2 16,6
Аргон, Ar 0,192 15,76 34 97,29 3 11,5
Криптон, Kr 0,198 14,00 116 120,26 12 9,9
Ксенон, Xe 0,218 12,13 162 166,06 20 8,3
Некоторые характеристики элементов VIIIА подгруппы

Соединения включения, или клатраты, известны только в твердом состоянии. Например, гидраты типа Эċ6H2O образуются при действии сжатых благородных газов на кристаллизующуюся переохлажденную воду и существуют в кристаллической решетке льда при низких температурах и повышенных давлениях. В ряду Ar–Rn давление газа над кристаллогидратами при 0 °С падает с 98 атм до 0,4 атм, что обусловлено оптимизацией соотношения размеров атома и занимаемой им полости в структуре льда, а также различием в поляризуемости атомов, и указывает на большую прочность гидратов тяжелых газов. Клатратные соединения используют для разделения и хранения благородных газов.

Соединения с валентными связями Э (II), Э (IV), Э (VI), Э (VIII) хорошо изучены на примере фторидов Kr и Xe, полученных по схеме Xe+n F 2 t Xe F 2 t Xe F 4 t Xe F 6 t Xe F 8 .

Химическая связь в соединениях благородных газов не может быть описана с позиций МВС, поскольку в соответствии с этим методом в образовании связи должны участвовать d-орбитали. Однако возбуждение одного электрона с p- на d-орбиталь требует для ксенона около 100 кДж/атом, что не компенсируется энергией образования связи.

В рамках ММО строение XeF2 объясняется схемой, в которой d-орбитали не участвуют:

Тетрафторид ксенона является сильным окислителем: Pt+Xe F 4 +2HF= H 2 [Pt F 6 ]+Xe , 4KI+Xe F 4 =Xe+2 I 2 +4KF.

При нагревании и гидролизе XeF4 диспропорционирует: 3Xe F 4 =2Xe F 6 +Xe.

Для шестивалентного Xe известны фторид XeF6, оксид XeO3, XeOF4 – оксофторид, Xe(OH)6 – гидроксид, а также комплексные ионы типа XeO42- и XeO66-.

XeO3 хорошо растворим в воде и образует сильную кислоту Xe O 3 + H 2 O= H 2 Xe O 4 H + +HXe O 4 - .

Гексафторид очень активен, реагирует с кварцем: 2Xe F 6 +Si O 2 =2XeO F 4 +Si F 4 .

Производные Xe (VI) – сильные окислители, например: Xe ( OH ) 6 +6KI+6HCl=Xe+3 I 2 +6KCl+6 H 2 O.

Для Xe (VIII) известны, кроме того, XeF8, XeO4, XeOF6, XeO64-.

В обычных условиях XeO4 медленно разлагается: 3Xe O 4 =Xe+2Xe O 3 +3 O 2

По мере увеличения степени окисления ксенона устойчивость бинарных и солеподобных соединений падает, а анионных комплексов – возрастает.

Для криптона получены лишь KrF2, KrF4, неустойчивая криптоновая кислота KrO3ċH2O и ее соль BaKrO4.

Инертные газы используются как наполнители газоразрядных ламп

Гелий используется в низкотемпературных процессах для создания инертной атмосферы в лабораторных аппаратах, при сварке и в газонаполненных электрических лампах, неон – в газоразрядных трубках, аргон – для создания инертной атмосферы в химическом синтезе и сварочных работах.

Соединения благородных газов используются в качестве сильных окислителей. В виде фторидов ксенона хранят фтор и ксенон.





 

© Физикон, 1999-2015