Соединения благородных газов
Открытие Бартлетта
Почти 70 лет благородные газы считались инертными — их даже называли «нулевой группой». В 1962 году канадский химик Нил Бартлетт изучал гексафторид платины и обнаружил, что \(\ce{PtF6}\) окисляет даже молекулярный кислород:
Энергия ионизации \(\ce{O2}\) — 12,07 эВ, а ксенона — 12,13 эВ, почти столько же! Бартлетт смешал ксенон с парами \(\ce{PtF6}\) — и получил оранжево-жёлтое твёрдое вещество. Это было первое соединение благородного газа (позже установили, что это смесь, содержащая \(\ce{[XeF]+[Pt2F11]-}\)).
history_eduЛекционный опыт, изменивший учебники
Через несколько месяцев после Бартлетта группы в Аргоннской лаборатории и в Германии получили простые фториды ксенона нагреванием ксенона со фтором. Сегодня известны сотни соединений ксенона. Химию благородных газов стали называть «самым драматичным открытием неорганической химии XX века».
scienceФториды ксенона
- \(\ce{Xe + F2 ->[400 °C] XeF2}\) — избыток ксенона.
- \(\ce{Xe + 2F2 ->[600 °C, 6 атм] XeF4}\) — соотношение 1 : 5.
- \(\ce{Xe + 3F2 ->[300 °C, 60 атм] XeF6}\) — большой избыток фтора, высокое давление.
- \(\ce{XeF2 + 2HCl -> Xe + Cl2 + 2HF}\) — фторид ксенона — окислитель и мягкий фторирующий агент.
Гидролиз и оксосоединения
Фториды ксенона гидролизуются, и степень окисления ксенона либо сохраняется, либо меняется через диспропорционирование.
scienceГидролиз
- \(\ce{XeF6 + 3H2O -> XeO3 + 6HF}\) — триоксид ксенона: бесцветные кристаллы, взрываются от удара (как тротил).
- \(\ce{2XeF2 + 2H2O -> 2Xe + O2 + 4HF}\) — ксенон(II) окисляет воду.
- \(\ce{6XeF4 + 12H2O -> 2XeO3 + 4Xe + 3O2 + 24HF}\) — диспропорционирование: ксенон(IV) → Xe(VI) + Xe(0).
- \(\ce{XeO3 + O3 + 4NaOH -> Na4XeO6 + O2 + 2H2O}\) — в щелочной среде озон окисляет ксенон(VI) до перксената.
Перксенаты \(\ce{Na4XeO6}\) — соли ксенона(VIII) с октаэдрическим анионом \(\ce{XeO6^4-}\). Одни из сильнейших окислителей в водном растворе (\(E^\circ \approx 2{,}4\) В): мгновенно окисляют \(\ce{Mn^2+}\) до \(\ce{MnO4-}\). С концентрированной серной кислотой перксенат даёт тетраоксид \(\ce{XeO4}\) — взрывчатый газ.
boltСчёт электронов у ксенона
У ксенона 8 валентных электронов. В \(\ce{XeO3}\): три связи Xe=O «съедают» 6, остаётся пара — тригональная пирамида, как у \(\ce{NH3}\). В \(\ce{XeO4}\) неподелённых пар нет — тетраэдр.
Криптон, аргон, радон и гелий
Химия благородных газов определяется энергией ионизации: чем она ниже, тем легче атом отдаёт электроны сильному окислителю.
| He | Ne | Ar | Kr | Xe | Rn | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| \(I_1\), эВ | 24,6 | 21,6 | 15,8 | 14,0 | 12,1 | 10,7 |
| соединения | нет* | нет | \(\ce{HArF}\) (ниже 27 К) | \(\ce{KrF2}\) | сотни | \(\ce{RnF2}\) |
\* Кроме иона \(\ce{HeH+}\) (он же — первая молекула Вселенной) и \(\ce{Na2He}\), полученного при 1,1 млн атмосфер (2017).
- Криптон: единственное хорошо изученное соединение — \(\ce{KrF2}\), получаемый в разряде при −196 °C; он окислитель сильнее фтора и превращает золото в \(\ce{AuF5}\) (через \(\ce{KrF+AuF6-}\)).
- Аргон: \(\ce{HArF}\) получен в 2000 году в Хельсинки фотолизом HF в аргоновой матрице при 8 К; разлагается выше 27 К.
- Радон: фторид образуется легко, но радиоактивность (изотоп \(\ce{^222Rn}\), 3,8 суток) мешает изучению.
auto_awesomeПервая молекула
Ион \(\ce{HeH+}\) образовался в ранней Вселенной, когда атомы гелия захватили протоны. Его предсказывали десятилетиями, а в межзвёздном пространстве (в планетарной туманности NGC 7027) нашли лишь в 2019 году.
scienceСоединения тяжёлых благородных газов
- \(\ce{Kr + F2 ->[разряд, -196 °C] KrF2}\).
- \(\ce{Rn + F2 -> RnF2}\).
- \(\ce{XeF2 + SbF5 -> [XeF]+[SbF6]-}\) — фторид ксенона как основание Льюиса (донор фторида).
push_pinГлавное
В 1962 году Нил Бартлетт, заметив, что энергия ионизации \(\ce{Xe}\) (12,13 эВ) близка к \(\ce{O2}\) (12,07 эВ), получил из ксенона и \(\ce{PtF6}\) первое соединение благородного газа. Фториды ксенона: \(\ce{XeF2}\) (линейный), \(\ce{XeF4}\) (плоский квадрат), \(\ce{XeF6}\) (искажённый октаэдр) — получают из элементов при разных соотношениях и температурах. Гидролиз: \(\ce{XeF6 + 3H2O -> XeO3 + 6HF}\) (\(\ce{XeO3}\) взрывчат); \(\ce{XeF4}\) гидролизуется с диспропорционированием. Перксенаты \(\ce{Na4XeO6}\) — сильнейшие окислители. Криптон даёт лишь \(\ce{KrF2}\); соединений гелия и неона в обычных условиях нет.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.