De gaze nobile , adesea numite gaze nobile , rareori gaz inert ( a se vedea articolul de gaz nobil despre aceste nume diferite) sunt o familie de elemente a priori foarte unreactive deoarece are o valență shell complet, ei n „nu au nici un electron de valență pentru a forma un produs chimic legătură . Drept urmare, aceste elemente au o energie de ionizare ridicată și o afinitate electronică practic nulă și s-a crezut mult timp că nu ar putea participa la nicio reacție chimică pentru a forma compuși .
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||
1 | H | Hei | |||||||||||||||||
2 | Li | Fi | B | VS | NU | O | F | Născut | |||||||||||
3 | n / A | Mg | Al | da | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
4 | K | Aceasta | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Sau | Cu | Zn | Ga | GE | As | Vezi | Fr | Kr | |
5 | Rb | Sr. | Da | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | În | Sn | Sb | Tu | Eu | Xe | |
6 | Cs | Ba |
* |
Citit | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | La | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | La | Rn |
7 | Pr | Ra |
* * |
Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt. | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
↓ | |||||||||||||||||||
* |
La | Acest | Relatii cu publicul | Nd | P.m | Sm | A avut | Doamne | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | |||||
* * |
Ac | Th | Pa | U | Np | Ar putea | A.m | Cm | Bk | Cf | Este | Fm | Md | Nu | |||||
Li | Metale alcaline | ||||||||||||||||||
Fi | Metale alcalino-pământoase | ||||||||||||||||||
La | Lantanide | ||||||||||||||||||
Ac | Actinide | ||||||||||||||||||
Sc | Metale de tranziție | ||||||||||||||||||
Al | Metale slabe | ||||||||||||||||||
B | Metaloizi | ||||||||||||||||||
H | Nemetale | ||||||||||||||||||
F | Halogen | ||||||||||||||||||
Hei | gaze nobile | ||||||||||||||||||
Mt. | Natura chimică necunoscută |
Linus Pauling a prezis încă din 1933 că cele mai grele gaze nobile se pot combina cu fluor și chiar oxigen . Mai exact, prezice existența hexafluorurii de xenon XeF 6și hexafluorură de cripton KrF 6, a speculat cu privire la existența unui octafluorură de xenon XeF 8instabil și a sugerat că acidul xenic H 2 XeO 4pot forma perxenate săruri XEO 64- . Aceste previziuni s-au dovedit a fi aproape exacte, deși studii ulterioare au indicat că octafluorura de xenon XeF 8ar fi instabil nu numai termodinamic, ci și cinetic; în plus, nu a fost niciodată sintetizat până în prezent.
Gazele nobile mai grele au mai multe straturi de electroni decât cele ușoare, astfel încât, pentru electronii periferici, straturile electronice interioare ecranează nucleul mai mult în atomi grei ( xenon , kripton , argon ) decât în atomi mai ușori ( neon , heliu ). Acest lucru are ca rezultat o energie de ionizare mai mică pentru aceste gaze nobile mai grele, suficient de scăzută pentru a permite formarea de compuși stabili cu cele mai multe elemente electronegative , în acest caz fluor și oxigen .
Până în 1962, singurii „compuși” cunoscuți ai gazelor nobile erau clatrații și hidrații . De asemenea, au fost observați compuși de coordonare, dar numai prin spectroscopie, fără a fi izolați.
ClathratesAceste structuri nu sunt adevărați compuși chimici ai gazelor nobile. Ele apar atunci când un atom este prins în rețeaua unui cristal sau în anumite molecule organice. Atomii mai grei, cum ar fi xenonul , criptonul și argonul pot forma clatrați cu β-chinol, dar neonul și heliul sunt prea mici pentru a fi prinși.
Cele 85 Kr clatratii sunt o sursă de particule beta în timp ce cele de 133 Xe sunt folosite ca surse de raze y .
Compuși de coordonareObservația lor reală nu a fost niciodată atestată cu adevărat. Observarea complexului de argon și trifluorură de bor (Ar • BF 3), considerat a exista la temperaturi scăzute, nu a fost niciodată confirmat, iar complexele de heliu cu tungsten WHe 2și mercur HgHe 10care au fost observate după bombardament de electroni din aceste metale, ar fi de fapt rezultatul adsorbției de heliu pe suprafața acestor metale.
HidratațiRealitatea hidraților de gaze nobile este încă dezbătută. Molecula de apă fiind puternic dipolar, ar trebui să inducă un dipol în atomii de gaze nobile, cea mai grea dintre ele fiind cele mai sensibile la acest efect. Acest dipol ar duce la formarea de hidrați stabili la presiune ridicată; cel mai stabil ar fi xenon hexahidrat Xe • 6H 2 O.
Neil Bartlett îi datorăm prima sinteză, în 1962, a unui compus cu gaze nobile. Raționamentul a fost după cum urmează:
Acesta este modul în care Bartlett a publicat sinteza unui solid cristalin pe care l-a formulat ca hexafluoroplatinat de xenon Xe+ PtF 6- .
Ulterior s-a arătat că, în realitate, această fază a fost mai complexă și a rezultat din amestecul mai multor specii moleculare, XeFPtF 6, XeFPt 2 F 11și Xe 2 F 3 PtF 6.
A fost într-adevăr primul compus sintetizat dintr-un gaz nobil.
În urma sintezei hexafluoroplatinatului de xenon , Howard Claassen a publicat în septembrie 1962 sinteza unui singur compus binar de xenon , tetrafluorură de xenon XeF 4 prin supunerea unui amestec de xenon și fluor la temperaturi ridicate.
Două luni mai târziu, difluorură de xenon XeF 2 a fost anunțat de Rudolf Hoppe.
De atunci, marea majoritate a compușilor gazoși nobili sintetizați au fost fabricate din xenon.
Dacă atomii gazelor nobile nu sunt reactivi chimic în starea de bază , pe de altă parte, pot forma complexe între ele sau cu halogeni atunci când sunt excitați . Aceste complexe sunt stabile atunci când sunt excitate, dar se disociază de îndată ce atomii cad înapoi la starea lor fundamentală: acest lucru se numește excimer atunci când atomii complexului sunt omogeni sau un exciplex când atomii complexului sunt eterogeni. Tranziția energetică dintre stările excitate și starea fundamentală se află la originea unei radiații de lungime de undă precisă utilizată în realizarea anumitor lasere . Principalele specii sunt:
Pe lângă un anumit număr de excimeri cu tungsten , fluor , iod , sulf și fosfor , heliul supus unui flux de electroni (sub efectul unui bombardament, al unei descărcări sau la. Folosind o plasmă) poate forma și compuși (ale căror „substanțe chimice” realitatea este încă dezbătută) cu mercur (HgHe 10) și tungsten (WHe 2), precum și ionii moleculari HeNe+ , El 2+ , El 22+ , HeH+ ( hidrură de heliu ) și HeD+ (deuterid de heliu).
În teorie, ar fi posibili alți compuși, cum ar fi fluorhidrura de heliu HHeF, care ar fi analog cu fluorhidrura de argon HArF detectat în 2000.
Unele calcule sugerează că heliul ar putea forma oxizi ionici stabili. Cele două noi specii moleculare prezise de acest model, CsFHeOși N (CH 3 ) 4 FHeO, ar fi derivat din anionul OHeF metastabil- propus deja în 2005 de o echipă din Taiwan, în care legătura O-He ar fi de natură covalentă și sarcina negativă purtată în esență de atomul de fluor . Cu toate acestea, pentru moment, aceste propuneri rămân simple speculații.
Neon este cel mai reactiv dintre toate principiu gazele nobile, și este în general considerat că este de fapt chimic inert. Cele Energiile de legătură calculate pentru neon cu diferite elemente ( hidrogen , bor , beriliu , metalele nobile ) sunt în continuare mai mici decât cele calculate pentru heliu . Nu a fost identificat niciun compus neutru de neon , în contrast cu ionii moleculari HNe+ , HeNe+ , Ne 2+ și NeAr+ au fost observate în timpul studiilor optice sau spectroscopice.
Argonul este puțin mai reactiv decât neon . Singurul compus cunoscut până în prezent în jurul argonului este hidrofluorura de argon HArF, sintetizat în august 2000 la Universitatea din Helsinki . De fapt, această moleculă nu a fost niciodată izolată, ci doar detectată prin spectroscopie. Este extrem de instabil și se disociază în argon și acid fluorhidric puțin peste 246 ° C .
Kripton este cea mai ușoară a gazelor nobile pentru care izoleaza a fost cel puțin un compus covalent, în acest caz, kripton difluorură KrF 2, sintetizat pentru prima dată în 1963 în urma lucrărilor la xenon . Alți compuși, în care un atom de cripton este legat de un atom de azot pentru unii și un atom de oxigen pentru alții, au fost de asemenea publicați, dar sunt stabili numai sub -60. ° C pentru primul și -90 ° C pentru al doilea . Unele rezultate sunt astfel starea sintezei diferiților oxizi și fluoruri de cripton , precum și o sare de oxoacid de cripton (chimie similară xenon ).
Studii asupra ionilor moleculari ArKr+ și KrH+ au avut loc, iar specia KrXe și KrXe+ au fost observate.
Echipe de la Universitatea din Helsinki , la originea detectării fluorhidridei de argon HArF, ar fi detectat, de asemenea, cianhidridă criptonică HKrC≡N precum și hidrocryptoacetilenă HKrC≡CHCeea ce se disocieze de 40 K .
În general, este necesar să se recurgă la condiții extreme (matrice criogenică sau jet de gaz supersonic) pentru a observa molecule neutre în care un atom de cripton este legat de un nemetal precum hidrogen , carbon sau clor , sau chiar de un metal de tranziție, cum ar fi ca cupru , argint sau aur .
Hexafluoroplatinate xenon a fost primul compus sintetizat vreodata de xenon (și, mai general, a unui gaz nobil : a se vedea mai sus ).
Ca rezultat al acestei lucrări, pe baza reacțiilor de oxidare, au fost produse o serie de compuși de xenon , combinați cu fluor și / sau oxigen , dând o serie de oxizi , fluoruri și oxifluoruri de. Xenon :
De oxizi de xenon sunt solubile în apă, în cazul în care acestea dau două oxoacizi :
Acidul perxénique însuși este capabil să formeze perxénates , de exemplu:
Dioxidul xenon Xeo 2rămâne rezistent la orice încercare de sinteză și numai cationul XeO 2 +a fost detectat spectroscopic în argonul criogen.
Marea majoritate a compușilor de xenon produși până în anii 1980 combina fluor și / sau oxigen cu xenon ; Înțeleg că atunci când alte elemente, cum ar fi hidrogenul sau carbonul , au fost, în general, cu carbon electronegativ de oxigen și / sau fluor . Cu toate acestea, o echipă condusă de Markku Räsänen de la Universitatea din Helsinki a publicat în 1995 sinteza dihidrurii de xenon XeH 2, apoi cea a hidroxihidrurii de xenon HXeOH, hidroxenoacetilenă HXeCCHși alți compuși de xenon . Ulterior, Khriatchev și colab. a publicat sinteza HXeOXeHprin fotoliza apei într-o matrice criogenică de xenon. Ei au raportat, de asemenea, despre moleculele deuterizate HXeOD și DXeOD. Numărul compușilor cunoscuți ai xenonului este astăzi de ordinul a o mie, unii arătând legături între xenon și carbon , azot , clor , aur sau mercur , în timp ce alții, observați în condiții extreme (matrici criogenice sau jeturi de gaze supersonice) prezintă legături între xenon și hidrogen , bor , beriliu , sulf , iod , brom , titan , cupru și argint .
Unul dintre cei mai neașteptați compuși ai xenonului este complexul pe care îl formează cu aurul . Tetraxenon-gold cationului AuXe 42+ a fost într-adevăr caracterizat de echipa germană a lui Konrad Seppelt în complexul AuXe 4 2+ (Sb 2 F 11 - ) 2.
Compușii gazoși nobili sunt văzuți ca specii hipercoordonate, deoarece încalcă regula octetului . Legăturile din acest tip de structură pot fi descrise în conformitate cu modelul de legături cu trei centri , cu patru electroni , în care trei atomi coliniari fac două legături, fiecare rezultând din trei orbitali moleculari care decurg din orbitalii atomici p ai fiecăruia dintre cei trei atomi. . Ocupate orbitale moleculare mari concentrate pe liganzi , o configurație stabilizată prin lor electronegativ caracter : tipic oxigen și, mai presus de toate, fluor .
O legătură 3c-4e se stabilește între doi liganzi situați de fiecare parte a atomului de xenon . Cele fluoruri de xenon sunt deosebit de bine descrise de acest model, care a explicat în parte de ce avem întotdeauna un număr par de carbon de fluor în jurul xenon în acești compuși, și , de asemenea , de ce geometria lor se bazează întotdeauna „ortogonale unități F-Xe-F:
Difluorură de xenon XeF 2 | Tetrafluorură de xenon XeF 4 | Hexafluorură de xenon XeF 6 |
---|
Fiecare unitate F-Xe-F care formează o legătură 3c-4e poate fi, de asemenea, văzută ca în echilibru între două forme ionice în rezonanță:
F-Xe + - F F - + Xe-FAceastă reprezentare cu formulele Lewis ia în considerare și creșterea densității electronilor din jurul atomilor de fluor , precum și geometria acestor molecule.
Radon este un gaz nobil radioactiv . Cel mai stabil izotop al acestuia, 222 Rn, provine de la 226 Ra și se descompune prin radioactivitate α în 218 Po cu un timp de înjumătățire de 3.823 zile. Aceste date limitează sever cercetarea practică asupra acestui element, precum și repercusiunile potențiale ale acestei cercetări, mai ales că acest gaz nobil este destul de scump. Acesta este motivul pentru care, deși radonul este mai reactiv din punct de vedere chimic decât xenonul , au fost publicate până acum relativ puțini compuși ai radonului; sunt pur și simplu oxizi sau fluoruri .
Fluorura de radon a fost sintetizat în 1970; este un solid slab volatil a cărui compoziție exactă nu a fost stabilită niciodată datorită radioactivității radonului . Ar putea fi un compus ionic mai mult decât unul covalent. Modelarea structurii difluorurii de radon RnF 2rezultă o lungime de 208 µm pentru legătura Rn-F și stabilitate termodinamică superioară pentru RnF 2numai pentru XeF 2 . Molecula de hexafluorură de radon octaedrică RnF 6ar avea o entalpie de formare chiar mai mică decât cea a RnF 2.
Ionul RnF +s-ar forma cu dioxigenil hexafluoroarsenat O 2 AsF 6 în funcție de reacție:
Rn (g)+ 2 O 2 + AsF 6 - (s)→ RnF + As 2 F 11 - (s)+ 2 O 2 (g)Din oxizi de radon au fost de asemenea sintetizați, inclusiv trioxid de radon RNO 3în URSS. Radon carbonilul RnCO ar fi stabil, cu o configurație liniară. Rn 2 molecule și XeRn ar fi bine stabilizat prin cuplare de centrifugare.
Oganesson este un element sintetic radioactiv al numărului atomic 118 și simbolul Og aparținând coloanei de gaze nobile dar chimic foarte diferite de acestea. Nucleul său foarte instabil a făcut posibilă doar sintetizarea a trei atomi până în prezent, cu o perioadă de înjumătățire suplimentară de 0,89 ms ( nuclid 294 Og). În aceste condiții, toate cunoștințele noastre despre proprietățile masive ale acestui element provin din modele teoretice dezvoltate pentru unii încă din anii 1960.
Structura electronică a elementului 118 i-ar conferi o reactivitate chimică semnificativă, ceea ce l-ar face să se abată de la paradigma gazelor nobile, cu un caracter electropozitiv mai marcat. Calcule pe molecula Og 2a arătat că va avea o energie de legare de același ordin de mărime ca și cea a dimerului de mercur Hg 2și o energie de disociere de 6 kJ / mol , adică de patru ori mai mare decât cel al dimerului Rn 2. Dar cel mai izbitor lucru este că lungimea obligațiunii calculată pentru Og 2ar fi cu 16 pm mai mică decât cea a lui Rn 2, semn al unei legături destul de puternice. Cu toate acestea, ionul OgH+ ar avea o energie de disociere mai mică decât cea a ionului RnH+ . Compusul neutru OgHar avea o legătură extrem de slabă, care ar fi asimilată unei legături pure Van der Waals .
Oganesson pare să formeze mai mulți compuși stabili cu elementele foarte electronegative , în special cu fluor în difluorură oganesson OGF 2și oganesson tetrafluorură OgF 4.
Spre deosebire de alte gaze nobile, se spune că elementul 118 este suficient de electropozitiv pentru a forma legături covalente cu clorul și duce la cloruri de OgCl n Oganesson..
Este una dintre cele mai studiate forme de a prinde gaze nobile . Cele fullerene sunt o clasă de molecule atomi sferoidală, elipsoidală, tubulare (denumit nanotuburile ) sau un inel. Astfel, acestea se diferențiază de clatrații care sunt compuși din molecule de apă. Cel mai comun dintre acești fulereni este compus din șaizeci de atomi de carbon dispuși în partea de sus a unui icosaedru trunchiat, dând moleculei aspectul unei sfere goale asemănătoare unei mingi de fotbal . Aceste molecule fiind goale, este posibil să se prindă orice atom de gaz nobil în acesta , notat Ng, pentru a forma un complex, dotat cu proprietăți fizico-chimice particulare, notate în mod convențional prin Ng @ C 60 (vezi imaginea opusă).
Formarea complexelor He @ C 60și Ne @ C 60prin aplicarea unei presiuni de 300 kPa de heliu sau neon pe fullerena C 60a fost publicat încă din 1993. Dar , de fapt , abia unul din 650000 fullerene molecule poate fi dopat în acest mod printr - un atom de endohedral de gaz nobil ; această rată poate fi crescută la o moleculă în 1000 prin aplicarea unei presiuni de 300 MPa de heliu sau neon .
De asemenea, s-au obținut complexe de argon endoedric Ar @ C 60 ., din krypton Kr @ C 60și xenon Xe @ C 60.