Химични съединения на благородни газове. Химия на инертните газове Съединения на инертните газове

ПОДГРУПА VIIIA (ХЕЛИЙ, НЕОН, АРГОН, КРИПТОН, КСЕНОН, РАДОН)

1. Характерни степени на окисление и най-важните съединения. Ксеноновите съединения са от най-голямо значение. Характеризира се със степени на окисление +2 (XeF2), +4 (XeF4), +6 (XeF6, XeO3, XeOF4, Ba3XeO6), +8 (Na4XeO6 * 6H2O).

2. Природни ресурси.Благородните газове се намират предимно в атмосферата; съдържанието им е Не - 5,24 * 10-4% (обем); Ne-1,8*10-3%; Ar - 0,93%, Kr-3*10-3%, Xe-0,39*10-4%.

Радонът се образува от радиоактивния разпад на радий и се намира в следи в уран-съдържащи минерали, както и в някои природни води. Хелият, който е продукт на радиоактивен разпад на алфа-излъчващи елементи, понякога се намира в значителни количества в природен газ и газ, освободен от нефтени кладенци. В огромни количества този елемент се намира в Слънцето и звездите. Той е вторият най-разпространен (след водорода) от елементите на космоса.

3. Разписка.По пътя се отделят благородни газове по време на ректификация на течен въздух, за да се получи кислород. Аргон се получава и при синтеза на NH3 от нереагиралия остатък на газовата смес (N2 с примес на Ar). Хелият се извлича от природен газ чрез дълбоко охлаждане (CH4 и други компоненти на газовата смес се втечняват, а He остава в газообразно състояние). Ar и He се произвеждат в големи количества, други благородни газове се получават много по-малко, те са скъпи.

4. Имоти.Благородните газове са безцветни газообразни вещества при стайна температура. Конфигурацията на външния електронен слой от хелиеви атоми 1s2 на останалите елементи от подгрупата VIIIA-ns2np8. Пълнотата на електронните обвивки обяснява моноатомната природа на молекулите на благородните газове, тяхната много ниска поляризуемост, ниски точки на топене, точки на кипене и химическа инертност.

Разглежданите вещества образуват твърди разтвори помежду си при ниски температури (изключение е хелият). Известни клатратни съединения на благородни газове, в които техните атоми са затворени в кухините на кристалните решетки на различни вещества. Такива съединения - хидрати на благородни газове - образуват лед (най-издръжливият клатрат с ксенон). Съставът на хидратите съответства на формулата 8E*46H2O, или E*5.75H2O. Известни са клатрати с фенол, например Xe-3C6H5OH. Клатратите на благородния газ с хидрохинон C6H4(OH)2 са много силни. Получават се чрез кристализиране на хидрохинон под налягане на благороден газ (4 MPa) Тези клатрати са доста стабилни при стайна температура. Той и Ne не образуват клатрати, тъй като атомите им са твърде малки и "избягат" от празнините на кристалните решетки.

Хелият има уникални характеристики. При 101 kPa той не кристализира (това изисква налягане над 2,5 MPa при T = 1K). В допълнение, при T = 2,19 K (при нормално налягане), той преминава в нискотемпературна течна модификация на He (II), която има поразителни характеристики на спокойно кипене, огромна способност за провеждане на топлина и липса на вискозитет ( свръхфлуидност). Свръхтечността на He (II) е „открита от P. L. Kapitsa (1938) и обяснена въз основа на квантовомеханичните концепции от L. D. Landau (1941).

5. Връзки.Възможност за наличие на благородни газови съединения (Kr и Xe флуориди). Сега са известни съединения на криптон, ксенон и радон. Съединенията на криптон са малко на брой, съществуват само за остъртемпература. Радоновите съединения трябва да бъдат най-многобройни и издръжливи, но тяхното производство и изследване е затруднено многовисока алфа радиоактивност Rn, тъй като радиацията унищожава образуваните от нея вещества. Следователно има малко данни за съединенията на Rn.

Ксенон - директно взаимодейства само с флуор и някои флуориди, като PtF6. Ксенон флуоридите служат като изходни материали за получаване на други негови съединения.

При нагряване с флуор при атмосферно налягане се образува главно XeF4 (т.т. 135°C). Под действието на излишък от флуор при налягане 6 MPa се получава XeF6 (т.т. 49°С). Действайки върху смес от Xe с F2 или CF4 с електрически разряд или ултравиолетово лъчение, XeF2 се синтезира (т.т. 140 °C).

всичкоксеноновите флуориди реагират енергично с вода, подлагайки се битиехидролиза, която обикновено е придружена от диспропорциониране. Хидролизата на XeF4 в кисела среда протича по схемата 3Xe (+4) => Xe ° + 2Xe (+5) и в алкална среда, както следва:

ZXe(+4) =>.Xe0+Xe(+8)

NH3

структура

Молекулата е полярна, има формата на триъгълна пирамида с азотен атом в горната част, HNH = 107,3. Азотният атом е в sp 3 хибридно състояние; от четирите азотно-хибридни орбитали, три участват в образуването на единични N-H връзки, а четвъртата връзка е заета от самотна електронна двойка.

Физически свойства

NH 3 е безцветен газ, миризмата е остра, задушаваща, отровна, по-лека от въздуха.

плътност на въздуха \u003d MNH 3 / M среден въздух \u003d 17 / 29 \u003d 0,5862

t╟ кипене = -33,4°С; tpl. = -78°С.

Молекулите на амоняка са свързани със слаби водородни връзки.

Поради водородните връзки амонякът има относително висока точка на кипене. и tpl., както и висока топлина на изпаряване, лесно се компресира.

Силно разтворим във вода: 750V NH3 се разтваря в 1V H2O (при t=20C и p=1 atm).

Добрата разтворимост на амоняка може да се види в следния експеримент. Суха колба се напълва с амоняк и се затваря със запушалка, в която се вкарва тръба с изтеглен край. Краят на тръбата се потапя във вода и колбата леко се нагрява. Обемът на газа се увеличава и малко амоняк ще излезе от тръбата. След това нагряването се спира и поради компресията на газа малко вода ще влезе през тръбата в колбата. Още в първите капки вода амонякът ще се разтвори, в колбата ще се създаде вакуум и водата под въздействието на атмосферно налягане ще се издигне в колбата - фонтанът ще започне да бие.

Разписка

1. Индустриален начин

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3

(p=1000 atm; t= 500C; kat = Fe + алумосиликати; принцип на циркулация).

2. Лабораторен метод. Загряване на амониеви соли с алкали.

2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 t ═ CaCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O

(NH 4) 2 SO 4 + 2KOH═ t ═ K 2 SO 4 + 2NH 3 + 2Н 2 O

Амонякът може да се събира само по метод (А), т.к той е по-лек от въздуха и много разтворим във вода.

Химични свойства

Образуването на ковалентна връзка по механизма донор-акцептор.

1. Амонякът е база на Люис. Разтворът му във вода (амонячна вода, амоняк) има алкална реакция (лакмус - син; фенолфталеин - малина) поради образуването на амониев хидроксид.

NH 3 + H 2 O = NH 4 OH \u003d NH 4 + + OH -

2. Амонякът реагира с киселини и образува амониеви соли.

NH3 + HCl = NH4Cl

2NH 3 + H 2 SO 4 \u003d (NH 4) 2 SO 4

NH 3 + H 2 O + CO 2 = NH 4 HCO 3

Амоняк - редуциращ агент (окислен до N 2 O или NO)

1. Разлагане при нагряване

2NH 3 ═ t ═ N 2 + 3H 2

2. Изгаряне в кислород

а) без катализатор

4NH 3 + 3O 2 \u003d 2N 2 + 6H 2 O

б) каталитично окисление (kat = Pt)

4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2 O

3. Възстановяване на оксиди на някои метали

3CuO + 2NH 3 \u003d 3Cu + N 2 + 3H 2 O

Освен NH3 са известни още две водородни съединения на азота – хидразин н2H4и водородна киселина HN3(има още няколко съединения на азота с водорода, но те не са много стабилни и практически не се използват)

Хидразинът се получава чрез окисление на амоняк във воден разтвор с натриев хипохлорит (метод на Рашиг):

2NH3+NaOCl -> N2H3 + NaCl + H2O

Хидразин - течен, т.т. 2°C, bp. 114°C с миризма, подобна на NH3. Отровен, експлозивен. Често се използва не безводен хидразин, а хидразин - хидрат N2H4-H2O, така че pl. - "52 ° C, bp 119 ° C. Молекулата N2H4 се състои от две NH2 групи,

Поради наличието на две самотни двойки при N атомите, хидразинът е способен да добавя водородни йони; Лесно се образуват хидразониевите съединения: хидроксид N2H5OH, хлорид N2H5Cl, хидросулфат N2H5HSO4 и др. Понякога техните формули се изписват N2H4-H2O, N2H4-HC1, N2H4-H2S04 и т.н. и се наричат хидразин хидрат, хидразин хидрат, хидрохлорид и др. д. Повечето хидразониеви соли са разтворими във вода.

Нека сравним силата на основата, образувана във воден разтвор на NH3, NH2OH и N2H4.

По отношение на стабилността, N2H4 е значително по-нисък от NНз, тъй като N-N връзката не е много силна. Хидразинът изгаря във въздуха:

N2H4 (l) + O2 (g) = n2 (g) + 2H2O (g);

В разтвори хидразинът обикновено също се окислява до N2. Хидразинът може да се редуцира (до NH3) само със силни редуциращи агенти, например Sn2+, Ti3+, Zn:

N2H4 + Zn + 4HCl => 2NH4C1 + ZnCl2

Азотната киселина HN3 се получава чрез действието на H2SO4 върху натриев азид NaNs, който се синтезира чрез реакцията;

2NaNH2 + N2O -> NaNa + NaOH + NHa

HN3 - течност, т.т. -80 °C, bp 37 ° C, с остра миризма. Той експлодира много лесно с голяма сила, разредените му водни разтвори не са експлозивни.

Можете също да представите структурата на HN3 чрез наслагване на валентни схеми

H-N=N=N и h-n-n=n°!

HN3 е слаба киселина (K = 10-5). Солите на HN3-азидите обикновено са силно експлозивни (само азидите на алкалните метали не са експлозивни, с изключение на LiN3).

Царегородцев Александър

Съединенията на благородните газове са една от най-интересните теми в органичната и неорганичната химия, откриването на свойствата на техните съединения преобърна идеята на всички учени от 20-ти век, тъй като по това време съществуването на такива вещества се смяташе за невъзможно, а сега се възприема като нещо нормално, тогава, което вече беше обяснено.

Ксенонът е благороден газ, който е най-лесно да образува връзки с други химикали. Човечеството е използвало неговите съединения и те вече се прилагат в живота ни.

Представеният труд може да предизвика интереса на широката публика към тази тема.

Изтегли:

Визуализация:

Общинско автономно общообразователно заведение

„Средно училище No5 със задълбочено изучаване на химия и биология“

Учебно-изследователска работа в рамките на

V Менделеев четения

Предмет: Благородни газови съединения

Изпълнил: Царегородцев
Александър, ученик от 9 клас

Ръководител: Григориева

Наталия Генадиевна, учител по химия

Стара Руса

2017

Въведение

Инертните газове са неметали, които са в група VIII-a. Те са открити в края на 19 век и са смятани за излишни в Периодичната таблица, но благородните газове заемат своето място в нея.
Поради запълненото последно енергийно ниво, дълго време се смяташе, че тези вещества не могат да образуват връзки, т.к. и след откриването на техните молекулярни съединения, много учени бяха шокирани и не можеха да повярват, защото не се поддаваше на законите на химията, които съществуваха по това време.
Неуспешните опити за образуване на съединения от благородни газове повлияха неблагоприятно на ентусиазма на учените, но това не попречи на развитието на тази индустрия.
Ще се опитам да събудя интереса на присъстващите в публиката, пред която представям работата си.

Целта на моята работа: да проучи историята на създаването и свойствата на неорганичните ксенонови съединения.

задачи:

1. Запознайте се с историята на производството на съединения на благородни газове
2. Запознайте се със свойствата на флуорните и кислородните съединения
3. Съобщавам на учениците резултатите от моята работа

Справка по история

Ксенонът е открит през 1898 г. и веднага след няколко години се получават неговите хидрати, както и ксенон и криптон, всички от които се наричат клатрати.
През 1916 г. Кесел, въз основа на стойностите на степените на йонизация на инертните газове, предсказва образуването на техните директни химически съединения.
Повечето учени от 1-ва четвърт на 20-ти век вярват, че благородните газове са в нулевата група на Периодичната система и имат валентност 0, но през 1924 г. А. фон Антропов, противно на мненията на други химици, приписва тези елементи на осмата група, от която следва, че най-високата валентност в техните съединения - 8. Той също така прогнозира, че те трябва да образуват връзки с халогени, тоест неметали от група VII-a.
През 1933 г. Полинг предсказва формулите за възможни съединения на криптон и ксенон: стабилен криптон и ксенон хексафлуорид (KrF 6 и XeF 6 ), нестабилен ксенон октафлуорид (XeF 8 ) и ксенонова киселина (H 4 Xeo 6 ). През същата година Г. Одо се опитва да синтезира ксенон и флуор чрез пропускане на електрически ток, но не успява да почисти полученото вещество от продуктите на корозия на съда, в който е проведена тази реакция. От този момент нататък учените загубиха интерес към тази тема и до 60-те години почти никой не се занимаваше с това.
Преки доказателства, че са възможни съединения на благородни газове, идват от синтеза на диоксигенил хексафлуороплатинат на британския учен Нийл Бартлет (O 2). Платиновият хексафлуорид има окислителен капацитет на вдовицата, по-голям от този на флуора. На 23 март 1962 г. Нийл Бартлет синтезира ксенон и платинов хексафлуорид и той получи това, което искаше: първото съществуващо съединение на благороден газ, жълтото твърдо Xe. След това всички сили на учените от онова време бяха хвърлени в създаването на съединения на ксенон флуорид.

Съединения на ксенон флуорид и техните свойства

Първото молекулно съединение е ксенон хексафлуоридплатинат с формула XePtF 6 . Той е плътен, жълт отвън и тухлен червен отвътре; при нагряване до 115°C става стъклен на вид, при нагряване до 165°C започва да се разлага с освобождаването на XeF 4 .

Може да се получи и чрез взаимодействие на ксенон и флуорен пероксид:

А също и по време на взаимодействието на ксенон и кислороден флуорид при висока температура и налягане:

XeF2 са безцветни кристали, разтворими във вода. В разтвор той проявява много силни окислителни свойства, но те не надвишават способността на флуора. Най-силната връзка.

1. При взаимодействие с основи, ксенонът се възстановява:

2. Можете да възстановите ксенона от този флуор чрез взаимодействие с водород:

3. При сублимиране на ксенон дифлуорид се получават ксенон тетрафлуорид и самият ксенон:

Ксенон(IV) флуорид XeF4се получава по същия начин като дифлуорид, но при температура 400 ° C:

XEF 4 - Това са бели кристали, той е силен окислител. За свойствата на това вещество може да се каже следното.

1. Той е силен флуориращ агент, тоест, когато взаимодейства с други вещества, той е в състояние да прехвърля флуорни молекули към тях:

2. При взаимодействие с вода, ксеноновият тетрафлуорид образува ксенонов оксид (III):

3. Възстановен до ксенон при взаимодействие с водород:

Ксенон(VI) флуорид XeF 6 образува се при още по-висока температура и при повишено налягане:

XEF 6 те са бледозеленикави кристали, които също имат силни окислителни свойства.

1. Подобно на ксенон (IV) флуорид, той е флуориращ агент:

2. При хидролиза се образува ксенонова киселина

Кислородни съединения на ксенона и техните свойства
Ксенон(III) оксид XeO 3 - това е бяло, нелетливо, експлозивно вещество, силно разтворимо във вода. Получава се чрез хидролиза на ксенон (IV) флуорид:

1. Под действието на озона върху алкален разтвор той образува сол на ксеноновата киселина, в която ксенонът има степен на окисление +8:

2. Когато ксенонова сол взаимодейства с концентрирана сярна киселина, тя се образуваксенон(IV) оксид:

Xeo 4 - при температури под -36°C, жълти кристали, при температури по-високи - безцветен експлозивен газ, разлагащ се при температура 0°C:

В резултат на това се оказва, че ксеноновите флуориди са бели или безцветни кристали, които се разтварят във вода, имат силни окислителни свойства и химическа активност, а оксидите лесно отделят топлинна енергия и в резултат на това са експлозивни.

Приложение и потенциал

Поради своите свойства, ксеноновите съединения могат да се използват:

За производство на ракетно гориво
За производство на лекарства и медицинско оборудване
За производството на експлозиви
Като силни окислители в органичната и неорганичната химия
Като начин за транспортиране на реактивен флуор

Заключение

Считам, че напълно постигнах целта на моето изследване: разкрих темата възможно най-точно, съдържанието на работата е напълно съобразено с нейната тема, проучена е историята на създаването и свойствата на неорганичните ксенонови съединения.

Библиография

1. Кузменко Н.Е. „Кратък курс по химия. Ръководство за кандидати в университети ”/ / Издателство на висше училище, 2002 г., стр. 267

2. Пушленков М.Ф. “Съединения на благородни газове”//Атомиздат, 1965 г.

3. Фримантъл М. "Химията в действие" част 2 // Мир, 1998, стр. 290-291

4. Интернет ресурси

http://him.1september.ru/article.php?ID=200701901
http://rudocs.exdat.com/docs/index-160337.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Xenon_fluoride(II)
https://ru.wikipedia.org/wiki/Xenon_fluoride(IV)
https://en.wikipedia.org/wiki/Xenon_fluoride(VI)
http://edu.sernam.ru/book_act_chem2.php?id=96
http://chemistry.ru/course/content/chapter8/section/paragraph2/subparagraph7.html#.WLMQ5FPyjGg

Визуализация:

За да използвате визуализацията на презентации, създайте акаунт (акаунт) в Google и влезте: https://accounts.google.com

Надписи на слайдове:

Флуор и кислородни съединения на благородни газове. Ксенонови съединения Изпълнено от: Царегородцев Александър, ученик 9 клас, СОУ № 5 Ръководител: Наталия Генадиевна Григориева, учител по химия

Въведение Инертните газове са неметали, които са в VIII – група. Те са открити в края на 19 век и са смятани за излишни в Периодичната таблица, но благородните газове заемат своето място в нея. Поради запълненото последно енергийно ниво, дълго време се смяташе, че тези вещества не могат да образуват връзки и след откриването на техните молекулярни съединения, много учени бяха шокирани и не можеха да повярват, защото не се поддава на законите. на химията, която е съществувала по това време. Неуспешните опити за образуване на съединения от благородни газове повлияха неблагоприятно на ентусиазма на учените, но това не попречи на развитието на тази индустрия. Ще се опитам да събудя интереса на присъстващите в публиката, пред която представям работата си.

Цели и задачи Цел на работата: да се проучи историята на създаването и свойствата на неорганичните ксенонови съединения. Цели: 1. Запознайте се с историята на получаване на съединения на благородни газове 2. Разберете защо е възможно образуването на тези съединения 3. Запознайте се със свойствата на флуорните и кислородните съединения 4. Предоставете резултатите от моята работа на колеги

История на създаването Всички опити за получаване на тези съединения бяха неуспешни, учените можеха само да гадаят как ще изглеждат техните формули и приблизителни свойства. Най-продуктивният химик в тази област беше Нийл Бартлет. Основната му заслуга е получаването на ксенон хексафлуороплатинат Xe [PtF 6 ].

Ксенонови флуориди Ксенон(II) флуорид Ксенон(IV) флуорид Ксенон(VI) флуорид

Ксенонови оксиди Ксенон (VI) оксид Ксенон (VIII) оксид ВЗРИВ!!!

Използването на ксенонови съединения За производството на ракетно гориво За създаване на лекарства и медицинско оборудване За производство на експлозиви Като метод за транспортиране на флуор Като окислители в органичната и неорганичната химия

Заключение Съединенията на благородните газове са една от най-интересните теми в органичната и неорганичната химия, откриването на свойствата на техните съединения преобърна възгледа на всички учени от 20-ти век, тъй като по това време се смяташе съществуването на такива вещества невъзможно, а сега се възприема като нещо нормално, тогава което вече беше обяснено.

Благодаря за вниманието!

Годината беше 1896. Първият етап от експерименти току-що приключи в лабораториите на Рамзи и неговите последователи, обявявайки пълната химическа неактивност на аргона и хелия. На този фон докладът на френския физик Вилар за полученото от него кристално съединение на аргон с вода от състава Ar · 6H2O, наподобяващ компресиран сняг, прозвуча като остър дисонанс. Освен това, той е получен много просто и при неочаквани условия: Вилард силно компресиран върху лед при умерено ниски температури.

Най-общо казано, подобен хлорхидрат Cl2 6H2O, получен при подобни условия, се съобщава още в началото на 19 век; по-късно стават известни хидрати на голям брой газове и лесно летливи вещества. Но имаше обикновени за химик, но тук ставаше дума за съединение на инертен аргон! Посланието на Вилард изглеждаше неправдоподобно и беше просто отхвърлено; нямаше дори ловци да го проверят.

Те си спомнят откритието на Вилар 29 години по-късно, когато Р. Фаркран съобщава за хексахидратите на криптон и ксенон, получени от него, когато тези газове влизат в контакт с лед под налягане. Десет години по-късно Б. А. Никитин получава хексахидрати на всички - с изключение на - инертни газове, а след това съединения, състоящи се от атом на инертен газ и три (в случая на радон - две) молекули фенол, толуен или n-хлорфенол. По-късно съединения сβ -хидрохинон, както и трикомпонентни съединения на криптон или ксенон, седемнадесет водни молекули и една молекула ацетон, хлороформ или тетрахлорметан. Структурата на тези съединения е установена едва през 40-те години на миналия век. По това време вече са идентифицирани голям брой така наречени включващи съединения; те заемат междинна позиция между истински химически съединения и интерстициални твърди разтвори.

Оказа се, че горните са клатратни съединения - един вид "решетъчни" съединения за включване. Името им идва от латинското clatratus, което означава затворен, затворен. Клатратите се образуват по следния начин: неутрална молекула на инертен газ (друга молекула може да заеме нейно място, например Cl2, H2S, SO2, CO2, CH4) е плътно заобиколена, сякаш е взета в клещи от полярни молекули - вода, фенол , хидрохинон и др., които са свързани помежду си чрез водородни връзки. Клатратите възникват в случаите, когато по време на кристализацията на разтворител, неговите молекули образуват ажурни структури с кухини, способни да съдържат чужди молекули. Основното условие, необходимо за съществуването на стабилно клатратно съединение, е най-пълното съвпадение на пространствените размери на кухината, образувана между прилепналите молекули „гостоприемник“ и размерите на молекулата „гост“, която е проникнала в кухината.

Ако "гостът" е малък (да речем, неонова молекула), е трудно да се фиксира в кухината и задължително с помощта на ниска температура и високо налягане, които предотвратяват бягството на "госта" и често допринасят за компресията на кухината. Трудно е и за прекалено обемна молекула; в този случай също е необходимо повишено налягане, за да го „бутне“ в кухината.

Формално клатратите могат да бъдат приписани на химични съединения, тъй като повечето от тях имат строго постоянен състав. Но това са съединения от молекулярния тип, възникващи поради ван дер Ваалсовите сили на свиване на молекулите. той липсва в клатратите, тъй като по време на тяхното образуване няма сдвояване на валентни електрони и съответното пространствено преразпределение на електронната плътност в молекулата.

Самите сили на Ван дер Ваалс са много малки, но енергията на свързване в клатратната молекула може да се окаже не толкова малка (от порядъка на 5-10 kcal/mol) поради непосредствената близост на включената молекула до молекулите от включително, тъй като силите на Ван дер Ваалс нарастват рязко, когато молекулите се приближават една към друга, B Като цяло клатратите са нискоустойчиви съединения; при нагряване и разтваряне те бързо се разлагат на съставните си компоненти.

Основен принос към изследването на клатратите на инертния газ има съветският химик Б. А. Никитин. През 1936-1952г. той синтезира и изучава тези съединения, ръководейки се от принципа на V. G. Khlopin за изоморфната кокристализация на молекули, сходни по размер и структура. Никитин установи, че при ниски температури те образуват изоморфни кристали с летливи хидриди - сероводород, халогеноводород, метан, както и със сяра и въглероден диоксид. Никитин установи, че клатратите на инертните газове са толкова по-стабилни и по-лесни за образуване, колкото по-високо е молекулното им тегло. Това е в съответствие с общата закономерност на действието на силите на Ван дер Ваалс. Радоновият хидрат (ако пренебрегнем бързия радиоактивен разпад на радона) е много по-стабилен от неоновия хидрат, а фенолатите са по-силни от съответните хидрати. Ето защо деутерираните хидрати са по-силни от обикновените.

Ако експериментаторите разполагаха със значителни количества радон, би било възможно да се наблюдава моментално образуване на утайка от Rn(H2O)6 при преминаване на радон върху лед при обикновено налягане. За да се получи ксенон хидрат при 0°, достатъчно е да се приложи налягане малко по-високо от атмосферното налягане. С тазитемпературата трябва да бъде компресирана до 14,5, до 150 и почти до 300 at. Може да се очаква, че хелиевият хидрат може да се получи под налягане от няколко хиляди атмосфери.

Клатратите могат да се използват като удобни форми за съхранение на инертни газове, както и за тяхното отделяне. След като подложи серен диоксид хидрат на прекристализация в атмосфера от смес от инертни газове, Никитин открива всичко, което не се разлага в утайката, която е изоморфна смес от SO2 6H2O и Rn 6H2O; същите и са запазени в газова фаза. По подобен начин аргонът може да бъде почти напълно утаен и отделен от останалите газове неон и хелий.

С помощта на клатрати от инертен газ е възможно да се решат някои изследователски проблеми. Те включват например идентифициране на естеството на връзката в изследваното съединение. Ако образува смесени кристали с тежък инертен газ, тогава трябва да се припише на молекулярния тип (включително съединение); обратното показва наличието на връзка от различен тип.

Основната подгрупа на осмата група на периодичната система са благородните газове - хелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Тези елементи се характеризират с много ниска химическа активност, което дава основание да ги наричаме благородни или инертни газове. Те само трудно образуват съединения с други елементи или вещества; не са получени химически съединения на хелий, неон и аргон. Атомите на благородните газове не се комбинират в молекули, с други думи, техните молекули са едноатомни.

Благородните газове завършват всеки период от системата от елементи. В допълнение към хелия, всички те имат осем електрона във външния електронен слой на атома, образувайки много стабилна система. Електронната обвивка на хелия, която се състои от два електрона, също е стабилна. Следователно атомите на благородния газ се характеризират с високи енергии на йонизация и като правило отрицателни енергии на електронен афинитет.

В табл. 38 показва някои от свойствата на благородните газове, както и съдържанието им във въздуха. Може да се види, че температурите на втечняване и втвърдяване на благородните газове са толкова по-ниски, колкото по-ниски са техните атомни маси или серийни номера: най-ниската температура на втечняване за хелия, най-високата за радона.

Таблица 38. Някои свойства на благородните газове и тяхното съдържание във въздуха

До края на 19 век се смяташе, че въздухът се състои само от кислород и азот. Но през 1894 г. английският физик Дж. Рейли открива, че плътността на азота, получен от въздуха (1,2572 ), е малко по-голяма от плътността на азота, получен от неговите съединения (1,2505 ). Професорът по химия У. Рамзи предполага, че разликата в плътността е причинена от наличието на примес от някакъв по-тежък газ в атмосферния азот. Чрез свързване на азота с нажежен магнезий (Ramsay) или като го карат да се комбинира с кислород (Rayleigh) чрез електрически разряд, и двамата учени изолират малки количества химически инертен газ от атмосферния азот. Така е открит неизвестен дотогава елемент, наречен аргон. След аргон са изолирани хелий, неон, криптон и ксенон, съдържащи се във въздуха в незначителни количества. Последният елемент от подгрупата - радон - е открит при изследването на радиоактивните трансформации.

Трябва да се отбележи, че съществуването на благородни газове е предсказано още през 1883 г., тоест 11 години преди откриването на аргон, от руския учен II А. Морозов (1854-1946), който е затворен през 1882 г. за участие в революционното движение от царското правителство до крепостта Шлиселбург. Н. А. Морозов правилно определи мястото на благородните газове в периодичната система, изложи идеи за сложната структура на атома, за възможността за синтезиране на елементи и използване на вътрешно-атомна енергия. Н. А. Морозов е освободен от затвора през 1905 г., а неговите забележителни предсказания стават известни едва през 1907 г. след публикуването на книгата му „Периодични системи на структурата на материята“, написана в изолация.

През 1926 г. Н. А. Морозов е избран за почетен член на Академията на науките на СССР.

Дълго време се смяташе, че атомите на благородните газове като цяло не са в състояние да образуват химически връзки с атомите на други елементи. Известни са само относително нестабилни молекулярни съединения на благородни газове - например хидрати, образувани от действието на компресирани благородни газове върху кристализираща преохладена вода. Тези хидрати принадлежат към клатратния тип (виж § 72); валентни връзки не възникват при образуването на такива съединения.

Образуването на клатрати с вода се благоприятства от наличието на множество кухини в кристалната структура на леда (виж § 70).

През последните десетилетия обаче е установено, че криптон, ксенон и радон могат да се комбинират с други елементи и преди всичко с флуор. Така при директно взаимодействие на благородни газове с флуор (при нагряване или при електрически разряд) се получават флуориди и. Всички те са кристали, които са стабилни при нормални условия. Получени са и производни на ксенон в степента на окисление - хексафлуорид, триоксид, хидроксид. Последните две съединения проявяват киселинни свойства; така че, реагирайки с алкали, те образуват соли на ксеноновата киселина, например:.

Благородните газове имат електронна конфигурация n с 2n стр 6 (за хелий 1 с 2) и съставляват подгрупата VIIIA. С увеличаване на атомния номер се увеличават атомните радиуси и тяхната поляризуемост. Това води до увеличаване на междумолекулните взаимодействия, до повишаване на точките на топене и кипене, до увеличаване на разтворимостта на газовете във вода и други разтворители. За благородните газове са известни следните групи съединения: молекулярни йони, включващи съединения и валентни съединения.

Молекулата на благородния газ E 2 не може да съществува - (s) 2 (s *) 2. Но ако един електрон бъде отстранен, тогава запълването на горната разхлабваща се орбитала е само наполовина - (s) 2 (s *) 1 е енергийната основа на съществуването молекулярни йониблагородни газове E 2 + .

Включителни съединения или клатрати, са известни само в твърдо състояние. В серията He – Rn стабилността на клатратите се повишава. Например, хидрати от типа E. 6H 2 O се образуват при високо налягане и ниска температура. При 0 0 С хидратите Xe, Kr, Ar и Ne са стабилни съответно при налягания ~1,1. 10 5 , 1,5 . 106, 1.5. 107, 3. 10 7 Ра. Клатратните съединения се използват за отделяне и съхранение на благородни газове. Kr и Xe се получават чрез дестилация на течен въздух.

Съединения с валентни връзки E(II), E(IV), E(VI), E(VIII) са добре проучени на примера на Kr и Xe флуориди, получени по схемата:

Химическото свързване в съединенията на благородния газ не може да бъде описано от гледна точка на MHS, тъй като според този метод връзките трябва да се образуват от д- орбитали. Въпреки това, възбуждането на атома Xe от състояние 5 с 2 5стр 6 в 5s 2 5p 5 6s 1 или 5 с 2 5стр 5 5д 1 изисква 795 или 963 kJ. mol –1 и възбуждане 5 с 2 5стр 4 5д 2 и 5 с 2 5стр 4 5д 1 6с 1 - 1758 и 1926 kJ mol -1 , което не се компенсира от енергията на образуване на връзката.

В рамките на MMO структурата на XeF 2 се обяснява със схема от три орбитали - една от Xe и две от флуорни атоми:

Ксенон тетрафлуоридът е силен окислител:

Pt + XeF 4 + 2HF = H 2 + Xe,

4KI + XeF 4 = Xe + 2I 2 + 4KF.

Когато се нагряват и хидролизират, ксеноновите флуориди са непропорционални:

2XeF 2 = XeF 4 + Xe

3XeF 4 = 2XeF 6 + Xe

6XeF 4 + 12H 2 O = 2XeO 3 + 4Xe + 3O 2 + 24HF.

За хексавалентен Xe са известни XeF 6 флуорид, XeO 3 оксид, XeOF 4 и XeO 2 F 2 оксофлуориди, Xe(OH) 6 хидроксид и комплексни йони от типовете XeO 4 2– и XeO 6 6–.

XeO 3 е силно разтворим във вода и образува силна киселина:

XeO 3 + H 2 O⇆ H 2 XeO 4 ® H + + HxeO 4 ¯.

Хексафлуоридът е много активен, реагира с кварц:

2XeF 6 + SiO 2 \u003d 2XeOF 4 + SiF 4.

Производните на Xe(VI) са силни окислители, например:

Xe(OH) 6 + 6KI + 6HCl = Xe + 3I 2 + 6KCl + 6H2O.

За Xe(VIII) освен това са известни XeF 8 , XeO 4 , XeOF 6 , XeO 6 4–.

При нормални условия XeO 4 бавно се разлага:

3XeO 4 \u003d Xe + 2XeO 3 + 3O 2.

С увеличаване на степента на окисление на ксенона стабилността на бинарните и солеподобните съединения намалява, докато тази на анионните комплекси се увеличава.

За криптон само KrF 2 , KrF 4 , нестабилна криптонова киселина KrO 3 · H 2 O и неговата сол BaKrO 4 .

Хелият се използва при нискотемпературни процеси за създаване на инертна атмосфера в лабораторни апарати, при заваряване и в газови електрически лампи, неон в газоразрядни тръби.

Благородните газови съединения се използват като силни окислители. Флуорът и ксенонът се съхраняват под формата на ксенонови флуориди.

Въпроси за самоизследване

I. 1) Мястото на водорода в периодичната система.

2) Класификация на водородните съединения.

II. един) с - Елементи: степени на окисление, промени в йонизационните радиуси и енергии, киселинно-основни и редуциращи свойства на съединенията.

2) Връзки с- елементи:

а) хидриди с-елементи (естество на връзката, свойства);

б) съединения с кислород; хидроксиди.

III. 1) Какво определя валентните възможности Р-елементи?

2) Как се променя стабилността на по-високите и по-ниските степени на окисление в подгрупите с увеличаване на Z?

IV. Анализирайки промяната в Т мн. оксиди, отговорете на следните въпроси:

1) Защо точката на топене се повишава рязко при преминаване от CO 2 към SiO 2?

2) Защо PbO 2 е термично по-малко стабилен от другите оксиди от подгрупата IVA?

V. Енергията на свързване във водородните и халогенните молекули се характеризира със следните стойности:

1) Какво обяснява значително по-високата енергия на свързване в H2?

2) Защо енергията на свързване в Г 2 първо нараства със Z и след това намалява?

VI. Как и защо се променят киселинно-основните свойства на безкислородните (H n E) и съдържащите кислород E (OH) n, H n EO m съединения Р- елементи в период и група?

VII. Водородни съединения Р- елементи:

1) Комуникация, периодичност на свойствата, стабилност.

2) Склонност към образуване на Н-връзки.

3) Характеристика на химичната връзка в B 2 H 6 (MMO).

VIII. оксиди Р- елементи. Комуникация и имоти.

IX. Връзки Р- елементи - полупроводници.

1) Фактори, които определят ширината на лентата.

2) Елементарни полупроводници и съединения с полупроводникови свойства. Мястото им в периодичната таблица.

X. Диамантени съединения. Позицията на елементите, които ги образуват в периодичната система. Комуникация и имоти.

XI 1) Съединения на благородни газове и методи за тяхното производство.

2) Дайте МО схемата за XeF 2.

3) Напишете уравнението за реакцията на диспропорциониране XeF 2 , XeF 4 .