Kemijski spojevi plemenitih plinova. Kemija inertnih plinova Spojevi inertnih plinova

PODSKUPINA VIIIA (HELIJ, NEON, ARGON, KRIPTON, KSENON, RADON)

1. Karakteristična oksidacijska stanja i najvažniji spojevi. Najveći značaj imaju spojevi ksenona. Karakteriziraju ga oksidacijska stanja +2 (XeF2), +4 (XeF4), +6 (XeF6, XeO3, XeOF4, Ba3XeO6), +8 (Na4XeO6 * 6H2O).

2. Prirodni resursi. Plemeniti plinovi se pretežno nalaze u atmosferi; njihov sadržaj je He - 5,24 * 10-4% (volumen); Ne-1,8*10-3%; Ar - 0,93%, Kr-3*10-3%, Xe-0,39*10-4%.

Radon nastaje radioaktivnim raspadom radija i nalazi se u tragovima u mineralima koji sadrže uran, kao iu nekim prirodnim vodama. Helij, koji je proizvod radioaktivnog raspada elemenata koji emitiraju alfa, ponekad se nalazi u značajnim količinama u prirodnom plinu i plinu koji se oslobađa iz naftnih bušotina. U ogromnim količinama, ovaj element se nalazi u Suncu i zvijezdama. To je drugi najzastupljeniji (poslije vodika) među elementima kozmosa.

3. Priznanica. Plemeniti plinovi se putem ispuštaju tijekom rektifikacije tekućeg zraka kako bi se dobio kisik. Argon se također dobiva tijekom sinteze NH3 iz neizreagiranog ostatka mješavine plinova (N2 s primjesom Ar). Helij se ekstrahira iz prirodnog plina dubokim hlađenjem (CH4 i ostale komponente plinske smjese se ukapljuju, a He ostaje u plinovitom stanju). Ar i He se proizvode u velikim količinama, ostali plemeniti plinovi dobivaju se mnogo manje, skupi su.

4. Svojstva. Plemeniti plinovi su bezbojne, plinovite tvari na sobnoj temperaturi. Konfiguracija vanjskog elektronskog sloja atoma helija 1s2 preostalih elemenata podskupine VIIIA-ns2np8. Potpunost elektronskih ljuski objašnjava monoatomsku prirodu molekula plemenitih plinova, njihovu vrlo nisku polarizabilnost, niske točke taljenja, vrelišta i kemijsku inertnost.

Tvari koje se razmatraju tvore čvrste otopine jedna s drugom na niskim temperaturama (iznimka je helij). Poznati klatratni spojevi plemenitih plinova, u kojima su njihovi atomi zatvoreni u prazninama kristalnih rešetki različitih tvari. Takvi spojevi - hidrati plemenitih plinova - tvore led (najtrajniji klatrat s ksenonom). Sastav hidrata odgovara formuli 8E*46H2O, odnosno E*5,75H2O. Poznati su klatrati s fenolom, na primjer Xe-3C6H5OH. Klatrati plemenitih plinova s hidrokinonom C6H4(OH)2 su vrlo jaki. Dobivaju se kristalizacijom hidrokinona pod tlakom plemenitog plina (4 MPa) Ovi klatrati su prilično stabilni na sobnoj temperaturi. On i Ne ne tvore klatrate, jer su njihovi atomi premali i "bježe" iz praznina kristalnih rešetki.

Helij ima jedinstvena svojstva. Pri 101 kPa ne kristalizira (za to je potreban tlak veći od 2,5 MPa pri T = 1K). Osim toga, pri T \u003d 2,19 K (pri normalnom tlaku), prelazi u niskotemperaturnu tekuću modifikaciju He (II), koja ima upečatljive značajke mirnog ključanja, velike sposobnosti provođenja topline i odsutnosti viskoznosti ( superfluidnost). Superfluidnost He (II) "otkrio je P. L. Kapitsa (1938), a na temelju kvantnomehaničkih koncepata objasnio L. D. Landau (1941).

5. Veze. Mogućnost postojanja spojeva plemenitih plinova (Kr i Xe fluorida). Danas su poznati spojevi kriptona, ksenona i radona. Spojevi kriptona su malobrojni, postoje samo za oštar temperatura. Najbrojniji i najtrajniji bi trebali biti radonski spojevi, ali je njihova proizvodnja i istraživanje otežano vrlo visoka alfa radioaktivnost Rn, budući da zračenje uništava tvari nastale njime. Stoga je malo podataka o spojevima Rn.

Ksenon - izravno komunicira samo s fluorom i nekim fluoridima, kao što je PtF6. Ksenon fluoridi služe kao polazni materijali za dobivanje ostalih njegovih spojeva.

Kada se zagrijava s fluorom pri atmosferskom tlaku, uglavnom nastaje XeF4 (t.t. 135°C). Pod djelovanjem viška fluora pri tlaku od 6 MPa dobiva se XeF6 (talište 49 °C). Djelujući na smjesu Xe s F2 ili CF4 električnim pražnjenjem ili ultraljubičastim zračenjem, sintetizira se XeF2 (talište 140 °C).

svi ksenopi fluoridi snažno reagiraju s vodom, podvrgavajući se biće hidroliza, koja je obično popraćena disproporcionalnošću. Hidroliza XeF4 u kiselom mediju odvija se prema shemi 3Xe (+4) => Xe ° + 2Xe (+5) iu alkalnom mediju kako slijedi:

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

NH3

Struktura

Molekula je polarna, ima oblik trokutaste piramide s atomom dušika na vrhu, HNH = 107,3. Atom dušika je u sp 3 hibridnom stanju; od četiri dušikove hibridne orbitale, tri su uključene u stvaranje pojedinačnih N-H veza, a četvrtu vezu zauzima usamljeni elektronski par.

Fizička svojstva

NH 3 je bezbojni plin, miris je oštar, zagušljiv, otrovan, lakši od zraka.

gustoća zraka \u003d MNH 3 / M srednji zrak \u003d 17 / 29 \u003d 0,5862

t╟ ključanja = -33,4C; tpl. = -78°C.

Molekule amonijaka vezane su slabim vodikovim vezama.

Zbog vodikovih veza amonijak ima relativno visoko vrelište. i tpl., kao i visoka toplina isparavanja, lako se komprimira.

Vrlo topiv u vodi: 750 V NH 3 otapa se u 1 V H 2 O (pri t=20C i p=1 atm).

Dobra topljivost amonijaka može se vidjeti u sljedećem pokusu. Suha tikva se napuni amonijakom i zatvori čepom u koji se umetne cijev s izvučenim krajem. Kraj cijevi se uroni u vodu i tikvicu lagano zagrije. Volumen plina se povećava i nešto amonijaka će izaći iz cijevi. Tada se zagrijavanje zaustavlja i, zbog kompresije plina, malo vode će ući kroz cijev u tikvicu. Već u prvim kapima vode, amonijak će se otopiti, u tikvici će se stvoriti vakuum i voda će se pod utjecajem atmosferskog tlaka dići u tikvicu - fontana će početi lupati.

Priznanica

1. Industrijski način

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3

(p=1000 atm; t= 500C; kat = Fe + aluminosilikati; princip cirkulacije).

2. Laboratorijska metoda. Zagrijavanje amonijevih soli s lužinama.

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 + 2N 2 O

Amonijak se može sakupljati samo prema metodi (A), jer lakši je od zraka i vrlo topiv u vodi.

Kemijska svojstva

Stvaranje kovalentne veze mehanizmom donor-akceptor.

1. Amonijak je Lewisova baza. Njegova otopina u vodi (amonijačna voda, amonijak) ima alkalnu reakciju (lakmus - plava; fenolftalein - malina) zbog stvaranja amonijevog hidroksida.

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

2. Amonijak reagira s kiselinama i nastaje amonijeve soli.

NH3 + HCl = NH4Cl

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

NH 3 + H 2 O + CO 2 \u003d NH 4 HCO 3

Amonijak - redukcijski agens (oksidiran u N 2 O ili NO)

1. Raspadanje pri zagrijavanju

2NH 3 ═ t ═ N 2 + 3H 2

2. Izgaranje u kisiku

a) bez katalizatora

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

b) katalitička oksidacija (kat = Pt)

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

3. Obnavljanje oksida nekih metala

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

Osim NH3, poznata su još dva vodikova spoja dušika – hidrazin N2H4 i dušikove kiseline HN3(postoji još nekoliko spojeva dušika s vodikom, ali nisu jako stabilni i praktički se ne koriste)

Hidrazin se dobiva oksidacijom amonijaka u vodenoj otopini natrijevim hipokloritom (Raschigova metoda):

2NH3+NaOCl -> N2H3 + NaCl + H2O

Hidrazin - tekućina, mp 2°C, bp. 114°C s mirisom nalik na NH3. Otrovno, eksplozivno. Često se ne koristi bezvodni hidrazin, već hidrazin - hidrat N2H4-H2O, pa pl. - "52 °C, bp 119 °C. Molekula N2H4 sastoji se od dvije NH2 grupe,

Zbog prisutnosti dva usamljena para kod N atoma, hidrazin je sposoban dodati vodikove ione; lako se stvaraju hidrazonijevi spojevi: hidroksid N2H5OH, klorid N2H5Cl, hidrogensulfat N2H5HSO4 itd. Ponekad se njihove formule pišu N2H4-H2O, N2H4-HC1, N2H4-H2S04 itd. i nazivaju se hidrazin hidrat, klorovodik hidrat, itd. e. Većina hidrazonijevih soli topiva je u vodi.

Usporedimo snagu baze nastale u vodenoj otopini NH3, NH2OH i N2H4.

Što se tiče stabilnosti, N2H4 je značajno inferiorniji od NNz, budući da N-N veza nije jako jaka. Hidrazin gori na zraku:

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

U otopinama, hidrazin se obično također oksidira u N2. Hidrazin se može reducirati (na NH3) samo jakim redukcijskim agensima, na primjer, Sn2+, Ti3+, Zn:

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

Dušična kiselina HN3 dobiva se djelovanjem H2SO4 na natrijev azid NaNs, koji se sintetizira reakcijom;

2NaNH2 + N2O -> NaNa + NaOH + NHa

HN3 - tekućina, t.t. -80 °C, bp 37 ° C, s oštrim mirisom. Eksplodira vrlo lako velikom snagom, njegove razrijeđene vodene otopine nisu eksplozivne.

Također možete predstaviti strukturu HN3 superponiranjem valentnih shema

H-N=N=N i h-n-n=n°!

HN3 je slaba kiselina (K = 10-5). Soli HN3-azida su obično vrlo eksplozivne (samo azidi alkalnih metala su neeksplozivni, s izuzetkom LiN3).

Tsaregorodtsev Alexander

Spojevi plemenitih plinova jedna su od najzanimljivijih tema u organskoj i anorganskoj kemiji, otkriće svojstava njihovih spojeva preokrenulo je ideju svih znanstvenika 20. stoljeća, jer je u to vrijeme postojanje takvih tvari smatrao nemogućim, a sada se percipira kao nešto normalno, dakle, što je već objašnjeno.

Ksenon je plemeniti plin koji se najlakše veže s drugim kemikalijama. Čovječanstvo je iskoristilo njegove spojeve i oni se već primjenjuju u našim životima.

Prikazani rad mogao bi pobuditi zanimanje šire javnosti za ovu temu.

Preuzimanje datoteka:

Pregled:

Općinska autonomna općeobrazovna ustanova

„Srednja škola br.5 s produbljenim studijom kemije i biologije“

Odgojno-istraživački rad unutar

V Mendeljejevska čitanja

Predmet: Spojevi plemenitih plinova

Dovršio: Tsaregorodtsev
Aleksandar, učenik 9. razreda

Voditelj: Grigorieva

Natalya Gennadievna, profesorica kemije

Staraja Rusa

2017

Uvod

Inertni plinovi su nemetali koji su u skupini VIII-a. Otkriveni su krajem 19. stoljeća i smatrani su suvišnima u periodnom sustavu, ali su plemeniti plinovi u njemu zauzeli svoje mjesto.
Zbog ispunjene posljednje energetske razine dugo se vjerovalo da te tvari ne mogu stvarati veze, jer. a nakon otkrića njihovih molekularnih spojeva, mnogi su znanstvenici bili šokirani i nisu mogli vjerovati, jer nije podlegao zakonima kemije koji su postojali u to vrijeme.
Neuspješni pokušaji stvaranja spojeva plemenitih plinova negativno su utjecali na entuzijazam znanstvenika, ali to nije spriječilo razvoj ove industrije.
Nastojat ću pobuditi zanimanje prisutnih kod publike kojoj predstavljam svoj rad.

Svrha mog rada: proučavati povijest nastanka i svojstva anorganskih spojeva ksenona.

Zadaci:

1. Upoznajte se s poviješću proizvodnje spojeva plemenitih plinova
2. Upoznati svojstva spojeva fluora i kisika
3. Saopćiti učenicima rezultate svog rada

Referenca za povijest

Ksenon je otkriven 1898. godine, a odmah nakon nekoliko godina dobiveni su njegovi hidrati, kao i ksenon i kripton koji su se svi zvali klatrati.
Godine 1916. Kessel je, na temelju vrijednosti stupnjeva ionizacije inertnih plinova, predvidio stvaranje njihovih izravnih kemijskih spojeva.
Većina znanstvenika iz 1. četvrtine 20. stoljeća vjerovala je da su plemeniti plinovi u nulti skupini periodnog sustava i da imaju valenciju 0, ali je 1924. A. von Antropov, suprotno mišljenjima drugih kemičara, dodijelio ove elemente osma skupina, iz koje je proizlazilo da je najveća valencija u njihovim spojevima - 8. Također je predvidio da bi trebali stvarati veze s halogenima, odnosno nemetalima grupe VII-a.
Godine 1933. Pauling je predvidio formule za moguće spojeve kriptona i ksenona: stabilan kripton i ksenon heksafluorid (KrF 6 i XeF 6 ), nestabilni ksenon oktafluorid (XeF 8 ) i ksenonska kiselina (H 4 Xeo 6 ). Iste godine G. Oddo je pokušao sintetizirati ksenon i fluor propuštanjem električne struje, ali nije uspio očistiti nastalu tvar od produkata korozije posude u kojoj je ta reakcija provedena. Od tog trenutka znanstvenici su izgubili interes za ovu temu, a do 60-ih godina gotovo se nitko time nije bavio.
Izravni dokazi da su spojevi plemenitih plinova mogući došli su iz sinteze dioxygenyl heksafluoroplatinata britanskog znanstvenika Neila Bartletta (O. 2). Heksafluorid platine ima udovički oksidacijski kapacitet veći od fluora. Dana 23. ožujka 1962. Neil Bartlett sintetizirao je ksenon i platina heksafluorid i dobio je ono što je želio: prvi postojeći spoj plemenitog plina, žuti kruti Xe. Nakon toga, sve snage znanstvenika tog vremena bačene su u stvaranje spojeva ksenon fluorida.

Spojevi ksenon fluorida i njihova svojstva

Prvi molekularni spoj bio je ksenon heksafluoridplatinat s formulom XePtF 6 . Čvrsta je, izvana žuta, a iznutra cigla crvena; kada se zagrije na 115°C, postaje staklast na izgled, kada se zagrije na 165°C, počinje se raspadati oslobađanjem XeF 4 .

Također se može dobiti reakcijom ksenona i fluor peroksida:

I tijekom interakcije ksenona i kisikovog fluorida pod visokom temperaturom i pritiskom:

XeF2 su bezbojni kristali, topljivi u vodi. U otopini pokazuje vrlo jaka oksidacijska svojstva, ali ne premašuju sposobnost fluora. Najjača veza.

1. Prilikom interakcije s lužinama, ksenon se obnavlja:

2. Možete obnoviti ksenon iz ovog fluorida interakcijom s vodikom:

3. Kada se ksenon difluorid sublimira, dobije se ksenon tetrafluorid i sam ksenon:

Ksenon(IV) fluorid XeF4dobiven je na isti način kao i difluorid, ali na temperaturi od 400 °C:

XEF 4 - To su bijeli kristali, jako je oksidant. O svojstvima ove tvari može se reći sljedeće.

1. To je jako fluorirano sredstvo, odnosno kada je u interakciji s drugim tvarima, može im prenijeti molekule fluora:

2. U interakciji s vodom, ksenon tetrafluorid stvara ksenon oksid (III):

3. Obnavlja se u ksenon pri interakciji s vodikom:

Xenon(VI) fluorid XeF 6 nastaje na još višoj temperaturi i pri povišenom tlaku:

XEF 6 oni su blijedozelenkasti kristali, koji također imaju jaka oksidirajuća svojstva.

1. Kao i ksenon (IV) fluorid, on je sredstvo za fluoriranje:

2. Hidrolizom nastaje ksenonska kiselina

Kisekovi spojevi ksenona i njihova svojstva
Ksenon(III) oksid XeO 3 - to je bijela, nehlapljiva, eksplozivna tvar, vrlo topiva u vodi. Dobiva se hidrolizom ksenon (IV) fluorida:

1. Pod djelovanjem ozona na alkalnu otopinu tvori sol ksenonske kiseline u kojoj ksenon ima oksidacijsko stanje +8:

2. Kada ksenonska sol stupi u interakciju s koncentriranom sumpornom kiselinom, nastajeksenon(IV) oksid:

Xeo 4 - na temperaturama ispod -36 °C žuti kristali, na temperaturama iznad - bezbojni eksplozivni plin koji se raspada na temperaturi od 0 °C:

Kao rezultat toga, ispada da su ksenonski fluoridi bijeli ili bezbojni kristali koji se otapaju u vodi, imaju jaka oksidacijska svojstva i kemijsku aktivnost, a oksidi lako oslobađaju toplinsku energiju i kao rezultat toga su eksplozivni.

Primjena i potencijal

Zbog svojih svojstava, ksenonski spojevi se mogu koristiti:

Za proizvodnju raketnog goriva
Za proizvodnju lijekova i medicinske opreme
Za proizvodnju eksploziva
Kao jaki oksidanti u organskoj i anorganskoj kemiji
Kao način transporta reaktivnog fluora

Zaključak

Ksenon je plemeniti plin koji se najlakše veže s drugim kemikalijama. Čovječanstvo je iskoristilo njegove spojeve i oni se već primjenjuju u našim životima.

Smatram da sam u potpunosti postigao cilj svog istraživanja: što je moguće točnije otkrio temu, sadržaj rada je u potpunosti usklađen s njegovom temom, proučena je povijest nastanka i svojstva anorganskih spojeva ksenona.

Bibliografija

1. Kuzmenko N.E. “Kratki tečaj kemije. Vodič za kandidate za sveučilišta ”/ / Visokoškolska naklada, 2002., str. 267

2. Pushlenkov M.F. "Spojevi plemenitih plinova" // Atomizdat, 1965.

3. Fremantle M. "Kemija na djelu" 2. dio // Izdavačka kuća Mir, 1998., str. 290-291.

4. Internet resursi

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

Pregled:

Za korištenje pregleda prezentacija stvorite Google račun (račun) i prijavite se: https://accounts.google.com

Naslovi slajdova:

Spojevi plemenitih plinova fluora i kisika. Ksenonske spojeve Izvršio: Tsaregorodtsev Alexander, učenik 9. razreda, srednja škola br. 5 Voditelj: Natalya Gennadievna Grigorieva, profesorica kemije

Uvod Inertni plinovi su nemetali koji su u VIII - skupini. Otkriveni su krajem 19. stoljeća i smatrani su suvišnima u periodnom sustavu, ali su plemeniti plinovi u njemu zauzeli svoje mjesto. Zbog ispunjene posljednje energetske razine dugo se vjerovalo da te tvari ne mogu stvarati veze, a nakon otkrića njihovih molekularnih spojeva, mnogi su znanstvenici bili šokirani i nisu mogli vjerovati u to, jer nije podlegao zakonima. kemije koja je postojala u to vrijeme. Neuspješni pokušaji stvaranja spojeva plemenitih plinova negativno su utjecali na entuzijazam znanstvenika, ali to nije spriječilo razvoj ove industrije. Nastojat ću pobuditi zanimanje prisutnih kod publike kojoj predstavljam svoj rad.

Ciljevi i zadaci Svrha rada: proučiti povijest nastanka i svojstva anorganskih spojeva ksenona. Ciljevi: 1. Upoznati povijest dobivanja spojeva plemenitih plinova 2. Razumjeti zašto je moguće stvaranje ovih spojeva 3. Upoznati svojstva spojeva fluora i kisika 4. Prenijeti rezultate svog rada kolegama

Povijest nastanka Svi pokušaji dobivanja ovih spojeva bili su neuspješni, znanstvenici su mogli samo nagađati kako će izgledati njihove formule i približna svojstva. Najproduktivniji kemičar na ovom području bio je Neil Bartlett. Njegova glavna zasluga je priprema ksenon heksafluoroplatinata Xe [PtF 6 ].

Xenon fluoridi Xenon(II) fluorid Xenon(IV) fluorid Xenon(VI) fluorid

Ksenon oksidi Ksenon (VI) oksid Ksenon (VIII) oksid EKSPLOZIV!!!

Upotreba spojeva ksenona Za proizvodnju raketnog goriva Za izradu lijekova i medicinske opreme Za proizvodnju eksploziva Kao metoda transporta fluora Kao oksidacijskih sredstava u organskoj i anorganskoj kemiji

Zaključak Spojevi plemenitih plinova jedna su od najzanimljivijih tema u organskoj i anorganskoj kemiji, otkriće svojstava njihovih spojeva preokrenulo je pogled na sve znanstvenike 20. stoljeća, jer se u to vrijeme smatralo postojanje takvih tvari. nemoguće, a sada se to doživljava kao nešto normalno, tada što je već objašnjeno.

Hvala na pažnji!

Godina je bila 1896. Upravo je završena prva faza pokusa u laboratorijima Ramsaya i njegovih sljedbenika, najavljujući potpunu kemijsku neaktivnost argona i helija. U tom kontekstu, izvješće francuskog fizičara Villara o kristalnom spoju argona s vodom sastava Ar · 6H2O koji je on dobio, nalik na komprimirani snijeg, zvučao je kao oštar nesklad. Štoviše, dobiven je vrlo jednostavno i pod neočekivanim uvjetima: Villard se snažno stlačio na ledu na umjereno niskim temperaturama.

Općenito govoreći, sličan klor hidrat Cl2 6H2O, dobiven u sličnim uvjetima, zabilježen je već početkom 19. stoljeća; kasnije su postali poznati hidrati velikog broja plinova i lako hlapljivih tvari. Ali bilo je uobičajenih za kemičara, ali ovdje se radilo o spoju inertnog argona! Villardova se poruka činila nevjerojatnom i jednostavno je odbačena; nije bilo ni lovaca da to provjere.

Sjetili su se Villarovog otkrića 29 godina kasnije, kada je R. Farkran izvijestio o heksahidratima kriptona i ksenona koje je dobio kada su ti plinovi pod pritiskom došli u dodir s ledom. Deset godina kasnije, B. A. Nikitin je dobio heksahidrate svih - osim - inertnih plinova, a zatim spojeve koji se sastoje od atoma inertnog plina i tri (u slučaju radona - dvije) molekule fenola, toluena ili n-klorofenola. Kasnije su spojevi saβ -hidrokinon, kao i ternarni spojevi kriptona ili ksenona, sedamnaest molekula vode i jedna molekula acetona, kloroforma ili ugljik tetraklorida. Struktura ovih spojeva ustanovljena je tek 1940-ih godina. Do tada je već identificiran veliki broj takozvanih inkluzijskih spojeva; oni zauzimaju međupoložaj između istinski kemijskih spojeva i međuprostornih čvrstih otopina.

Pokazalo se da su gore navedeni spojevi klatrata - svojevrsni "rešetki" inkluzijski spojevi. Ime im dolazi od latinskog clatratus, što znači zatvoren, zatvoren. Klatrati nastaju na sljedeći način: neutralna molekula inertnog plina (druga molekula može zauzeti njegovo mjesto, na primjer, Cl2, H2S, SO2, CO2, CH4) čvrsto je okružena, kao da je u kliještima uzeta polarnim molekulama - voda, fenol , hidrokinon itd., koji su međusobno povezani vodikovim vezama. Klatrati nastaju u onim slučajevima kada, tijekom kristalizacije otapala, njegove molekule tvore ažurne strukture s šupljinama koje mogu sadržavati strane molekule. Glavni uvjet nužan za postojanje stabilnog klatratnog spoja je najpotpunija podudarnost prostornih dimenzija šupljine formirane između adherentnih molekula "domaćina" i dimenzija molekule "gosta" koja je prodrla u šupljinu.

Ako je "gost" malen (recimo, neonska molekula), teško se fiksira u šupljini i to nužno uz pomoć niske temperature i visokog tlaka, koji onemogućuju bijeg "gosta" i često doprinose kompresiji šupljine. Također je teško za pretjerano glomaznu molekulu; u ovom slučaju je također potreban povećani pritisak kako bi se "gurnuo" u šupljinu.

Formalno, klatrati se mogu pripisati kemijskim spojevima, budući da većina njih ima strogo konstantan sastav. Ali to su spojevi molekularnog tipa, koji nastaju zbog van der Waalsovih sila kontrakcije molekula. nema ga u klatratima, budući da tijekom njihovog formiranja nema sparivanja valentnih elektrona i odgovarajuće prostorne preraspodjele elektronske gustoće u molekuli.

Same van der Waalsove sile su vrlo male, ali energija vezanja u molekuli klatrata može se pokazati ne tako malom (reda 5-10 kcal/mol) zbog neposredne blizine uključene molekule molekulama od uključujući, budući da van der Waalsove sile naglo rastu kako se molekule približavaju jedna drugoj, B Općenito, klatrati su spojevi niske otpornosti; kada se zagriju i otapaju, brzo se raspadaju na sastavne komponente.

Veliki doprinos proučavanju klatrata inertnog plina dao je sovjetski kemičar B. A. Nikitin. Tijekom 1936-1952. sintetizirao je i proučavao te spojeve, vodeći se načelom V. G. Khlopina o izomorfnoj kokristalizaciji molekula slične veličine i strukture. Nikitin je otkrio da na niskim temperaturama tvore izomorfne kristale s hlapljivim hidridima - sumporovodikom, halogenvodikom, metanom, kao i sa sumporom i ugljičnim dioksidom. Nikitin je otkrio da su klatrati inertnih plinova stabilniji i lakše se formiraju, što su njihove molekularne mase veće. To je u skladu s općom pravilnošću djelovanja van der Waalsovih sila. Radon hidrat (ako zanemarimo brzi radioaktivni raspad radona) puno je stabilniji od neon hidrata, a fenolati su jači od odgovarajućih hidrata. Zato su deuterirani hidrati jači od običnih.

Kada bi eksperimentatori imali na raspolaganju značajne količine radona, bilo bi moguće uočiti trenutno stvaranje precipitata Rn(H2O)6 pri prolasku radona preko leda pri običnom tlaku. Da bi se dobio ksenon hidrat na 0°, dovoljno je primijeniti tlak nešto veći od atmosferskog. S ovimtemperatura mora biti komprimirana na 14,5, na 150 i gotovo na 300 at. Može se očekivati da se helij hidrat može dobiti pod pritiskom od nekoliko tisuća atmosfera.

Klatrati se mogu koristiti kao prikladni oblici za skladištenje inertnih plinova, kao i za njihovo odvajanje. Podvrgavši sumpordioksid hidrat prekristalizaciji u atmosferi iz mješavine inertnih plinova, Nikitin je pronašao sve ono što se nije raspadalo u talogu, koji je bio izomorfna smjesa SO2 6H2O i Rn 6H2O; isti, a sačuvani su u plinskoj fazi. Na sličan način se argon može gotovo potpuno istaložiti i odvojiti od preostalih plinova neona i helija.

Uz pomoć klatrata inertnog plina moguće je riješiti neke istraživačke probleme. To uključuje, na primjer, identifikaciju prirode veze u proučavanom spoju. Ako tvori miješane kristale s teškim inertnim plinom, onda ga treba pripisati molekularnom tipu (inkluzijski spoj); suprotno ukazuje na prisutnost veze drugačijeg tipa.

Glavna podskupina osme skupine periodnog sustava su plemeniti plinovi - helij, neon, argon, kripton, ksenon i radon. Ove elemente karakterizira vrlo niska kemijska aktivnost, što je dalo razlog da se nazivaju plemenitim ili inertnim plinovima. Oni samo s poteškoćama stvaraju spojeve s drugim elementima ili tvarima; kemijski spojevi helija, neona i argona nisu dobiveni. Atomi plemenitih plinova nisu spojeni u molekule, drugim riječima, njihove molekule su jednoatomske.

Plemeniti plinovi dovršavaju svako razdoblje sustava elemenata. Osim helija, svi oni imaju osam elektrona u vanjskom elektronskom sloju atoma, tvoreći vrlo stabilan sustav. Elektronska ljuska helija, koja se sastoji od dva elektrona, također je stabilna. Stoga se atomi plemenitih plinova odlikuju visokim energijama ionizacije i, u pravilu, negativnim energijama afiniteta prema elektronima.

U tablici. 38 prikazana su neka svojstva plemenitih plinova, kao i njihov sadržaj u zraku. Može se vidjeti da su temperature ukapljivanja i skrućivanja plemenitih plinova niže što su njihove atomske mase ili serijski brojevi niži: najniža temperatura ukapljivanja za helij, najviša za radon.

Tablica 38. Neka svojstva plemenitih plinova i njihov sadržaj u zraku

Sve do kraja 19. stoljeća vjerovalo se da se zrak sastoji samo od kisika i dušika. No 1894. godine engleski fizičar J. Rayleigh otkrio je da je gustoća dušika dobivenog iz zraka (1,2572) nešto veća od gustoće dušika dobivenog iz njegovih spojeva (1,2505). Profesor kemije W. Ramsay sugerirao je da je razlika u gustoći uzrokovana prisutnošću nekog težeg plina u atmosferskom dušiku. Vezivanjem dušika s usijanim magnezijem (Ramsay) ili izazivanjem njegovog spajanja s kisikom (Rayleigh) električnim pražnjenjem, oba su znanstvenika izolirala male količine kemijski inertnog plina iz atmosferskog dušika. Tako je otkriven do tada nepoznat element, nazvan argon. Nakon argona, izolirani su helij, neon, kripton i ksenon, sadržani u zraku u zanemarivim količinama. Posljednji element podskupine - radon - otkriven je u proučavanju radioaktivnih transformacija.

Treba napomenuti da je postojanje plemenitih plinova još 1883. godine, dakle 11 godina prije otkrića argona, predvidio ruski znanstvenik II A. Morozov (1854-1946), koji je 1882. bio zatvoren zbog sudjelovanja u revolucionarnom pokretu. od strane carske vlade u tvrđavu Shlisselburg. N. A. Morozov je ispravno odredio mjesto plemenitih plinova u periodnom sustavu, iznio ideje o složenoj strukturi atoma, o mogućnosti sintetiziranja elemenata i korištenja unutaratomske energije. N. A. Morozov je pušten iz zatvora 1905., a njegova izvanredna dalekovidnost postala je poznata tek 1907. nakon objavljivanja njegove knjige Periodični sustavi strukture materije, napisane u samici.

Godine 1926. N. A. Morozov je izabran za počasnog člana Akademije znanosti SSSR-a.

Dugo se vremena vjerovalo da atomi plemenitih plinova općenito nisu sposobni stvoriti kemijske veze s atomima drugih elemenata. Poznati su samo relativno nestabilni molekularni spojevi plemenitih plinova - na primjer, hidrati, nastali djelovanjem komprimiranih plemenitih plinova na kristalizirajuću prehlađenu vodu. Ovi hidrati pripadaju tipu klatrata (vidi § 72); valentne veze ne nastaju pri stvaranju takvih spojeva.

Nastajanju klatrata s vodom pogoduje prisutnost brojnih šupljina u kristalnoj strukturi leda (vidi § 70).

Međutim, tijekom posljednjih desetljeća ustanovljeno je da se kripton, ksenon i radon mogu kombinirati s drugim elementima i prije svega s fluorom. Dakle, izravnom interakcijom plemenitih plinova s fluorom (pri zagrijavanju ili u električnom pražnjenju) dobivaju se fluoridi i. Sve su to kristali koji su stabilni u normalnim uvjetima. Dobiveni su i derivati ksenona u stupnju oksidacije - heksafluorid, trioksid, hidroksid. Posljednja dva spoja pokazuju kisela svojstva; pa, reagirajući s lužinama, tvore soli ksenonske kiseline, na primjer:.

Plemeniti plinovi imaju elektronsku konfiguraciju n s 2n str 6 (za helij 1 s 2) i čine VIIIA podskupinu. Kako se atomski broj povećava, tako se povećavaju atomski radijusi i njihova polarizabilnost. To dovodi do povećanja međumolekularnih interakcija, do povećanja točaka taljenja i vrelišta, do povećanja topljivosti plinova u vodi i drugim otapalima. Za plemenite plinove poznate su sljedeće skupine spojeva: molekularni ioni, inkluzijski spojevi i valentni spojevi.

Molekula plemenitog plina E 2 ne može postojati - (s) 2 (s *) 2. Ali ako se ukloni jedan elektron, tada je punjenje gornje orbitale labave samo napola - (s) 2 (s *) 1 je energetska osnova postojanja molekularni ioni plemeniti plinovi E 2 + .

Inkluzijski spojevi ili klatrati, poznati su samo u čvrstom stanju. U seriji He – Rn povećava se stabilnost klatrata. Primjerice, hidrati tipa E. 6H 2 O nastaju pri visokim tlakovima i niskim temperaturama. Na 0 0 S hidrati Xe, Kr, Ar i Ne stabilni su pri tlakovima ~1,1, redom. 10 5 , 1,5 . 106, 1.5. 107, 3. 10 7 Pa. Klatratni spojevi se koriste za odvajanje i skladištenje plemenitih plinova. Kr i Xe se dobivaju destilacijom tekućeg zraka.

Spojevi s valentnim vezama E(II), E(IV), E(VI), E(VIII) dobro su proučeni na primjeru Kr i Xe fluorida dobivenih prema shemi:

Kemijsko vezivanje u spojevima plemenitih plinova ne može se opisati sa stajališta MHS, budući da se prema ovoj metodi veze moraju formirati d- orbitale. Međutim, pobuđivanje atoma Xe iz stanja 5 s 2 5str 6 u 5s 2 5p 5 6s 1 ili 5 s 2 5str 5 5d 1 zahtijeva 795 ili 963 kJ. mol –1, a pobuda 5 s 2 5str 4 5d 2 i 5 s 2 5str 4 5d 1 6s 1 - 1758 i 1926 kJ mol -1 , što nije kompenzirano energijom stvaranja veze.

U okviru MMO-a, struktura XeF 2 objašnjena je shemom od tri orbitale - jedne iz Xe i dvije iz atoma fluora:

Ksenon tetrafluorid je jako oksidacijsko sredstvo:

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

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

Kada se zagrije i hidrolizira, ksenonski fluoridi su nesrazmjerni:

2XeF 2 = XeF 4 + Xe

3XeF 4 = 2XeF 6 + Xe

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

Za heksavalentni Xe poznati su XeF 6 fluorid, XeO 3 oksid, XeOF 4 i XeO 2 F 2 oksofluoridi, Xe(OH) 6 hidroksid i kompleksni ioni tipa XeO 4 2– i XeO 6 6–.

XeO 3 je vrlo topiv u vodi i stvara jaku kiselinu:

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

Heksafluorid je vrlo aktivan, reagira s kvarcom:

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

Derivati Xe(VI) su jaka oksidacijska sredstva, na primjer:

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

Za Xe(VIII), osim toga, poznati su XeF 8 , XeO 4 , XeOF 6 , XeO 6 4–.

U normalnim uvjetima, XeO 4 se polako razgrađuje:

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

Kako se oksidacijsko stanje ksenona povećava, smanjuje se stabilnost binarnih spojeva i spojeva sličnih soli, dok se povećava ona anionskih kompleksa.

Za kripton, samo KrF 2 , KrF 4 , nestabilna kriptonska kiselina KrO 3 · H 2 O i njegova sol BaKrO 4 .

Helij se koristi u niskotemperaturnim procesima za stvaranje inertne atmosfere u laboratorijskim aparatima, u zavarivanju i u električnim svjetiljkama punjenim plinom, neon u cijevima s plinskim pražnjenjem.

Spojevi plemenitih plinova koriste se kao jaka oksidacijska sredstva. Fluor i ksenon se pohranjuju u obliku ksenon fluorida.

Pitanja za samoispitivanje

I. 1) Mjesto vodika u periodnom sustavu.

2) Klasifikacija vodikovih spojeva.

II. jedan) s - Elementi: oksidacijska stanja, promjene ionizacijskih radijusa i energija, kiselinsko-bazna i redukcijska svojstva spojeva.

2) Priključci s- elementi:

a) hidridi s- elementi (priroda veze, svojstva);

b) spojevi s kisikom; hidroksidi.

III. 1) Što određuje valentne mogućnosti R-elementi?

2) Kako se stabilnost viših i nižih oksidacijskih stanja u podskupinama mijenja s povećanjem Z?

IV. Analizirajući promjenu T mn. oksida, odgovori na sljedeća pitanja:

1) Zašto se talište naglo povećava pri prijelazu s CO 2 na SiO 2?

2) Zašto je PbO 2 termički manje stabilan od ostalih oksida IVA podskupine?

V. Energija vezanja u molekulama vodika i halogena karakterizirana je sljedećim vrijednostima:

1) Što objašnjava značajno veću energiju vezanja u H2?

2) Zašto energija veze u G 2 prvo raste sa Z, a zatim opada?

VI. Kako i zašto se mijenjaju kiselinsko-bazna svojstva spojeva bez kisika (H n E) i spojeva E (OH) n, H n EO m koji sadrže kisik R- elementi u razdoblju i skupini?

VII. Spojevi vodika R- elementi:

1) Komunikacija, periodičnost svojstava, stabilnost.

2) Sklonost stvaranju H-veza.

3) Značajka kemijske veze u B 2 H 6 (MMO).

VIII. oksidi R- elementi. Komunikacija i svojstva.

IX. Veze R- elementi - poluvodiči.

1) Čimbenici koji određuju pojasni jaz.

2) Elementarni poluvodiči i spojevi s poluvodičkim svojstvima. Njihovo mjesto u periodnom sustavu.

X. Spojevi slični dijamantu. Položaj elemenata koji ih tvore u periodnom sustavu. Komunikacija i svojstva.

XI. 1) Spojevi plemenitih plinova i metode njihove proizvodnje.

2) Navedite MO shemu za XeF 2.

3) Napišite jednadžbu za reakciju disproporcioniranja XeF 2 , XeF 4 .