Composti chimici di gas nobili. Chimica dei gas inerti Composti di gas inerti

SOTTOGRUPPO VIIIA (HELIO, NEON, ARGON, KRYPTON, XENON, RADON)

1. Stati di ossidazione caratteristici e composti più importanti. I composti xenon sono della massima importanza. È caratterizzato da stati di ossidazione +2 (XeF2), +4 (XeF4), +6 (XeF6, XeO3, XeOF4, Ba3XeO6), +8 (Na4XeO6 * 6H2O).

2. Risorse naturali. I gas nobili si trovano prevalentemente nell'atmosfera; il loro contenuto è He - 5,24 * 10-4% (volume); Ne-1,8*10-3%; Ar - 0,93%, Kr-3*10-3%, Xe-0,39*10-4%.

Il radon è formato dal decadimento radioattivo del radio e si trova in tracce nei minerali contenenti uranio, nonché in alcune acque naturali. L'elio, che è un prodotto di decadimento radioattivo di elementi che emettono alfa, si trova talvolta in quantità significative nel gas naturale e nel gas rilasciato dai pozzi petroliferi. In enormi quantità, questo elemento si trova nel Sole e nelle stelle. È il secondo più abbondante (dopo l'idrogeno) degli elementi del cosmo.

3. Ricevuta. I gas nobili vengono rilasciati lungo il percorso durante la rettifica dell'aria liquida per ottenere ossigeno. L'argon si ottiene anche durante la sintesi di NH3 dal residuo non reagito della miscela gassosa (N2 con una miscela di Ar). L'elio viene estratto dal gas naturale mediante raffreddamento profondo (CH4 e altri componenti della miscela di gas vengono liquefatti e rimane allo stato gassoso). Ar e He sono prodotti in grandi quantità, altri gas nobili si ottengono molto meno, sono costosi.

4. Proprietà. I gas nobili sono sostanze gassose incolori a temperatura ambiente. La configurazione dello strato elettronico esterno degli atomi di elio 1s2 dei restanti elementi del sottogruppo VIIIA-ns2np8. La completezza dei gusci di elettroni spiega la natura monoatomica delle molecole di gas nobili, la loro bassissima polarizzabilità, bassi punti di fusione, punti di ebollizione e inerzia chimica.

Le sostanze in esame formano soluzioni solide tra loro a basse temperature (un'eccezione è l'elio). Sono noti composti clatrati di gas nobili, in cui i loro atomi sono racchiusi in vuoti nei reticoli cristallini di varie sostanze. Tali composti - idrati di gas nobili - formano ghiaccio (il clatrato più durevole con xeno). La composizione degli idrati corrisponde alla formula 8E*46H2O, o E*5.75H2O. Sono noti clatrati con fenolo, ad esempio Xe-3C6H5OH. I clatrati di gas nobili con idrochinone C6H4(OH)2 sono molto forti. Si ottengono cristallizzando idrochinone sotto pressione di gas nobile (4 MPa) Questi clatrati sono abbastanza stabili a temperatura ambiente. Lui e Ne non formano clatrati, poiché i loro atomi sono troppo piccoli e "fuggono" dai vuoti dei reticoli cristallini.

L'elio ha caratteristiche uniche. A 101 kPa non cristallizza (questo richiede una pressione superiore a 2,5 MPa a T = 1K). Inoltre, a T \u003d 2,19 K (a pressione normale), passa in una modifica liquida a bassa temperatura di He (II), che ha caratteristiche sorprendenti di ebollizione calma, un'enorme capacità di condurre il calore e l'assenza di viscosità ( superfluidità). La superfluidità di He (II) è stata "scoperta da P. L. Kapitsa (1938) e spiegata sulla base di concetti di meccanica quantistica da L. D. Landau (1941).

5. Connessioni. Possibilità di esistenza di composti di gas nobili (fluoruri Kr e Xe). Sono ora noti composti di krypton, xenon e radon. I composti di krypton sono pochi di numero, esistono solo per affilato temperatura. I composti del radon dovrebbero essere i più numerosi e durevoli, ma la loro produzione e ricerca è ostacolata molto elevata radioattività alfa Rn, poiché la radiazione distrugge le sostanze da essa formate. Pertanto, ci sono pochi dati sui composti Rn.

Xenon - interagisce direttamente solo con il fluoro e alcuni fluoruri, come il PtF6. I fluoruri di xeno servono come materiali di partenza per ottenere i suoi altri composti.

Se riscaldato con fluoro a pressione atmosferica, si forma principalmente XeF4 (pf 135°C). Sotto l'azione di un eccesso di fluoro ad una pressione di 6 MPa si ottiene XeF6 (mp. 49°C). Agendo su una miscela di Xe con F2 o CF4 con scarica elettrica o radiazione ultravioletta, viene sintetizzato XeF2 (mp. 140°C).

Qualunque cosa i fluoruri xenopi reagiscono vigorosamente con l'acqua, sottoponendosi essendo idrolisi, che di solito è accompagnata da sproporzione. L'idrolisi di XeF4 in un mezzo acido avviene secondo lo schema 3Xe (+4) => Xe ° + 2Xe (+5) e in un mezzo alcalino come segue:

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

NH3

Struttura

La molecola è polare, ha la forma di una piramide triangolare con un atomo di azoto in alto, HNH = 107,3. L'atomo di azoto è nello stato ibrido sp 3; dei quattro orbitali ibridi di azoto, tre sono coinvolti nella formazione di singoli legami NH e il quarto legame è occupato da una coppia di elettroni solitari.

Proprietà fisiche

NH 3 è un gas incolore, l'odore è acuto, soffocante, velenoso, più leggero dell'aria.

densità dell'aria \u003d MNH 3 / M aria media \u003d 17 / 29 \u003d 0,5862

t╟ ebollizione = -33,4°C; tpl.= -78°C.

Le molecole di ammoniaca sono legate da deboli legami a idrogeno.

A causa dei legami idrogeno, l'ammoniaca ha un punto di ebollizione relativamente alto. e tpl., oltre ad un elevato calore di vaporizzazione, è facilmente comprimibile.

Altamente solubile in acqua: 750V NH 3 si dissolve in 1V H 2 O (a t=20°C e p=1 atm).

La buona solubilità dell'ammoniaca può essere vista nel seguente esperimento. Un pallone asciutto viene riempito di ammoniaca e chiuso con un tappo, in cui viene inserito un tubo con un'estremità tirata. L'estremità del tubo viene immersa nell'acqua e il pallone viene leggermente riscaldato. Il volume del gas aumenta e dal tubo uscirà dell'ammoniaca. Quindi il riscaldamento viene interrotto e, a causa della compressione del gas, dell'acqua entrerà nel pallone attraverso il tubo. Nelle primissime gocce d'acqua, l'ammoniaca si dissolverà, si creerà un vuoto nel pallone e l'acqua, sotto l'influenza della pressione atmosferica, salirà nel pallone - la fontana inizierà a battere.

Ricevuta

1. Modo industriale

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3

(p=1000 atm; t= 500C; kat = Fe + alluminosilicati; principio di circolazione).

2. Metodo di laboratorio. Riscaldamento di sali di ammonio con alcali.

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 + 2Í 2 O

L'ammoniaca può essere raccolta solo secondo il metodo (A), perché è più leggero dell'aria e molto solubile in acqua.

Proprietà chimiche

La formazione di un legame covalente da parte del meccanismo donatore-accettore.

1. L'ammoniaca è una base di Lewis. La sua soluzione in acqua (acqua di ammoniaca, ammoniaca) ha una reazione alcalina (tornasole - blu; fenolftaleina - lampone) dovuta alla formazione di idrossido di ammonio.

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

2. L'ammoniaca reagisce con gli acidi per formare sali di ammonio.

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

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

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

Ammoniaca - agente riducente (ossidato a N 2 O o NO)

1. Decomposizione quando riscaldato

2NH 3 ═ t ═ N 2 + 3H 2

2. Combustione in ossigeno

a) senza catalizzatore

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

b) ossidazione catalitica (kat = Pt)

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

3. Recupero di ossidi di alcuni metalli

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

Oltre all'NH3, sono noti altri due composti a base di idrogeno dell'azoto: l'idrazina N2H4 e acido idronitroso HN3(ci sono alcuni composti in più di azoto con idrogeno, ma non sono molto stabili e praticamente non vengono utilizzati)

L'idrazina si ottiene per ossidazione dell'ammoniaca in soluzione acquosa con ipoclorito di sodio (metodo Raschig):

2NH3+NaOCl -> N2H3 + NaCl + H2O

Idrazina - liquida, p.f. 2°C, bp. 114°C con odore simile all'NH3. Velenoso, esplosivo. Spesso non viene utilizzata l'idrazina anidra, ma l'idrazina - idrato N2H4-H2O, quindi pl. - "52°C, bp 119°C. La molecola N2H4 è costituita da due gruppi NH2,

A causa della presenza di due coppie solitarie agli atomi N, l'idrazina è in grado di aggiungere ioni idrogeno; I composti di idrazonio si formano facilmente: idrossido N2H5OH, cloruro N2H5Cl, idrosolfato N2H5HSO4, ecc. A volte le loro formule sono scritte N2H4-H2O, N2H4-HC1, N2H4-H2S04, ecc. e sono chiamate idrazina idrato, idrazina cloridrica, idrazina solfato, ecc. e. La maggior parte dei sali di idrazonio sono solubili in acqua.

Confrontiamo la forza della base formata in una soluzione acquosa di NH3, NH2OH e N2H4.

In termini di stabilità, N2H4 è significativamente inferiore a NНз, poiché il legame N-N non è molto forte. L'idrazina brucia nell'aria:

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

Nelle soluzioni, l'idrazina viene solitamente ossidata anche a N2. L'idrazina può essere ridotta (a NH3) solo con agenti riducenti forti, ad esempio Sn2+, Ti3+, Zn:

N2H4 + Zn + 4HC1 => 2NH4C1 + ZnCl2

L'acido nitroso HN3 è ottenuto dall'azione di H2SO4 sulla sodio azide NaN, che è sintetizzata dalla reazione;

2NaNH2 + N2O -> NaNa + NaOH + NHa

HN3 - liquido, p.f. -80 °C, bp 37°C, con odore pungente. Esplode molto facilmente con grande forza, le sue soluzioni acquose diluite non sono esplosive.

Puoi anche rappresentare la struttura di HN3 sovrapponendo schemi di valenza

H-N=N=N e h-n-n=n°!

HN3 è un acido debole (K = 10-5). I sali di HN3-azidi sono generalmente altamente esplosivi (solo le azidi di metalli alcalini non sono esplosive, ad eccezione del LiN3).

Tsaregorodtsev Alexander

I composti dei gas nobili sono uno degli argomenti più interessanti della chimica organica e inorganica, la scoperta delle proprietà dei loro composti ha ribaltato l'idea di tutti gli scienziati del 20° secolo, perché a quel tempo l'esistenza di tali sostanze era considerato impossibile, e ora viene percepito come qualcosa di normale, quindi, che è già stato spiegato.

Lo xeno è un gas nobile che è il più facile da formare legami con altre sostanze chimiche. L'umanità ha sfruttato i suoi composti e sono già stati applicati nelle nostre vite.

Il lavoro presentato può suscitare l'interesse del grande pubblico su questo argomento.

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Istituzione Educativa Generale Autonoma Comunale

"Scuola Secondaria n. 5 con approfondimento di chimica e biologia"

Lavoro di ricerca educativa all'interno

V letture di Mendeleev

Soggetto: Composti di gas nobili

Completato da: Tsaregorodtsev
Alessandro, studente di 9a elementare

Capo: Grigorieva

Natalya Gennadievna, insegnante di chimica

Staraya Russa

2017

introduzione

I gas inerti sono non metalli del gruppo VIII-a. Furono scoperti alla fine dell'800 ed erano considerati superflui nella Tavola Periodica, ma in essa subentrarono i gas nobili.
A causa dell'ultimo livello di energia riempito, per molto tempo si è creduto che queste sostanze non potessero formare legami, perché. e dopo la scoperta dei loro composti molecolari, molti scienziati rimasero scioccati e non riuscirono a crederci, perché non cedette alle leggi della chimica che esistevano in quel momento.
I tentativi falliti di formare composti di gas nobili hanno influenzato negativamente l'entusiasmo degli scienziati, ma ciò non ha impedito lo sviluppo di questo settore.
Cercherò di suscitare l'interesse dei presenti nel pubblico a cui presento il mio lavoro.

Lo scopo del mio lavoro: per studiare la storia della creazione e le proprietà dei composti inorganici dello xeno.

Compiti :

1. Familiarizzare con la storia della produzione di composti di gas nobili
2. Familiarizzare con le proprietà del fluoro e dei composti dell'ossigeno
3. Comunicare agli studenti i risultati del mio lavoro

Riferimento storico

Lo xeno fu scoperto nel 1898 e subito dopo alcuni anni si ottennero i suoi idrati, così come lo xeno e il krypton, tutti chiamati clatrati.
Nel 1916 Kessel, sulla base dei valori dei gradi di ionizzazione dei gas inerti, predisse la formazione dei loro composti chimici diretti.
La maggior parte degli scienziati del 1° quarto del 20° secolo credeva che i gas nobili fossero nel gruppo zero del sistema periodico e avessero una valenza di 0, ma nel 1924 A. von Antropov, contrariamente alle opinioni di altri chimici, assegnò questi elementi a l'ottavo gruppo, da cui seguiva che la valenza più alta nei loro composti - 8. Predisse anche che avrebbero dovuto formare legami con alogeni, cioè non metalli del gruppo VII-a.
Nel 1933, Pauling predisse le formule per possibili composti di krypton e xeno: krypton stabile ed esafluoruro di xeno (KrF 6 e XeF 6 ), ottafluoruro di xeno instabile (XeF 8 ) e acido xeno (H 4 Xeo 6 ). Nello stesso anno G. Oddo tentò di sintetizzare xeno e fluoro facendo passare una corrente elettrica, ma non riuscì a ripulire la sostanza risultante dai prodotti di corrosione del recipiente in cui si svolgeva questa reazione. Da quel momento in poi, gli scienziati hanno perso interesse per questo argomento e fino agli anni '60 quasi nessuno era coinvolto in questo.
La prova diretta che i composti dei gas nobili sono possibili è venuta dalla sintesi dello scienziato britannico Neil Bartlett del diossigenil esafluoroplatinato (O 2). L'esafluoruro di platino ha una capacità di ossidazione della vedova maggiore di quella del fluoro. Il 23 marzo 1962 Neil Bartlett sintetizzò xeno ed esafluoruro di platino e ottenne ciò che voleva: il primo composto di gas nobile esistente, il solido giallo Xe. Successivamente, tutte le forze degli scienziati di quel tempo furono gettate nella creazione di composti di fluoruro di xeno.

Composti di fluoruro di xeno e loro proprietà

Il primo composto molecolare è stato xeno esafluorideplatinato con la formula XePtF 6 . È un solido, giallo all'esterno e rosso mattone all'interno; scaldato a 115°C assume un aspetto vitreo, scaldato a 165°C inizia a decomporsi con rilascio di XeF 4 .

Può anche essere ottenuto facendo reagire xeno e perossido di fluoro:

E anche durante l'interazione di xeno e fluoruro di ossigeno ad alta temperatura e pressione:

XeF2 sono cristalli incolori, solubili in acqua. In soluzione, mostra proprietà ossidanti molto forti, ma non superano la capacità del fluoro. La connessione più forte.

1. Quando si interagisce con gli alcali, lo xeno viene ripristinato:

2. È possibile ripristinare lo xeno da questo fluoruro interagendo con l'idrogeno:

3. Quando il difluoruro di xeno viene sublimato, si ottiene il tetrafluoruro di xeno e lo stesso xeno:

Xenon(IV) fluoruro XeF4è stato ottenuto allo stesso modo del difluoruro, ma ad una temperatura di 400°C:

XEF 4 - Questi sono cristalli bianchi, è un forte agente ossidante. Quanto segue si può dire sulle proprietà di questa sostanza.

1. È un forte agente fluorurante, cioè, quando interagisce con altre sostanze, è in grado di trasferire loro molecole di fluoro:

2. Quando interagisce con l'acqua, il tetrafluoruro di xeno forma ossido di xeno (III):

3.Recuperato allo xeno quando si interagisce con l'idrogeno:

Xenon(VI) fluoruro XeF 6 formato a temperature ancora più elevate e a pressioni elevate:

XEF 6 sono cristalli di colore verdastro pallido, dotati anche di spiccate proprietà ossidanti.

1. Come il fluoruro di xeno (IV), è un agente fluorurante:

2. L'idrolisi forma acido xenonico

Composti dell'ossigeno dello xeno e loro proprietà
Xenon(III) ossido XeO 3 - è una sostanza bianca, non volatile, esplosiva, altamente solubile in acqua. Si ottiene per idrolisi del fluoruro di xeno (IV):

1. Sotto l'azione dell'ozono su una soluzione alcalina, forma un sale di acido xenonico, in cui lo xeno ha uno stato di ossidazione di +8:

2. Quando il sale dello xeno interagisce con l'acido solforico concentrato, si formaossido di xeno (IV):

Xeo 4 - a temperature inferiori a -36 ° C, cristalli gialli, a temperature superiori a - un gas esplosivo incolore, che si decompone a una temperatura di 0 ° C:

Di conseguenza, si scopre che i fluoruri di xeno sono cristalli bianchi o incolori che si dissolvono in acqua, hanno forti proprietà ossidanti e attività chimica e gli ossidi rilasciano facilmente energia termica e, di conseguenza, sono esplosivi.

Applicazione e potenziale

Per le loro proprietà, i composti dello xeno possono essere utilizzati:

Per la produzione di carburante per razzi
Per la produzione di medicinali e attrezzature mediche
Per la produzione di esplosivi
Come agenti ossidanti forti in chimica organica e inorganica
Come mezzo per trasportare il fluoro reattivo

Conclusione

Lo xeno è un gas nobile che è il più facile da formare legami con altre sostanze chimiche. L'umanità ha sfruttato i suoi composti e sono già stati applicati nelle nostre vite.

Credo di aver pienamente raggiunto l'obiettivo della mia ricerca: ho rivelato l'argomento nel modo più accurato possibile, il contenuto del lavoro è pienamente coerente con il suo argomento, è stata studiata la storia della creazione e le proprietà dei composti inorganici dello xeno.

Bibliografia

1. Kuzmenko N.E. “Un breve corso di chimica. Una guida per i candidati alle università ”/ / Higher School Publishing House, 2002, p. 267

2. Pushlenkov MF "Composti di gas nobili"//Atomizdat, 1965

3. Fremantle M. "Chimica in azione" Parte 2 / / Casa editrice Mir, 1998, pp. 290-291

4. Risorse Internet

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

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Composti del fluoro e dell'ossigeno dei gas nobili. Composti allo xeno Completato da: Tsaregorodtsev Alexander, studente di 9a elementare, scuola secondaria n. 5 Capo: Natalya Gennadievna Grigorieva, insegnante di chimica

Introduzione I gas inerti sono non metalli che fanno parte dell'VIII - un gruppo. Furono scoperti alla fine dell'800 ed erano considerati superflui nella Tavola Periodica, ma in essa subentrarono i gas nobili. A causa dell'ultimo livello di energia riempito, per molto tempo si è creduto che queste sostanze non potessero formare legami e, dopo la scoperta dei loro composti molecolari, molti scienziati sono rimasti scioccati e non potevano crederci, perché non ha ceduto alle leggi della chimica che esisteva in quel momento. I tentativi falliti di formare composti di gas nobili hanno influenzato negativamente l'entusiasmo degli scienziati, ma ciò non ha impedito lo sviluppo di questo settore. Cercherò di suscitare l'interesse dei presenti nel pubblico a cui presento il mio lavoro.

Scopi e obiettivi Scopo del lavoro: studiare la storia della creazione e le proprietà dei composti inorganici dello xeno. Obiettivi: 1. Conoscere la storia dell'ottenimento di composti di gas nobili 2. Comprendere perché è possibile la formazione di questi composti 3. Conoscere le proprietà dei composti del fluoro e dell'ossigeno 4. Comunicare i risultati del mio lavoro ai colleghi

Storia della creazione Tutti i tentativi di ottenere questi composti non hanno avuto successo, gli scienziati hanno potuto solo indovinare come sarebbero state le loro formule e le loro proprietà approssimative. Il chimico più produttivo in questo campo era Neil Bartlett. Il suo merito principale è la preparazione di xeno esafluoroplatinato Xe [PtF 6 ].

Xenon fluoruri Xenon(II) fluoruro Xenon(IV) fluoruro Xenon(VI) fluoruro

Xenon oxides Xenon (VI) ossido Xenon (VIII) ossido ESPLOSIVO!!!

L'uso di composti xenon Per la produzione di carburante per razzi Per la creazione di medicinali e attrezzature mediche Per la produzione di esplosivi Come metodo di trasporto del fluoro Come agenti ossidanti nella chimica organica e inorganica

Conclusione I composti di gas nobili sono uno degli argomenti più interessanti della chimica organica e inorganica, la scoperta delle proprietà dei loro composti ha capovolto il punto di vista di tutti gli scienziati del 20° secolo, perché a quel tempo si considerava l'esistenza di tali sostanze impossibile, e ora è percepito come qualcosa di normale, che è già stato spiegato.

Grazie per l'attenzione!

L'anno era il 1896. La prima fase degli esperimenti si è appena conclusa nei laboratori di Ramsay e dei suoi seguaci, annunciando la completa inattività chimica di argon ed elio. In questo contesto, il rapporto del fisico francese Villar sul composto cristallino di argon con acqua della composizione Ar · 6H2O da lui ottenuto, simile alla neve compressa, suonava come una forte dissonanza. Inoltre, è stato ottenuto molto semplicemente e in condizioni inaspettate: Villard fortemente compresso sul ghiaccio a temperature moderatamente basse.

In generale, un simile cloro idrato Cl2 6H2O, ottenuto in condizioni simili, è stato segnalato già all'inizio del XIX secolo; in seguito divennero noti idrati di un gran numero di gas e sostanze facilmente volatili. Ma ce n'erano di soliti per un chimico, ma qui si trattava di un composto di argon inerte! Il messaggio di Villard sembrava poco plausibile ed è stato semplicemente messo da parte; non c'erano nemmeno cacciatori a controllarlo.

Ricordavano la scoperta di Villar 29 anni dopo, quando R. Farkran riferì degli esaidrati di krypton e xeno da lui ottenuti quando questi gas entrarono in contatto con il ghiaccio sotto pressione. Dieci anni dopo, B.A. Nikitin ottenne esaidrati di tutti - tranne - i gas inerti, quindi composti costituiti da un atomo di gas inerte e tre (nel caso del radon - due) molecole di fenolo, toluene o n-clorofenolo. Successivamente, si compone conβ -idrochinone, nonché composti ternari di kripton o xeno, diciassette molecole d'acqua e una molecola di acetone, cloroformio o tetracloruro di carbonio. La struttura di questi composti è stata stabilita solo negli anni '40. A questo punto era già stato identificato un gran numero di cosiddetti composti di inclusione; occupano una posizione intermedia tra i Composti veramente chimici e le soluzioni solide interstiziali.

Si è scoperto che quanto sopra sono composti di clatrato, una sorta di composti di inclusione "a reticolo". Il loro nome deriva dal latino clatratus, che significa chiuso, chiuso. I clatrati si formano come segue: una molecola neutra di un gas inerte (un'altra molecola può prendere il suo posto, ad esempio Cl2, H2S, SO2, CO2, CH4) è strettamente circondata, come se fosse presa in pinze da molecole polari: acqua, fenolo , idrochinone, ecc., che sono collegati tra loro da legami idrogeno. I clatrati sorgono in quei casi in cui, durante la cristallizzazione di un solvente, le sue molecole formano strutture traforate con vuoti capaci di contenere molecole estranee. La principale condizione necessaria per l'esistenza di un composto clatrato stabile è la più completa coincidenza delle dimensioni spaziali della cavità formata tra le molecole “ospite” aderenti e le dimensioni della molecola “ospite” che è penetrata nella cavità.

Se l '"ospite" è piccolo (diciamo, una molecola di neon), è difficile da fissare nella cavità e necessariamente con l'ausilio di bassa temperatura e alta pressione, che impediscono la fuoriuscita dell'"ospite" e spesso contribuiscono alla compressione della cavità. È anche difficile per una molecola eccessivamente ingombrante; in questo caso è necessaria anche una maggiore pressione per “spingerla” nella cavità.

Formalmente, i clatrati possono essere attribuiti a composti chimici, poiché la maggior parte di essi ha una composizione rigorosamente costante. Ma questi sono composti di tipo molecolare, derivanti dalle forze di contrazione delle molecole di van der Waals. è assente nei clatrati, poiché durante la loro formazione non c'è accoppiamento di elettroni di valenza e la corrispondente ridistribuzione spaziale della densità elettronica nella molecola.

Le stesse forze di van der Waals sono molto piccole, ma l'energia di legame in una molecola di clatrato può risultare non così piccola (dell'ordine di 5-10 kcal/mol) a causa della stretta vicinanza della molecola inclusa alle molecole dell'incluso, poiché le forze di van der Waals aumentano bruscamente quando le molecole si avvicinano l'una all'altra, B In generale, i clatrati sono composti a bassa resistenza; una volta riscaldati e disciolti, si decompongono rapidamente nei loro componenti costitutivi.

Un importante contributo allo studio dei clatrati di gas inerti è stato dato dal chimico sovietico B.A. Nikitin. Nel periodo 1936-1952. ha sintetizzato e studiato questi composti, guidato dal principio di V. G. Khlopin sulla co-cristallizzazione isomorfa di molecole simili per dimensioni e struttura. Nikitin ha scoperto che a basse temperature formano cristalli isomorfi con idruri volatili: acido solfidrico, acido alogenuro, metano, nonché con zolfo e anidride carbonica. Nikitin ha scoperto che i clatrati di gas inerti sono più stabili e facili da formare, maggiore è il loro peso molecolare. Ciò è coerente con la regolarità generale dell'azione delle forze di van der Waals. L'idrato di radon (se ignoriamo il rapido decadimento radioattivo del radon) è molto più stabile dell'idrato di neon e i fenolati sono più forti dei corrispondenti idrati. Ecco perché gli idrati deuterati sono più forti di quelli ordinari.

Se gli sperimentatori avessero a disposizione quantità significative di radon, sarebbe possibile osservare la formazione istantanea di un precipitato di Rn(H2O)6 quando si passa il radon sul ghiaccio a pressione ordinaria. Per ottenere xeno idrato a 0° è sufficiente applicare una pressione leggermente superiore a quella atmosferica. Con questola temperatura deve essere compressa a 14,5, a 150 e quasi a 300 at. Ci si può aspettare che l'idrato di elio possa essere ottenuto a una pressione di diverse migliaia di atmosfere.

I clatrati possono essere usati come forme convenienti per lo stoccaggio di gas inerti e per la loro separazione. Dopo aver sottoposto a ricristallizzazione in atmosfera anidride solforosa idrato da una miscela di gas inerti, Nikitin ha trovato tutto ciò che non si decomponeva nel precipitato, che era una miscela isomorfa di SO2 6H2O e Rn 6H2O; stessi, e sono stati conservati in fase gassosa. In modo simile, l'argon può essere quasi completamente precipitato e separato dai restanti gas di neon ed elio.

Con l'aiuto di clatrati di gas inerti è possibile risolvere alcuni problemi di ricerca. Questi includono, ad esempio, l'identificazione della natura della connessione nel composto studiato. Se forma cristalli misti con un gas inerte pesante, dovrebbe essere attribuito al tipo molecolare (composto di inclusione); il contrario indica la presenza di un collegamento di tipo diverso.

Il sottogruppo principale dell'ottavo gruppo del sistema periodico sono i gas nobili: elio, neon, argon, krypton, xeno e radon. Questi elementi sono caratterizzati da un'attività chimica molto bassa, che ha dato motivo di chiamarli gas nobili o inerti. Solo con difficoltà formano composti con altri elementi o sostanze; non sono stati ottenuti composti chimici di elio, neon e argon. Gli atomi dei gas nobili non sono combinati in molecole, in altre parole, le loro molecole sono monoatomiche.

I gas nobili completano ogni periodo del sistema degli elementi. Oltre all'elio, tutti hanno otto elettroni nello strato di elettroni esterno dell'atomo, formando un sistema molto stabile. Anche il guscio elettronico dell'elio, che consiste di due elettroni, è stabile. Pertanto, gli atomi di gas nobili sono caratterizzati da elevate energie di ionizzazione e, di regola, energie di affinità elettronica negativa.

In tavola. 38 mostra alcune delle proprietà dei gas nobili, nonché il loro contenuto nell'aria. Si può notare che le temperature di liquefazione e solidificazione dei gas nobili sono tanto più basse quanto più basse sono le loro masse atomiche oi numeri di serie: la temperatura di liquefazione più bassa per l'elio, la più alta per il radon.

Tabella 38. Alcune proprietà dei gas nobili e il loro contenuto nell'aria

Fino alla fine del XIX secolo si credeva che l'aria fosse composta solo da ossigeno e azoto. Ma nel 1894, il fisico inglese J. Rayleigh scoprì che la densità dell'azoto ottenuto dall'aria (1.2572) è leggermente maggiore della densità dell'azoto ottenuto dai suoi composti (1.2505). Il professore di chimica W. Ramsay ha suggerito che la differenza di densità è causata dalla presenza di alcuni gas più pesanti nell'azoto atmosferico. Legando l'azoto con il magnesio rovente (Ramsay) o facendolo combinare con l'ossigeno (Rayleigh) mediante una scarica elettrica, entrambi gli scienziati hanno isolato piccole quantità di un gas chimicamente inerte dall'azoto atmosferico. Fu così scoperto un elemento fino a quel momento sconosciuto, chiamato argon. Successivamente sono stati isolati argon, elio, neon, krypton e xeno, contenuti nell'aria in quantità trascurabili. L'ultimo elemento del sottogruppo - il radon - è stato scoperto nello studio delle trasformazioni radioattive.

Va notato che l'esistenza dei gas nobili fu prevista già nel 1883, cioè 11 anni prima della scoperta dell'argon, dallo scienziato russo II A. Morozov (1854-1946), che fu imprigionato nel 1882 per aver partecipato al movimento rivoluzionario dal governo zarista alla fortezza di Shlisselburg. N. A. Morozov ha determinato correttamente il posto dei gas nobili nel sistema periodico, ha avanzato idee sulla complessa struttura dell'atomo, sulla possibilità di sintetizzare elementi e utilizzare l'energia intraatomica. N. A. Morozov fu rilasciato dalla prigione nel 1905 e la sua notevole lungimiranza divenne nota solo nel 1907 dopo la pubblicazione del suo libro Periodic Systems of the Structure of Matter, scritto in isolamento.

Nel 1926 N. A. Morozov fu eletto membro onorario dell'Accademia delle scienze dell'URSS.

Per molto tempo si è creduto che gli atomi dei gas nobili fossero generalmente incapaci di formare legami chimici con atomi di altri elementi. Erano noti solo composti molecolari relativamente instabili di gas nobili, ad esempio idrati, formati dall'azione di gas nobili compressi sulla cristallizzazione dell'acqua superraffreddata. Questi idrati appartengono al tipo clatrato (vedi § 72); legami di valenza non sorgono nella formazione di tali composti.

La formazione di clatrati con l'acqua è favorita dalla presenza di numerose cavità nella struttura cristallina del ghiaccio (vedi § 70).

Tuttavia, negli ultimi decenni è stato accertato che krypton, xenon e radon sono in grado di combinarsi con altri elementi e, soprattutto, con il fluoro. Quindi, per interazione diretta dei gas nobili con il fluoro (se riscaldato o in una scarica elettrica), si ottengono fluoruri e. Sono tutti cristalli stabili in condizioni normali. Anche i derivati dello xeno sono stati ottenuti nel grado di ossidazione: esafluoruro, triossido, idrossido. Gli ultimi due composti mostrano proprietà acide; quindi, reagendo con gli alcali, formano sali di acido xenonico, ad esempio:.

I gas nobili hanno una configurazione elettronica di n S 2n P 6 (per elio 1 S 2) e costituiscono il sottogruppo VIIIA. All'aumentare del numero atomico, i raggi atomici e la loro polarizzabilità aumentano. Ciò porta ad un aumento delle interazioni intermolecolari, ad un aumento dei punti di fusione e di ebollizione, ad un aumento della solubilità dei gas in acqua e altri solventi. Per i gas nobili sono noti i seguenti gruppi di composti: ioni molecolari, composti di inclusione e composti di valenza.

La molecola del gas nobile E 2 non può esistere - (s) 2 (s *) 2. Ma se un elettrone viene rimosso, il riempimento dell'orbitale di allentamento superiore è solo la metà - (s) 2 (s *) 1 è la base energetica dell'esistenza ioni molecolari gas nobili E 2 + .

Composti di inclusione o clatrati, sono conosciuti solo allo stato solido. Nella serie He – Rn aumenta la stabilità dei clatrati. Ad esempio, ad alte pressioni e basse temperature si formano idrati del tipo E. 6H 2 O. A 0 0 С idrati Xe, Kr, Ar e Ne sono stabili rispettivamente a pressioni ~1,1. 10 5 , 1.5 . 106, 1.5. 107, 3. 10 7 pa. I composti clatrati sono usati per la separazione e lo stoccaggio dei gas nobili. Kr e Xe si ottengono per distillazione di aria liquida.

Composti con legami di valenza E(II), E(IV), E(VI), E(VIII) sono ben studiati sull'esempio dei fluoruri Kr e Xe ottenuti secondo lo schema:

Il legame chimico nei composti di gas nobili non può essere descritto dal punto di vista di MHS, poiché, secondo questo metodo, i legami devono essere formati da d- orbitali. Tuttavia, l'eccitazione dell'atomo Xe dallo stato 5 S 2 5P 6 in 5 secondi 2 5p 5 6 secondi 1 o 5 S 2 5P 5 5d 1 richiede 795 o 963 kJ. mol –1 ed eccitazione 5 S 2 5P 4 5d 2 e 5 S 2 5P 4 5d 1 6S 1 - 1758 e 1926 kJ mol -1, che non è compensato dall'energia di formazione del legame.

Nell'ambito dell'MMO, la struttura di XeF 2 è spiegata da uno schema di tre orbitali: uno da Xe e due da atomi di fluoro:

Il tetrafluoruro di xeno è un forte agente ossidante:

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

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

Quando riscaldati e idrolizzati, i fluoruri di xeno sono sproporzionati:

2XeF 2 = XeF 4 + Xe

3XeF 4 = 2XeF 6 + Xe

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

Per Xe esavalente, XeF 6 fluoruro, XeO 3 ossido, XeOF 4 e XeO 2 F 2 ossofluoruri, Xe(OH) 6 idrossido e ioni complessi dei tipi XeO 4 2– e XeO 6 6– sono noti.

XeO 3 è altamente solubile in acqua e forma un acido forte:

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

L'esafluoruro è molto attivo, reagisce con il quarzo:

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

I derivati Xe(VI) sono forti agenti ossidanti, ad esempio:

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

Per Xe(VIII), inoltre, sono noti XeF 8 , XeO 4 , XeOF 6 , XeO 6 4–.

In condizioni normali, XeO 4 si decompone lentamente:

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

All'aumentare dello stato di ossidazione dello xeno, la stabilità dei composti binari e salini diminuisce, mentre aumenta quella dei complessi anionici.

Per krypton, solo KrF 2 , KrF 4 , acido kryptonic instabile KrO 3 · H 2 O e il suo sale BaKrO 4 .

L'elio viene utilizzato nei processi a bassa temperatura per creare un'atmosfera inerte negli apparati di laboratorio, nelle saldature e nelle lampade elettriche a gas, al neon nei tubi a scarica di gas.

I composti dei gas nobili sono usati come forti agenti ossidanti. Fluoro e xeno sono immagazzinati sotto forma di fluoruri di xeno.

Domande per l'autoesame

I. 1) Il posto dell'idrogeno nel sistema periodico.

2) Classificazione dei composti dell'idrogeno.

II. uno) S - Elementi: stati di ossidazione, variazioni dei raggi e delle energie di ionizzazione, proprietà acido-base e riducenti dei composti.

2) Connessioni S- elementi:

a) idruri S- elementi (natura della connessione, proprietà);

b) composti con ossigeno; idrossidi.

III. 1) Cosa determina le possibilità di valenza R-elementi?

2) Come cambia la stabilità degli stati di ossidazione superiori e inferiori nei sottogruppi all'aumentare di Z?

IV. Analizzando il cambiamento in T pl. ossidi, rispondi alle seguenti domande:

1) Perché il punto di fusione aumenta bruscamente quando si passa da CO 2 a SiO 2?

2) Perché il PbO 2 è termicamente meno stabile rispetto ad altri ossidi del sottogruppo IVA?

V. L'energia di legame nelle molecole di idrogeno e di alogeno è caratterizzata dai seguenti valori:

1) Cosa spiega l'energia di legame significativamente più alta in H2?

2) Perché l'energia di legame in Ã 2 prima aumenta con Z e poi diminuisce?

VI. Come e perché cambiano le proprietà acido-base dei composti privi di ossigeno (H n E) e contenenti ossigeno E (OH) n, H n EO m R- elementi in periodo e gruppo?

VII. Composti di idrogeno R- elementi:

1) Comunicazione, periodicità delle proprietà, stabilità.

2) Tendenza a formare legami H.

3) Caratteristica del legame chimico in B 2 H 6 (MMO).

VIII. ossidi R- elementi. Comunicazione e proprietà.

IX. Connessioni R- elementi - semiconduttori.

1) Fattori che determinano il band gap.

2) Semiconduttori elementari e composti con proprietà di semiconduttore. Il loro posto nella tavola periodica.

X. Composti simili al diamante. La posizione degli elementi che li formano nel sistema periodico. Comunicazione e proprietà.

XI. 1) Composti di gas nobili e metodi per la loro produzione.

2) Fornisci lo schema MO per XeF 2.

3) Scrivi le equazioni per la reazione di sproporzione XeF 2 , XeF 4 .