Związki chemiczne gazów szlachetnych. Chemia gazów obojętnych Związki gazów obojętnych

PODGRUPA VIIIA (HEL, NEON, ARGON, KRYPTON, KSENON, RADON)

1. Charakterystyczne stany utlenienia i najważniejsze związki. Największe znaczenie mają związki ksenonowe. Charakteryzuje się stopniami utlenienia +2 (XeF2), +4 (XeF4), +6 (XeF6, XeO3, XeOF4, Ba3XeO6), +8 (Na4XeO6 * 6H2O).

2. Zasoby naturalne. Gazy szlachetne znajdują się głównie w atmosferze; ich zawartość to He - 5,24 * 10-4% (objętość); Ne-1,8*10-3%; Ar - 0,93%, Kr-3*10-3%, Xe-0,39*10-4%.

Radon powstaje w wyniku radioaktywnego rozpadu radu i występuje w śladowych ilościach w minerałach zawierających uran, a także w niektórych wodach naturalnych. Hel, który jest radioaktywnym produktem rozpadu pierwiastków alfa, czasami znajduje się w znacznych ilościach w gazie ziemnym i gazie uwalnianym z szybów naftowych. W ogromnych ilościach pierwiastek ten znajduje się w Słońcu i gwiazdach. Jest drugim najliczniejszym (po wodorze) pierwiastkiem kosmosu.

3. Paragon fiskalny. Podczas rektyfikacji ciekłego powietrza w celu uzyskania tlenu uwalniane są po drodze gazy szlachetne. Argon otrzymuje się również podczas syntezy NH3 z nieprzereagowanej pozostałości mieszaniny gazowej (N2 z domieszką Ar). Hel jest pozyskiwany z gazu ziemnego przez głębokie chłodzenie (CH4 i inne składniki mieszaniny gazowej ulegają skropleniu, a on pozostaje w stanie gazowym). Ar i He są produkowane w dużych ilościach, inne gazy szlachetne są pozyskiwane znacznie mniej, są drogie.

4. Nieruchomości. Gazy szlachetne to bezbarwne, gazowe substancje w temperaturze pokojowej. Konfiguracja zewnętrznej warstwy elektronowej atomów helu 1s2 pozostałych pierwiastków podgrupy VIIIA-ns2np8. Kompletność powłok elektronowych wyjaśnia monoatomową naturę cząsteczek gazów szlachetnych, ich bardzo niską polaryzowalność, niskie temperatury topnienia, temperatury wrzenia i obojętność chemiczną.

Rozważane substancje tworzą ze sobą stałe roztwory w niskich temperaturach (wyjątkiem jest hel). Znane związki klatratowe gazów szlachetnych, w których ich atomy są zamknięte w pustych przestrzeniach sieci krystalicznych różnych substancji. Takie związki - hydraty gazów szlachetnych - tworzą lód (najtrwalszy klatrat z ksenonem). Skład hydratów odpowiada wzorowi 8E*46H2O lub E*5,75H2O. Znane są klatraty z fenolem, na przykład Xe-3C6H5OH. Klatraty gazów szlachetnych z hydrochinonem C6H4(OH)2 są bardzo silne. Otrzymuje się je przez krystalizację hydrochinonu pod ciśnieniem gazu szlachetnego (4 MPa) Klatraty te są dość stabilne w temperaturze pokojowej. On i Ne nie tworzą klatratów, ponieważ ich atomy są zbyt małe i „uciekają” z pustych przestrzeni sieci krystalicznych.

Hel ma unikalne cechy. Przy 101 kPa nie krystalizuje (wymaga to ciśnienia przekraczającego 2,5 MPa przy T=1K). Ponadto przy T \u003d 2,19 K (przy normalnym ciśnieniu) przechodzi w niskotemperaturową modyfikację He (II), która ma uderzające cechy spokojnego wrzenia, ogromną zdolność przewodzenia ciepła i brak lepkości ( Nadciekłość). Nadciekłość He (II) została „odkryta przez P. L. Kapitsę (1938) i wyjaśniona na podstawie koncepcji mechaniki kwantowej przez L. D. Landaua (1941).

5. Znajomości. Możliwość istnienia związków gazów szlachetnych (fluorki Kr i Xe). Obecnie znane są związki kryptonu, ksenonu i radonu. Związki kryptonu są nieliczne, istnieją tylko dla ostry temperatura. Związki radonu powinny być jak najliczniejsze i najtrwalsze, ale ich produkcja i badania są utrudnione bardzo wysoka radioaktywność alfa Rn, ponieważ promieniowanie niszczy utworzone przez nią substancje. Dlatego istnieje niewiele danych dotyczących związków Rn.

Ksenon - bezpośrednio oddziałuje tylko z fluorem i niektórymi fluorkami, np. PtF6. Fluorki ksenonu służą jako materiały wyjściowe do otrzymywania innych jego związków.

Po podgrzaniu z fluorem pod ciśnieniem atmosferycznym powstaje głównie XeF4 (tt 135°C). Pod działaniem nadmiaru fluoru pod ciśnieniem 6 MPa otrzymuje się XeF6 (tt 49°C). Działając na mieszaninie Xe z F2 lub CF4 z wyładowaniem elektrycznym lub promieniowaniem ultrafioletowym, syntetyzowany jest XeF2 (tt 140 ° C).

Wszystko fluorki ksenopu reagują energicznie z wodą, poddając istnienie hydroliza, której zwykle towarzyszy dysproporcja. Hydroliza XeF4 w środowisku kwaśnym zachodzi według schematu 3Xe (+4) => Xe ° + 2Xe (+5) a w środowisku zasadowym w następujący sposób:

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

NH3

Struktura

Cząsteczka jest polarna, ma kształt trójkątnej piramidy z atomem azotu na szczycie, HNH = 107,3. Atom azotu jest w stanie hybrydowym sp3; Spośród czterech orbitali hybrydowych z azotem, trzy biorą udział w tworzeniu pojedynczych wiązań NH, a czwarte wiązanie jest zajęte przez samotną parę elektronów.

Właściwości fizyczne

NH 3 jest gazem bezbarwnym, zapach ostry, duszący, trujący, lżejszy od powietrza.

gęstość powietrza \u003d MNH 3 / M średnie powietrze \u003d 17/29 \u003d 0,5862

t╟ wrzenia = -33,4C; tpl.= -78C.

Cząsteczki amoniaku są połączone słabymi wiązaniami wodorowymi.

Ze względu na wiązania wodorowe amoniak ma stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia. i tpl., a także wysokie ciepło waporyzacji, łatwo ulega kompresji.

Wysoce rozpuszczalny w wodzie: 750 V NH 3 rozpuszcza się w 1 V H 2 O (w t=20C i p=1 atm).

Dobrą rozpuszczalność amoniaku można zaobserwować w następującym eksperymencie. Suchą kolbę napełnia się amoniakiem i zamyka korkiem, do którego wkłada się rurkę z odciąganym końcem. Koniec rurki zanurza się w wodzie, a kolbę lekko ogrzewa. Zwiększa się objętość gazu i z rurki wydobywa się trochę amoniaku. Następnie ogrzewanie zostaje zatrzymane i wskutek sprężenia gazu przez rurkę do kolby dostanie się trochę wody. Już przy pierwszych kroplach wody amoniak rozpuści się, w kolbie powstanie próżnia, a woda pod wpływem ciśnienia atmosferycznego wejdzie do kolby - fontanna zacznie bić.

Paragon fiskalny

1. Przemysłowy sposób

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3

(p=1000 atm; t= 500C; kat = Fe + glinokrzemiany; zasada cyrkulacji).

2. Metoda laboratoryjna. Ogrzewanie soli amonowych alkaliami.

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

Amoniak można zbierać tylko zgodnie z metodą (A), ponieważ jest lżejszy od powietrza i bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie.

Właściwości chemiczne

Tworzenie wiązania kowalencyjnego przez mechanizm dawcy-akceptora.

1. Amoniak to baza Lewisa. Jego roztwór w wodzie (woda amoniakalna, amoniak) ma odczyn alkaliczny (lakmus - niebieski; fenoloftaleina - malina) dzięki powstawaniu wodorotlenku amonu.

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

2. Amoniak reaguje z kwasami, tworząc sole amonowe.

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

Amoniak - reduktor (utleniony do N 2 O lub NO)

1. Rozkład po podgrzaniu

2NH 3 t ═ N 2 + 3H 2

2. Spalanie w tlenie

a) bez katalizatora

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

b) utlenianie katalityczne (kat = Pt)

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

3. Odzyskiwanie tlenków niektórych metali

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

Oprócz NH3 znane są dwa inne związki wodorowe azotu – hydrazyna N2H4 i kwas azotawy HN3(jest jeszcze kilka związków azotu z wodorem, ale nie są one bardzo stabilne i praktycznie nie są używane)

Hydrazynę otrzymuje się przez utlenianie amoniaku w roztworze wodnym podchlorynem sodu (metoda Raschiga):

2NH3+NaOCl -> N2H3 + NaCl + H2O

Hydrazyna - ciekła, t.t. 2°C, t.w. 114°C o zapachu podobnym do NH3. Trujący, wybuchowy. Często nie stosuje się bezwodnej hydrazyny, ale hydrazynę - hydrat N2H4-H2O, czyli pl. - „52 ° C, bp 119 ° C. Cząsteczka N2H4 składa się z dwóch grup NH2,

Ze względu na obecność dwóch samotnych par przy atomach N, hydrazyna jest zdolna do dodawania jonów wodorowych; Łatwo tworzą się związki hydrazoniowe: wodorotlenek N2H5OH, chlorek N2H5Cl, wodorosiarczan N2H5HSO4 itp. Czasami zapisuje się ich formuły N2H4-H2O, N2H4-HC1, N2H4-H2S04 itp. i nazywane są wodzianem hydrazyny, hydrazyną chlorowodorową, siarczanem hydrazyny itp. e. Większość soli hydrazoniowych jest rozpuszczalnych w wodzie.

Porównajmy siłę zasady utworzonej w wodnym roztworze NH3, NH2OH i N2H4.

Pod względem stabilności N2H4 jest znacznie gorszy od NНз, ponieważ wiązanie N-N nie jest bardzo silne. Oparzenia hydrazyny w powietrzu:

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

W roztworach hydrazyna jest zwykle również utleniana do N2. Hydrazynę można redukować (do NH3) tylko silnymi reduktorami, np. Sn2+, Ti3+, Zn:

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

Kwas azotawy HN3 otrzymuje się przez działanie H2SO4 na azydek sodu NaNs, który jest syntetyzowany w reakcji;

2NaNH2 + N2O -> NaNa + NaOH + NHa

HN3 - ciecz, t.t. -80°C, temperatura wrzenia 37 ° C, o ostrym zapachu. Bardzo łatwo eksploduje z dużą siłą, jego rozcieńczone roztwory wodne nie są wybuchowe.

Możesz również przedstawić strukturę HN3 przez nałożenie schematów walencyjnych

H-N=N=N i h-n-n=n°!

HN3 jest słabym kwasem (K = 10-5). Sole azydków HN3 są zwykle silnie wybuchowe (tylko azydki metali alkalicznych są niewybuchowe, z wyjątkiem LiN3).

Caregorodcew Aleksander

Związki gazów szlachetnych to jeden z ciekawszych tematów w chemii organicznej i nieorganicznej, odkrycie właściwości ich związków wywróciło ideę wszystkich naukowców XX wieku do góry nogami, ponieważ w tamtym czasie istnienie takich substancje uważano za niemożliwe, a teraz jest to postrzegane jako coś normalnego, co zostało już wyjaśnione.

Ksenon to szlachetny gaz, który najłatwiej tworzy wiązania z innymi chemikaliami. Ludzkość okiełznała jego związki i są one już stosowane w naszym życiu.

Prezentowana praca może wzbudzić zainteresowanie opinii publicznej tym tematem.

Pobierać:

Zapowiedź:

Miejska Autonomiczna Ogólnokształcąca Instytucja Szkolna

„Liceum nr 5 z pogłębionym studium chemii i biologii”

Praca naukowo-badawcza w ramach

V odczyty Mendelejewa

Podmiot: Związki gazów szlachetnych

Wypełnił: Caregorodtsev
Aleksander, uczeń klasy 9

Lider: Grigoriewa

Natalya Gennadievna, nauczycielka chemii

Staraja Russa

2017

Wstęp

Gazy obojętne to niemetale należące do grupy VIII-a. Odkryto je pod koniec XIX wieku i uznano za zbędne w układzie okresowym, ale ich miejsce zajęły gazy szlachetne.
Ze względu na wypełniony ostatni poziom energii przez długi czas uważano, że substancje te nie mogą tworzyć wiązań, ponieważ. a po odkryciu ich związków molekularnych wielu naukowców było zszokowanych i nie mogło w to uwierzyć, ponieważ nie podlegało prawom chemii, które istniały w tym czasie.
Nieudane próby tworzenia związków gazów szlachetnych negatywnie wpłynęły na entuzjazm naukowców, ale nie przeszkodziło to w rozwoju tej branży.
Postaram się wzbudzić zainteresowanie obecnych na widowni, której prezentuję swoją pracę.

Cel mojej pracy: zbadanie historii powstawania i właściwości nieorganicznych związków ksenonowych.

Zadania:

1. Zapoznaj się z historią produkcji związków gazów szlachetnych
2. Zapoznaj się z właściwościami związków fluoru i tlenu
3. Informuj uczniów o wynikach mojej pracy

Odniesienie do historii

Ksenon odkryto w 1898 roku, a kilka lat później uzyskano jego hydraty, a także ksenon i krypton, które nazwano klatratami.
W 1916 Kessel na podstawie wartości stopni jonizacji gazów obojętnych przewidział powstawanie ich bezpośrednich związków chemicznych.
Większość naukowców I ćwierci XX wieku uważała, że gazy szlachetne znajdują się w zerowej grupie układu okresowego i mają wartościowość 0, ale w 1924 A. von Antropov, wbrew opiniom innych chemików, przypisał te pierwiastki do ósmej grupy, z której wynikało, że najwyższa wartościowość w ich związkach – 8. Przewidywał również, że powinny one tworzyć wiązania z halogenami, czyli niemetalami z grupy VII-a.
W 1933 Pauling przewidział wzory na możliwe związki kryptonu i ksenonu: stabilny sześciofluorek kryptonu i ksenonu (KrF 6 i XeF 6 ), niestabilny oktafluorek ksenonu (XeF 8 ) i kwas ksenonowy (H 4 Xeo 6 ). W tym samym roku G. Oddo próbował zsyntetyzować ksenon i fluor, przepuszczając prąd elektryczny, ale nie mógł oczyścić powstałej substancji z produktów korozji naczynia, w którym przeprowadzono tę reakcję. Od tego momentu naukowcy stracili zainteresowanie tym tematem i do lat 60. prawie nikt się tym nie zajmował.
Bezpośredni dowód na to, że związki gazów szlachetnych są możliwe, pochodzi z syntezy heksafluoroplatynianu dioksygenylu (O 2). Sześciofluorek platyny ma większą zdolność utleniania wdowy niż fluor. 23 marca 1962 Neil Bartlett zsyntetyzował ksenon i sześciofluorek platyny i otrzymał to, czego chciał: pierwszy istniejący związek gazu szlachetnego, żółtą substancję stałą Xe. Następnie wszystkie siły ówczesnych naukowców zostały wrzucone do tworzenia związków fluorku ksenonu.

Związki fluorku ksenonu i ich właściwości

Pierwszym związkiem molekularnym był heksafluorek platynian ksenonu o wzorze XePtF 6 . Jest jednolita, żółta na zewnątrz i ceglastoczerwona wewnątrz; po podgrzaniu do 115°C staje się szklisty, po podgrzaniu do 165°C zaczyna się rozkładać z uwolnieniem XeF 4 .

Można go również otrzymać w reakcji ksenonu i nadtlenku fluoru:

A także podczas oddziaływania ksenonu i fluorku tlenu pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia:

XeF2 to bezbarwne kryształy rozpuszczalne w wodzie. W roztworze wykazuje bardzo silne właściwości utleniające, ale nie przekraczają zdolności fluoru. Najsilniejsze połączenie.

1. Podczas interakcji z zasadami ksenon zostaje przywrócony:

2. Możesz przywrócić ksenon z tego fluorku poprzez interakcję z wodorem:

3. Po sublimacji difluorku ksenonu otrzymuje się tetrafluorek ksenonu i sam ksenon:

Ksenon(IV) fluorek XeF4został otrzymany w taki sam sposób jak difluorek, ale w temperaturze 400 ° C:

XEF 4 - To są białe kryształki, jest to silny środek utleniający. O właściwościach tej substancji można powiedzieć co następuje.

1. Jest silnym środkiem fluorującym, to znaczy wchodząc w interakcje z innymi substancjami, jest w stanie przenosić na nie cząsteczki fluoru:

2. Podczas interakcji z wodą tetrafluorek ksenonu tworzy tlenek ksenonu (III):

3. Odzyskany do ksenonu podczas interakcji z wodorem:

Ksenon(VI) fluorek XeF 6 powstają w jeszcze wyższej temperaturze i pod podwyższonym ciśnieniem:

XEF 6 są to bladozielonkawe kryształy, mające również silne właściwości utleniające.

1. Podobnie jak fluorek ksenonu (IV), jest to środek fluorujący:

2. Hydroliza tworzy kwas ksenonowy

Związki tlenu ksenonu i ich właściwości
Tlenek ksenonu(III) XeO 3 - jest białą, nielotną, wybuchową substancją, dobrze rozpuszczalną w wodzie. Otrzymywany jest przez hydrolizę fluorku ksenonu(IV):

1. Pod wpływem ozonu na roztwór alkaliczny tworzy sól kwasu ksenonowego, w której ksenon ma stopień utlenienia +8:

2. Gdy sól ksenonowa wchodzi w interakcję ze stężonym kwasem siarkowym, tworzy siętlenek ksenonu(IV):

Xeo 4 - w temperaturach poniżej -36°C żółte kryształy, w temperaturach powyżej - bezbarwny gaz wybuchowy, rozkładający się w temperaturze 0°C:

W efekcie okazuje się, że fluorki ksenonu to białe lub bezbarwne kryształy, które rozpuszczają się w wodzie, mają silne właściwości utleniające i aktywność chemiczną, a tlenki łatwo uwalniają energię cieplną i w efekcie są wybuchowe.

Zastosowanie i potencjał

Ze względu na swoje właściwości związki ksenonowe mogą być stosowane:

Do produkcji paliwa rakietowego
Do produkcji leków i sprzętu medycznego
Do produkcji materiałów wybuchowych
Jako silne utleniacze w chemii organicznej i nieorganicznej
Jako sposób na transport reaktywnego fluoru

Wniosek

Ksenon to szlachetny gaz, który najłatwiej tworzy wiązania z innymi chemikaliami. Ludzkość okiełznała jego związki i są one już stosowane w naszym życiu.

Uważam, że w pełni osiągnąłem cel moich badań: jak najdokładniej ujawniłem temat, treść pracy jest w pełni zgodna z tematem, zbadano historię powstania i właściwości nieorganicznych związków ksenonowych.

Bibliografia

1. Kuzmenko NE „Krótki kurs chemii. Przewodnik dla kandydatów na uczelnie”// Wydawnictwo Wyższej Szkoły, 2002, s. 267

2. Pushlenkov M.F. „Związki gazów szlachetnych”//Atomizdat, 1965

3. Fremantle M. „Chemia w działaniu” cz. 2 // Wydawnictwo Mir, 1998, s. 290-291

4. Zasoby internetowe

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

Zapowiedź:

Aby skorzystać z podglądu prezentacji, załóż konto (konto) Google i zaloguj się: https://accounts.google.com

Podpisy slajdów:

Związki fluoru i tlenu gazów szlachetnych. Związki ksenonowe Wypełniał: Caregorodcew Aleksander, uczeń klasy 9, gimnazjum nr 5 Kierownik: Natalya Gennadievna Grigorieva, nauczycielka chemii

Wstęp Gazy obojętne to niemetale należące do VIII grupy. Odkryto je pod koniec XIX wieku i uznano za zbędne w układzie okresowym, ale ich miejsce zajęły gazy szlachetne. Ze względu na wypełniony ostatni poziom energetyczny przez długi czas uważano, że substancje te nie mogą tworzyć wiązań, a po odkryciu ich związków molekularnych wielu naukowców było zszokowanych i nie mogło w to uwierzyć, ponieważ nie podlegały prawom chemii, która istniała w tamtym czasie. Nieudane próby tworzenia związków gazów szlachetnych negatywnie wpłynęły na entuzjazm naukowców, ale nie przeszkodziło to w rozwoju tej branży. Postaram się wzbudzić zainteresowanie obecnych na widowni, której prezentuję swoją pracę.

Cele i zadania Cel pracy: zbadanie historii powstawania i właściwości nieorganicznych związków ksenonowych. Cele: 1. Zapoznanie się z historią pozyskiwania związków gazów szlachetnych 2. Zrozumienie, dlaczego powstawanie tych związków jest możliwe 3. Zapoznanie się z właściwościami związków fluoru i tlenu 4. Przekazanie wyników mojej pracy rówieśnikom

Historia powstania Wszelkie próby uzyskania tych związków zakończyły się niepowodzeniem, naukowcy mogli jedynie zgadywać, jak będą wyglądały ich wzory i przybliżone właściwości. Najbardziej produktywnym chemikiem w tej dziedzinie był Neil Bartlett. Jego główną zasługą jest przygotowanie heksafluoroplatynianu ksenonu Xe [PtF 6 ].

Fluorki ksenonu Fluorek ksenonu(II) Fluorek ksenonu(IV) Fluorek ksenonu(VI)

Tlenki ksenonu Tlenek ksenonu (VI) Tlenek ksenonu (VIII) WYBUCHOWY!!!

Zastosowanie związków ksenonowych Do produkcji paliwa rakietowego Do wytwarzania leków i sprzętu medycznego Do produkcji materiałów wybuchowych Jako metoda transportu fluoru Jako utleniacze w chemii organicznej i nieorganicznej

Podsumowanie Związki gazów szlachetnych to jeden z najciekawszych tematów w chemii organicznej i nieorganicznej, odkrycie właściwości ich związków wywróciło do góry nogami pogląd wszystkich naukowców XX wieku, ponieważ w tym czasie rozważano istnienie takich substancji niemożliwe, a teraz jest postrzegane jako coś normalnego, co zostało już wyjaśnione.

Dziękuję za uwagę!

Był rok 1896. Właśnie zakończył się pierwszy etap eksperymentów w laboratoriach Ramsaya i jego zwolenników, ogłaszając całkowitą chemiczną nieaktywność argonu i helu. Na tym tle jak ostry dysonans zabrzmiał raport francuskiego fizyka Villara o otrzymanym przez niego krystalicznym związku argonu z wodą o kompozycji Ar · 6H2O, przypominającej sprasowany śnieg. Co więcej, uzyskano go bardzo prosto i w nieoczekiwanych warunkach: Villard silnie skompresowany na lodzie w umiarkowanie niskich temperaturach.

Ogólnie rzecz biorąc, podobny hydrat chloru Cl2·6H2O, otrzymany w podobnych warunkach, został odnotowany już na początku XIX wieku; później poznano hydraty dużej liczby gazów i łatwo lotnych substancji. Ale były takie zwykłe dla chemika, ale tutaj chodziło o związek obojętnego argonu! Przesłanie Villarda wydawało się nieprawdopodobne i zostało po prostu odrzucone; nie było nawet myśliwych, którzy mogliby to sprawdzić.

Przypomnieli sobie odkrycie Villara 29 lat później, kiedy R. Farkran doniósł o heksahydratach kryptonu i ksenonu uzyskanych przez niego, gdy te gazy zetknęły się z lodem pod ciśnieniem. Dziesięć lat później B. A. Nikitin uzyskał heksahydraty wszystkich – z wyjątkiem – gazów obojętnych, a następnie związki składające się z atomu gazu obojętnego i trzech (w przypadku radonu – dwóch) cząsteczek fenolu, toluenu lub n-chlorofenolu. Później związki zβ -hydrochinon, a także trójskładnikowe związki kryptonu lub ksenonu, siedemnaście cząsteczek wody i jedna cząsteczka acetonu, chloroformu lub czterochlorku węgla. Struktura tych związków została ustalona dopiero w latach 40. XX wieku. Do tego czasu zidentyfikowano już dużą liczbę tak zwanych związków inkluzyjnych; zajmują pozycję pośrednią między prawdziwie chemicznymi Związkami a śródmiąższowymi roztworami stałymi.

Okazało się, że powyższe są związkami klatratowymi - rodzajem „sieciowych” związków inkluzyjnych. Ich nazwa pochodzi od łacińskiego clatratus, co oznacza zamknięte, zamknięte. Klatraty powstają w następujący sposób: obojętna cząsteczka gazu obojętnego (jej miejsce może zająć inna cząsteczka, np. Cl2, H2S, SO2, CO2, CH4) jest szczelnie otoczona, jakby w szczypcach ujęta przez molekuły polarne - woda, fenol , hydrochinon itp., które są połączone ze sobą wiązaniami wodorowymi. Klatraty powstają w tych przypadkach, gdy podczas krystalizacji rozpuszczalnika jego cząsteczki tworzą ażurowe struktury z pustkami, które mogą pomieścić obce cząsteczki. Głównym warunkiem niezbędnym do istnienia stabilnego związku klatratowego jest jak najpełniejsza zbieżność wymiarów przestrzennych wnęki utworzonej między przylegającymi cząsteczkami „gospodarza” a wymiarami cząsteczki „gościa”, która przeniknęła do wnęki.

Jeśli „gość” jest mały (powiedzmy, cząsteczka neonu), trudno go utrwalić we wnęce i koniecznie za pomocą niskiej temperatury i wysokiego ciśnienia, które uniemożliwiają ucieczkę „gościa” i często przyczyniają się do kompresji jamy. Jest to również trudne w przypadku nadmiernie obszernej cząsteczki; w tym przypadku potrzebne jest również zwiększone ciśnienie, aby „wepchnąć” go do wnęki.

Formalnie klatraty można przypisać związkom chemicznym, ponieważ większość z nich ma ściśle stały skład. Są to jednak związki typu molekularnego, powstające w wyniku sił van der Waalsa skurczu cząsteczek. jest nieobecny w klatratach, ponieważ podczas ich tworzenia nie ma parowania elektronów walencyjnych i odpowiadającej jej redystrybucji przestrzennej gęstości elektronowej w cząsteczce.

Same siły van der Waalsa są bardzo małe, ale energia wiązania w cząsteczce klatratu może okazać się nie tak mała (rzędu 5-10 kcal/mol) ze względu na bliskie sąsiedztwo zawartej cząsteczki względem cząsteczek w tym, ponieważ siły van der Waalsa gwałtownie wzrastają, gdy cząsteczki zbliżają się do siebie, B Ogólnie rzecz biorąc, klatraty są związkami o niskiej oporności; po podgrzaniu i rozpuszczeniu szybko rozkładają się na składniki składowe.

Duży wkład w badania klatratów gazu obojętnego wniósł radziecki chemik BA Nikitin. W latach 1936-1952. zsyntetyzował i zbadał te związki, kierując się zasadą V.G. Chłopina o izomorficznej współkrystalizacji cząsteczek podobnych pod względem wielkości i struktury. Nikitin odkrył, że w niskich temperaturach tworzą izomorficzne kryształy z lotnymi wodorkami - siarkowodorem, halogenowodorem, metanem, a także z siarką i dwutlenkiem węgla. Nikitin odkrył, że klatraty gazów obojętnych są tym bardziej stabilne i łatwiejsze w formowaniu, im większa jest ich masa cząsteczkowa. Jest to zgodne z ogólną prawidłowością działania sił van der Waalsa. Hydrat radonu (jeśli zignorujemy szybki rozpad radioaktywny radonu) jest znacznie bardziej stabilny niż hydrat neonu, a fenolany są silniejsze niż odpowiadające mu hydraty. Dlatego hydraty deuterowane są silniejsze niż zwykłe.

Gdyby eksperymentatorzy mieli do dyspozycji znaczne ilości radonu, możliwe byłoby zaobserwowanie natychmiastowego tworzenia osadu Rn(H2O)6 podczas przepuszczania radonu nad lodem przy zwykłym ciśnieniu. Aby otrzymać hydrat ksenonu w temperaturze 0°, wystarczy zastosować ciśnienie nieco wyższe niż ciśnienie atmosferyczne. Z tymtemperatura musi być skompresowana do 14,5, do 150 i prawie do 300 at. Można oczekiwać, że hydrat helu można otrzymać pod ciśnieniem kilku tysięcy atmosfer.

Klatraty mogą być stosowane jako wygodne formy do przechowywania gazów obojętnych, a także do ich separacji. Po poddaniu hydratu dwutlenku siarki rekrystalizacji w atmosferze z mieszaniny gazów obojętnych, Nikitin znalazł wszystko, co nie uległo rozkładowi w osadzie, który był izomorficzną mieszaniną SO2·6H2O i Rn·6H2O; takie same i zostały zachowane w fazie gazowej. W podobny sposób argon może zostać prawie całkowicie wytrącony i oddzielony od pozostałych gazów neonowych i helu.

Za pomocą klatratów gazów obojętnych można rozwiązać niektóre problemy badawcze. Należą do nich np. identyfikacja charakteru połączenia w badanym związku. Jeśli tworzy mieszane kryształy z ciężkim gazem obojętnym, należy to przypisać typowi cząsteczkowemu (związkowi inkluzyjnemu); przeciwieństwo wskazuje na obecność połączenia innego typu.

Główną podgrupą ósmej grupy układu okresowego są gazy szlachetne – hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon. Pierwiastki te charakteryzują się bardzo niską aktywnością chemiczną, co dało powód do nazywania ich gazami szlachetnymi lub obojętnymi. Tylko z trudem tworzą związki z innymi pierwiastkami lub substancjami; nie uzyskano związków chemicznych helu, neonu i argonu. Atomy gazów szlachetnych nie są łączone w molekuły, innymi słowy ich molekuły są jednoatomowe.

Gazy szlachetne uzupełniają każdy okres układu pierwiastków. Oprócz helu, wszystkie mają osiem elektronów w zewnętrznej warstwie elektronowej atomu, tworząc bardzo stabilny układ. Powłoka elektronowa helu, która składa się z dwóch elektronów, jest również stabilna. Dlatego atomy gazu szlachetnego charakteryzują się wysokimi energiami jonizacji i z reguły ujemnymi energiami powinowactwa elektronowego.

W tabeli. 38 pokazuje niektóre właściwości gazów szlachetnych, a także ich zawartość w powietrzu. Widać, że temperatury skraplania i krzepnięcia gazów szlachetnych są tym niższe, im mniejsze są ich masy atomowe lub liczby seryjne: najniższa temperatura skraplania dla helu, najwyższa dla radonu.

Tabela 38. Niektóre właściwości gazów szlachetnych i ich zawartość w powietrzu

Do końca XIX wieku wierzono, że powietrze składa się wyłącznie z tlenu i azotu. Ale w 1894 r. angielski fizyk J. Rayleigh stwierdził, że gęstość azotu otrzymanego z powietrza (1.2572) jest nieco większa niż gęstość azotu otrzymanego z jego związków (1.2505). Profesor chemii W. Ramsay zasugerował, że różnica w gęstości spowodowana jest obecnością domieszki jakiegoś cięższego gazu w azocie atmosferycznym. Wiążąc azot z rozgrzanym do czerwoności magnezem (Ramsay) lub powodując jego łączenie się z tlenem (Rayleigh) przez wyładowanie elektryczne, obaj naukowcy wyizolowali niewielkie ilości chemicznie obojętnego gazu z azotu atmosferycznego. W ten sposób odkryto nieznany dotąd pierwiastek, zwany argonem. Po argonie wyizolowano hel, neon, krypton i ksenon, zawarte w powietrzu w znikomych ilościach. Ostatni element podgrupy - radon - został odkryty w badaniach przemian promieniotwórczych.

Należy zauważyć, że istnienie gazów szlachetnych przewidział już w 1883 r., tj. 11 lat przed odkryciem argonu, rosyjski naukowiec II A. Morozow (1854-1946), więziony w 1882 r. za udział w ruchu rewolucyjnym przez rząd carski do twierdzy Shlisselburg. N. A. Morozow poprawnie określił miejsce gazów szlachetnych w układzie okresowym, przedstawił pomysły dotyczące złożonej struktury atomu, możliwości syntezy pierwiastków i wykorzystania energii wewnątrzatomowej. N. A. Morozow został zwolniony z więzienia w 1905 r., a jego niezwykła dalekowzroczność stała się znana dopiero w 1907 r. po opublikowaniu jego książki Układy okresowe struktury materii, napisanej w odosobnieniu.

W 1926 r. N. A. Morozow został wybrany honorowym członkiem Akademii Nauk ZSRR.

Przez długi czas uważano, że atomy gazów szlachetnych generalnie nie są zdolne do tworzenia wiązań chemicznych z atomami innych pierwiastków. Znane były jedynie stosunkowo niestabilne związki molekularne gazów szlachetnych - na przykład hydraty, powstające w wyniku działania sprężonych gazów szlachetnych na krystalizującą przechłodzoną wodę. Te hydraty należą do typu klatratu (patrz § 72); wiązania walencyjne nie powstają przy tworzeniu takich związków.

Powstawaniu klatratów z wodą sprzyja obecność licznych wgłębień w strukturze krystalicznej lodu (patrz § 70).

Jednak w ciągu ostatnich dziesięcioleci ustalono, że krypton, ksenon i radon mogą łączyć się z innymi pierwiastkami, a przede wszystkim z fluorem. Tak więc, przez bezpośrednie oddziaływanie gazów szlachetnych z fluorem (po podgrzaniu lub w wyładowaniu elektrycznym), otrzymuje się fluorki i. Wszystkie są kryształami stabilnymi w normalnych warunkach. Pochodne ksenonu otrzymywano również w stopniu utlenienia - sześciofluorek, trójtlenek, wodorotlenek. Ostatnie dwa związki wykazują właściwości kwasowe; więc reagując z zasadami, tworzą sole kwasu ksenonowego, na przykład:.

Gazy szlachetne mają konfigurację elektroniczną n s 2n p 6 (dla helu 1 s 2) i stanowią podgrupę VIIIA. Wraz ze wzrostem liczby atomowej zwiększają się promienie atomowe i ich polaryzowalność. Prowadzi to do wzrostu oddziaływań międzycząsteczkowych, do wzrostu temperatur topnienia i wrzenia, do wzrostu rozpuszczalności gazów w wodzie i innych rozpuszczalnikach. W przypadku gazów szlachetnych znane są następujące grupy związków: jony molekularne, związki inkluzyjne i związki walencyjne.

Cząsteczka gazu szlachetnego E 2 nie może istnieć - (s) 2 (s *) 2. Ale jeśli jeden elektron zostanie usunięty, to wypełnienie górnego orbitalu rozluźniającego jest tylko w połowie - (s) 2 (s *) 1 jest energetyczną podstawą istnienia jony molekularne gazy szlachetne E 2 + .

Związki inkluzyjne lub klatraty, są znane tylko w stanie stałym. W serii He – Rn wzrasta stabilność klatratów. Na przykład hydraty typu E.6H2O powstają pod wysokim ciśnieniem i w niskich temperaturach. W temperaturze 0 0 С hydraty Xe, Kr, Ar i Ne są stabilne odpowiednio przy ciśnieniach ~1,1. 10 5 , 1,5 . 106, 1,5. 107, 3. 10 7 Pa. Związki klatratowe służą do oddzielania i magazynowania gazów szlachetnych. Kr i Xe otrzymuje się przez destylację ciekłego powietrza.

Związki z wiązaniami walencyjnymi E(II), E(IV), E(VI), E(VIII) są dobrze przebadane na przykładzie fluorków Kr i Xe otrzymanych według schematu:

Wiązania chemiczne w związkach gazu szlachetnego nie da się opisać z punktu widzenia MHS, ponieważ zgodnie z tą metodą wiązania muszą być tworzone przez d- orbitale. Natomiast wzbudzenie atomu Xe ze stanu 5 s 2 5p 6 na 5s 2 5p 5 6s 1 lub 5 s 2 5p 5 5d 1 wymaga 795 lub 963 kJ. mol -1 i wzbudzenie 5 s 2 5p 4 5d 2 i 5 s 2 5p 4 5d 1 6s 1 - 1758 i 1926 kJ mol -1 , co nie jest kompensowane energią tworzenia wiązania.

W ramach MMO strukturę XeF 2 wyjaśnia schemat trzech orbitali - jednego z atomów Xe i dwóch z atomów fluoru:

Tetrafluorek ksenonu jest silnym środkiem utleniającym:

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

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

Po podgrzaniu i hydrolizie fluorki ksenonu są nieproporcjonalne:

2XeF 2 = XeF 4 + Xe

3XeF 4 = 2XeF 6 + Xe

6XeF4 + 12H2O = 2XeO3 + 4Xe + 3O2 + 24HF.

Dla sześciowartościowego fluorku Xe, XeF 6, tlenku XeO 3, oksofluorków XeOF 4 i XeO 2 F 2, wodorotlenku Xe(OH) 6 oraz jonów kompleksowych typu XeO 4 2– i XeO 6 6–.

XeO 3 jest dobrze rozpuszczalny w wodzie i tworzy mocny kwas:

XeO 3 + H 2O' H 2 XeO 4 ® H + + HxeO 4 '.

Sześciofluorek jest bardzo aktywny, reaguje z kwarcem:

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

Pochodne Xe(VI) są silnymi utleniaczami, na przykład:

Xe(OH)6 + 6KI + 6HCl = Xe + 3I2 + 6KCl + 6H2O.

Dla Xe(VIII) dodatkowo znane są XeF 8 , XeO 4 , XeOF 6 , XeO 6 4–.

W normalnych warunkach XeO 4 powoli rozkłada się:

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

Wraz ze wzrostem stopnia utlenienia ksenonu zmniejsza się stabilność związków dwuskładnikowych i podobnych do soli, natomiast zwiększa się stabilność kompleksów anionowych.

Do kryptonu tylko KrF 2 , KrF 4 , niestabilny kwas kryptonowy KrO 3 · H 2 O i jego sól BaKrO 4 .

Hel jest stosowany w procesach niskotemperaturowych do tworzenia atmosfery obojętnej w aparaturze laboratoryjnej, w spawaniu oraz w lampach elektrycznych wypełnionych gazem, neon w rurkach wyładowczych.

Związki gazów szlachetnych są używane jako silne utleniacze. Fluor i ksenon są przechowywane w postaci fluorków ksenonu.

Pytania do samodzielnego zbadania

I. 1) Miejsce wodoru w układzie okresowym.

2) Klasyfikacja związków wodoru.

II. jeden) s - Pierwiastki: stany utlenienia, zmiany promieni i energii jonizacji, właściwości kwasowo-zasadowe i redukujące związków.

2) Połączenia s- elementy:

a) wodorki s- elementy (charakter połączenia, właściwości);

b) związki z tlenem; wodorotlenki.

III. 1) Co decyduje o możliwościach walencyjnych? R-elementy?

2) Jak zmienia się stabilność wyższych i niższych stopni utlenienia w podgrupach wraz ze wzrostem Z?

IV. Analizując zmianę w T pl. tlenki, odpowiedz na pytania:

1) Dlaczego temperatura topnienia gwałtownie wzrasta przy przejściu z CO 2 do SiO 2?

2) Dlaczego PbO 2 jest mniej stabilny termicznie niż inne tlenki podgrupy IVA?

V. Energia wiązania w cząsteczkach wodoru i halogenu charakteryzuje się następującymi wartościami:

1) Co tłumaczy znacznie wyższą energię wiązania w H2?

2) Dlaczego energia wiązania w Г 2 najpierw rośnie wraz z Z, a następnie maleje?

VI. Jak i dlaczego zmieniają się właściwości kwasowo-zasadowe związków beztlenowych (H n E) i zawierających tlen E (OH) n, H n EO m R- elementy w okresie i grupie?

VII. Związki wodoru R- elementy:

1) Komunikacja, cykliczność właściwości, stabilność.

2) Tendencja do tworzenia wiązań H.

3) Cecha wiązania chemicznego w B 2 H 6 (MMO).

VIII. tlenki R- elementy. Komunikacja i właściwości.

IX. Znajomości R- elementy - półprzewodniki.

1) Czynniki określające pasmo wzbronione.

2) Elementarne półprzewodniki i związki o właściwościach półprzewodnikowych. Ich miejsce w układzie okresowym.

X. Związki diamentopodobne. Pozycja tworzących je pierwiastków w układzie okresowym. Komunikacja i właściwości.

XI. 1) Związki gazów szlachetnych i metody ich wytwarzania.

2) Podaj schemat MO dla XeF 2.

3) Napisz równanie reakcji dysproporcjonowania XeF 2 , XeF 4 .