Compușii chimici ai gazelor nobile. Chimia gazelor inerte Compuși ai gazelor inerte

SUBGRUPA VIIIA (HELIUM, NEON, ARGON, KRYPTON, XENON, RADON)

1. Starile de oxidare caracteristice si cei mai importanti compusi. Compușii xenonului sunt de cea mai mare importanță. Se caracterizează prin stări de oxidare +2 (XeF2), +4 (XeF4), +6 (XeF6, XeO3, XeOF4, Ba3XeO6), +8 (Na4XeO6 * 6H2O).

2. Resurse naturale. Gazele nobile se găsesc predominant în atmosferă; conținutul lor este He - 5,24 * 10-4% (volum); Ne-1,8*10-3%; Ar - 0,93%, Kr-3*10-3%, Xe-0,39*10-4%.

Radonul se formează din degradarea radioactivă a radiului și se găsește în urme în mineralele care conțin uraniu, precum și în unele ape naturale. Heliul, care este un produs de descompunere radioactivă a elementelor care emit alfa, se găsește uneori în cantități semnificative în gazele naturale și gazele eliberate din puțurile de petrol. În cantități uriașe, acest element se găsește în Soare și stele. Este al doilea cel mai abundent (după hidrogen) dintre elementele cosmosului.

3. chitanta. Gazele nobile sunt eliberate pe parcurs în timpul redresării aerului lichid pentru a obține oxigen. Argonul se obține și în timpul sintezei NH3 din reziduul nereacționat al amestecului de gaze (N2 cu un amestec de Ar). Heliul este extras din gazul natural prin răcire profundă (CH4 și alte componente ale amestecului de gaze sunt lichefiate, iar He rămâne în stare gazoasă). Ar și He sunt produse în cantități mari, alte gaze nobile se obțin mult mai puțin, sunt scumpe.

4. Proprietăți. Gazele nobile sunt substanțe incolore, gazoase la temperatura camerei. Configurația stratului de electroni exterior al atomilor de heliu 1s2 al elementelor rămase ale subgrupului VIIIA-ns2np8. Completitudinea învelișurilor de electroni explică natura monoatomică a moleculelor de gaze nobile, polarizabilitatea lor foarte scăzută, punctele de topire scăzute, punctele de fierbere și inerția chimică.

Substanțele luate în considerare formează soluții solide între ele la temperaturi scăzute (o excepție este heliul). Compuși clatrați cunoscuți ai gazelor nobile, în care atomii lor sunt închiși în golurile rețelelor cristaline ale diferitelor substanțe. Astfel de compuși - hidrați ai gazelor nobile - formează gheață (cel mai durabil clatrat cu xenon). Compoziția hidraților corespunde formulei 8E*46H2O sau E*5,75H2O. Sunt cunoscuți clatrații cu fenol, de exemplu Xe-3C6H5OH. Clatrații de gaze nobile cu hidrochinonă C6H4(OH)2 sunt foarte puternici. Se obțin prin cristalizarea hidrochinonei la presiunea gazului nobil (4 MPa).Acești clatrați sunt destul de stabili la temperatura camerei. He și Ne nu formează clatrați, deoarece atomii lor sunt prea mici și „scapă” din golurile rețelelor cristaline.

Heliul are caracteristici unice. La 101 kPa, nu cristalizează (aceasta necesită o presiune care depășește 2,5 MPa la T = 1K). În plus, la T \u003d 2,19 K (la presiune normală), trece într-o modificare lichidă la temperatură joasă a He (II), care are caracteristici izbitoare de fierbere calmă, o capacitate uriașă de a conduce căldura și absența vâscozității ( superfluiditatea).Superfluiditatea lui He (II) a fost „a fost descoperită de P. L. Kapitsa (1938) și explicată pe baza conceptelor de mecanică cuantică de L. D. Landau (1941).

5. Conexiuni. Posibilitatea existenței unor compuși ai gazelor nobile (fluoruri Kr și Xe). Compușii de cripton, xenon și radon sunt acum cunoscuți. Compușii criptonilor sunt puțini la număr, există doar pentru ascuțit temperatura. Compușii radonului ar trebui să fie cei mai numeroși și durabili, dar producția și cercetarea lor este împiedicată foarte radioactivitate alfa mare Rn, deoarece radiația distruge substanțele formate de ea. Prin urmare, există puține date despre compușii Rn.

Xenonul - interacționează direct doar cu fluor și unele fluoruri, cum ar fi PtF6. Fluorurile de xenon servesc ca materii prime pentru obținerea celorlalți compuși ai săi.

Când este încălzit cu fluor la presiunea atmosferică, se formează în principal XeF4 (p.t. 135°C). Sub acțiunea unui exces de fluor la o presiune de 6 MPa, se obține XeF6 (p.t. 49 ° C). Acționând asupra unui amestec de Xe cu F2 sau CF4 cu o descărcare electrică sau radiație ultravioletă, XeF2 este sintetizat (p.t. 140 ° C).

Toate fluorurile de xenope reacţionează energic cu apa, supunând fiind hidroliza, care este de obicei însoțită de disproporționare. Hidroliza XeF4 într-un mediu acid are loc conform schemei 3Xe (+4) => Xe ° + 2Xe (+5) și într-un mediu alcalin, după cum urmează:

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

NH3

Structura

Molecula este polară, are forma unei piramide triunghiulare cu un atom de azot în vârf, HNH = 107,3. Atomul de azot este în stare hibrid sp 3; dintre cei patru orbitali hibrizi de azot, trei sunt implicați în formarea legăturilor simple N-H, iar a patra legătură este ocupată de o pereche de electroni singuratică.

Proprietăți fizice

NH 3 este un gaz incolor, mirosul este ascuțit, sufocant, otrăvitor, mai ușor decât aerul.

densitatea aerului \u003d MNH 3 / M aer mediu \u003d 17 / 29 \u003d 0,5862

t╟ fierbe = -33,4C; tpl.= -78C.

Moleculele de amoniac sunt legate prin legături slabe de hidrogen.

Datorită legăturilor de hidrogen, amoniacul are un punct de fierbere relativ ridicat. si tpl., precum si o caldura mare de vaporizare, se comprima usor.

Foarte solubil în apă: 750V NH 3 se dizolvă în 1V H 2 O (la t=20C și p=1 atm).

Solubilitatea bună a amoniacului poate fi observată în următorul experiment. Un balon uscat este umplut cu amoniac și închis cu un dop, în care se introduce un tub cu un capăt tras. Capătul tubului este scufundat în apă și balonul este ușor încălzit. Volumul de gaz crește și puțin amoniac va ieși din tub. Apoi încălzirea este oprită și, din cauza comprimării gazului, puțină apă va intra prin tub în balon. În primele picături de apă, amoniacul se va dizolva, se va crea un vid în balon și apa, sub influența presiunii atmosferice, se va ridica în balon - fântâna va începe să bată.

chitanta

1. Mod industrial

N 2 + 3H 2 \u003d 2NH 3

(p=1000 atm; t= 500C; kat = Fe + aluminosilicați; principiul circulației).

2. Metoda de laborator. Încălzirea sărurilor de amoniu cu alcalii.

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

Amoniacul poate fi colectat numai conform metodei (A), deoarece este mai ușor decât aerul și foarte solubil în apă.

Proprietăți chimice

Formarea unei legături covalente prin mecanismul donor-acceptor.

1. Amoniacul este o bază Lewis. Soluția sa în apă (apa amoniacală, amoniac) are o reacție alcalină (tornesol - albastru; fenolftaleină - zmeură) datorită formării hidroxidului de amoniu.

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

2. Amoniacul reacţionează cu acizii formând săruri de amoniu.

NH3 + HCI = NH4CI

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

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

Amoniac - agent reducător (oxidat la N 2 O sau NO)

1. Descompunere la încălzire

2NH3 = t = N2 + 3H2

2. Arderea în oxigen

a) fără catalizator

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

b) oxidare catalitică (kat = Pt)

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

3. Recuperarea oxizilor unor metale

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

Pe lângă NH3, sunt cunoscuți alți doi compuși hidrogen ai azotului - hidrazina N2H4și acid hidronitros HN3(mai sunt câțiva compuși ai azotului cu hidrogen, dar nu sunt foarte stabili și practic nu sunt utilizați)

Hidrazina se obține prin oxidarea amoniacului în soluție apoasă cu hipoclorit de sodiu (metoda Raschig):

2NH3+NaOCl -> N2H3 + NaCI + H2O

Hidrazină - lichid, p.t. 2°C, pf. 114°C cu un miros asemănător NH3. Otrăvitor, exploziv. Adesea, nu se folosește hidrazina anhidră, ci hidrazina - hidrat N2H4-H2O, deci pl. - „52 ° C, bp 119 ° C. Molecula de N2H4 constă din două grupe NH2,

Datorită prezenței a două perechi singure la atomii de N, hidrazina este capabilă să adauge ioni de hidrogen; Compușii de hidrazoniu se formează cu ușurință: hidroxid N2H5OH, clorura N2H5Cl, hidrosulfat N2H5HSO4 etc. Uneori formulele lor se scriu N2H4-H2O, N2H4-HC1, N2H4-H2S04 etc și se numesc hidrazină hidrat, clorhidrat, hidrazină hidrazină etc. e. Majoritatea sărurilor de hidrazoniu sunt solubile în apă.

Să comparăm rezistența bazei formate într-o soluție apoasă de NH3, NH2OH și N2H4.

În ceea ce privește stabilitatea, N2H4 este semnificativ inferior față de NНз, deoarece legătura N-N nu este foarte puternică. Hidrazina arde în aer:

N2H4 (l) + O2 (g) = n2 (g) + 2H20 (g);

În soluții, hidrazina este de obicei oxidată la N2. Hidrazina poate fi redusă (la NH3) numai cu agenți reducători puternici, de exemplu, Sn2+, Ti3+, Zn:

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

Acidul azot HN3 se obţine prin acţiunea H2SO4 asupra NaNs azidei de sodiu, care se sintetizează prin reacţie;

2NaNH2 + N2O -> NaNa + NaOH + NHa

HN3 - lichid, p.t. -80 °C, bp 37 ° C, cu un miros înțepător. Explodează foarte ușor cu mare forță, soluțiile sale apoase diluate nu sunt explozive.

De asemenea, puteți reprezenta structura HN3 prin suprapunerea schemelor de valență

H-N=N=N și h-n-n=n°!

HN3 este un acid slab (K = 10-5). Sărurile de HN3-azide sunt de obicei foarte explozive (numai azidele metalelor alcaline sunt neexplozive, cu excepția LiN3).

Tsaregorodtsev Alexandru

Compușii gazelor nobile sunt unul dintre cele mai interesante subiecte din chimia organică și anorganică, descoperirea proprietăților compușilor lor a dat peste cap ideea tuturor oamenilor de știință ai secolului al XX-lea, deoarece la acea vreme existența unor astfel de substanțele era considerată imposibilă, iar acum este percepută ca ceva normal, atunci, ceea ce a fost deja explicat.

Xenonul este un gaz nobil care este cel mai ușor de format legături cu alte substanțe chimice. Omenirea și-a valorificat compușii și aceștia sunt deja aplicați în viața noastră.

Lucrarea prezentată poate trezi interesul publicului larg în această temă.

Descarca:

Previzualizare:

Instituția de Învățământ General Autonomă Municipală

„Școala Gimnazială Nr.5 cu studiu aprofundat de chimie și biologie”

Lucrări de cercetare educațională în cadrul

V lecturi Mendeleev

Subiect: Compuși ai gazelor nobile

Completat de: Tsaregorodtsev
Alexandru, elev în clasa a IX-a

Conducător: Grigorieva

Natalya Gennadievna, profesoară de chimie

Staraya Russa

2017

Introducere

Gazele inerte sunt nemetale care sunt în grupa VIII-a. Au fost descoperite la sfârșitul secolului al XIX-lea și au fost considerate de prisos în Tabelul Periodic, dar gazele nobile și-au luat locul în acesta.
Datorită ultimului nivel de energie umplut, multă vreme s-a crezut că aceste substanțe nu pot forma legături, deoarece. iar după descoperirea compușilor lor moleculari, mulți oameni de știință au fost șocați și nu le-a venit să creadă, pentru că nu a cedat legilor chimiei care existau în acel moment.
Încercările nereușite de a forma compuși ai gazelor nobile au afectat negativ entuziasmul oamenilor de știință, dar acest lucru nu a împiedicat dezvoltarea acestei industrii.
Voi încerca să trezesc interesul celor prezenți în publicul căruia îi prezint lucrarea.

Scopul muncii mele: pentru a studia istoria creării și proprietăților compușilor anorganici de xenon.

Sarcini :

1. Familiarizați-vă cu istoria producției de compuși ai gazelor nobile
2. Familiarizați-vă cu proprietățile compușilor fluor și oxigen
3. Comunicați studenților rezultatele muncii mele

Referință istorică

Xenonul a fost descoperit în 1898, iar imediat câțiva ani mai târziu, s-au obținut hidrații săi, precum și xenon și kripton, toate numite clatrați.
În 1916, Kessel, pe baza valorilor gradelor de ionizare a gazelor inerte, a prezis formarea compușilor lor chimici direcți.
Majoritatea oamenilor de știință din primul sfert al secolului al XX-lea credeau că gazele nobile se află în grupa zero a sistemului periodic și au o valență de 0, dar în 1924 A. von Antropov, contrar opiniilor altor chimiști, a atribuit aceste elemente la al optulea grup, din care a rezultat că cea mai mare valență în compușii lor - 8. El a prezis, de asemenea, că ar trebui să formeze legături cu halogenii, adică nemetale din grupa VII-a.
În 1933, Pauling a prezis formulele pentru posibilii compuși ai criptonului și xenonului: cripton stabil și hexafluorură de xenon (KrF 6 și XeF 6 ), octafluorură instabilă de xenon (XeF 8 ) și acid xenon (H 4 Xeo 6 ). În același an, G. Oddo a încercat să sintetizeze xenonul și fluorul prin trecerea unui curent electric, dar nu a putut curăța substanța rezultată de produsele de coroziune ai vasului în care s-a desfășurat această reacție. Din acel moment, oamenii de știință și-au pierdut interesul pentru acest subiect și, până în anii 60, aproape nimeni nu a fost implicat în asta.
Dovezile directe că compușii de gaze nobile sunt posibili au venit din sinteza savantului britanic Neil Bartlett a hexafluorplatinatului de dioxigenil (O 2). Hexafluorura de platină are o capacitate de oxidare a văduvei mai mare decât cea a fluorului. Pe 23 martie 1962, Neil Bartlett a sintetizat xenon și hexafluorură de platină și a obținut ceea ce își dorea: primul compus de gaz nobil existent, solidul galben Xe. După aceea, toate forțele oamenilor de știință din acea vreme au fost aruncate în crearea compușilor cu fluorură de xenon.

Compuși de fluorură de xenon și proprietățile lor

Primul compus molecular a fost hexafluoridplatinatul de xenon cu formula XePtF 6 . Este un solid, galben la exterior și roșu cărămidă la interior; când este încălzit la 115°C, devine sticlos la aspect, când este încălzit la 165°C, începe să se descompună odată cu eliberarea de XeF 4 .

De asemenea, poate fi obținut prin reacția xenonului și peroxidului de fluor:

Și, de asemenea, în timpul interacțiunii dintre xenon și fluorură de oxigen la temperatură și presiune ridicată:

XeF2 sunt cristale incolore, solubile în apă. În soluție, prezintă proprietăți oxidante foarte puternice, dar nu depășesc capacitatea fluorului. Cea mai puternică legătură.

1. Când interacționează cu alcalii, xenonul este restaurat:

2. Puteți restabili xenonul din această fluorură interacționând cu hidrogenul:

3. Când difluorura de xenon este sublimată, se obține tetrafluorura de xenon și xenonul însuși:

Fluorura de xenon(IV) XeF4a fost obținut în același mod ca și difluorura, dar la o temperatură de 400 ° C:

XEF 4 - Acestea sunt cristale albe, este un oxidant puternic. Despre proprietățile acestei substanțe se pot spune următoarele.

1. Este un agent puternic de fluorurare, adică atunci când interacționează cu alte substanțe, este capabil să le transfere molecule de fluor:

2. Când interacționează cu apa, tetrafluorura de xenon formează oxid de xenon (III):

3. Recuperat la xenon atunci când interacționează cu hidrogenul:

XeF fluorură de xenon(VI). 6 format la temperatură și mai mare și la presiune ridicată:

XEF 6 sunt cristale verzui pal, având și proprietăți oxidante puternice.

1. Ca și fluorura de xenon (IV), este un agent de fluorurare:

2. Hidroliza formează acid xenonic

Compușii oxigenați ai xenonului și proprietățile lor
Xenon(III) oxid XeO 3 - este o substanta alba, nevolatila, exploziva, foarte solubila in apa. Se obține prin hidroliza fluorurii de xenon (IV):

1. Sub acțiunea ozonului asupra unei soluții alcaline, formează o sare a acidului xenonic, în care xenonul are o stare de oxidare de +8:

2. Când sarea de xenon interacționează cu acidul sulfuric concentrat, se formeazăoxid de xenon (IV):

Xeo 4 - la temperaturi sub -36 ° C, cristale galbene, la temperaturi peste - un gaz exploziv incolor, care se descompune la o temperatură de 0 ° C:

Ca urmare, se dovedește că fluorurile de xenon sunt cristale albe sau incolore care se dizolvă în apă, au proprietăți oxidante puternice și activitate chimică, iar oxizii eliberează ușor energie termică și, ca urmare, sunt explozivi.

Aplicație și potențial

Datorită proprietăților lor, compușii xenon pot fi utilizați:

Pentru producția de combustibil pentru rachete
Pentru producerea de medicamente și echipamente medicale
Pentru producerea de explozivi
Ca agenți oxidanți puternici în chimia organică și anorganică
Ca modalitate de a transporta fluor reactiv

Concluzie

Xenonul este un gaz nobil care este cel mai ușor de format legături cu alte substanțe chimice. Omenirea și-a valorificat compușii și aceștia sunt deja aplicați în viața noastră.

Consider că am atins pe deplin scopul cercetării mele: am dezvăluit subiectul cât mai precis posibil, conținutul lucrării este pe deplin în concordanță cu tema sa, istoria creării și proprietățile compușilor anorganici de xenon a fost studiată.

Bibliografie

1. Kuzmenko N.E. „Un curs scurt de chimie. Un ghid pentru solicitanții la universități ”/ / Editura Școlii Superioare, 2002, p. 267

2. Pușlenkov M.F. „Compuși de gaze nobile”//Atomizdat, 1965

3. Fremantle M. „Chimia în acțiune” Partea 2 // Editura Mir, 1998, p. 290-291

4. Resurse de 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

Previzualizare:

Pentru a utiliza previzualizarea prezentărilor, creați un cont Google (cont) și conectați-vă: https://accounts.google.com

Subtitrările diapozitivelor:

Compuși cu fluor și oxigen ai gazelor nobile. Compuși cu xenon Completat de: Tsaregorodtsev Alexander, elev în clasa a IX-a, școala gimnazială nr. 5 Șef: Natalya Gennadievna Grigorieva, profesor de chimie

Introducere Gazele inerte sunt nemetale care se află în grupa VIII - a. Au fost descoperite la sfârșitul secolului al XIX-lea și au fost considerate de prisos în Tabelul Periodic, dar gazele nobile și-au luat locul în acesta. Datorită ultimului nivel de energie umplut, multă vreme s-a crezut că aceste substanțe nu pot forma legături, iar după descoperirea compușilor lor moleculari, mulți oameni de știință au fost șocați și nu le-a venit să creadă acest lucru, deoarece nu a cedat legilor. de chimie care exista la acea vreme. Încercările nereușite de a forma compuși ai gazelor nobile au afectat negativ entuziasmul oamenilor de știință, dar acest lucru nu a împiedicat dezvoltarea acestei industrii. Voi încerca să trezesc interesul celor prezenți în publicul căruia îi prezint lucrarea.

Scopuri și obiective Scopul lucrării: studierea istoriei creării și proprietăților compușilor anorganici de xenon. Obiective: 1. Faceți cunoștință cu istoria obținerii de compuși ai gazelor nobile 2. Înțelegeți de ce este posibilă formarea acestor compuși 3. Familiarizați-vă cu proprietățile compușilor fluorului și oxigenului 4. Comunicați colegilor rezultatele muncii mele

Istoria creației Toate încercările de a obține acești compuși nu au avut succes, oamenii de știință nu puteau decât să ghicească cum ar arăta formulele și proprietățile lor aproximative. Cel mai productiv chimist din acest domeniu a fost Neil Bartlett. Meritul său principal este prepararea de xenon hexafluoroplatinat Xe [PtF 6 ].

Fluoruri de xenon Fluorura de xenon (II) Fluorura de xenon (IV) Fluorura de xenon (VI)

Oxizi de xenon Oxid de xenon (VI) Oxid de xenon (VIII) EXPLOZIV!!!

Utilizarea compușilor xenonului Pentru producerea de combustibil pentru rachete Pentru crearea de medicamente și echipamente medicale Pentru producerea de explozivi Ca metodă de transport a fluorului Ca agenți oxidanți în chimia organică și anorganică

Concluzie Compușii gazelor nobile sunt unul dintre cele mai interesante subiecte din chimia organică și anorganică, descoperirea proprietăților compușilor lor a dat peste cap viziunea tuturor oamenilor de știință ai secolului al XX-lea, deoarece la acea vreme existența unor astfel de substanțe era considerată. imposibil, iar acum este perceput ca ceva normal, atunci care a fost deja explicat.

Vă mulțumim pentru atenție!

Anul era 1896. Prima etapă a experimentelor tocmai fusese finalizată în laboratoarele lui Ramsay și ale adepților săi, anunțând inactivitatea chimică completă a argonului și heliului. Pe acest fond, raportul fizicianului francez Villar despre compusul cristalin de argon cu apă din compoziția Ar · 6H2O obținută de el, asemănător cu zăpada comprimată, suna ca o disonanță ascuțită. Mai mult, a fost obținut foarte simplu și în condiții neașteptate: Villard comprimat puternic peste gheață la temperaturi moderat scăzute.

În general, un hidrat de clor similar Cl2 6H2O, obţinut în condiţii similare, a fost raportat încă de la începutul secolului al XIX-lea; mai târziu s-au cunoscut hidraţii unui număr mare de gaze şi substanţe uşor volatile. Dar erau unele obișnuite pentru un chimist, dar aici era vorba despre un compus de argon inert! Mesajul lui Villard părea neplauzibil și pur și simplu a fost dat deoparte; nici măcar nu erau vânători care să-l verifice.

Ei și-au amintit de descoperirea lui Villar 29 de ani mai târziu, când R. Farkran a raportat despre hexahidrații de cripton și xenon obținuți de el atunci când aceste gaze au intrat în contact cu gheața sub presiune. Zece ani mai târziu, B. A. Nikitin a obținut hexahidrați din toate - cu excepția - gazelor inerte, iar apoi compuși formați dintr-un atom de gaz inert și trei (în cazul radonului - două) molecule de fenol, toluen sau n-clorofenol. Mai târziu, compuși cuβ -hidrochinonă, precum și compuși ternari ai criptonului sau xenonului, șaptesprezece molecule de apă și o moleculă de acetonă, cloroform sau tetraclorură de carbon. Structura acestor compuși a fost stabilită abia în anii 1940. Până în acest moment, un număr mare de așa-numiți compuși de incluziune fusese deja identificați; ei ocupă o poziție intermediară între Compușii cu adevărat chimici și soluțiile solide interstițiale.

S-a dovedit că cei de mai sus sunt compuși de clatrat - un fel de compuși de incluziune „rețea”. Numele lor provine din latinescul clatratus, care înseamnă închis, închis. Clatrații se formează după cum urmează: o moleculă neutră a unui gaz inert (o altă moleculă îi poate lua locul, de exemplu, Cl2, H2S, SO2, CO2, CH4) este strâns înconjurată, ca și cum ar fi luată în clește de molecule polare - apă, fenol , hidrochinonă etc., care sunt legate între ele prin legături de hidrogen. Clatrații apar în acele cazuri când, în timpul cristalizării unui solvent, moleculele acestuia formează structuri ajurate cu goluri capabile să conțină molecule străine. Principala condiție necesară pentru existența unui compus clatrat stabil este cea mai completă coincidență a dimensiunilor spațiale ale cavității formate între moleculele „gazdă” aderente și dimensiunile moleculei „oaspete” care a pătruns în cavitate.

Dacă „oaspetele” este mic (să zicem, o moleculă de neon), este dificil de fixat în cavitate și neapărat cu ajutorul temperaturii scăzute și a presiunii ridicate, care împiedică scăparea „oaspeților” și contribuie adesea la compresie. a cavitatii. De asemenea, este dificil pentru o moleculă prea voluminoasă; în acest caz, este necesară și o presiune crescută pentru a o „împinge” în cavitate.

Formal, clatrații pot fi atribuiți compușilor chimici, deoarece majoritatea au o compoziție strict constantă. Dar aceștia sunt compuși de tip molecular, care apar din cauza forțelor van der Waals de contracție a moleculelor. este absent în clatrați, deoarece în timpul formării lor nu există pereche de electroni de valență și redistribuirea spațială corespunzătoare a densității electronilor în moleculă.

Forțele van der Waals în sine sunt foarte mici, dar energia de legare într-o moleculă de clatrat se poate dovedi a nu fi atât de mică (de ordinul a 5-10 kcal/mol) din cauza apropierii apropiate a moleculei incluse de molecule. dintre care includ, deoarece forțele van der Waals cresc brusc pe măsură ce moleculele se apropie unele de altele, B În general, clatrații sunt compuși cu rezistență scăzută; când sunt încălzite și dizolvate, se descompun rapid în componentele lor constitutive.

O contribuție majoră la studiul clatraților de gaz inert a fost adusă de chimistul sovietic B. A. Nikitin. În perioada 1936-1952. el a sintetizat și studiat acești compuși, ghidându-se după principiul lui V. G. Khlopin despre co-cristalizarea izomorfă a moleculelor asemănătoare ca mărime și structură. Nikitin a descoperit că la temperaturi scăzute formează cristale izomorfe cu hidruri volatile - hidrogen sulfurat, halogenură de hidrogen, metan, precum și cu sulf și dioxid de carbon. Nikitin a descoperit că clatrații gazelor inerte sunt cu atât mai stabili și mai ușor de format, cu atât greutatea lor moleculară este mai mare. Acest lucru este în concordanță cu regularitatea generală a acțiunii forțelor van der Waals. Hidratul de radon (dacă ignorăm degradarea radioactivă rapidă a radonului) este mult mai stabil decât hidratul de neon, iar fenolații sunt mai puternici decât hidrații corespunzători. De aceea, hidrații deuterati sunt mai puternici decât cei obișnuiți.

Dacă experimentatorii ar avea la dispoziție cantități semnificative de radon, ar fi posibil să se observe formarea instantanee a unui precipitat de Rn(H2O)6 la trecerea radonului peste gheață la presiune obișnuită. Pentru a obține hidrat de xenon la 0°, este suficient să aplicați o presiune ceva mai mare decât presiunea atmosferică. Cu astatemperatura trebuie să fie comprimată la 14,5, la 150 și aproape la 300 at. Se poate aștepta ca hidratul de heliu să poată fi obținut sub o presiune de câteva mii de atmosfere.

Clatrații pot fi utilizați ca forme convenabile pentru stocarea gazelor inerte, precum și pentru separarea acestora. După ce a supus dioxidului de sulf hidrat la recristalizare într-o atmosferă dintr-un amestec de gaze inerte, Nikitin a găsit tot ceea ce nu se descompune în precipitat, care era un amestec izomorf de SO2 6H2O și Rn 6H2O; aceleași și s-au păstrat în fază gazoasă. Într-un mod similar, argonul poate fi aproape complet precipitat și separat de gazele de neon și heliu rămase.

Cu ajutorul clatraților de gaz inert este posibilă rezolvarea unor probleme de cercetare. Acestea includ, de exemplu, identificarea naturii conexiunii în compusul studiat. Dacă formează cristale amestecate cu un gaz inert greu, atunci ar trebui să fie atribuit tipului molecular (compus de includere); opusul indică prezența unei conexiuni de alt tip.

Subgrupul principal al celui de-al optulea grup al sistemului periodic este gazele nobile - heliu, neon, argon, cripton, xenon și radon. Aceste elemente se caracterizează printr-o activitate chimică foarte scăzută, ceea ce a dat motive să le numim gaze nobile sau inerte. Ele formează doar cu dificultate compuși cu alte elemente sau substanțe; nu s-au obținut compuși chimici ai heliului, neonului și argonului. Atomii gazelor nobile nu sunt combinați în molecule, cu alte cuvinte, moleculele lor sunt monoatomice.

Gazele nobile completează fiecare perioadă a sistemului de elemente. Pe lângă heliu, toți au opt electroni în stratul exterior de electroni al atomului, formând un sistem foarte stabil. Învelișul de electroni a heliului, care constă din doi electroni, este, de asemenea, stabil. Prin urmare, atomii de gaz nobili sunt caracterizați prin energii mari de ionizare și, de regulă, energii cu afinitate electronică negativă.

În tabel. 38 prezintă unele dintre proprietățile gazelor nobile, precum și conținutul acestora în aer. Se poate observa că temperaturile de lichefiere și solidificare ale gazelor nobile sunt cu atât mai mici, cu atât masele lor atomice sau numerele de serie sunt mai mici: cea mai scăzută temperatură de lichefiere pentru heliu, cea mai mare pentru radon.

Tabelul 38. Câteva proprietăți ale gazelor nobile și conținutul lor în aer

Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, se credea că aerul era format doar din oxigen și azot. Dar în 1894, fizicianul englez J. Rayleigh a descoperit că densitatea azotului obținut din aer (1,2572 ) este oarecum mai mare decât densitatea azotului obținut din compușii săi (1,2505 ). Profesorul de chimie W. Ramsay a sugerat că diferența de densitate este cauzată de prezența unui amestec de gaz mai greu în azotul atmosferic. Prin legarea azotului cu magneziu încins (Ramsay) sau făcându-l să se combine cu oxigenul (Rayleigh) printr-o descărcare electrică, ambii oameni de știință au izolat cantități mici de gaz inert chimic din azotul atmosferic. Astfel, a fost descoperit un element necunoscut până atunci, numit argon. În urma argonului, au fost izolate heliu, neon, cripton și xenon, conținute în aer în cantități neglijabile. Ultimul element al subgrupului - radonul - a fost descoperit în studiul transformărilor radioactive.

De menționat că existența gazelor nobile a fost prezisă încă din 1883, adică cu 11 ani înainte de descoperirea argonului, de către omul de știință rus II A. Morozov (1854-1946), care a fost închis în 1882 pentru participarea la mișcarea revoluționară. de către guvernul țarist către cetatea Shlisselburg. N. A. Morozov a determinat corect locul gazelor nobile în sistemul periodic, a prezentat idei despre structura complexă a atomului, despre posibilitatea sintetizării elementelor și utilizarea energiei intra-atomice. N. A. Morozov a fost eliberat din închisoare în 1905, iar previziunea sa remarcabilă a devenit cunoscută abia în 1907, după publicarea cărții sale Sisteme periodice ale structurii materiei, scrisă în izolare.

În 1926, N. A. Morozov a fost ales membru de onoare al Academiei de Științe a URSS.

Multă vreme s-a crezut că atomii gazelor nobile erau în general incapabili să formeze legături chimice cu atomii altor elemente. Au fost cunoscuți doar compuși moleculari relativ instabili ai gazelor nobile - de exemplu, hidrați, formați prin acțiunea gazelor nobile comprimate asupra apei suprarăcite în cristalizare. Acești hidrați aparțin tipului de clatrat (vezi § 72); legăturile de valență nu apar în formarea unor astfel de compuși.

Formarea clatraților cu apă este favorizată de prezența a numeroase cavități în structura cristalină a gheții (vezi § 70).

Cu toate acestea, în ultimele decenii s-a stabilit că criptonul, xenonul și radonul sunt capabile să se combine cu alte elemente și, mai ales, cu fluorul. Deci, prin interacțiunea directă a gazelor nobile cu fluorul (atunci când este încălzit sau într-o descărcare electrică), se obțin fluoruri și. Toate sunt cristale care sunt stabile în condiții normale. Derivații de xenon s-au obținut și în grad de oxidare - hexafluorură, trioxid, hidroxid. Ultimii doi compuși prezintă proprietăți acide; deci, reacționând cu alcalii, formează săruri ale acidului xenonic, de exemplu:.

Gazele nobile au o configurație electronică de n s 2n p 6 (pentru heliu 1 s 2) și constituie subgrupul VIIIA. Pe măsură ce numărul atomic crește, razele atomice și polarizabilitatea lor cresc. Aceasta duce la o creștere a interacțiunilor intermoleculare, la o creștere a punctelor de topire și de fierbere, la o creștere a solubilității gazelor în apă și alți solvenți. Pentru gazele nobile, sunt cunoscute următoarele grupe de compuși: ioni moleculari, compuși de incluziune și compuși de valență.

Molecula de gaz nobil E 2 nu poate exista - (s) 2 (s *) 2. Dar dacă un electron este îndepărtat, atunci umplerea orbitalului superior de slăbire este doar jumătate - (s) 2 (s *) 1 este baza energetică a existenței ionii moleculari gaze nobile E 2 + .

Compuși de incluziune sau clatrați, sunt cunoscute numai în stare solidă. În seria He – Rn, stabilitatea clatraților crește. De exemplu, hidraţii de tip E. 6H 2 O se formează la presiuni mari şi temperaturi scăzute. La 0 0 С hidrații Xe, Kr, Ar și Ne sunt stabili la presiuni de ~1,1, respectiv. 10 5 , 1,5 . 106, 1.5. 107, 3. 10 7 Pa. Compușii clatrați sunt utilizați pentru separarea și stocarea gazelor nobile. Kr și Xe se obțin prin distilarea aerului lichid.

Compuși cu legături de valență E(II), E(IV), E(VI), E(VIII) sunt bine studiate pe exemplul fluorurilor Kr și Xe obținute conform schemei:

Legăturile chimice în compușii gazelor nobile nu pot fi descrise din punctul de vedere al MHS, deoarece, conform acestei metode, legăturile trebuie formate prin d- orbitali. Cu toate acestea, excitarea atomului Xe din starea 5 s 2 5p 6 în 5s 2 5p 5 6s 1 sau 5 s 2 5p 5 5d 1 necesită 795 sau 963 kJ. mol –1 și excitație 5 s 2 5p 4 5d 2 și 5 s 2 5p 4 5d 1 6s 1 - 1758 și 1926 kJ mol -1 , care nu este compensată de energia de formare a legăturilor.

În cadrul MMO, structura XeF 2 este explicată printr-o schemă de trei orbitali - unul de la Xe și doi de la atomi de fluor:

Tetrafluorura de xenon este un agent oxidant puternic:

Pt + XeF4 + 2HF = H2 + Xe,

4KI + XeF4 = Xe + 2I2 + 4KF.

Când sunt încălzite și hidrolizate, fluorurile de xenon sunt disproporționate:

2XeF 2 = XeF 4 + Xe

3XeF 4 = 2XeF 6 + Xe

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

Pentru Xe hexavalent, fluorura XeF6, oxidul XeO3, oxofluorurile XeOF4 și XeO2F2, hidroxidul Xe(OH)6 și ioni complecși de tip XeO42– și XeO66– sunt cunoscuți.

XeO 3 este foarte solubil în apă și formează un acid puternic:

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

Hexafluorura este foarte activă, reacționează cu cuarțul:

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

Derivații Xe(VI) sunt agenți oxidanți puternici, de exemplu:

Xe(OH)6 + 6KI + 6HCI = Xe + 3I2 + 6KCI + 6H2O.

Pentru Xe(VIII), în plus, sunt cunoscute XeF8, XeO4, XeOF6, XeO64–.

În condiții normale, XeO 4 se descompune încet:

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

Pe măsură ce starea de oxidare a xenonului crește, stabilitatea compușilor binari și asemănători sării scade, în timp ce cea a complecșilor anionici crește.

Pentru cripton, numai KrF 2 , KrF 4 , acid criptonic instabil KrO 3 · H2O şi sarea sa BaKrO4.

Heliul este utilizat în procese la temperatură scăzută pentru a crea o atmosferă inertă în aparatele de laborator, în sudură și în lămpile electrice umplute cu gaz, neonul în tuburile cu descărcare în gaz.

Compușii gazelor nobile sunt utilizați ca agenți puternici de oxidare. Fluorul și xenonul sunt stocate sub formă de fluoruri de xenon.

Întrebări pentru autoexaminare

I. 1) Locul hidrogenului în sistemul periodic.

2) Clasificarea compușilor cu hidrogen.

II. unu) s - Elemente: stări de oxidare, modificări ale razelor și energiilor de ionizare, proprietăți acido-bazice și reducătoare ale compușilor.

2) Conexiuni s- elemente:

a) hidruri s- elemente (natura conexiunii, proprietăți);

b) compuşi cu oxigen; hidroxizi.

III. 1) Ce determină posibilitățile de valență R-elemente?

2) Cum se modifică stabilitatea stărilor de oxidare superioare și inferioare în subgrupuri odată cu creșterea Z?

IV. Analizând modificarea T pl. oxizi, răspundeți la următoarele întrebări:

1) De ce punctul de topire crește brusc când trece de la CO 2 la SiO 2?

2) De ce este PbO 2 mai puțin stabil din punct de vedere termic decât alți oxizi din subgrupul IVA?

V. Energia de legare în moleculele de hidrogen și halogen se caracterizează prin următoarele valori:

1) Ce explică energia de legare semnificativ mai mare în H2?

2) De ce energia de legare din Г 2 crește mai întâi cu Z și apoi scade?

VI. Cum și de ce se modifică proprietățile acido-bazice ale compușilor fără oxigen (H n E) și care conțin oxigen E (OH) n, H n EO m R- elemente din perioada si grupa?

VII. Compuși cu hidrogen R- elemente:

1) Comunicare, periodicitatea proprietăților, stabilitate.

2) Tendința de a forma legături H.

3) Caracteristica legăturii chimice în B 2 H 6 (MMO).

VIII. oxizi R- elemente. Comunicare și proprietăți.

IX. Conexiuni R- elemente - semiconductori.

1) Factorii care determină band gap.

2) Semiconductori elementari și compuși cu proprietăți semiconductoare. Locul lor în tabelul periodic.

X. Compuși asemănătoare diamantului. Poziția elementelor care le formează în sistemul periodic. Comunicare și proprietăți.

XI. 1) Compuși ai gazelor nobile și metode de producere a acestora.

2) Dați schema MO pentru XeF 2.

3) Scrieți ecuația pentru reacția de disproporționare XeF 2 , XeF 4 .