Хімічні сполуки благородних газів. Хімія інертних газів З'єднання інертних газів

ПІДГРУПА VIIIA (ГЕЛІЙ, НЕОН, АРГОН, КРИПТОН, КСЕНОН, РАДОН)

1. Характерні ступені окислення та найважливіші сполуки. Найбільше значення мають сполуки ксенону. Він характерні ступеня окислення +2 (XeF2), +4 (XeF4), +6 (XeF6, ХеО3, XeOF4, Ва3ХеО6), +8 (Nа4ХеО6*6Н2О).

2. Природні ресурси.Шляхетні гази перебувають переважно у атмосфері; їх вміст становить Не - 5,24 * 10-4% (про); Ne-1,8 * 10-3%; Ар - 0,93%, Кr-3 * 10-3%, Хе-0,39 * 10-4%.

Радон утворюється при радіоактивному розпаді радію і в нікчемних кількостях зустрічається в мінералах, що містять уран, а також в деяких природних водах. Гелій, що є продуктом радіоактивного розпаду альфа-випромінюючих елементів, іноді в помітній кількості міститься в природному газі та газі, що виділяється з нафтових свердловин. У величезних кількостях цей елемент знаходиться на Сонці та зірках. Це другий за поширеністю (після водню) із елементів космосу.

3. Отримання.Шляхетні гази виділяють при ректифікації рідкого повітря з метою отримання кисню. Аргон отримують також при синтезі NН3 з непрореагував залишку газової суміші (N2 з домішкою Аr). Гелій вилучають із природного газу глибоким охолодженням (СН4 та інші компоненти газової суміші зріджуються, а Не залишається в газоподібному стані). У великій кількості виробляють Ар і Не, інших благородних газів одержують значно менше, вони дорогі.

4. Властивості.Шляхетні гази - безбарвні, газоподібні за кімнатної температури речовини. Зміна зовнішнього електричного шару атомів гелію 1s2 інших елементів підгрупи VIIIA-ns2np8. Завершеністю електронних оболонок пояснюється одноатомність молекул благородних газів, дуже мала їхня поляризуемість, низькі т. пл., т. кіп., і хімічна інертність.

Розглянуті речовини за низької температури утворюють один з одним тверді розчини (винятком є ​​гелій). Відомі клатратні сполуки благородних газів, у яких їхні атоми укладені в порожнечі кристалічних ґрат різних речовин. Такі сполуки - гідрати благородних газів - утворює лід (найбільш міцний клатрат із ксеноном). Склад гідратів відповідає формулі 8Е*46Н2О, або Е*5,75Н2О. Відомі клатрати з фенолом, наприклад, Хе-ЗС6Н5ОН. Дуже міцні клатрати благородних газів із гідрохіноном С6Н4(ОН)2. Їх отримують кристалізуючи гідрохінон під тиском благородного газу (4 МПа) Ці клатрати цілком стабільні при кімнатній температурі. Не і Ne не утворюють клатратів, тому що їх атоми дуже малі і «вислизають» з порожнин кристалічних ґрат.

Гелій має унікальні особливості. При 101 кПа він не кристалізується (для цього потрібний тиск, що перевищує 2,5 МПа при Т = 1К). Крім того, при Т = 2,19 К (при нормальному тиску) він переходить у низькотемпературну рідку модифікацію Не (II), що має вражаючі особливості "спокійним кипінням, величезною здатністю проводити теплоту і відсутністю в'язкості (надплинністю). Надплинність Не (II) була відкрита П. Л Капіцей (1938 р.) і пояснена на основі квантово-механічних уявлень Л. Д. Ландау (1941 р.).

5. З'єднання.Можливість існування сполук благородних газів (фторидів Кг та Хе). Зараз відомі сполуки криптону, ксенону та радону. З'єднання криптону нечисленні, вони існують тільки за умови спокоютемпературі. З'єднання радону повинні бути найбільш численні та міцні, але їх одержанню та дослідженню заважає дужевисока альфа-радіоактивність Rn, так як випромінювання руйнує речовини, що утворюються ним. Тому даних про сполуки Rn мало.

Ксенон безпосередньо взаємодіє тільки з фтором і деякими фторидами, наприклад PtF6. Фториди ксенону є вихідними речовинами для отримання інших його сполук.

При нагріванні з фтором при атмосферному тиску утворюються переважно ХеF4 (т. пл. 135°С). При дії надлишку фтору тиск 6 МПа виходить XeF6 (т. пл. 49 ° С). Діючи па Суміш Хе з F2 або CF4 електричним розрядом або ультрафіолетовим випромінюванням синтезують XeF2 (т. пл. 140 °С).

Усефториди ксенопа енергійно реагують з водою. сягідролізу, який зазвичай супроводжується диспропорцнонуванням. Гідроліз XeF4 у кислому середовищі відбувається за схемою 3Хе(+4) => Хе°+2Хе(+5) а в лужному середовищі так:

ZXе(+4) =>.Хе0+Xe(+8)

NH 3

Будова

Молекула полярна має форму трикутної піраміди з атомом азоту у вершині, HNH = 107,3. Атом азоту знаходиться у sp 3 - гібридному стані; з чотирьох гібридних орбіталей азоту три беруть участь у освіті одинарних зв'язків N-H, а четвертий зв'язок зайнятий неподіленою електронною парою.

Фізичні властивості

NH 3 - безбарвний газ, запах різкий, задушливий, отруйний, легший за повітря.

щільність повітря = MNH 3 / M порівн. повітря = 17 / 29 = 0,5862

t╟ кіп.= -33,4C; tпл. = -78C.

Молекули аміаку пов'язані слабкими водневими зв'язками

Завдяки водневим зв'язкам, аміак має порівняно високі tкіп. і tпл., а також високу теплоту випаровування він легко стискається.

Добре розчинний у воді: у 1V Н 2 O розчиняється 750V NH 3 (при t=20C та p=1 атм).

У добрій розчинності аміаку можна переконатися на наступному досвіді. Суху колбу наповнюють аміаком і закривають пробкою, у яку вставлена ​​трубка з відтягнутим кінцем. Кінець трубки опускають у воду та колбу трохи підігрівають. Об'єм газу збільшується, і трохи аміаку вийде із трубки. Потім нагрівання припиняють і, внаслідок стиснення газу, деяка кількість води увійде через трубку в колбу. У перших краплях води аміак розчиниться, в колбі створиться вакуум і вода, під впливом атмосферного тиску буде підніматися в колбу, - почне "бити фонтан".

Отримання

1. Промисловий метод

N 2 + 3H 2 = 2NH 3

(p = 1000 атм; t = 500C; kat = Fe + алюмосилікати; принцип циркуляції).

2. Лабораторний метод. Нагрівання солей амонію із лугами.

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

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

Аміак можна збирати лише методом (А), т.к. він легший за повітря і дуже добре розчинний у воді.

Хімічні властивості

Утворення ковалентного зв'язку за донорно-акцепторним механізмом.

1. Аміак - основа Льюїса. Його розчин у воді (аміачна вода, нашатирний спирт) має лужну реакцію (лакмус – синій; фенолфталеїн – малиновий) через утворення гідроксиду амонію.

NH 3 + Н 2 O = NH 4 OH = NH 4 + + OH -

2. Аміак реагує із кислотами з утворенням солей амонію.

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

2NH 3 + H 2 SO 4 = (NH 4) 2 SO 4

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

Аміак - відновник (окислюється до N 2 O чи NO)

1. Розкладання під час нагрівання

2NH 3 ═ t ═ N 2 + 3H 2

2. Горіння у кисні

a) без каталізатора

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6Н 2 O

b) каталітичне окиснення (kat = Pt)

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6Н 2 O

3. Відновлення оксидів деяких металів

3CuO + 2NH 3 = 3Cu + N 2 + 3Н 2 O

Крім NH3, відомі дві інші водневі сполуки азоту - гідразин N2Н4та азотисто-воднева кислота HN3(є ще кілька сполук азоту з воднем, але вони малостійкі та практично не використовуються)

Гідразин отримують окисленням аміаку у водному розчині гіпохлоритом натрію (метод Рашига):

2NH3+NaOCl -> N2H3 + NaCl + Н2О

Гідразин - рідина, т. Пл 2 ° С, т. Кіп. 114°З запахом, що нагадує запах NH3. Отруйний, вибуховий. Часто використовують не безводний гідразин, а гідразин – гідрат N2H4-H2O, т. пл. -"52°С, т. кіп. 119°С. Молекула N2H4 складається з двох груп NН2,

Завдяки наявності двох неподілених пар у атомів N гідразин здатний до приєднання іонів водню; легко утворюються з'єднання гідразону: гідроксид.N2H5OH, хлорид N2Н5Сl, гідросульфат N2H5HSO4 і т. д. Іноді їх формули записують N2H4-H2O, N2H4-HC1, N2H4-H2S04 і т. д і називають гідразингідрат, хлор. д. Більшість солей гідразону розчиняється у воді.

Порівняємо силу підстави, що утворюються у водному розчині NH3, NH2OH та N2H4.

По стійкості N2H4 значно поступається NНз, оскільки зв'язок N-N дуже міцна. Гідразин горить на повітрі:

N2H4(ж) + О2(г) = n2(г) + 2Н2О(г);

У розчинах гідразин зазвичай також окислюється до N2. Відновити гідразин (до NH3) можна лише сильними відновниками, наприклад, Sn2+, Ti3+, Zn:

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

Азотистоводневу кислоту HN3 отримують дією H2S04 на азид натрію NaNs, який синтезують реакції;

2NaNH2 + N2O -> NaNa + NaOH + NHa

HN3 – рідина, т. пл. -80 ° С, т. кіп. 37 ° С, з різким запахом. Дуже легко підриває із величезною силою, її розведені водні розчини не вибухові.

Можна також уявити будову HN3 накладання валентних схем

Н-N=N=N та h-n-n=n°!

НNз - слабка кислота (К = Ю-5). Солі HN3-азиди зазвичай сильно вибухові (не вибухові тільки азиди лужних металів, крім LiN3).

Царегородцев Олександр

Сполуки благородних газів - одна з найцікавіших тем в органічній та неорганічній хімії, відкриття властивостей їх сполук перевернуло з ніг на голову уявлення всіх учених 20 століття, тому що в той час існування таких речовин вважалося неможливим, а зараз це сприймається як щось нормальне, то, чому вже знайдено пояснення.

Ксенон – благородний газ, якому найпростіше утворювати зв'язки з іншими хімічними речовинами. Людство приборкало його з'єднання, і вони використовуються в нашому житті вже зараз.

Подана робота може викликати інтерес широкої публіки до зазначеної теми.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Муніципальний автономний загальноосвітній заклад

«Середня школа № 5 з поглибленим вивченням хімії та біології»

Навчальна дослідницька робота у рамках

V Менделєєвських читань

Тема: З'єднання благородних газів

Виконав: Царегородців
Олександр, учень 9в класу

Керівник: Григор'єва

Наталія Геннадіївна, учитель хімії

Стара Русса

2017

Вступ

Інертні гази - неметали, що знаходяться у VIII-а групі. Вони були відкриті наприкінці 19 століття і вважалися зайвими у Періодичній системі, проте благородні гази зайняли своє місце у ній.
Через заповненого останнього енергетичного рівня тривалий час вважалося, що ці речовини що неспроможні утворювати зв'язку, т.к. і після відкриття їх молекулярних сполук багато вчених були в шоці і не могли цьому повірити, тому що це не піддавалося законам хімії, що існували на той час.
Невдалі спроби утворення сполук шляхетних газів несприятливо позначалися на інтересі вчених, але це завадило розвиватися цієї галузі.
Я спробую викликати інтерес у присутніх в аудиторії, перед якими представляю свою роботу.

Мета моєї роботи: вивчити історію створення та властивості неорганічних сполук ксенону.

Завдання:

1. Ознайомитись з історією отримання з'єднань благородних газів
2. Ознайомитися з властивостями фтористих та кисневих сполук
3. Донести результати моєї роботи до учнів

Історична довідка

Ксенон був відкритий у 1898 році, і відразу ж через кілька років були отримані його гідрати, а також ксенону та криптону, які всі називалися клатратами.
У 1916 році Кессель, ґрунтуючись на значеннях ступенів іонізації інертних газів, передбачив утворення їх прямих хімічних сполук.
Більшість вчених 1 чверті 20 століття вважали, що благородні гази знаходяться в нульовій групі Періодичної системи і мають валентність 0, але в 1924 А. фон Антропов всупереч думкам інших хіміків відніс дані елементи до восьмої групи, з чого випливало, що вища валентність з'єднаннях - 8. Також він передбачив те, що вони повинні утворювати зв'язки з галогенами, тобто неметалами VII-а групи.
У 1933 році Полінг передбачив формули можливих сполук криптону і ксенону: стійкі гексафторид криптону і ксенону (KrF 6 і XeF 6 ), нестійкий октафторид ксенону (XeF 8 ) та кислоту ксенону (H 4 XeO 6 ). У цьому ж році Г.Оддо спробував синтезувати ксенон і фтор шляхом пропускання електричного струму, але не зміг відчистити речовину, що вийшла, від продуктів корозії судини, в якій проводилася ця реакція. З цього моменту вчених зник інтерес до цієї теми, і аж до 60-х років цим майже ніхто не займався.
Прямим доказом того, що сполуки благородних газів можливі, стало синтезування британським ученим Нілом Бартлеттом гексафторплатинату діоксигенілу (O 2). Гексафторид платини має окислювальну здатність вдові більшу, ніж у фтору. 23 березня 1962 року Ніл Бартлетт провів синтез ксенону і гексафториду платини, і він отримав те, що бажав: перша існуюча сполука благородних газів - тверда речовина жовтого кольору Xe. Після цього всі сили вчених на той час були кинуті створення фтористих сполук ксенону.

Фтористі сполуки ксенону та їх властивості

Першою молекулярною сполукою був гексафторидплатинат ксенону з формулою XePtF 6 . Це тверда речовина зовні жовтого кольору, а всередині цегляно-червоного; при нагріванні 115°С стає склоподібним на вигляд, при нагріванні 165°С починає розкладатися з виділенням XeF 4 .

Також його можна отримати при взаємодії ксенону та пероксиду фтору:

І також при взаємодії ксенону та фториду кисню під високою температурою та тиском:

XeF2 – це безбарвні кристали, розчинні у воді. У розчині він виявляє дуже сильні окисні властивості, проте вони не перевищують можливості фтору. Найміцніше з'єднання.

1.При взаємодії зі лугами ксенон відновлюється:

2.Можна відновити ксенон із цього фториду при взаємодії з воднем:

3.При сублімації дифториду ксенону виходить тетрафторид ксенону і сам ксенон:

Фторид ксенону (IV) XeF4був отриманий також, як і дифторид, але при температурі 400°C:

XeF 4 - Це кристали білого кольору, є сильним окисником. Про властивості цієї речовини можна сказати таке.

1. Є сильним фторуючим агентом, тобто при взаємодії з іншими речовинами, здатний передавати їм молекули фтору:

2.При взаємодії з водою тетрафторид ксенону утворює оксид ксенону (III):

3. Відновлюється до ксенону при взаємодії з воднем:

Фторид ксенону (VI) XeF 6 утворюється при ще більшій температурі та при підвищеному тиску:

XeF 6 це блідо-зелені кристали, також мають сильні окисні властивості.

1. Як і фторид ксенону (IV) є фторуючим агентом:

2. При гідролізі утворює ксенонову кислоту

Кисневі сполуки ксенону та їх властивості
Оксид ксенону (III) XeO 3 - це біла, нелетюча, вибухова речовина, добре розчинна у воді. Воно виходить при гідролізі фториду ксенону (IV):

1.При дії озону на лужний розчин утворює сіль ксенонової кислоти, в якій ксенон має ступінь окиснення +8:

2.При взаємодії солі ксенону з концентрованою сірчаною кислотою утворюєтьсяоксид ксенону (IV):

ХеО 4 - при температурі нижче -36°С кристали жовтого кольору, при температурі вище - безбарвний вибухонебезпечний газ, що розкладається при температурі 0°С:

У результаті виходить, що фториди ксенону - це білі чи безбарвні кристали, розчиняються у питній воді, які мають сильними окисними властивостями і хімічної активністю, а оксиди легко вивільняють теплову енергію і наслідком цього є їх вибухонебезпечність.

Застосування та потенціал

Через свої властивості з'єднання ксенону можуть бути використані:

• Для виробництва ракетного палива
• Для виробництва лікарських препаратів та медичного обладнання
• Для виробництва вибухівки
• Як сильні окислювачі в органічній та неорганічній хімії
• Як спосіб транспортування хімічно активного фтору

Висновок

Сполуки благородних газів - одна з найцікавіших тем в органічній та неорганічній хімії, відкриття властивостей їх сполук перевернуло з ніг на голову уявлення всіх учених 20 століття, тому що в той час існування таких речовин вважалося неможливим, а зараз це сприймається як щось нормальне, то, чому вже знайдено пояснення.

Ксенон – благородний газ, якому найпростіше утворювати зв'язки з іншими хімічними речовинами. Людство приборкало його з'єднання, і вони використовуються в нашому житті вже зараз.

Я вважаю, що повністю досяг мети свого дослідження: якомога точніше розкрив тему, зміст роботи повністю відповідає його темі, вивчено історію створення та властивостей неорганічних сполук ксенону.

Список літератури

1. Кузьменко Н.Є «Короткий курс хімії. Посібник для вступників до вузів »// Видавництво Вища школа, 2002, стор 267

2. Пушленков М.Ф «Сполуки шляхетних газів»//Атомиздат, 1965

3. Фрімантл М. «Хімія у дії» Частина 2 // Видавництво Мир, 1998, стор 290-291

4. Інтернет ресурси

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

Попередній перегляд:

Щоб користуватися попереднім переглядом презентацій, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

Фтористі та кисневі сполуки благородних газів. З'єднання ксенону Виконав: Царегородцев Олександр, учень 9 класу МАОУ ЗОШ№5 Керівник: Григор'єва Наталія Геннадіївна, вчитель хімії

Інертні гази - неметали, що знаходяться в VIII - a групі. Вони були відкриті наприкінці 19 століття і вважалися зайвими у Періодичній системі, проте благородні гази зайняли своє місце у ній. Через заповнений останній енергетичний рівень довгий час вважалося, що ці речовини не можуть утворювати зв'язку, і після відкриття їх молекулярних сполук багато вчених були в шоці і не могли цьому повірити, тому що це не піддавалося законам хімії, що існували на той час. Невдалі спроби утворення сполук шляхетних газів несприятливо позначалися на інтересі вчених, але це завадило розвиватися цієї галузі. Я спробую викликати інтерес у присутніх в аудиторії, перед якими представляю свою роботу.

Цілі та завдання Мета роботи: вивчити історію створення та властивості неорганічних сполук ксенону. Завдання: 1. Ознайомитись з історією отримання з'єднання шляхетних газів 2. Зрозуміти, чому утворення цих сполук можливі 3. Ознайомитись з властивостями фтористих та кисневих сполук 4. Донести результати моєї роботи до однолітків

Історія створення Всі спроби отримання цих сполук були безуспішними, вчені лише могли припускати, як виглядатимуть їхні формули та зразкові властивості. Найпродуктивнішим хіміком у цій галузі був Ніл Бартлетт. Його головна заслуга – отримання гексафторплатинату ксенону Xe [PtF 6].

Фториди ксенону Фторид ксенону (II) Фторид ксенону (IV) Фторид ксенону (VI)

Оксиди ксенону Оксид ксенону (VI) Оксид ксенону (VIII) Вибухонебезпечно!

Застосування сполук ксенону Для виробництва ракетного палива Для створення ліків та медичного обладнання Для виробництва вибухівки Як спосіб перевезення фтору Як окислювачі в органічній та неорганічній хімії

Висновок З'єднання шляхетних газів - одна з найцікавіших тем в органічній і неорганічній хімії, відкриття властивостей їх сполук перевернуло з ніг на голову уявлення всіх учених 20 століття, тому що в той час існування таких речовин вважалося неможливим, а зараз це сприймається як щось нормальне, то , чому вже знайдено пояснення

Дякую за увагу!

Йшов 1896 рік. Щойно в лабораторіях Рамзая та його послідовників завершився перший етап експериментів, що сповістив про повну хімічну недіяльність аргону та гелію. На цьому фоні різким дисонансом прозвучало повідомлення французького фізика Війара про отримане ним кристалічне, що нагадує спресований сніг з'єднання аргону з водою складу Ar · 6Н2O. Притому отримано воно було дуже просто і в несподіваних умовах: Війар сильно стискав над льодом за помірно низьких температур.

Взагалі кажучи, про подібний, отриманий у подібних умовах гідрат хлору Сl2 · 6Н2O повідомив ще на початку XIX ст.; пізніше стали відомі гідрати великої кількості газів і легко летких речовин. Але були звичайні для хіміка, а тут йшлося про поєднання інертного аргону! Повідомлення Війара здавалося неправдоподібним, і від нього просто відмахнулися; не знайшлося навіть мисливців його перевірити.

Згадали про відкриття Війара через 29 років, коли Р. Фаркран повідомив про отримані ним гексагідрати криптону і ксенону при зіткненні цих газів з льодом під тиском. Ще через десять років Б. А. Нікітін отримав гексагідрати всіх - крім - інертних газів, а далі і сполуки, що складаються з атома інертного газу і трьох (у разі радону - двох) молекул фенолу, толуолу або n-хлорфенолу. Пізніше були описані сполуки зβ -гідрохіноном, а також потрійні сполуки з криптону або ксенону, сімнадцяти молекул води та однієї молекули ацетону, хлороформу або тетрахлорметану. Будова цих сполук було встановлено лише у 1940-ті роки. До цього часу вже було виявлено велику кількість так званих з'єднань; вони займають проміжне положення між справді хімічними сполуками і твердими розчинами застосування.

З'ясувалося, що названі вище є клатратні сполуки - різновид «решітчастих» з'єднань включення. Їхня назва походить від латинського clatratus, що означає обгороджений, замкнутий. Формуються клатрати так: нейтральна молекула інертного газу (її місце може займати й інша молекула, наприклад Cl2,H2S, SO2, CO2, СН4) щільно оточується, як би береться в кліщі полярними молекулами - води, фенолу, гідрохінону тощо, які з'єднані між собою водневими зв'язками. Клатрати виникають у тих випадках, коли при кристалізації розчинника молекули його утворюють ажурні конструкції з порожнечами, здатними вміщати чужорідні молекули. Основна умова, необхідна для існування стійкого клатратного з'єднання, - це можливо повніший збіг просторових розмірів порожнини, що утворюється між зчепленими молекулами «господаря», і розмірів молекули «гостя», що проникла в порожнину.

Якщо "гість" малий (скажімо, молекула неону), він важко закріплюється в порожнині і обов'язково за сприяння низької температури і високого тиску, які перешкоджають втечі "гостя" і часто сприяють стиску порожнини. Важко доводиться і надто громіздкій молекулі; у цьому випадку також необхідний підвищений тиск, щоб проштовхнути її всередину порожнини.

Формально клатрати можна віднести до хімічних сполук, так як більшість має постійний склад. Але це сполуки молекулярного типу, що виникають за рахунок вандерваальсових сил стягнення молекул. у клатратах відсутня, оскільки при їх утворенні не відбувається спарювання валентних електронів та відповідного просторового перерозподілу електронної густини в молекулі.

Самі по собі вандерваальсові сили дуже малі, проте енергія зв'язку в клатратній молекулі може виявитися не настільки вже малою (порядку 5-10 ккал/моль) завдяки тісному сусідству включеної молекули з молекулами, що включає , так як вандерваальсові сили різко зростають у міру зближення молекул, загалом клатрати - малостійкі сполуки; при нагріванні та розчиненні вони швидко розпадаються на складові компоненти.

Великий внесок у вивчення клатратів інертних газів зробив радянський хімік Б. А. Нікітін. Протягом 1936-1952 років. він синтезував і досліджував ці сполуки, керуючись принципом В. Г. Хлопіна про ізоморфну ​​сокристалізацію подібних за розмірами та будовою молекул. Нікітін встановив, що при низьких температурах утворюють ізоморфні кристали з летючими гідридами - сірководнем, галогеноводородами, метаном, а також з двоокисами сірки та вуглецю. Никитиным знайдено, що клатрати інертних газів тим стійкіше і легше утворюються, що вищі їх молекулярні ваги. Це узгоджується із загальною закономірністю дії вандерваальсових сил. Гідрат радону (якщо відволіктися від швидкого радіоактивного розпаду радону) набагато стійкіший за гідрат неону, а феноляти міцніють за відповідні гідрати. Тому і дейтеровані гідрати міцніше звичайних.

Якщо б експериментатори мали значні кількості радону, можна було б спостерігати миттєве утворення осаду Rn(Н2О)6 при пропущенні радону над льодом при звичайному тиску. Щоб при 0° отримати гідрат ксенону, достатньо прикласти тиск, дещо більший за атмосферний. При ційтемпературі доводиться стискати до 14,5, до 150 а майже до 300 ат. Очікується, що гідрат гелію вдасться отримати під тиском у кілька тисяч атмосфер.

Клатрати можна використовувати як зручні форми для зберігання інертних газів, а також їх поділу. Піддавши перекристалізації гідрат двоокису сірки в атмосфері із суміші інертних газів, Нікітін виявив весь нерозпався в осаді, що представляв ізоморфну ​​суміш з SО2 · 6H2О та Rn · 6H2О; ж, і збереглися в газовій фазі. Аналогічним чином можна практично повністю перевести в осад аргон і відокремити його від газів неону і гелію, що залишилися у вигляді газів.

За допомогою клатратів інертних газів можна вирішувати деякі дослідницькі завдання. До них відноситься, наприклад, виявлення характеру зв'язку в досліджуваному з'єднанні. Якщо воно утворює з важким інертним газом змішані кристали, його слід віднести до молекулярного типу (з'єднання включення); зворотне свідчить про наявність зв'язку іншого.

Головну підгрупу восьмої групи періодичної системи становлять благородні гази – гелій, неон, аргон, криптон, ксенон та радон. Ці елементи характеризуються дуже низькою хімічною активністю, що й дало підставу назвати їх благородними або інертними газами. Вони лише важко утворюють сполуки коїться з іншими елементами чи речовинами; хімічні сполуки гелію, неону та аргону не отримані. Атоми благородних газів не з'єднані в молекули, інакше кажучи, молекули їх одноатомні.

Шляхетні гази закінчують кожний період системи елементів. Крім гелію, всі вони мають у зовнішньому електронному шарі атома вісім електронів, що утворюють дуже стійку систему. Також стійка та електронна оболонка гелію, що складається з двох електронів. Тому атоми благородних газів характеризуються високими значеннями енергії іонізації та, як правило, негативними значеннями енергії спорідненості до електрона.

У табл. 38 наведено деякі властивості благородних газів, а також їх утримання у повітрі. Видно, що температури зрідження та затвердіння благородних газів тим нижчі, чим менше їх атомні маси чи порядкові номери: найнижча температура зрідження у гелію, найвища – у радону.

Таблиця 38. Деякі властивості шляхетних газів та їх утримання у повітрі

До кінця XIX століття вважали, що повітря складається лише з кисню та азоту. Але в 1894 р. англійський фізик Дж. Релей встановив, що щільність азоту, отриманого з повітря (1,2572), дещо більша, ніж щільність азоту, отриманого з його сполук (1,2505). Професор хімії У. Рамзай припустив, що різниця у щільності викликана присутністю в атмосферному азоті домішки якогось важкого газу. Зв'язуючи азот з розпеченим магнієм (Рамзай) або викликаючи дією електричного розряду його з'єднання з киснем (Релей), обидва вчені виділили з атмосферного азоту невеликі кількості хімічно інертного газу. Так було відкрито невідомий на той час елемент, названий аргоном. Після аргоном було виділено гелій, неон, криптон і ксенон, які у повітрі у нікчемних кількостях. Останній елемент підгрупи - радон - було відкрито щодо радіоактивних перетворень.

Слід зазначити, що існування благородних газів було передбачено ще 1883 р., тобто за 11 років до відкриття аргону, російським ученим ІІ А. Морозовим (1854-1946), який за участь у революційному русі був у 1882 р. укладений царським урядом у Шліссельбурзьку фортецю. Н. А. Морозов правильно визначив місце благородних газів у періодичній системі, висунув уявлення про складну будову атома, про можливість синтезу елементів та використання внутрішньоатомної енергії. Із ув'язнення М. А. Морозов був звільнений в 1905 р., і його чудові передбачення стали відомі лише в 1907 р. після видання його книги "Періодичні системи будови речовини", написаної в одиночному висновку.

У 1926 р. М. А. Морозов був обраний почесним членом Академії наук СРСР.

Довгий час вважалося, що атоми благородних газів взагалі не здатні до утворення хімічних зв'язків із атомами інших елементів. Були відомі лише порівняно нестійкі молекулярні сполуки благородних газів - наприклад, гідрати, що утворюються при дії стислих благородних газів на переохолоджену воду, що кристалізується. Ці гідрати належать до типу клатратів (див. § 72); валентні зв'язки при утворенні таких сполук не виникають.

Утворенню клатратів з водою сприяє наявність у кристалічній структурі льоду численних порожнин (див. § 70).

Однак протягом останніх десятиліть було встановлено, що криптон, ксенон і радон здатні вступати в з'єднання з іншими елементами і насамперед фтором. Так, прямою взаємодією благородних газів з фтором (при нагріванні або в електричному розряді) отримані фториди та . Всі вони є кристалами, стійкими за звичайних умов. Отримано також похідні ксенону в ступені окислення - гексафторид, триоксид, гідроксид. Останні дві сполуки виявляють кислотні властивості; так, реагуючи з лугами, вони утворюють солі ксенонової кислоти, наприклад: .

Шляхетні гази мають електронну конфігурацію n s 2 n p 6 (у гелію 1 s 2) і складають підгрупу VIIIA. У міру зростання порядкового номера, зростають радіуси атомів та їх поляризованість. Це призводить до посилення міжмолекулярних взаємодій, підвищення температур плавлення і кипіння, до збільшення розчинності газів у воді та інших розчинниках. Для благородних газів відомі такі групи сполук: молекулярні іони, сполуки включення та валентні сполуки.

Молекула благородного газу Е 2 не може існувати – (s) 2 (s*) 2 . Але якщо видалити один електрон, то заповнення верхньої орбіталі, що розпушує, лише наполовину – (s) 2 (s*) 1 є енергетичною основою існування молекулярних іонівблагородних газів Е2+.

З'єднання включення, або клатрати, відомі лише у твердому стані. У ряді Не - Rn стійкість клатратів зростає. Наприклад, гідрати типу Е. 6Н 2 Про утворюються при високих тисках та низьких температурах. При 0 0 З гідрати Xe, Kr, Ar та Ne стійкі при тисках відповідно ~1,1. 10 5, 1,5. 10 6, 1,5. 10 7 , 3 . 10 7 Па. Клатратні з'єднання використовують для поділу та зберігання благородних газів. Kr та Хе отримують при ректифікації рідкого повітря.

З'єднання з валентними зв'язкамиЕ(II), Е(IV), Е(VI), Е(VIII) добре вивчені на прикладі фторидів Kr та Хе, отриманих за схемою:

Хімічний зв'язок у з'єднаннях благородних газів не може бути описаний з позицій МВС, оскільки відповідно до цього методу в освіті зв'язку повинні брати участь d- орбіталі. Однак збудження атома Хе від стану 5 s 2 5p 6 в 5s 2 5p 5 6s 1 або 5 s 2 5p 5 5d 1 вимагає 795 або 963 кДж. моль –1 , а збудження 5 s 2 5p 4 5d 2 та 5 s 2 5p 4 5d 1 6s 1 - 1758 і 1926 кДж · моль -1, що не компенсується енергією утворення зв'язку.

В рамках ММО будова ХеF 2 пояснюється схемою з трьох орбіталей – однієї від Хе та двох від атомів фтору:

Тетрафторид ксенону – сильний окисник:

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

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

При нагріванні та гідролізі фториди ксенону диспропорціонують:

2ХеF 2 = XeF 4 + Xe

3ХеF 4 = 2XeF 6 + Xe

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

Для шестивалентного Хе відомі фторид ХеF 6 , оксид ХеО 3 , оксофториди ХеОF 4 і ХеО 2 F 2 , гідроксид Xe(OH) 6 , а також комплексні іони типу ХеО 4 2- та ХеО 6 6- .

ХеО 3 добре розчинний у воді та утворює сильну кислоту:

ХеО 3 + Н 2 О⇆ Н 2 ХеО 4 ® Н + + НХеО 4 ¯ .

Гексафторид дуже активний, реагує на кварц:

2ХеF 6 + SiO 2 = 2XeOF 4 + SiF 4 .

Похідні Хе(VI) – сильні окисники, наприклад:

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

Для Хе(VIII) відомі, крім того, ХеF 8 , XeO 4 , XeOF 6 , XeO 6 4- .

У звичайних умовах ХеО 4 повільно розкладається:

3ХеО 4 = Хе + 2ХеО 3 + 3О2.

У міру збільшення ступеня окиснення ксенону стійкість бінарних та солеподібних сполук падає, а аніонних комплексів – зростає.

Для криптону отримані лише KrF 2 KrF 4 нестійка криптонова кислота KrO 3 · H 2 O і її сіль KrO 4 .

Гелій використовується в низькотемпературних процесах для створення інертної атмосфери в лабораторних апаратах, при зварюванні та газозаповнених електричних лампах, неон – у газорозрядних трубках.

З'єднання благородних газів використовуються як сильні окислювачі. У вигляді фторидів ксенону зберігають фтор та ксенон.

Питання для самоперевірки

I. 1) Місце водню у періодичній системі.

2) Класифікація сполук водню.

ІІ. 1) s - Елементи: ступеня окиснення, зміна радіусів та енергій іонізації, кислотно-основні та відновлювальні властивості сполук.

2) З'єднання s- Елементів:

а) гідриди s-елементів (природа зв'язку, властивості);

б) з'єднання з киснем; гідроксиди.

ІІІ. 1) Що визначає валентні можливості р-Елементів?

2) Як змінюється стійкість вищих та нижчих ступенів окиснення в підгрупах зі зростанням Z?

IV. Аналізуючи зміну Т пл. оксидів, дайте відповідь на наступні питання:

1) Чому при переході від 2 до SiO 2 різко підвищується температура плавлення?

2) Чому PbO 2 термічно менш стабільний, ніж інші оксиди IVA підгрупи?

V. Енергія зв'язку в молекулах водню та галогенів характеризується такими величинами:

1) Чим пояснюється значно більша енергія зв'язку в Н2?

2) Чому енергія зв'язку в Г2 спочатку збільшується зі зростанням Z, а потім зменшується?

VI. Як і чому змінюються кислотно-основні властивості безкисневих (Н n Е) і кисневмісних Е(ОН) n , Н n ЕО m сполук р- елементів у періоді та групі?

VII. Водневі сполуки р- Елементів:

1) Зв'язок, періодичність якостей, стійкість.

2) Схильність до утворення Н-зв'язку.

3) Особливість хімічного зв'язку в 2 Н 6 (ММО).

VIII. Оксиди р- Елементів. Зв'язок та властивості.

IX. З'єднання р- Елементів - напівпровідники.

1) Чинники, що визначають ширину забороненої зони.

2) Елементарні напівпровідники та з'єднання з напівпровідниковими властивостями. Їхнє місце в періодичній системі.

Х. Алмазоподібні сполуки. Положення елементів, що їх утворюють, у періодичній системі. Зв'язок та властивості.

ХІ. 1) З'єднання шляхетних газів та способи їх одержання.

2) Наведіть схему МО для ХеF 2.

3) Напишіть рівняння реакції диспропорціонування ХеF2, XeF4.

експериментальна частина