Соединения благородных газов

Криптон, ксенон и радон характеризуются меньшими значениями ионизационных потенциалов, чем типические элементы (Не, Ne, Лг), поэтому они способны давать соединения обычного типа. Лишь в 1962 г. Н. Бартлетту удалось получить первое такое соединение — гексафторплатинат ксенона Xe⁺|PtF₆|. Вслед за этим были получены фториды криптона, радона и их многочисленные производные. Сведения о некоторых соединениях ксенона приведены в табл. 17.2.

Таблица 17.2

Характеристика соединений ксенона.

Условия получения соединений благородных газов не совсем простые с точки зрения обычных представлений.

Дифторид ксенона XeF₂ получают при взаимодействии Хе с F₂ при высоком давлении. Вещество растворимо в воде. В присутствии кислот процесс гидролиза протекает медленно, а в присутствии щелочей гидролиз усиливается:

XeF₂ — сильный окислитель, например при взаимодействии с НС1 протекает реакция.

Тетрафторид ксенона XeF₄ образуется при длительном нагревании и высоком давлении (400°С и 607 кПа) из ксенона и фтора в соотношении 1:5. По свойствам тстрафторид ксенона идентичен XeF" но устойчив к гидролизу. Во влажном воздухе подвергается диспропорционированию:

Гексафторид ксенона XeF₆ можно получать из XeF₄:

или непосредственно из Хе и F₂ при 250 °C и давлении более 5065 кПа. Эго соединение обладает высокой реакционной способностью, что видно на примере его взаимодействия с кварцем:

Как кислота Льюиса, XeF_(i легко реагирует с фторидами щелочных металлов (кроме LiF), образуя гептафтори октафторксенат-аниопы:

Гидролиз XcF₆ может сопровождаться образованием Хе0₃ и соответствующей ему неустойчивой кислоты Льюиса XeOF₄:

Фториды ксенона являются окислителями:

Гексафторплатинат ксенона Xe[PtF₆] получают взаимодействием PtF₆ и Хе при комнатной температуре, т. е. из двух газообразных веществ образуется твердое вещество оранжево-желтого цвета, устойчивое при обычных условиях:

Хе[ PtF_c| возгоняется без разложения. При действии воды гидролизуется:

Позднее были получены еще несколько соединений ксенона с гексафторидами рутения, родия п плутония: Xe[RuF₆], Xe[RhF_(;], Xe[PuF_fi].

Оксотетрафторид ксенона XeOF₄ обладает амфотерными признаками, о чем можно судить по соответствующим катионным комплексам, например [XeOF₃| и анионным комплексам, например [XeOF] .

Оксид ксенона (У1) Хе0₃ представляет собой белое, нелетучее соединение, образующее устойчивые водные растворы. Молекула Хе0₃ имеет структуру тригоналыюй пирамиды. В щелочной среде образует ксенат (У1)-ион:

НХе0₄ вследствие диспропорционирования постепенно превращается в перксенат (УШ)-ион:

Оксид ксенона (УШ) Хе0₄ имеет форму тетраэдра с атомом Хе в центре. Получают Хе0₄ из оксоксената бария действием H₂S0₄:

Перксенат-ион ХеОф образует устойчивые соли — перксенаты, среди них Na₄Xe0₈-6H₂0, Na₄Xe0_G-8H₂0, Ba₂XeO_G-1,5Н₂0 устойчивы, в воде плохо растворимы.

Криптон образует соединения, которые, но составу, структуре и свойствам молекул идентичны соединениям ксенона. Так, кристаллический дифторид криптона получают под воздействием тихого электрического разряда на реакционную смесь при -183°С и давлении -2,7 кПа.

Фторид криптона (Н), или дифторид криптона, KrF₂ при комнатной температуре неустойчив, но при -78°С его можно хранить длительное время. KrF₂ — очень сильный окислитель. При действии на НС1 он вытесняет хлор, а из воды — кислород. Получены также соединения криптона с переходными металлами: KrFMeF₆. Аналогичного типа соединения получены и с мышьяком, и сурьмой: Kr₂F₃AsF₆, Kr₂F₃SbF_G и KrFSb₂F_u.

В настоящее время описано значительное число соединений ксенона. Также успешно развивается химия соединений криптона. Что касается радона, то вследствие его высокой а-радиоактивности получение и изучение свойств его производных крайне затруднены.

Применение благородных газов. Гелий благодаря таким свойствам, как инертность, легкость, подвижность и высокая теплопроводность, находит широкое применение. Например, передавливание легковоспламеняющихся веществ из одного сосуда в другой безопасно произвести с помощью гелия.

Фундаментальный вклад в изучении свойств жидкого гелия внесли выдающиеся российские физики, лауреаты Нобелевской премии Л. Д. Ландау и П. Л. Капица.

Биологические исследования показали, что гелиевая атмосфера не влияет на генетический аппарат человека, так как не действует на развитие клеток и частоту мутаций. Дыхание гелиевым воздухом (воздух, в котором азот частично или полностью заменен на гелий) усиливает обмен кислорода в легких, предотвращает азотную эмболию (кессонную болезнь).

Неон часто используют в технике вместо гелия. Широко применяют его для изготовления газосветных неоновых ламп.

Аргон более доступен, чем гелий и неон. Этот газ широко используют в металлургии, обычно им пользуются при горячей обработке титана, ниобия, гафния, урана, тория, щелочных металлов, где исключается контакт с кислородом, азотом, водой и оксидом углерода (1У). Широкое внедрение нашел метод дуговой электросварки в среде аргона.

Криптон главным образом используют при производстве электроламп.

Ксенон широко применяют в производстве ксеноновых ламп, характеризующихся правильной цветопередачей. Ксенон является рентгеноконтрастным веществом, широко используемым при рентгеноскопии головного мозга.

В виде фторидов ксенона удобно хранить и транспортировать ксенон и высокоагрессивный фтор, что имеет важное экологическое значение. Оксиды ксенона могут использоваться как взрывчатые вещества или как сильные окислители.

Радон хотя и радиоактивен, но в ультрамикродозах оказывает положительное влияние на центральную нервную систему, поэтому его используют в курортологии и физиотерапии (радоновые ванны).

Резюме

Электронная оболочка гелия (она единственная) имеет конфигурацию Is², а у остальных элементов наружный энергетический уровень завершен и содержит восемь электронов (конфигурация …ns²np^c>), чем объясняется их чрезвычайно низкая активность. Эти элементы объединяют общим термином «благородные газы». Старое название элементов данной группы «инертные газы» применимо фактически только к гелию и неону, поскольку электронное строение их атомов не допускает никакой возможности образования ковалентных соединений, в отличие от остальных, для которых удалось получить химические соединения.

Вопросы и задания

• 1. Приведите электронные конфигурации благородных газов и исходя из этого объясните, почему благородные газы нс образуют двухатомных молекул.
• 2. Почему гелий и неон нс способны к образованию соединений с другими элементами?
• 3. Каков предполагаемый механизм формирования связей с участием криптона и ксенона?
• 4. Охарактеризуйте известные вам соединения ксенона.