Соединения благородных газов

Устойчивость электронных оболочек атомов благородных газов проявляется в их очень высоких, больших, чем у галогенов, энергиях ионизации 1_{ и отрицательных значениях сродства к электрону. Такие перестройки электронных оболочек благородных газов, как их возбуждение и гибридизация орбиталей, требуют очень больших энергетических затрат. Эти затраты не могут быть компенсированы энергией образования обычных двухэлектронных двухцентровых связей. Теория объясняет возможность получения многих соединений элементов 18-й группы с привлечением представлений о трехцептровых четырехэлектропных связях. Малочисленность, термодинамическая неустойчивость, чрезвычайно высокая окислительная способность и взрывоопасность соединений благородных газов — следствия непрочности образуемых ими химических связей.

Благородные газы образуют соединения только с самыми электроотрицательными элементами, прежде всего с фтором и кислородом. Наибольшее число соединений известно у ксенона, валентная электронная оболочка которого характеризуется наименьшими после радона энергиями возбуждения.

Ксенон непосредственно реагирует только с фтором при нагревании до 300—500°С. В результате реакции образуются фториды ксенона:

Молекулы XeF₂, XeF₄ и XeF₆ имеют соответственно линейную, плоскую квадратную и искаженно-октаэдрическую геометрическую форму. Фториды ксенона — бесцветные, кристаллические, легко возгоняющиеся вещества, являющиеся фторирующими агентами, очень сильными окислителями. Они взрывоопасны и токсичны. При взаимодействии с фторидами других элементов дифторид ксенона XeF₂ может превращаться в двухатомный катион XeF⁺, а гексафторид ксенона XeFg — в комплексные анионы [XeF₇]^_ и [XeF₃]^2-:

При взаимодействии с водой XeF₄ и XeF₆ образуют белый, легколетучий, кристаллический триоксид ксенона Хе0₃:

Молекула Хе0₃ имеет структуру тригоналыюй пирамиды. Триоксид ксенона — сильный окислитель. Стандартный окислительно-восстановительный потенциал для полуреакции:

равен 1,8 В. Кристаллический Хе0₃ взрывоопасен.

Триоксид ксенона — кислотный оксид. В водных растворах он взаимодействует с сильными основаниями с образованием ксеиатов МНХе0₄ и М₂Хе0₄. При действии на растворы ксенатов озона образуются перксеиаты, в которых ксенон имеет степень окисления +8:

Перксенат-ион XeOg" — самый сильный из известных окислителей. С безводной серной кислотой перксенат бария образует газообразный, взрывоопасный, тетраэдрический по структуре молекулы тетраоксид ксенона Хе0₄:

Изучение химических свойств радона, который должен быть самым химически активным элементом из благородных газов, затруднено его сильной радиоактивностью. При высоких температурах он взаимодействует с фтором с образованием дифторида радона RaF₂ — бесцветного кристаллического вещества. Косвенным путем получен триоксид радона Ra0₃.

Криптон взаимодействует с атомами фтора, на которые распадаются молекулы F₂ в электрическом разряде. В результате реакции образуется дифторид криптона:

Дифторид криптона — очень сильный окислитель и фторирующий агент. При его взаимодействии с простыми и сложными веществами образуются фториды, в которых элементы проявляют высшие степени окисления.

Для аргона и неона известны только неустойчивые эксимерные соединения, например ArF и NeF, которые они образуют с атомами электроотрицательных элементов в электрическом разряде или под действием пучка электронов. Эксимерные соединения благородных газов применяют в газовых лазерах.

Применение. В наибольших количествах в промышленности используется самый распространенный из благородных газов — аргон. Он служит защитной средой при получении химически активных металлов и при сварке (аргонодуговая сварка). Аргон и неон применяют для наполнения газоразрядных источников света. Аргоновые трубки имеют сине-голубое свечение, неоновые лампы — красное. Криптоном наполняют лампы накаливания. Самый легкий из благородных газов — гелий — используют для наполнения аэростатов и воздушных зондов в метеорологии. Гелий включают в состав дыхательной смеси для водолазов вместо азота, так как он практически не растворяется в крови.

При повышенных давлениях благородные газы оказывают вредное воздействие на нервную систему, которое усиливается с увеличением атомной массы газа. Радиоактивный радон из строительных материалов может накапливаться в закрытых помещениях, достигая опасных для здоровья человека концентраций.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Почему для создания химически инертной атмосферы в лабораторных условиях аргон используют чаще, чем другие благородные газы?
• 2. Сравните стандартные окислительно-восстановительные потен циалы для пол у реакций:

Какое вещество (F₂ или Н^ХеОб) более сильный окислитель?

3. Назовите комплексные соединения Cs[XcF₇] и Cs₂[XcFg].