Chimie des gaz nobles

Autrefois considérés comme totalement inertes, les gaz nobles — et surtout le xénon — forment une véritable chimie de fluorures, d'oxydes et de composés apparentés, renversant l'hypothèse qu'un octet complet empêche toute réaction.

Definition

La chimie des gaz nobles est l'étude des composés formés par les éléments du groupe 18, principalement les fluorures binaires et les oxofluorures de xénon, et de la liaison qui permet à ces atomes à couche complète de se combiner avec des partenaires très électronégatifs.

Scope

Ce thème aborde la chimie du groupe 18 : la découverte et l'inertie des gaz nobles, les conditions dans lesquelles les membres plus lourds réagissent, les structures et la liaison des fluorures, oxydes et oxofluorures de xénon, l'application de la théorie VSEPR à ces molécules, et la chimie plus limitée du krypton et du radon. Il traite de la liaison et de la réactivité des composés des gaz nobles plutôt que de la spectroscopie utilisée pour découvrir les éléments.

Core questions

• Pourquoi les gaz nobles ont-ils longtemps été considérés comme chimiquement inertes ?
• Quelles conditions permettent au xénon et au krypton de former des composés ?
• Quelles sont les structures et la liaison des fluorures et oxydes de xénon ?
• Pourquoi la réactivité augmente-t-elle de l'hélium vers le radon ?

Key concepts

• Inertie et énergie d'ionisation
• Fluorures de xénon
• Oxydes et oxofluorures de xénon
• Géométrie VSEPR des composés des gaz nobles
• Liaison à trois centres et quatre électrons
• Chimie du krypton et du radon

Key theories

Réactivité des gaz nobles plus lourds

Les gaz nobles plus lourds possèdent des énergies d'ionisation relativement faibles et des nuages électroniques volumineux et polarisables, de sorte que des oxydants suffisamment puissants tels que le fluor et l'hexafluorure de platine peuvent oxyder le xénon pour former des composés stables.

Structure et liaison des fluorures de xénon

Des composés tels que XeF2, XeF4 et XeF6 adoptent des géométries prédites par la théorie VSEPR à partir des paires d'électrons non liantes sur le xénon, avec une liaison descriptible par des modèles à trois centres et quatre électrons ou d'orbitales moléculaires sans invoquer la participation d'orbitales d.

Oxydes et oxofluorures

L'hydrolyse et la réaction ultérieure des fluorures donnent des oxydes et oxofluorures de xénon tels que XeO3 et XeOF4, de puissants oxydants dont l'existence démontre davantage une chimie des gaz nobles authentique et variée.

Clinical relevance

Au-delà de leur intérêt fondamental, les gaz nobles sont utilisés comme atmosphères inertes, milieux d'éclairage et de laser, cryogènes et anesthésiques, tandis que les fluorures de gaz nobles servent de puissants réactifs de fluoration et d'oxydation.

History

Les gaz nobles ont été découverts par Ramsay et ses collègues à la fin du XIXe siècle et ont longtemps été considérés comme totalement non réactifs. La préparation par Bartlett en 1962 d'un composé fluorure de xénon-platine a brisé cette croyance et a lancé la chimie systématique des gaz nobles, en particulier les fluorures et oxydes de xénon.

Key figures

• William Ramsay
• Neil Bartlett
• Linus Pauling

Seminal works

• bartlett1962
• greenwood1997
• weller2018

Frequently asked questions

Si les gaz nobles ont des octets complets, comment peuvent-ils réagir ?

Un octet rempli rend la réaction difficile mais pas impossible ; les gaz nobles plus lourds retiennent leurs électrons externes de manière relativement lâche, de sorte que des oxydants extrêmement puissants tels que le fluor et l'hexafluorure de platine peuvent retirer ou partager ces électrons et former de véritables liaisons chimiques.

Pourquoi le xénon est-il beaucoup plus réactif que l'hélium ou le néon ?

L'énergie d'ionisation diminue le long du groupe 18 à mesure que les électrons de valence se trouvent plus éloignés du noyau, de sorte que les électrons du xénon sont beaucoup plus faciles à engager que ceux de l'hélium ou du néon, ce qui explique pourquoi une chimie stable existe principalement pour le xénon et, dans une moindre mesure, pour le krypton et le radon.