希ガス化学

かつては完全に不活性であると考えられていた希ガス、とりわけキセノンは、フッ化物、酸化物、および関連化合物の実際の化学を形成し、完全なオクテットが反応を妨げるという仮定を覆している。

Definition

希ガス化学とは、18族元素によって形成される化合物の研究であり、主にキセノンの二元フッ化物およびオキシフッ化物、ならびにこれらの閉殻原子が高電気陰性度のパートナーと結合することを可能にする結合の研究である。

Scope

このトピックでは、18族元素の化学について扱います。具体的には、希ガスの発見とその不活性性、より重い希ガスが反応する条件、キセノンフッ化物、酸化物、およびオキシフッ化物の構造と結合、これらの分子へのVSEPRの適用、ならびにクリプトンとラドンのより限定的な化学についてです。元素の発見に用いられた分光法ではなく、希ガス化合物の結合と反応性に焦点を当てています。

Core questions

• なぜ希ガスは長らく化学的に不活性であると考えられていたのか？
• どのような条件下でキセノンとクリプトンは化合物を形成できるのか？
• キセノンフッ化物と酸化物の構造と結合はどのようなものか？
• なぜヘリウムからラドンに向かって反応性が増加するのか？

Key concepts

• 不活性とイオン化エネルギー
• キセノンフッ化物
• キセノン酸化物とオキシフッ化物
• 希ガス化合物のVSEPR幾何学
• 三中心四電子結合
• クリプトンとラドンの化学

Key theories

より重い希ガスの反応性

より重い希ガスは比較的低いイオン化エネルギーと大きく分極しやすい電子雲を持つため、フッ素や六フッ化白金のような十分に強力な酸化剤はキセノンを酸化して安定な化合物を形成することができる。

キセノンフッ化物の構造と結合

XeF2、XeF4、XeF6などの化合物は、キセノン上の孤立電子対からVSEPRによって予測される幾何学的構造をとり、結合はd軌道の関与を仮定することなく、三中心四電子モデルまたは分子軌道モデルによって記述できる。

酸化物とオキシフッ化物

フッ化物の加水分解とさらなる反応により、XeO3やXeOF4のようなキセノン酸化物およびオキシフッ化物が生成される。これらは強力な酸化剤であり、その存在は真の多様な希ガス化学をさらに示している。

Clinical relevance

希ガスは、その基礎的な興味を超えて、不活性雰囲気、照明およびレーザー媒体、極低温剤、麻酔薬として利用されており、希ガスフッ化物は強力なフッ素化剤および酸化剤として機能する。

History

希ガスは19世紀末にラムゼーとその同僚によって発見され、長らく完全に不活性であると考えられていた。しかし、バートレットが1962年にキセノン-白金フッ化物化合物を合成したことでこの信念は打ち破られ、希ガス、特にキセノンフッ化物や酸化物の系統的な化学が始まった。

Key figures

• William Ramsay
• Neil Bartlett
• Linus Pauling

Seminal works

• bartlett1962
• greenwood1997
• weller2018

Frequently asked questions

希ガスが完全なオクテットを持つ場合、どのようにして反応できるのか？

満たされたオクテットは反応を困難にするが、不可能にするわけではない。より重い希ガスは外殻電子を比較的緩く保持しているため、フッ素や六フッ化白金のような極めて強力な酸化剤はこれらの電子を除去または共有させ、真の化学結合を形成することができる。

なぜキセノンはヘリウムやネオンよりもはるかに反応性が高いのか？

原子核から価電子までの距離が遠くなるにつれて18族のイオン化エネルギーは低下するため、キセノンの電子はヘリウムやネオンの電子よりもはるかに結合に関与しやすく、これが安定な化学が主にキセノン、そして程度は低いがクリプトンとラドンに存在する理由である。