Химия благородных газов

Когда-то считавшиеся полностью инертными, благородные газы — прежде всего ксенон — образуют реальную химию фторидов, оксидов и родственных соединений, опровергая предположение, что полный октет исключает реакцию.

Definition

Химия благородных газов — это изучение соединений, образуемых элементами 18-й группы, главным образом бинарных и оксофторидов ксенона, а также связей, которые позволяют этим атомам с заполненной электронной оболочкой соединяться с высокоэлектроотрицательными партнерами.

Scope

Эта тема охватывает химию группы 18: открытие и инертность благородных газов, условия, при которых реагируют более тяжелые члены группы, структуры и связи фторидов, оксидов и оксофторидов ксенона, применение теории ОЭПВО к этим молекулам, а также более ограниченную химию криптона и радона. Она рассматривает связи и реакционную способность соединений благородных газов, а не спектроскопию, используемую для открытия элементов.

Core questions

• Почему благородные газы долгое время считались химически инертными?
• Какие условия позволяют ксенону и криптону образовывать соединения?
• Каковы структуры и связи фторидов и оксидов ксенона?
• Почему реакционная способность увеличивается от гелия к радону?

Key concepts

• Инертность и энергия ионизации
• Фториды ксенона
• Оксиды и оксофториды ксенона
• Геометрия соединений благородных газов по теории ОЭПВО
• Трехцентровая четырехэлектронная связь
• Химия криптона и радона

Key theories

Реакционная способность более тяжелых благородных газов

Более тяжелые благородные газы имеют относительно низкие энергии ионизации и большие, поляризуемые электронные облака, поэтому достаточно сильные окислители, такие как фтор и гексафторид платины, могут окислять ксенон с образованием стабильных соединений.

Структура и связь фторидов ксенона

Соединения, такие как XeF2, XeF4 и XeF6, принимают геометрии, предсказанные теорией ОЭПВО на основе неподеленных электронных пар на ксеноне, при этом связь может быть описана трехцентровыми четырехэлектронными или молекулярно-орбитальными моделями без привлечения участия d-орбиталей.

Оксиды и оксофториды

Гидролиз и дальнейшая реакция фторидов дают оксиды и оксофториды ксенона, такие как XeO3 и XeOF4, сильные окислители, существование которых дополнительно демонстрирует подлинную и разнообразную химию благородных газов.

Clinical relevance

Помимо их фундаментального интереса, благородные газы используются в качестве инертных атмосфер, сред для освещения и лазеров, криогенных агентов и анестетиков, в то время как фториды благородных газов служат мощными фторирующими и окисляющими реагентами.

History

Благородные газы были открыты Рамзаем и его коллегами в конце XIX века и долгое время считались полностью нереакционноспособными. Получение Бартлеттом в 1962 году соединения фторида ксенона-платины разрушило это убеждение и положило начало систематической химии благородных газов, особенно фторидов и оксидов ксенона.

Key figures

• William Ramsay
• Neil Bartlett
• Linus Pauling

Seminal works

• bartlett1962
• greenwood1997
• weller2018

Frequently asked questions

Если благородные газы имеют полные октеты, как они вообще могут реагировать?

Заполненный октет делает реакцию трудной, но не невозможной; более тяжелые благородные газы удерживают свои внешние электроны относительно слабо, поэтому чрезвычайно сильные окислители, такие как фтор и гексафторид платины, могут удалять или разделять эти электроны и образовывать настоящие химические связи.

Почему ксенон гораздо более реакционноспособен, чем гелий или неон?

Энергия ионизации уменьшается вниз по группе 18, поскольку валентные электроны находятся дальше от ядра, поэтому электроны ксенона гораздо легче вовлекаются в реакции, чем электроны гелия или неона, поэтому стабильная химия существует главным образом для ксенона и, в меньшей степени, для криптона и радона.