Soy gaz bileşiği - Noble gas compound
Soy gaz bileşikler olan kimyasal bileşikler, bir bulunmaktadır elemanı gelen asil gazlar , bir grup 18 periyodik tablonun . Soy gazlar genellikle reaktif olmayan elementler olmasına rağmen, özellikle ksenon elementini içeren bu tür birçok bileşik gözlenmiştir. Kimya açısından, soy gazlar iki gruba ayrılabilir: bir tarafta nispeten reaktif kripton (iyonizasyon enerjisi 14.0 eV), ksenon (12.1 eV) ve radon (10.7 eV) ve çok reaktif olmayan argon (15.8 eV). eV), neon (21.6 eV) ve helyum (24.6 eV) diğer tarafta. Bu sınıflandırma ile tutarlı olarak, Kr, Xe ve Rn, standart sıcaklık ve basınçta veya buna yakın bir yerde (en azından prensipte yüksek oranda radyoaktif radon için) yığın halinde izole edilebilen bileşikler oluştururken, He, Ne, Ar'ın doğru oluşturduğu gözlemlenmiştir. Spektroskopik teknikleri kullanan kimyasal bağlar, ancak yalnızca 40 K veya daha düşük sıcaklıklarda, asil gazın süpersonik jetleri veya metallerle aşırı yüksek basınçlar altında bir soy gaz matrisinde dondurulduğunda.
Daha ağır asal gazlar, hafif olanlara göre daha fazla elektron kabuğuna sahiptir. Bu nedenle, en dıştaki elektronlar , pozitif yüklü çekirdeğe daha az güçlü bir şekilde çekildikleri için, iç elektronlardan daha kolay iyonize olmalarını sağlayan bir kalkan etkisine tabidir . Bu, en elektronegatif elementlerle , florin ve oksijenle ve hatta belirli koşullar altında nitrojen ve karbon gibi daha az elektronegatif elementlerle kararlı bileşikler oluşturmak için yeterince düşük bir iyonizasyon enerjisi ile sonuçlanır .
Tarih ve arka plan
Asil gazlar ailesi on dokuzuncu yüzyılın sonunda ilk kez tanımlandığında, hiçbirinin herhangi bir bileşik oluşturmadığı gözlenmedi ve başlangıçta bunların hepsinin (o zamanlar bilindiği gibi) bileşik oluşturamayan inert gazlar olduklarına inanılıyordu . Yirminci yüzyılın başlarında atom teorisinin gelişmesiyle birlikte, onların hareketsizlik tam atfedilen edildi değerlik kabuğu ait elektronların çok kimyasal olarak stabil ve reaktif hale getiren. Bütün soy gazların ( p alt düzeyi olmayan helyum hariç) tam s ve p dış elektron kabukları vardır ve bu nedenle kolayca kimyasal bileşik oluşturmazlar . Yüksek iyonlaşma enerjileri ve neredeyse sıfır elektron ilgisi, tepkisizliklerini açıklıyor.
1933'te Linus Pauling , daha ağır asal gazların flor ve oksijen ile bileşikler oluşturabileceğini tahmin etti . Özel olarak, o kripton heksaflorid (varlığını tahmin Kr F 6 ) ve ksenon heksaflorid ( Xe F 6 ), XeF speküle 8 kararsız bir bileşik olarak var olabilir ve bu önerilen xenic asit oluşturacak perxenate tuzları. XeF 8 için sonraki tahminler , bunun yalnızca termodinamik açıdan kararsız değil , aynı zamanda kinetik açıdan da kararsız olacağını göstermesine rağmen, bu tahminlerin oldukça doğru olduğu kanıtlandı . 2013 itibariyle , oktafloroksenat(VI) anyonu ( XeF ) olmasına rağmen XeF 8 yapılmamıştır.2−
8) gözlemlendi.
1960 yılına gelindiğinde, kovalent olarak bağlanmış bir asal gaz atomuna sahip hiçbir bileşik henüz sentezlenmemişti. İlk yayınlanan bir rapor, Haziran 1962, bir soy gaz bileşiği oldu Neil Bartlett fark, son derece oksitlenmesi bileşik platin heksafluorür iyonize O 2 için O+
2. O iyonizasyon enerjisi olarak 2 ile O+
2(1165 kJ.mol -1 ) Xe'nin için Xe iyonizasyon enerjisi yaklaşık eşittir + (1170 kJ.mol -1 ), o PTF ile Xe reaksiyonunu denedik 6 . Bu , formülü Xe olduğu önerilen ksenon heksafloroplatinat kristalli bir ürün verdi.+
[PtF
6]-
. Daha sonra bileşiğin aslında daha karmaşık olduğu ve hem XeFPtF 5 hem de XeFPt 2 F 11 içerdiği gösterildi . Bununla birlikte, bu, herhangi bir soy gazın ilk gerçek bileşiğiydi.
İlk ikili soy gaz bileşikleri daha sonra 1962'de rapor edildi. Bartlett , bir ksenon ve flor karışımını yüksek sıcaklığa maruz bırakarak ksenon tetraflorürü (XeF 4 ) sentezledi . Rudolf Hoppe , diğer grupların yanı sıra , elementlerin reaksiyonuyla ksenon diflorürü (XeF 2 ) sentezledi .
Ksenon bileşiklerinin ilk başarılı sentezinin ardından, kripton diflorür ( KrF
2) 1963 yılında rapor edilmiştir.
Gerçek soy gaz bileşikleri
Bu bölümde, radyoaktif olmayan soy gazlar, atom ağırlıklarının azalan sırasına göre ele alınmaktadır ; bu, genellikle keşiflerinin önceliğini ve bu bileşikler için mevcut bilgilerin genişliğini yansıtır. Radyoaktif elementler olan radon ve oganessonun incelenmesi daha zordur ve bölümün sonunda ele alınmıştır.
Ksenon bileşikleri
XeF 4 ve XeF 2 ile ilgili ilk 1962 çalışmasından sonra, sentezlenen ksenon bileşikleri arasında diğer florürler ( XeF 6 ), oksiflorürler (XeOF 2 , XeOF 4 , XeO 2 F 2 , XeO 3 F 2 , XeO 2 F 4 ) ve oksitler ( XeO
2, XeO 3 ve XeO 4 ). Ksenon florürler, sodyum oktafloroksenat ( Na+
2XeF2−
8) ve trifluoroxenonium hexafluoroantimonate ( XeF+
3SbF-
6).
Diğer halid reaktivite açısından, kısa ömürlü , eksimerler soy gazı halidleri gibi XeCl 2 veya XeCl in situ hazırlanır ve fonksiyonu kullanılır excimer lazerleri .
Son zamanlarda, ksenon XeO tipteki bileşiklerin çok çeşitli üretmek için gösterilmiştir , n x 2 burada n, 1,2 veya 3'tür ve X, CF, bir elektronegatif gruptur 3 , C (SO 2 CF 3 ) 3 , N (SO 2 F) 2 , N (SO 2 CF 3 ) 2 , OTeF 5 , O (IO 2 F 2 ), vs .; Bileşik yelpazesi, komşu element iyotta görülene benzer şekilde etkileyicidir, binlerce kişiye ulaşır ve ksenon ile oksijen, nitrojen, karbon, bor ve hatta altın, ayrıca perksenik asit, birkaç halojenür ve kompleks iyonlar arasındaki bağları içerir. .
Xe 2 + Sb 4 F 21 − bileşiği , bilinen en uzun element-element bağı olan bir Xe–Xe bağı içerir (308.71 pm = 3.0871 Â ). Xe 2'nin kısa ömürlü eksimerlerinin , eksimer lazerlerin işlevinin bir parçası olarak var olduğu bildirilmektedir .
Kripton bileşikleri
Kripton gazı, aşırı zorlayıcı koşullar altında flor gazı ile reaksiyona girerek aşağıdaki denkleme göre KrF 2 oluşturur :
- Kr + F 2 → KrF 2
KrF 2 , KrF + ve Kr tuzlarını oluşturmak için güçlü Lewis asitleri ile reaksiyona girer
2F+
3 katyonlar . KrF'nin hazırlanması
4 Claasen yöntemini kullanan Grosse tarafından 1963'te rapor edilen, daha sonra yanlış bir tanımlama olduğu gösterildi.
Kr-F bağları dışındaki kripton bileşikleri ( flor dışında atomlara sahip bileşikler ) de tarif edilmiştir. KrF
2B ile tepki verir (OTeF
5)
3kararsız bileşiği üretmek için, Kr(OTeF
5)
2, bir kripton- oksijen bağı ile. Bir krypton- azot bağı bulunan katyon [HC≡N-Kr-F]+
, KrF'nin reaksiyonuyla üretilir
2 [HC≡NH] ile+
[AsF-
6] -50 ° C'nin altında.
Argon bileşikleri
HArF'ın keşfi 2000 yılında duyuruldu. Bileşik, deneysel çalışmalar için düşük sıcaklıklı argon matrislerinde bulunabilir ve ayrıca hesaplamalı olarak da çalışılmıştır . Argon hidrit iyonu ArH+
1970'lerde elde edildi. Bu moleküler iyon, ışık emisyonlarının frekansına dayalı olarak Yengeç Bulutsusu'nda da tanımlanmıştır .
SbF ile katı bir ArF + tuzunun hazırlanabilme olasılığı vardır.-
6veya AuF-
6 anyonlar.
Neon ve helyum bileşikleri
Ne +, (NeAr) +, (NeH) + ve (HeNe +) iyonları optik ve kütle spektrometrik çalışmalardan bilinmektedir. Neon ayrıca kararsız bir hidrat oluşturur. Çok düşük sıcaklıklarda veya aşırı basınçlarda bulunabilen birkaç yarı kararlı helyum bileşiği için bazı ampirik ve teorik kanıtlar vardır. Kararlı katyon HeH + 1925'te rapor edildi, ancak nötr olmadığı ve izole edilemediği için gerçek bir bileşik olarak kabul edilmedi. 2016 yılında bilim adamları, keşfedilen ilk helyum bileşiği olan helyum bileşiği disodyum helidi (Na 2 He) yarattılar .
Radon ve oganesson bileşikleri
Radon kimyasal olarak inert değildir, ancak kısa yarı ömrü ( 222 Rn için 3.8 gün ) ve radyoaktivitesinin yüksek enerjisi, tek florürünü (RnF 2 ), rapor edilen oksitini (RnO 3 ) ve reaksiyonlarını araştırmayı zorlaştırır. Ürün:% s.
Oganesson izotoplarının yarılanma ömürleri milisaniye aralığında daha da kısadır ve bazıları teorik olarak tahmin edilmiş olsa da henüz hiçbir bileşik bilinmemektedir. Kimyasında asil bir gazdan çok normal bir element gibi, radondan daha reaktif olması bekleniyor.
Ksenon heksafloroplatinat ve ksenon tetraflorürden önceki raporlar
Klatratlar
1962'den önce, soy gazların tek izole bileşikleri klatratlardı (klatrat hidratlar dahil ); koordinasyon bileşikleri gibi diğer bileşikler yalnızca spektroskopik yollarla gözlendi. Klatratlar (kafes bileşikleri olarak da bilinir), belirli organik ve inorganik maddelerin kristal kafeslerinin boşluklarında tutuldukları soy gazların bileşikleridir. Oluşumları için temel koşul, konuk (soy gaz) atomların, konukçu kristal kafesin boşluklarına sığacak uygun boyutta olması gerektiğidir; örneğin, Ar, Kr ve Xe kristalli β-kinol ile klatratlar oluşturabilir, ancak He ve Ne çok küçük oldukları için uyamazlar. Ayrıca, Kr ve Xe, melanoflojit kristallerinde konuk olarak görünebilir .
Helyum-nitrojen (He (N 2 ) 11 ) kristalleri oda sıcaklığında ca. Elmas örs hücresinde 10 GPa . Katı argon-hidrojen klatrat (Ar(H 2 ) 2 ), MgZn 2 Laves fazı ile aynı kristal yapıya sahiptir . Bu Raman ölçümleri göstermektedir da, 4.3 ve 220 GPa arasında basınçlarda oluşturur, H 2 Ar (lH moleküllerin 2 ) 2 175 GPa'dan ayırmaktan. 5 GPa'nın üzerindeki basınçlarda benzer bir Kr (H 2 ) 4 katı oluşur. Kripton oktahedranın rastgele yönlendirilmiş hidrojen molekülleri ile çevrili olduğu yüz merkezli bir kübik yapıya sahiptir. Bu arada, katı Xe (H 2 ) 'de 8 ksenon atomu, katı hidrojenin içinde dimerler oluşturur .
Koordinasyon bileşikleri
Ar·BF 3 gibi koordinasyon bileşiklerinin düşük sıcaklıklarda var olduğu varsayılmıştır, ancak hiçbir zaman doğrulanmamıştır. Ayrıca, WHe 2 ve HgHe 2 gibi bileşiklerin elektron bombardımanıyla oluştuğu bildirildi, ancak son araştırmalar, bunların muhtemelen He'nin metal yüzeyine adsorbe edilmesinin bir sonucu olduğunu gösterdi ; bu nedenle, bu bileşikler gerçekten kimyasal bileşikler olarak kabul edilemez.
Hidratlar
Hidratlar, soy gazların suda sıkıştırılmasıyla oluşturulur; burada güçlü bir dipol olan su molekülünün soy gaz atomlarında zayıf bir dipolü indüklediğine ve bunun sonucunda dipol-dipol etkileşimine neden olduğuna inanılır. Daha ağır atomlar, küçük atomlardan daha fazla etkilenir, bu nedenle Xe•5.75 H 2 O'nun en kararlı hidrat olduğu rapor edilmiştir; 24 ° C erime noktasına sahiptir. Doteryumlu bu hidrat sürümü de üretilmiştir.
Fullerene eklentileri
Soy gazlar , soy gaz atomunun bir fulleren molekülünün içinde hapsolduğu endohedral fulleren bileşikleri de oluşturabilir . 1993'te, C 60'ın yaklaşık 3 bar He veya Ne'lik bir basınca maruz kaldığında , He @ C 60 ve Ne @ C 60 komplekslerinin oluştuğu keşfedildi . Bu koşullar altında, her 650.000 ° C üzerinden sadece bir tanesi 60 kafesleri ile takviye edilmiş helyum atomu; daha yüksek basınçlarda (3000 bar),% 0,1'e varan bir verim elde etmek mümkündür. İle endohedral kompleksler argon , kripton ve ksenon mı de elde yanı sıra çok sayıda edilmiş adüktler He C @ 60 .
Başvurular
Soy gaz bileşiklerinin çoğu uygulaması ya oksitleyici ajanlar olarak ya da soy gazları yoğun bir biçimde depolamak için bir araç olarak kullanılır. Ksenik asit değerli bir oksitleme maddesidir çünkü safsızlıklara yol açma potansiyeli yoktur - ksenon basitçe bir gaz olarak açığa çıkar - ve bu bakımdan sadece ozonla rekabet eder . Perxenates daha da güçlü oksitleyici maddeler bulunmaktadır. Ksenon bazlı oksidanlar da sentezlemek için kullanılmış olan karbokatyon içinde, oda sıcaklığında kararlı SO
2CIF çözümü.
Ağırlığa göre çok yüksek oranda flor içeren stabil ksenon tuzları (örneğin tetrafloroamonyum heptafloroksenat, NF 4 XeF 7 ve ilgili tetrafloroamonyum oktafloroksenat (NF 4 ) 2 XeF 8 ), roketlerde itici gaz olarak kullanılmak üzere yüksek enerjili oksitleyiciler olarak geliştirilmiştir. .
Ksenon florürler iyi florlama ajanlarıdır.
Klatratlar, He ve Ne'nin Ar, Kr ve Xe'den ayrılması ve ayrıca Ar, Kr ve Xe'nin taşınması için kullanılmıştır. (Örneğin, kriptonun ve ksenonun radyoaktif izotoplarının depolanması ve atılması zordur ve bu elementlerin bileşikleri, gaz formlarından daha kolay kullanılabilir.) Ek olarak, radyoizotopların klatratları, belirli türlerde kaynakları gerektiren deneyler için uygun formülasyonlar sağlayabilir. radyasyon; dolayısıyla. 85 Kr klatrat, güvenli bir beta parçacıkları kaynağı sağlarken 133 Xe klatrat, faydalı bir gama ışını kaynağı sağlar .
Oganesson'un hiçbir uygulaması yok.
Referanslar
Kaynaklar
- Khriachtchev, Leonid; Räsänen, Markku; Gerber, R. Benny (2009). "Asil Gaz Hidrürleri: Düşük Sıcaklıklarda Yeni Kimya". Kimyasal Araştırma Hesapları . 42 (1): 183–91. doi : 10.1021 / ar800110q . PMID 18720951 .