INERTA GASOVA JEDINJENJA

I Postoji šest retkih ili plemenitih gasova: helijum He, neon Ne, argon Ar, kripton Kr, ksenon Xe i radon Rn. Argon je bio prvi od ovih gasova koji je otkriven. Otkriće datira iz 1894. godine, a napravili su ga D. Rayleigh (1842–1919) i W. Ramsay (1852–1916). Zbog svojih svojstava, novi element je na grčkom nazvan argon. - neaktivan. Ovaj gas ne stvara hemijska jedinjenja. Dakle, jedan od istaknutih eksperimentalnih hemičara XIX veka. A. Moissan (1852-1907) je 1886. godine pokazao da argon ne reaguje sa najaktivnijim od oksidatora - fluorom.

Ostali inertni plinovi otkriveni nakon argona formirali su s njim grupu, koja se uspješno uklopila u tabelu D. I. Mendeljejeva, smještenu na granici između najizraženijih metaloida i metala (u nultoj grupi). Nakon sinteze jedinjenja nekih inertnih gasova i proučavanja njihovih svojstava, ovi elementi su svrstani u VIII grupu.

Prve teorije koje su pokušale da objasne strukturu atoma, njegov model koji je predložio N. Bohr (1913) i Kossel-Lewisova (1916) elektronska teorija valencije zasnovana na ovom modelu, učvrstile su već utvrđeno mišljenje o inertnosti atoma. plemenitih gasova. Elektronska konfiguracija atoma inertnih plinova bila je upravo ona koju su, prema ovim teorijama, atomi drugih elemenata nastojali steći međusobno reagirajući.

Otkrivanju hemijskih jedinjenja inertnih gasova prethodilo je dobijanje njihovih jedinjenja sa vodom – hidrata. Davne 1896. godine, dvije godine nakon otkrića argona, P. Willard je izlaganjem plina tlaku iznad vode na 0°C dobio kristalni hidrat sastava Ar 6H 2 O. Slijedeći ga
R. de Forcran je u prvoj četvrtini 20. vijeka, koristeći istu metodu, sintetizovao slična jedinjenja kriptona Kr 5,75H 2 O i ksenona Xe 5,75H 2 O. Zatim je slične hidrate dobio sa teškom vodom.

U našoj zemlji interesovanje za jedinjenja inertnih gasova pokazao je dopisni član Akademije nauka SSSR-a.
B.A. Nikitin (1906–1952), koji je radio u Institutu za radijum Akademije nauka. 1940-ih godina dobio je ne samo hidrate radona, neona i argona, već i istu vrstu jedinjenja radona i ksenona sa fenolom i toluenom opšte formule R 2C 6 H 5 OH i R 2C 6 H 5 CH 3 (gde je R inertni gas). On je ove spojeve nazvao molekularnim, jer je vjerovao da se u njima veza ne ostvaruje zbog interakcije između atoma, već kao rezultat međumolekularne privlačnosti, i pokazao se u pravu. G. Powell je 1948. uveo termin "klatrati" za takva jedinjenja. Nikitin je istakao da se sposobnost formiranja molekularnih jedinjenja povećava od argona do radona i da se može koristiti za odvajanje inertnih gasova. Istraživanja u oblasti klatrata doprinijela su razvoju tehnike laboratorijskih eksperimenata s inertnim plinovima i postala značajan korak ka sintezi njihovih pravih kemijskih spojeva.

Pretpostavke o mogućnosti sintetizacije jedinjenja inertnih gasova date su već početkom 20. veka. W. Kossel je 1916. godine, na osnovu vrijednosti njihovih jonizacionih potencijala, istakao da treba očekivati ​​stvaranje hemijskih jedinjenja u ksenonu i kriptonu. Za razliku od lakših elemenata, oni imaju veće atomske radijuse, vanjski elektroni koji mogu formirati vezu udaljeni su od jezgre, pa je stoga za njihovo uklanjanje potrebno manje energije.

Godine 1924. austrijski istraživač A. von Antropov, koji je već tada, suprotno opšteprihvaćenom mišljenju, plemenite gasove pripisivao grupi VIII periodnog sistema, sugerisao je da su oni sposobni da tvore hemijska jedinjenja i da bi najveća valencija u tim jedinjenjima trebala biti jednak broju grupe, t .e. osam. Najvjerojatnijom je smatrao sintezu spojeva koji sadrže halogene i teške inertne plinove.

Godine 1933. Linus Pauling, profesor na Kalifornijskom institutu za tehnologiju, budući dobitnik Nobelove nagrade za hemiju (1954), na osnovu vrijednosti poluprečnika predloženih jona inertnih plinova, govorio je sigurnije od svojih prethodnika o mogućnost sintetizacije njihovih jedinjenja i čak ukazao na njihov sastav, naime, kripton heksafluoride KrF 6 i ksenon XeF 6, kojima je pripisao dovoljnu stabilnost, i nestabilni ksenon oktafluorid XeF 8 . Osim toga, Pauling je ukazao na mogućnost sintetizacije kiseline sastava H 4 XeO 6 i njenih soli. Kao što ćemo vidjeti u nastavku, većina predviđanja je naknadno potvrđena. Paulingovo samopouzdanje je bilo toliko da je uputio svog kolegu D. Yosta da izvrši sintezu ksenon fluorida. Dobijeni spoj je podvrgnut spektralnoj analizi. Spektroskopisti su iznijeli opreznu pretpostavku o formiranju jedinjenja ksenona, ali za hemičare to nije izgledalo dovoljno uvjerljivo.

Iste 1933. italijanski istraživač G. Oddo je takođe pokušao da dobije ksenon fluorid propuštanjem električnog pražnjenja kroz mešavinu ovih gasova. Jedinjenje je dobijeno, ali ga naučnik nije uspio pročistiti od produkata korozije posude u kojoj je reakcija izvedena, što je pomaknulo datum njegovog otkrića za trideset godina.

G. Booth i C. Wilson su 1935. izvijestili o interakciji bor trifluorida sa argonom. Pokušaj da se ova reakcija ponovi 1948. godine bio je neuspješan. Postepeno, interesovanje za sintezu jedinjenja inertnih gasova opada.

H Uprkos svemu tome, prije 1962. godine nemoguće je govoriti o bilo kakvim spojevima plemenitih plinova. I dalje su bili inertni. Sve se promijenilo u maju 1962. godine, kada je Englez Neil Bartlet, koji je radio na Univerzitetu Britanske Kolumbije (Kanada, Vancouver), objavio svoj prvi izvještaj o sintezi jedinjenja ksenona sa heksafluoridom platine Xe. U to vrijeme, naučnik je bio zainteresiran za hemiju neorganskih jedinjenja fluora. Treba napomenuti da su već do 1960. godine dostignuća u oblasti hemije fluora bila veoma značajna. Tako je odvajanje uranijuma na izotope U-235 i U-238 izvršeno korištenjem plinovitog spoja uranijum heksafluorida. Obnovljeno je interesovanje za sintezu i proučavanje fluorida drugih elemenata, posebno elemenata platinske grupe.

Bartlet je zajedno sa D. Lomanom 1961. sintetizirao heksafluorid platine PtF 6 . Istraživači su dugo držali kristale platine heksafluorida u kontaktu sa vazduhom. Postepeno se njihova boja mijenjala iz crvene u narandžastu. Analiza je pokazala da je nastao novi, do sada nepoznati O 2 spoj, oksigenil heksafluoroplatinat, spoj koji sadrži jednostruko nabijeni pozitivni ion kisika, oksigenil kation O 2 +. Detaljna istraživanja ovog spoja potvrdila su njegov sastav. Iz čega je proizašlo da heksafluorid platine ima neobično visoku oksidacionu moć i može povući elektron čak i iz kiseonika. Ispostavilo se da je vrijednost afiniteta elektrona* za ovo jedinjenje 6,8 eV, tj. dvostruko veći od fluora, najjačeg oksidanta poznatog u to vrijeme. Bartlet je imao ideju da koristi heksafluorid platine za oksidaciju inertnog gasa. Upoređujući prve jonizacijske potencijale molekule kisika i atoma inertnih plinova, došao je do zaključka da mu je ionizacijski potencijal ksenona najbliži. Ovi potencijali za kiseonik i ksenon su 12,20 i 12,129 eV, respektivno.

Godine 1962. Bartlet je izvijestio da je reakcijom ksenona sa plinovitim heksafluoridom platine dobio žutu čvrstu supstancu sastava Xe.

Bartletova poruka nije izazvala poverenje većine hemičara, a samim tim i interesovanje. Samo za uski krug naučnika koji su se bavili proučavanjem fluora i inertnih gasova, to je postalo podsticaj za široki razvoj istraživanja u ovoj oblasti, koji je započeo iste 1962. godine, odmah nakon prvog objavljivanja. U Sjedinjenim Državama, grupa naučnika iz Nacionalne laboratorije Argonne počela je da radi. U Sovjetskom Savezu, u Moskvi, ovim problemom se bavila grupa na Institutu za atomsku energiju IV Kurčatov; u Lenjingradu - naučnici sa Instituta za nuklearnu fiziku
njima. B.P. Konstantinov, kao i Institut za radijum.

Trenutno su za ksenon pouzdano poznata jedinjenja nekoliko oksidacionih stanja: +1, +2, +4, +6 i +8. Jedinjenja koja odgovaraju oksidacionom stanju +1 uključuju, prije svega, prvo jedinjenje koje je sintetizirao Bartlett Xe. Osim toga, dobio je slična jedinjenja sa rutenijumom, rodijumom i paladijumom. Nakon Bartleta iste godine, D. Morton i V. Falcone, djelujući na zrake ksenon tetrafluorida XeF 4 na niskoj temperaturi, dobili su XeF radikal, gdje je ksenon također bio u +1 oksidacionom stanju. Isti istraživači su pokazali da se sličan radikal formira tokom hidrolize ksenon difluorida XeF 2 . Postojanje radikala uvjerljivo je potvrdio 1968. naš sunarodnik akademik V. A. Legasov.

XeF 2 difluorid je prvi koji se dobija iz jedinjenja ksenona koja odgovaraju +2 oksidacionom stanju. Ovo jedinjenje su nezavisno sintetizirali 1962. S. L. Chernik u Sjedinjenim Državama i R. Hoppe u Njemačkoj. U narednim godinama mogu se razlikovati dva pravca u sintezi spojeva inertnih plinova. Prvo, tražena su nova sredstva za fluoriranje i izvori energije za poticanje reakcije, a drugo, poboljšana je tehnologija procesa. Značajan doprinos dali su naši sunarodnici. V.M. Khutoretsky i V.A. Shpansky su otkrili da se formiranje ksenon difluorida može odvijati i pod prilično blagim uslovima, ako se mješavina plinova F 2 i Xe u volumnom omjeru 1:1 ubrizgava pod pritiskom od 35 atm u posudu od nehrđajućeg čelika. .

Za kratko vrijeme proučavana su fizičko-hemijska svojstva ksenon difluorida. To su bezbojni kristali karakterističnog mirisa. XeF 2 se blago otapa u vodi, dok se hidrolizira, oslobađajući Xe, HF i kisik. Po prirodi, XeF 2 je vrlo jak oksidant. Legasov je detaljno proučavao hidrolizu. Osim toga, odredio je tačku topljenja XeF 2, koja iznosi 140 °C. A.V. Nikolaev je odredio rastvorljivost XeF 2 u nekim rastvaračima. Bartlet i D. Musher su nezavisno pokazali da se u ksenon difluoridu jedan atom fluora ili oba mogu odjednom zamijeniti takvim supstituentima kao što su
OSO 2 F, OTeF 5 i neki drugi. Sva takva jedinjenja su nestabilna i lako eksplodiraju, sa izuzetkom Xe(OTeFS).

Krajem 1960-ih - početkom 1970-ih. utvrđeno je da je Xe(II) u obliku pozitivnog jednostruko naelektrisanog XeF + kationa u stanju da formira obična koordinaciona jedinjenja sa jednonabijenim anionima tipa RF 6 – (gde je R = As, Sb, Nb, Ta, Ru, V), koje su čvrste, obojene supstance. Ukupno je proučavano više od 20 spojeva. U istraživanju nisu učestvovali samo Bartlet i njegovi saradnici, već i istraživači iz drugih zemalja: grupe koje su predvodili F. Sladka i V. A. Legasov. Naučnici su došli do zaključka da kompleksni ksenonski fluoridi po svojoj prirodi nisu izuzetak među neorganskim kovalentnim halogenidima drugih elemenata.

M Razmatrali smo jedinjenja ksenona u oksidacionim stanjima +1 i +2. Sada pređimo na spojeve u +4 oksidacijskom stanju. Mnogo manje poznata jedinjenja ovog tipa. Ksenon tetrafluorid XeF 4 prvi su nabavili G. Klassen i saradnici u Sjedinjenim Državama 1962. godine, ubrzo nakon što je Bartletova sinteza ksenon diklorida postala poznata. Sinteza je izvedena u zatvorenoj posudi od nikla na 400°C, pritisku od 6 atm i petostrukom višku fluora. Smatra se da je ovo najlakše dobijeno jedinjenje ksenona. Kasnije su predložene druge, jednostavnije metode, ali za dobijanje velikih (gramskih) količina ove supstance, prva metoda se i dalje smatra poželjnom. Istina, ima jedan veliki nedostatak - glavni proizvod je uvijek kontaminiran ksenonskim difluoridom. Da bi odvojio ove fluoride, Bartlet je 1968. predložio tretiranje smeše sa pentafluoridom arsena AsF 5, sa kojim Xe(IV) ne stupa u interakciju, ali Xe(II), kao što smo videli gore, formira kompleksno jedinjenje. Krajnji proizvodi se odvajaju sublimacijom pod vakuumom. Godine 1973., Legasov i njegovi saradnici su izdali patent za odvajanje di- i tetrafluorida.

Ksenon tetrafluorid je bezbojni kristal otporan na -zračenje. Pokazalo se da je stabilniji od ksenonskih fluorida u nižim i višim oksidacijskim stanjima. U vodenom rastvoru, XeF 4 se hidrolizira, formirajući XeOF 2 , XeO 3 , HF i O 2 . Neki supstituenti mogu potpuno ili djelomično istisnuti fluor iz tetrafluorida. Tako je dobijeno kristalno jedinjenje Xe(OOCCF 3) 4, ali nije bilo moguće direktnom interakcijom zameniti fluor hlorom.

Od spojeva ksenona koji odgovaraju oksidacionom stanju +6, prvi je izolovan XeF 6 heksafluorid.Sinteza je obavljena 1963. odjednom u nekoliko laboratorija u Sjedinjenim Državama i Jugoslaviji. Sinteza se vrši u posudi od nerđajućeg čelika pri pritisku od 400 atm, temperaturi do 300°C i 20-strukom višku fluora. Heksafluorid je obično kontaminiran nečistoćama drugih ksenon fluorida i, što je najneprijatnije, nečistoćom eksplozivnog trioksida XeO 3. Da bi se odvojio od nečistoća, heksafluorid se apsorbuje na natrijum fluoridu, sa kojim formira jako jedinjenje NaF XeF 6 .

Fizička i hemijska svojstva ksenon heksafluorida su prilično dobro proučavana. Ovo jedinjenje je bezbojni, relativno stabilni kristali. Hidrolizira u vodi stvarajući ksenon trioksid i fluorovodonik. U alkalnim rastvorima proces ide dalje do formiranja slobodnog perksenat jona H 2 XeO 6 2–, koji nosi dvostruko negativno naelektrisanje i predstavlja jedinjenje Xe(VIII). Ksenon heksafluorid je jako sredstvo za fluoriranje. Uz njegovu pomoć dobiveno je mnogo fluorougljika. Pod dejstvom XeF 6 silicijum dioksid se pretvara u gasoviti silicijum tetrafluorid. Stoga je nemoguće raditi sa ksenonskim heksafluoridom ni u staklenim ni u kvarcnim posudama, koje su uništene.

Kao što je već spomenuto, XeO 3 oksid je poznat po +6 oksidacijskom stanju. Ovo jedinjenje je žute boje, lako eksplodira i prilično je opasno za rad.

Za Xe(VIII) poznati su XeO 4 tetroksid i soli koje odgovaraju kiselini H 4 XeO 6, sintetizovane 1964. Već smo spomenuli jednu od metoda za dobijanje anjona ove kiseline u rastvoru. Drugi se sastoji u propuštanju ozona u razrijeđeni alkalni rastvor koji sadrži Xe(VI). Ova metoda je korišćena za dobijanje stabilnih nerastvorljivih perksenatnih soli sastava Na 4 XeO 6 8H 2 O, Na 4 XeO 6 6H 2 O i Ba 2 XeO 6 1,5H 2 O. Ksenon tetraoksid je nestabilan i opstaje samo na temperaturi od –196 °C. Dobiva se reakcijom natrijevog perksenata sa sumpornom kiselinom. Zahvaljujući ovim spojevima, koji odgovaraju oksidacionom stanju Xe +8, inertni plinovi sada s pravom mogu zauzeti svoje mjesto u osmoj grupi periodnog sistema elemenata D.I. Mendeljejeva.

Relativno nedavno, 2003. godine, u našoj zemlji je sintetizovano veoma zanimljivo jedinjenje ksenona sa organskom supstancom acetilenom. Sintezu su izvršili zaposleni Instituta za sintetičke polimerne materijale Ruske akademije nauka i Fizičko-hemijskog instituta po imenu L.Ya.Karpov.

To Pored jedinjenja ksenona, poznata su i jedinjenja lakšeg inertnog gasa kriptona. Njegova interakcija sa fluorom je mnogo teža, a bilo je moguće dobiti samo difluorid sastava KrF 2 . Kripton difluorid sintetizirao je A.W. Grosse u Sjedinjenim Državama 1963. propuštanjem električnog pražnjenja kroz mješavinu kriptona i fluora na temperaturi od oko 200 °C. Trenutno su poznate i druge metode za dobijanje KrF 2, ali se takođe izvode u teškim uslovima.

Kripton difluorid je bezbojan u čvrstom i gasovitom stanju. Vrlo nestabilan i spontano se raspada na temperaturama znatno ispod sobne temperature. To ne dozvoljava utvrđivanje njegovih tačnih fizičko-hemijskih karakteristika. U vodi se raspada prema reakciji:

KrF 2 + H 2 O \u003d Kr + 0,5O 2 + 2HF.

Nestabilnost ksenon difluorida je razlog njegovog snažnog fluoriranja.

Godine 1965. dobijeno je stabilno koordinaciono jedinjenje KrF 2 Sb 2 F 5. Reakcija se odvija u staklenoj posudi na temperaturi od –20 °C. Jedinjenje je prilično stabilno i ima tačku topljenja od 50 °C.

Kripton tetrafluorid KrF 4 dobijen je istom metodom kao KrF 2, ali pod nešto drugačijim uslovima. Pod djelovanjem Ba(OH) 2 na njega izolovan je barijum kriptonat BaKrO 4 u kojem je kripton dio anjona. U ovom spoju, čini se da je kripton u +6 oksidacijskom stanju.

Uvjerljivi dokazi u prilog postojanja spojeva kriptona koji pripadaju drugim klasama još uvijek nisu dostupni.

Što se tiče jedinjenja radona, zbog njegovog brzog raspadanja (3.823 dana) i složenosti rada sa radioaktivnim gasom, njegova jedinjenja su dobijena u veoma malim količinama i njihov sastav je nepouzdan. Godine 1962. u Sjedinjenim Državama, P. Fields i njegovi saradnici su izvijestili da su primili radon fluorid, koji se pripisuje sastavu RnF 2 . Naučnici se zasnivaju samo na činjenici da njegova reakcija s vodom dovodi do produkata sličnih onima koji nastaju tokom hidrolize XeF 2. Radon difluorid je bijela kristalna supstanca, stabilna u vakuumu do 250 °C.

Proučavanje radonskih jedinjenja može biti od velikog značaja za medicinu, jer. omogućit će vam stvaranje koncentrisanih preparata ovog plinovitog elementa. Osim toga, znanje o hemiji radona pomoći će da se on ukloni iz zraka rudnika uranijuma.

Vrlo malo se zna o jedinjenjima argona. 2003. godine objavljeno je da su finski istraživači sa Univerziteta u Helsinkiju fotolizom dobili jedinjenje argona HArF.

Još nije bilo moguće dobiti hemijska jedinjenja helijuma i neona.

BARTLET Neil je rođen 15. septembra 1932. godine u Newcastleu (Velika Britanija). Njegov otac je bio brodski stolar, kao i četiri generacije njegovih škotskih predaka. Krajem 1920-ih, tokom Velike depresije, posla za brodograditelje praktički nije bilo, pa je ubrzo nakon vjenčanja sa Anom Wok 1928. godine otvorio trgovinu. Početni kapital za porodični biznis bila su sredstva koja je Ana uspela da uštedi pre udaje, dok je radila kao prodavac.

Porodica je imala troje djece. Nil Bartlet pamti svoje djetinjstvo kao sretno vrijeme. I iako mu je otac rano umro (tokom Prvog svetskog rata patio je od dejstva otrovnih gasova i umro 1944.), porodica je dobro živela zahvaljujući prodavnici. Djeca su stekla i svoje prvo poduzetničko iskustvo: Neil i njegov stariji brat Ken otvorili su malu sladoledarnicu od novca ušteđenog od nedjeljne zabave. Neal je prihode od svog malog biznisa potrošio na knjige o hemiji, kojom je u to vrijeme bio fasciniran, i na opremu za malu kućnu laboratoriju.

Kako se Bartlet kasnije prisjetio, njegova majka je bila vrlo obrazovana i odlučna žena, dobro upućena u posao. Počela je kao prodavačica u prodavnici cipela i postala jedna od istaknutih ličnosti u trgovačkoj industriji, iako u to vreme ženi nije bilo lako. Pošto je rano ostala bez oca i stekla vrlo skromno obrazovanje, toliko je uspješno vodila trgovinu namirnicama da porodici nikada nije nedostajalo sredstava.

Nakon što je položio specijalne ispite za kurs osnovnog obrazovanja, Neil je upisao Heaton School for Boys. Kasnije je smatrao da je imao veliku sreću sa školom: od samog početka akcenat je stavljen na proučavanje prirodnih nauka i laboratorijske eksperimente. Učenje je nastavio u kućnoj laboratoriji, dopunivši je opremom kupljenom za džeparac i svojim dijelom zarade od prodaje sladoleda. Iz školskog interesovanja tada je izrastao profesionalizam, koji je postao osnova za sticanje diplome na King's Collegeu, Durham.

Najpre je Neil želeo da postane biohemičar i po upisu na koledž davao je odgovarajuće preporuke od nastavnika neophodnih za proučavanje hemije prirodnih jedinjenja. Međutim, kako se bolje upoznao sa hemijskom naukom, odlučio je da ga više zanima neorganska hemija i nakon što je 1954. završio fakultet (sa diplomom) počeo je da radi u Grupi za istraživanje neorganske hemije dr. P. L. Robinsona. Godine 1958. odbranio je diplomski rad. Godinu dana ranije došlo je do promjena u njegovom privatnom životu - oženio se Christinom Cross.

Nekoliko mjeseci nakon odbrane, Bartlet je prihvatio poziv za rad sa Univerziteta Britanske Kolumbije u Vancouveru (Kanada) i zajedno sa dr. G. Clarkom pokrenuo rad na hemiji fluora tamo. Zajedno sa studentima i pripravnicima počeo je istraživati ​​fluoride metala platine i germanija.

Međutim, njegovo vlastito znanstveno istraživanje ticalo se iznenađujuće isparljive crvene supstance, koju je slučajno dobio u svom istraživanju disertacije fluoriranjem soli platine u staklenoj posudi. Konačno, Bartlet je, zajedno sa svojim prvim diplomiranim studentom Derekom Lomanom, pokazao da je isparljiva tvar diooksigenilno jedinjenje O 2 + - dioksigenil heksafluoroplatinat, koji nastaje kada se PtF 6 pomiješa sa O 2:

O 2 + PtF 6 \u003d O 2.

Ova činjenica je potvrdila da je heksafluorid platine najjači oksidant od svih poznatih spojeva (čak oksidira kisik). Upravo na ovaj i druge heksafluoride Bartlet je fokusirao svoja dalja istraživanja.

Početkom 1962. godine skrenuo je pažnju da su potencijali jonizacije ksenona i kiseonika po veličini bliski, a radona još nešto niži. Pošto eksperimenti s radonom u to vrijeme nisu bili mogući, Bartlet je dobio uzorak ksenona, pripremio nešto PtF 6 i pokušao oksidirati ksenon koristeći staklenu posudu i kvarcni aparat.

Do 1962. helijum, neon, argon, kripton, ksenon i radon smatrani su inertnim gasovima koji ne mogu formirati nikakva jedinjenja. 23. marta 1962. dr. Bartlett je uklonio pregradu koja je odvajala gasoviti crveni heksafluorid platine od bezbojnog ksenona, a dva gasa su odmah reagovala i formirala narandžasto-žutu supstancu. Bartlet je kasnije napisao: "Bio sam toliko iznenađen ovim prizorom da sam pobjegao iz laboratorije da pozovem kolege ili studente koji bi mogli svjedočiti ovom događaju." Međutim, bio je petak uveče, a u zgradi nije bilo nikoga...

U prvom članku koji opisuje ovaj istorijski eksperiment, zabeleženo je da se pritisak u reakcionoj posudi smanjio kao rezultat interakcije, što je jasno ukazivalo na stvaranje nove supstance; njegov sastav, kako su istraživači prvobitno sugerisali, bio je + - . U kasnijim publikacijama grupe Bartlet pokazalo se da je zapravo njen sastav trebao biti predstavljen na sljedeći način: + -. Nakon ovih radova, navalili su eksperimenti sa ksenonom.

Ogroman korak u razvoju hemije jedinjenja ksenon fluorida napravio je Argonne National Laboratory (SAD). Nakon posjete tamo u oktobru 1962., Bartlet je odlučio da ksenon oksid bude glavni fokus svog istraživanja. I ubrzo su on i njegov diplomirani student P.Rao dobili oksid. Međutim, zbog nesreće izazvane eksplozijom drugog uzorka, obojica su hospitalizovana mjesec dana, a identifikaciju eksplozivne supstance XeO 3 izvršili su drugi naučnici.

Godine 1964. Bartlet je dobio zvanje profesora, a dvije godine kasnije pozvan je na mjesto profesora hemije na Univerzitetu Princeton. Kasnije se prisjetio da mu je žao što je napustio zapadnu obalu, gdje se osjećao kao kod kuće. Tako je tri godine kasnije, kada je dobio poziv za profesora hemije sa Univerziteta Berkli u Kaliforniji, sa zadovoljstvom ga je prihvatio i od tada nije napuštao zapadnu obalu. U isto vrijeme, Bartlet je proveo dugo vremena (1969–1999) radeći na istraživanju u Nacionalnoj laboratoriji Lawrence Berkeley. 2000. godine naučnik je dobio američko državljanstvo.

Godine 1970. Američko hemijsko društvo dodijelilo mu je nagradu za neorgansku hemiju za dugogodišnji rad na polju heksafluorida prijelaznih metala. Za svoja istraživanja dobio je i Danni-Heinemann nagradu od Njemačke akademije nauka u Getingenu (1971), Henry Moissan (Francuska, 1988), medalje njima. Linus Pauling (1989), H. Davy (2002) i druge nagrade. Izabran je za člana Londonskog kraljevskog društva (1973), Nemačke akademije prirodnjaka "Leopoldina" (1969), za stranog člana Francuske akademije nauka (1989) i Nacionalne akademije nauka SAD (1979).

Godine 1999. Bartlet je napustio aktivno istraživanje kako bi proveo više vremena sa svojom porodicom i prepustio se svojim omiljenim hobijima. Slika akvarelima, tesari, čuva baštu, radi na srebru. Nakon njegovog odlaska postojalo je samo jedno jedinjenje koje je želeo da dobije, ali ga nije dobio - zlatni heksafluorid.

N.V. FEDORENKO

* Elektronski afinitet je energija koja se oslobađa kao rezultat vezivanja jednog elektrona za atom. Atom tada postaje negativni ion.

Kripton, ksenon i radon karakteriziraju niži potencijali jonizacije od tipičnih elemenata (He, Ne, Ar), pa su sposobni proizvoditi spojeve uobičajenog tipa. Tek 1962. N. Bartlett je uspio dobiti prvo takvo jedinjenje - ksenon heksafluoroplatinat Xe + |PtF 6 |. Nakon toga su dobijeni kripton i radon fluoridi i njihovi brojni derivati. Informacije o nekim jedinjenjima ksenona date su u tabeli. 17.2.

Tabela 17.2

Karakterizacija jedinjenja ksenona

oksidacija	veze	molekule	Struktura	Neke nekretnine
		supstance	Asimetrično antiprizma	Otporan na toplotu do 400°C
		Bezbojna tečnost	kvadratna piramida	održivo
		Bezbojna kristali	Pyramidal	Eksplozivan, higroskopan, stabilan u rastvorima
		Bezbojna	tetraedarski	Eksplozivno
		Bezbojna	Octahedral	Odgovara 11, XeO g; , postoje i kiseli anjoni: Xe0 8 ~, H 2 XeO | "i H 3 XeO sa

Uslovi za dobijanje jedinjenja plemenitih gasova nisu sasvim jednostavni sa stanovišta konvencionalnih ideja.

Ksenon difluorid XeF 2 se dobija reakcijom Xe sa F 2 pod visokim pritiskom. Supstanca je rastvorljiva u vodi. U prisustvu kiselina proces hidrolize teče sporo, a u prisustvu lužina hidroliza se pojačava:

XeF 2 je jako oksidaciono sredstvo, na primjer, kada je u interakciji sa HC1, reakcija se nastavlja

Ksenon tetrafluorid XeF 4 nastaje dugotrajnim zagrijavanjem i visokim pritiskom (400°C i 607 kPa) iz ksenona i fluora u omjeru 1:5. Ksenon tetrafluorid je po svojstvima identičan XeFn, ali je otporan na hidrolizu. U vlažnom vazduhu prolazi kroz disproporciju:

Ksenon heksafluorid XeF 6 se može dobiti iz XeF 4:

ili direktno iz Xe i F 2 na 250°C i preko 5065 kPa. Ovo jedinjenje ima visoku reaktivnost, što se može vidjeti iz primjera njegove interakcije sa kvarcom:

Kao Lewisova kiselina, XeF(i) lako reaguje sa fluoridima alkalnih metala (osim LiF) da formira heptafluoro i oktafluoroksenat aniope:

Hidroliza XcF 6 može biti praćena stvaranjem Xe0 3 i odgovarajuće nestabilne Lewisove kiseline XeOF 4:

Ksenon fluoridi su oksidanti:

Ksenon heksafluoroplatinat Xe se dobija interakcijom PtF 6 i Xe na sobnoj temperaturi, tj. od dvije gasovite supstance nastaje narandžasto-žuta čvrsta supstanca, koja je stabilna u normalnim uslovima:

Xe[ PtF c | sublimira bez raspadanja. Pod dejstvom vode hidrolizuje se:

Kasnije je dobijeno još nekoliko jedinjenja ksenona sa heksafluoridima rutenijuma, rodijuma i plutonijuma: Xe, Xe, Xe.

Ksenon oksotetrafluorid XeOF 4 ima amfoterna svojstva, o čemu se može suditi po odgovarajućim kationskim kompleksima, na primjer.

Ksenon oksid (Y1) Xe0 3 je bijelo, neisparljivo jedinjenje koje stvara stabilne vodene otopine. Molekul Xe0 3 ima strukturu trigonalne piramide. U alkalnom mediju formira ksenat (U1) ion:

HXe0 4 zbog disproporcionalnosti postepeno prelazi u perksenat (USh) ion:

Ksenon oksid (XX) Xe0 4 ima oblik tetraedra sa atomom Xe u centru. Xe0 4 se dobija iz barijum oksoksenata dejstvom H 2 S0 4:

Perksenat ion XeOf formira stabilne soli - perksenate, među kojima su Na 4 Xe0 8 -6H 2 0, Na 4 Xe0 G -8H 2 0, Ba 2 XeO G -1,5H 2 0 stabilne, slabo rastvorljive u vodi.

Kripton formira spojeve koji su po sastavu, strukturi i svojstvima molekula identični spojevima ksenona. Tako se kristalni kripton difluorid dobija pod uticajem tihog električnog pražnjenja na reakcionu smešu na -183°C i pritisku od -2,7 kPa.

Kripton(H) fluorid, ili kripton difluorid, KrF 2 je nestabilan na sobnoj temperaturi, ali na -78°C može se čuvati dugo vremena. KrF 2 je vrlo jak oksidant. Kada djeluje na HC1, istiskuje hlor i kiseonik iz vode. Dobijena su i jedinjenja kriptona sa prelaznim metalima: KrFMeF 6 . S arsenom i antimonom dobijena su jedinjenja sličnog tipa: Kr 2 F 3 AsF 6 , Kr 2 F 3 SbF G i KrFSb 2 F u .

Trenutno je opisan značajan broj jedinjenja ksenona. Uspješno se razvija i hemija jedinjenja kriptona. Što se radona tiče, zbog njegove visoke a-radioaktivnosti, dobijanje i proučavanje svojstava njegovih derivata je izuzetno teško.

Upotreba plemenitih gasova. Helij se zbog svojstava kao što su inertnost, lakoća, mobilnost i visoka toplinska provodljivost široko koristi. Na primjer, bezbjedno je prenijeti zapaljive tvari iz jedne posude u drugu pomoću helijuma.

Temeljni doprinos proučavanju svojstava tečnog helijuma dali su istaknuti ruski fizičari, dobitnici Nobelove nagrade L. D. Landau i P. L. Kapitsa.

Biološka istraživanja su pokazala da atmosfera helija ne utiče na ljudski genetski aparat, jer ne utiče na razvoj ćelija i učestalost mutacija. Udisanje helijumskog vazduha (vazduh u kome je azot delimično ili potpuno zamenjen helijumom) pojačava razmenu kiseonika u plućima, sprečava azotnu emboliju (kesonsku bolest).

Neon se često koristi u tehnologiji umjesto helijuma. Široko se koristi za proizvodnju gasnih neonskih lampi.

Argon je pristupačniji od helijuma i neona. Ovaj plin ima široku primjenu u metalurgiji, obično se koristi u toploj preradi titana, niobijuma, hafnija, uranijuma, torija, alkalnih metala, gdje je isključen kontakt sa kisikom, dušikom, vodom i ugljičnim monoksidom (IV). Metoda elektrolučnog zavarivanja u mediju argona našla je široku primjenu.

Kripton se uglavnom koristi u proizvodnji električnih svjetiljki.

Ksenon se široko koristi u proizvodnji ksenonskih lampi, koje se odlikuju ispravnim prikazom boja. Ksenon je radionepropusna supstanca koja se široko koristi u fluoroskopiji mozga.

U obliku ksenon fluorida pogodan je za skladištenje i transport ksenona i visoko agresivnog fluora, koji je od velikog ekološkog značaja. Ksenon oksidi se mogu koristiti kao eksplozivi ili kao jaki oksidanti.

Iako je radon radioaktivan, u ultramikrodozama ima pozitivan učinak na centralni nervni sistem, pa se koristi u balneologiji i fizioterapiji (radonske kupke).

Sažetak

Elektronska ljuska helijuma (jedina) ima Is 2 konfiguraciju, dok je za ostale elemente vanjski energetski nivo završen i sadrži osam elektrona (konfiguracija ...ns 2 np c>),što objašnjava njihovu izuzetno nisku aktivnost. Ovi elementi se zajednički nazivaju plemenitim gasovima. Stari naziv elemenata ove grupe "inertni gasovi" zapravo se odnosi samo na helijum i neon, jer elektronska struktura njihovih atoma ne dopušta nikakvu mogućnost stvaranja kovalentnih jedinjenja, za razliku od ostalih, za koje je bilo moguće dobijaju hemijska jedinjenja.

Pitanja i zadaci

• 1. Navedite elektronske konfiguracije plemenitih gasova i na osnovu toga objasnite zašto plemeniti gasovi ne formiraju dvoatomske molekule.
• 2. Zašto helijum i neon nisu u stanju da stvaraju spojeve sa drugim elementima?
• 3. Koji je predloženi mehanizam za formiranje veza koji uključuje kripton i ksenon?
• 4. Opišite vam poznata jedinjenja ksenona.

Zbog kompletnosti spoljašnjeg elektronskog nivoa, plemeniti gasovi su hemijski inertni. Do 1962. godine vjerovalo se da uopće ne stvaraju hemijska jedinjenja. U Brief Chemical Encyclopedia (M., 1963, v. 2) piše: "Inertni gasovi ne daju jedinjenja sa jonskim i kovalentnim vezama." Do tog vremena su dobijena neka jedinjenja tipa klatrata, u kojima se atom plemenitog gasa mehanički drži u okviru formiranom od molekula druge supstance. Na primjer, pod jakom kompresijom argona iznad prehlađene vode, izolovan je kristal hidrat Ar 6H 2 0. Istovremeno, svi pokušaji da se plemeniti plinovi natjeraju da reagiraju čak i sa najenergetnijim oksidantima (kao što je fluor) završili su uzalud. . I iako su teoretičari predvođeni Linusom Paulingom predvidjeli da bi molekuli fluorida i ksenon oksida mogli biti stabilni, eksperimentatori su rekli: "Ovo ne može biti."

U ovoj knjizi pokušavamo da naglasimo dvije važne ideje:

• 1) u nauci nema nepromenljivih istina;
• 2) u hemiji je APSOLUTNO SVE moguće, čak i ono što se decenijama čini nemogućim ili smiješnim.

Ove ideje je savršeno potvrdio kanadski hemičar Neil Bartlett, kada je 1962. godine dobio prvo hemijsko jedinjenje ksenona. Tako je bilo.

U jednom od eksperimenata sa heksafluoridom platine PtF 6 Bartlett je dobio crvene kristale, koji su prema rezultatima hemijske analize imali formulu 0 2 PtF 6 i sastojali se od jona 0 2 i PtF 6 . To je značilo da je PtF 6 toliko jak oksidant da uzima elektrone čak i od molekularnog kiseonika! Bartlett je odlučio oksidirati još jednu spektakularnu supstancu i shvatio da je čak lakše uzeti elektrone iz ksenona nego iz kisika (jonizacijski potencijali 0 2 12,2 eV i Xe 12,1 eV). U posudu je stavio heksafluorid platine, u nju ispustio precizno izmjerenu količinu ksenona i nekoliko sati kasnije primio ksenon heksafluoroplatinat.

Odmah nakon ove reakcije, Bartlett je izveo reakciju ksenona sa fluorom. Pokazalo se da kada se zagrije u staklenoj posudi, ksenon reagira s fluorom i nastaje mješavina fluorida.

Xenon fluorid^ II) XeF 2 nastaje pod dejstvom dnevne svetlosti na mešavinu ksenona sa fluorom na običnoj temperaturi

ili tokom interakcije ksenona i F 2 0 2 na -120 °C.

Bezbojni XeF 2 kristali su rastvorljivi u vodi. Molekul XeF 2 je linearan. Rastvor XeF 2 u vodi je vrlo jak oksidant, posebno u kiseloj sredini. U alkalnom okruženju, XeF 2 se hidrolizira:

Xenon fluorid(H) XeF 4 nastaje zagrijavanjem mješavine ksenona sa fluorom na 400 °C.

XeF 4 formira bezbojne kristale. Molekul XeF 4 je kvadrat sa atomom ksenona u centru. XeF 4 je vrlo jak oksidacijski agens i koristi se kao sredstvo za fluoriranje.

Kada je u interakciji s vodom, XeF 4 je nesrazmjeran.

Xenon Fluorid (Ch1) XeF 6 se formira od elemenata kada se zagreju i pod pritiskom sa fluorom.

XeF 6 - bezbojni kristali. Molekul XeF 6 je izobličeni oktaedar sa atomom ksenona u centru. Kao i drugi ksenon fluoridi, XeF 6 je vrlo jak oksidacijski agens i može se koristiti kao sredstvo za fluoriranje.

XeF 6 se djelimično razgrađuje vodom:

ksenon oksid (U I) Xe0 3 nastaje tokom hidrolize XeF 4 (vidi gore). To je bijela, nehlapljiva, vrlo eksplozivna supstanca, vrlo topljiva u vodi, a otopina ima blago kiselu reakciju zbog sljedećih reakcija:

Pod djelovanjem ozona na alkalnu otopinu Xe0 3 nastaje sol ksenonske kiseline u kojoj ksenon ima oksidacijsko stanje +8.

Xenon oksid (U1N) XeO 4 se može dobiti reakcijom barijum perksenata sa bezvodnom sumpornom kiselinom na niskim temperaturama.

Xe0 4 je bezbojni plin, vrlo eksplozivan i raspada se na temperaturama iznad 0 °C.

Od jedinjenja drugih plemenitih gasova poznati su KrF 2 , KrF 4 , RnF 2 , RnF 4 , RnF 6 , Rn0 3 . Vjeruje se da je malo vjerovatno da će se slični spojevi helijuma, neona i argona ikada dobiti u obliku pojedinačnih supstanci.

Gore smo rekli da je u hemiji "sve moguće". Izvještajmo stoga da spojevi helijuma, neona i argona postoje u obliku tzv excimer molekule, tj. molekule u kojima su pobuđena elektronska stanja stabilna, a osnovno stanje nestabilno. Na primjer, nakon električnog pobuđivanja mješavine argona i hlora, reakcija u gasnoj fazi može se nastaviti sa formiranjem ekscimerne molekule ArCl.

Slično, u reakcijama pobuđenih atoma plemenitog gasa može se dobiti čitav niz dvoatomskih molekula, kao što su He 2, HeNe, Ne 2, NeCl, NeF, HeCl, ArF, itd. Svi ovi molekuli su nestabilni i ne mogu se izolovati kao pojedinačne supstance, međutim, mogu se registrovati i proučavati njihova struktura spektroskopskim metodama. Štaviše, elektronski prelazi u eksimer molekulima se koriste za generisanje UV zračenja u eksimernim UV laserima velike snage.

Glavna podgrupa osme grupe periodnog sistema su plemeniti gasovi - helijum, neon, argon, kripton, ksenon i radon. Ove elemente karakteriše vrlo niska hemijska aktivnost, što je dalo razlog da se nazivaju plemenitim ili inertnim gasovima. Oni samo s poteškoćama stvaraju spojeve s drugim elementima ili supstancama; hemijska jedinjenja helijuma, neona i argona nisu dobijena. Atomi plemenitih gasova nisu kombinovani u molekule, drugim rečima, njihovi molekuli su jednoatomski.

Plemeniti gasovi upotpunjuju svaki period sistema elemenata. Osim helijuma, svi oni imaju osam elektrona u vanjskom elektronskom sloju atoma, čineći vrlo stabilan sistem. Elektronska ljuska helijuma, koja se sastoji od dva elektrona, također je stabilna. Stoga se atomi plemenitog plina odlikuju visokim energijama jonizacije i, po pravilu, negativnim energijama afiniteta elektrona.

U tabeli. 38 prikazana su neka svojstva plemenitih gasova, kao i njihov sadržaj u vazduhu. Može se vidjeti da su temperature ukapljivanja i skrućivanja plemenitih plinova što su niže što su njihove atomske mase ili serijski brojevi niži: najniža temperatura ukapljivanja za helijum, najviša za radon.

Tabela 38. Neka svojstva plemenitih gasova i njihov sadržaj u vazduhu

Sve do kraja 19. veka verovalo se da se vazduh sastoji samo od kiseonika i azota. Ali 1894. godine, engleski fizičar J. Rayleigh je otkrio da je gustina azota dobijenog iz vazduha (1,2572 ) nešto veća od gustine azota dobijenog iz njegovih jedinjenja (1,2505 ). Profesor hemije W. Ramsay je sugerirao da je razlika u gustini uzrokovana prisustvom nekog težeg plina u atmosferskom dušiku. Vezivanjem azota sa usijanim magnezijumom (Ramsay) ili izazivanjem njegovog spajanja sa kiseonikom (Rayleigh) električnim pražnjenjem, oba naučnika su izolovala male količine hemijski inertnog gasa iz atmosferskog azota. Tako je otkriven do tada nepoznat element, nazvan argon. Nakon argona, izolovani su helijum, neon, kripton i ksenon, sadržani u vazduhu u neznatnim količinama. Posljednji element podgrupe - radon - otkriven je u proučavanju radioaktivnih transformacija.

Treba napomenuti da je postojanje plemenitih gasova još 1883. godine, odnosno 11 godina pre otkrića argona, predvideo ruski naučnik II A. Morozov (1854-1946), koji je 1882. godine bio zatvoren zbog učešća u revolucionarnom pokretu. od strane carske vlade u tvrđavu Šliselburg. N. A. Morozov je ispravno odredio mjesto plemenitih plinova u periodnom sistemu, iznio ideje o složenoj strukturi atoma, o mogućnosti sintetiziranja elemenata i korištenja unutaratomske energije. N. A. Morozov je pušten iz zatvora 1905. godine, a njegova izvanredna predviđanja postala su poznata tek 1907. nakon objavljivanja njegove knjige Periodični sistemi strukture materije, napisane u samici.

Godine 1926. N. A. Morozov je izabran za počasnog člana Akademije nauka SSSR-a.

Dugo se vjerovalo da su atomi plemenitih plinova općenito nesposobni da formiraju kemijske veze s atomima drugih elemenata. Poznata su samo relativno nestabilna molekularna jedinjenja plemenitih gasova - na primer, hidrati, nastali delovanjem komprimovanih plemenitih gasova na kristalizovanu prehlađenu vodu. Ovi hidrati pripadaju tipu klatrata (vidi § 72); valentne veze ne nastaju u formiranju takvih spojeva.

Formiranju klatrata sa vodom pogoduje prisustvo brojnih šupljina u kristalnoj strukturi leda (vidi § 70).

Međutim, poslednjih decenija ustanovljeno je da se kripton, ksenon i radon mogu kombinovati sa drugim elementima i, pre svega, sa fluorom. Dakle, direktnom interakcijom plemenitih gasova sa fluorom (pri zagrevanju ili u električnom pražnjenju) dobijaju se fluoridi i. Sve su to kristali koji su stabilni u normalnim uslovima. Dobijeni su i derivati ​​ksenona u stepenu oksidacije - heksafluorid, trioksid, hidroksid. Posljednja dva spoja pokazuju kisela svojstva; pa, reagirajući sa alkalijama, formiraju soli ksenonske kiseline, na primjer:.

Naučnici su dugo vremena vjerovali da plemeniti plinovi ne mogu formirati spojeve jer nije bilo mjesta za više elektrona u njihovim elektronskim omotačima, koji sadrže valentne elektrone. To znači da ne mogu prihvatiti više elektrona, čineći hemijsku vezu nemogućim. Međutim, 1933. Linus Pauling je sugerirao da teški plemeniti plinovi mogu reagirati s fluorom ili kisikom, budući da imaju atome s najvećom elektronegativnošću. Njegova pretpostavka se pokazala tačnom, a kasnije su dobijena jedinjenja plemenitih gasova.

Jedinjenje plemenitog gasa je prvi put dobio kanadski hemičar Neil Bartlett 1962. godine reakcijom heksafluorida platine sa ksenonom. Jedinjenju je dodijeljena formula XePtF 6 (kako se kasnije ispostavilo - netačno [ ]). Odmah nakon Bartletovog izvještaja, iste godine su dobijeni jednostavni ksenon fluoridi. Od tog vremena, hemija plemenitih gasova se aktivno razvija.

Vrste veze

Omogućite veze

Jedinjenja plemenitih gasova, kod kojih su plemeniti gasovi uključeni u kristalnu ili hemijsku rešetku, bez formiranja hemijske veze, nazivaju se inkluzijskim jedinjenjima. To uključuje, na primjer, hidrate inertnih plinova, klatrate inertnih plinova s ​​kloroformom, fenole itd.

Plemeniti gasovi takođe mogu formirati jedinjenja sa endoedralnim fulerenima, kada se atom plemenitog gasa "gurne" u unutrašnjost molekula fulerena.

Kompleksna jedinjenja

Nedavno (2000) je pokazano da se ksenon može kompleksirati sa zlatom (npr. (Sb 2 F 11) 2) kao ligandom. Dobijena su i kompleksna jedinjenja u kojima ksenon difluorid djeluje kao ligand.

Hemijska jedinjenja

Poslednjih godina dobijeno je nekoliko stotina hemijskih jedinjenja plemenitih gasova (odnosno, koji imaju barem jednu vezu plemeniti gas-element). To su pretežno jedinjenja ksenona, jer su lakši gasovi inertniji, a radon ima značajnu radioaktivnost. Za kripton je poznato nešto više od desetak spojeva (uglavnom kompleksi kripton difluorida), za radon je poznat fluor nepoznatog sastava. Za gasove lakše od kriptona, poznata su samo jedinjenja u matrici čvrstih inertnih gasova (na primer, HArF) koja se raspadaju na kriogenim temperaturama.

Za ksenon su poznata jedinjenja u kojima postoje Xe-F, Xe-O, Xe-N, Xe-B, Xe-C, Xe-Cl veze. Gotovo svi su fluorirani u jednom ili drugom stepenu i raspadaju se pri zagrijavanju.

Linkovi

• Chriachtchev, Leonid; Räsänen, Markku; Gerber, R. Benny. Hidridi plemenitih plinova: Nova kemija na niskim temperaturama // Računi kemijskih istraživanja (engleski) ruski: journal. - 2009. - Vol. 42, br. jedan . - Str. 183 . -