Благородные газы

Благородные газы имеют электронную конфигурацию ns 2np 6 (у гелия 1s 2) и составляют VIIIА группу. По мере возрастания порядкового номера растут радиусы атомов и их поляризуемость. Это приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий, к повышению температур плавления и кипения, к увеличению растворимости газов в воде и других растворителях. Для благородных газов известны следующие группы соединений: молекулярные ионы, соединения включения и валентные соединения.

Молекула благородного газа существовать не может – . Но если удалить один электрон, то заполнение верхней разрыхляющей орбитали лишь наполовину – является – энергетической основой существования молекулярных ионов благородных газов

Элемент

Радиус атома, нм

Первый потенциал ионизации, эВ

T пл. , K

T кип. , K

Относительная поляризуемость атома, усл. ед.

Энергия возбужденного электрона, эВ

Гелий, He

0,122

24,58

4,18

1

Неон, Ne

0,160

21,56

24

27,18

2

16,6

Аргон, Ar

0,192

15,76

34

97,29

3

11,5

Криптон, Kr

0,198

14,00

116

120,26

12

9,9

Ксенон, Xe

0,218

12,13

162

166,06

20

8,3

Таблица 8.9.

Некоторые характеристики элементов VIIIА подгруппы.

Соединения включения , или клатраты , известны только в твердом состоянии. Например, гидраты типа Э∙6H 2O образуются при действии сжатых благородных газов на кристаллизующуюся переохлажденную воду и существуют в кристаллической решетке льда при низких температурах и повышенных давлениях. В ряду Ar–Rn давление газа над кристаллогидратами при 0 °С падает с 98 атм до 0,4 атм, что обусловлено оптимизацией соотношения размеров атома и занимаемой им полости в структуре льда, а также различием в поляризуемости атомов, и указывает на большую прочность гидратов тяжелых газов. Клатратные соединения используют для разделения и хранения благородных газов.

Соединения с валентными связями Э (II), Э (IV), Э (VI), Э (VIII) хорошо изучены на примере фторидов Kr и Xe, полученных по схеме

Химическая связь в соединениях благородных газов не может быть описана с позиций МВС, поскольку в соответствии с этим методом в образовании связи должны участвовать d-орбитали. Однако возбуждение одного электрона с p- на d-орбиталь требует для ксенона около 100 кДж/атом, что не компенсируется энергией образования связи.

В рамках ММО строение XeF 2 объясняется схемой, в которой d-орбитали не участвуют:

Рисунок 8.9.

Тетрафторид ксенона является сильным окислителем:

При нагревании и гидролизе XeF 4 диспропорционирует:

Для шестивалентного Xe известны фторид XeF 6, оксид XeO 3, XeOF 4 – оксофторид, Xe(OH) 6 – гидроксид, а также комплексные ионы типа и

XeO 3 хорошо растворим в воде и образует сильную кислоту

Гексафторид очень активен, реагирует с кварцем:

Производные Xe (VI) – сильные окислители, например:

Для Xe (VIII) известны, кроме того, XeF 8, XeO 4, XeOF 6,

В обычных условиях XeO 4 медленно разлагается:

По мере увеличения степени окисления ксенона устойчивость бинарных и солеподобных соединений падает, а анионных комплексов – возрастает.

Для криптона получены лишь KrF 2, KrF 4, неустойчивая криптоновая кислота KrO 3∙H 2O и ее соль BaKrO 4.

Рисунок 8.10.

Инертные газы используются как наполнители газоразрядных ламп.

Гелий используется в низкотемпературных процессах для создания инертной атмосферы в лабораторных аппаратах, при сварке и в газонаполненных электрических лампах, неон – в газоразрядных трубках, аргон – для создания инертной атмосферы в химическом синтезе и сварочных работах.

Соединения благородных газов используются в качестве сильных окислителей. В виде фторидов ксенона хранят фтор и ксенон.