A nemesgázok , gyakran nevezik nemesgázok , ritkán inert gáz (lásd cikket nemesgáz ezekről különböző nevek) egy család az elemek a priori nagyon reaktív, mert, amelynek vegyértéke héj teljes, akkor n „nincs elektron a vegyérték alkotnak egy kémiai kötés . Ennek eredményeként ezeknek az elemeknek nagy az ionizációs energiájuk és gyakorlatilag nulla elektron-affinitásuk van , és sokáig azt hitték, hogy nem vehetnek részt semmilyen kémiai reakcióban vegyületek képződéséhez .
1 | 2 | 3 | 4 | 5. | 6. | 7 | 8. | 9. | 10. | 11. | 12. | 13. | 14 | 15 | 16. | 17. | 18. | ||
1 | H | Hé | |||||||||||||||||
2 | Li | Lenni | B | VS | NEM | O | F | Született | |||||||||||
3 | N / A | Mg | Al | Igen | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
4 | K | Azt | Sc | Ti | V | Kr. | | Mn | Fe | Co | Vagy | Cu | Zn | Ga | Ge | Ász | Se | Br | Kr | |
5. | Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | Ban ben | Sn | Sb | Ön | én | Xe | |
6. | Cs | Ba |
* |
Olvas | HF | A te | W | Újra | Csont | Ir | Pt | Nál nél | Hg | Tl | Pb | Kettős | Po | Nál nél | Rn |
7 | Fr | Ra |
* * |
Lr | Rf | Db | Vminek | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og |
↓ | |||||||||||||||||||
* |
A | Ez | Pr | Nd | Délután | Sm | Volt | Gd | Tuberkulózis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | |||||
* * |
Ac | Th | Pa | U | Np | Tudott | Am | Cm | Bk | Vö | Is | Fm | Md | Nem | |||||
Li | Alkálifémek | ||||||||||||||||||
Lenni | Alkáliföldfémek | ||||||||||||||||||
A | Lanthanides | ||||||||||||||||||
Ac | Aktinidák | ||||||||||||||||||
Sc | Átmeneti fémek | ||||||||||||||||||
Al | Szegény fémek | ||||||||||||||||||
B | Metalloidok | ||||||||||||||||||
H | Nemfémek | ||||||||||||||||||
F | Halogén | ||||||||||||||||||
Hé | nemesgázok | ||||||||||||||||||
Mt | Ismeretlen kémiai természet |
Linus Pauling már 1933-ban megjósolta, hogy a legnehezebb nemesgázok kombinálhatók fluorral , sőt oxigénnel . Pontosabban az XeF 6 xenon-hexafluorid létezését jósoljaés kripton-hexafluorid KrF 6xenon-oktafluorid XeF 8 létezésére spekuláltinstabil, és azt javasolta, hogy a xénsav H 2 XeO 4perxenát sókat képezhetnek XeO 64- . Ezeket az előrejelzéseket majdnem pontosnak találták, bár a későbbi vizsgálatok azt mutatták, hogy a xenon-oktafluorid XeF 8nemcsak termodinamikailag, hanem kinetikailag is instabil lenne; a mai napig nem szintetizálták.
A nehezebb nemesgázok valóban több elektronréteggel bírnak, mint a könnyebbek, így a perifériás elektronok számára a belső elektronikus rétegek inkább a nehéz atomokban ( xenon , kripton , argon ), mint a könnyebb atomokban ( neon , hélium ) vetítik át a magot . Ennek eredményeként ezek a nehezebb nemesgázok alacsonyabb ionizációs energiát eredményeznek, amely kellően alacsony ahhoz, hogy stabil vegyületeket képezzenek, amelyek a legtöbb elektronegatív elemet tartalmazzák , jelen esetben fluort és oxigént .
1962-ig az egyetlen ismert nemesgáz "vegyület" a klatrát és a hidrát volt . Koordinációs vegyületeket is megfigyeltek, de csak spektroszkópiával, izolálás nélkül.
ClathratesEzek a szerkezetek nem igaz kémiai vegyületek a nemesgázokból. Akkor fordulnak elő, amikor egy atom csapdába esik a kristály rácsában vagy bizonyos szerves molekulákban. A nehezebb atomok, például a xenon , a kripton és az argon klatratákat képezhetnek a β-kinollal, de a neon és a hélium túl kicsi ahhoz, hogy csapdába essenek.
A 85 Kr- klatrátok a β-részecskék forrása, míg a 133 Xe- eket y- sugárforrásokként használják .
Koordinációs vegyületekA tényleges megfigyelésüket még soha nem igazolták. Az a megfigyelés, a komplex a argon és bór-trifluorid (Ar • BF 3), Állítólag létezik alacsony hőmérsékleten, nem erősítették meg, és a komplexeket a hélium a volfrám whe 2és higany HgHe 10amelyeket e fémek elektronbombázása után figyeltek meg, valójában a hélium ezen fémek felületén történő adszorpciójának eredményei lennének .
HidratálA nemesgáz- hidrátok valóságáról még mindig vita folyik. Mivel a vízmolekula erősen dipoláris, dipolt kell indukálnia a nemesgáz atomjaiban, közülük a legnehezebb a legérzékenyebb erre a hatásra. Ez a dipól magas nyomáson stabil hidrátok képződéséhez vezetne; a legstabilabb lenne xenon hexahidrát Xe • 6H 2 O.
Neil Bartlettnek köszönhetjük a nemesgáz-vegyület első szintézisét, 1962-ben. Az érvelés a következő volt:
Így publikálta Bartlett egy kristályos szilárd anyag szintézisét, amelyet xenon-hexafluor- platinátként Xe- ként fogalmazott meg+ PtF 6- .
Ezt követően bebizonyosodott, hogy a valóságban ez a fázis összetettebb volt, és több molekuláris faj, az XeFPtF 6 keverékéből származott .XeFPt 2 F 11és Xe 2 F 3 PTF 6.
Valóban ez volt az első nemesgázból szintetizált vegyület.
A xenon-hexafluor- platinát szintézisét követően Howard Claassen 1962 szeptemberében publikálta a xenon , a xenon- tetrafluorid XeF 4 egyetlen bináris vegyületének szintézisét xenon és fluor keverékének magas hőmérsékletnek való alávetésével.
Két hónappal később az XeF 2 xenon-difluorid jelentette be Rudolf Hoppe.
Azóta a szintetizált nemesgáz-vegyületek túlnyomó részét xenonból állítják elő.
Ha az atomok nemesgázok kémiailag nem reaktívak az alapállapotú , tudják, másrészt, formájában komplexeket egymással vagy halogénnel , amikor izgatott . Ezek a komplexek izgatott állapotban stabilak, de disszociálnak, amint az atomok visszaállnak alapállapotukba: ezt akkor nevezzük excimernek, ha a komplex atomjai homogének, vagy exciplexnek, ha a komplex atomjai heterogének. A gerjesztett állapotok és az alapállapot közötti energiaátmenet bizonyos hullámhosszúságú sugárzás eredete, amelyet bizonyos lézerek megvalósításához használnak . A fő fajok:
Emellett bizonyos számú excimers a volfrám , fluor- , jódatom , kén- és foszfor , hélium kitéve elektronok áramlását (hatása alatt egy bombázás, a kisülés vagy a. Egy plazma) is képezhetnek vegyületek (amelynek „kémiai” valóságban még vitatott) és higany (HgHe 10) és volfrám (WHe 2), valamint HeNe molekuláris ionok+ , He 2+ , He 22+ , HeH+ ( hélium-hidrid ) és HeD+ (hélium-deuterid).
Elméletileg más vegyületek is lehetségesek, például a HHeF hélium-fluor- hidrid, amely analóg lenne a HArF argon- fluorid-hidriddel 2000-ben észlelték.
Egyes számítások szerint a hélium stabil ionos oxidokat képezhet. A modell által megjósolt két új molekuláris faj, a CsFHeOés N (CH 3 ) 4 FHeOA metasztabil OHeF anionból származna- már 2005-ben egy tajvani csapat javasolta, amelyben az O-He kötés kovalens jellegű lenne, és a negatív töltést lényegében a fluoratom hordozza . Ezek a javaslatok azonban egyelőre pusztán spekulációk maradnak.
A neon az összes nemesgáz-elv közül a legkevésbé reaktív, és általában azt tartják, hogy valójában kémiailag inert. A neonhoz különféle elemekkel ( hidrogén , bór , berillium , nemesfémek ) számított kötési energiák még mindig alacsonyabbak, mint a héliumra számítottak . Nincs semleges neon vegyületet azonosítottak, ellentétben a HNE molekuláris ionokat+ , HeNe+ , Ne 2+ és NeAr+ optikai vagy spektroszkópiai vizsgálatok során figyeltek meg.
Az argon valamivel reaktívabb, mint a neon . Az egyetlen ismert vegyület az argon körül az argon- hidrofluorid HArF, 2000 augusztusában szintetizálták a Helsinki Egyetemen . Ezt a molekulát valójában soha nem izolálták, csak spektroszkópiával detektálták. Rendkívül instabil, és legalább 246 ° C-on disszociál argonban és hidrogén-fluoridban .
A kripton a legkönnyebb a nemesgázok közül , amelyek izolátumaként legalább egy kovalens vegyület volt, ebben az esetben a kripton-difluorid KrF 2, először 1963-ban szintetizálták a xenonnal végzett munka nyomán . Más vegyületeket, amelyekben egy kripton atom kötődik egy nitrogén atom néhány és egy oxigén- atom mások számára, is megjelent, de ezek csak a stabil alatt -60. ° C az első és a -90 ° C-on , a második . Egyes eredmények tehát állapotában a szintézis különböző oxidok és fluoridokat a kripton , valamint egy só a oxosav a kripton (hasonló kémiai xenon ).
Az ArKr molekuláris ionok vizsgálata+ és KrH+ és a KrXe fajok és KrXe+ megfigyelték.
A Helsinki Egyetem csapatai, a HArF argon-fluor- hidrid kimutatásának kiindulópontjánál, a HKrC≡N kripton-ciano-hidridet is kimutatta volna valamint hidrokriptoacetilén HKrC≡CHAmelyek elhatárolódnak 40 K-tól .
Általában szélsőséges körülményekhez ( kriogén mátrix vagy szuperszonikus gázsugár) van szükség ahhoz, hogy megfigyeljük azokat a semleges molekulákat, amelyekben egy kriptonatom kapcsolódik egy nem fémhez , például hidrogénhez , szénhez vagy klórhoz , vagy akár egy átmenetifémhez, például mint réz , ezüst vagy arany .
A xenon-hexafluor-platinát volt az első szintetizált xenon- vegyület (és általánosabban egy nemesgáz : lásd fent ).
Ennek a munkának az eredményeként, oxidációs reakciók alapján, számos fluor és / vagy oxigénnel kombinált xenon vegyületet állítottak elő, amely egy sor xenon oxidot , fluort és oxifluoridot eredményezett :
A oxidok a xenon vízben oldódnak, ahol adnak két oxoacids :
A perxénique sav önmagában is képes képezni perxénates , például:
A xenon-dioxid Xeo 2továbbra is ellenáll a szintézis minden kísérletének, és csak az XeO 2 + kationkriogén argonban spektroszkóposan detektáltuk .
Az 1980-as évekig előállított xenonvegyületek túlnyomó többsége fluort és / vagy oxigént kombinált a xenonnal ; intégraient amikor más elemek, mint például a hidrogén vagy a szén , de általában nem volt szén elektronegatív az oxigén és / vagy fluoratommal . Ennek ellenére egy csapat, amelyet Markku Räsänen vezetett a Helsinki Egyetemről, 1995-ben közzétette az XeH 2 xenon- dihidrid szintézisét, majd a HXeOH xenon-hidroxi-hidridé, hidroxenoacetilén HXeCCHés más xenonvegyületek . Ezt követően Khriatchev et al. közzétette a HXeOXeH szintézisétáltal fotolízis vízben egy kriogén xenon mátrixot. Beszámoltak a deuterált HXeOD molekulákról is és a DXeOD. A xenon ismert vegyületeinek száma ma nagyságrendileg ezer nagyságrendű, némelyikben xenon és szén , nitrogén , klór , arany vagy higany közötti kötések láthatók, míg mások, extrém körülmények között megfigyelve ( kriogén mátrixok vagy szuperszonikus gázsugarak), kötéseket mutatnak xenon és hidrogén , bór , berillium , kén , jód , bróm , titán , réz és ezüst .
A xenon egyik legváratlanabb vegyülete az arannyal képzett komplex . A tetraxenon-arany kation AuXe 4A 2+ -ot valóban Konrad Seppelt német csapata jellemezte az AuXe 4 2+ (Sb 2 F 11 - ) 2 komplexumban..
A nemesgáz- vegyületeket hiperkoordinált fajoknak tekintik, mivel megsértik a bájtszabályt . Bonds az ilyen típusú struktúrát lehet leírni szerint három-központ, négy-elektron kötés modellt , amelyben három kollineáris atomok két kötést, mindegyik keletkező három molekulapályák származó p atomi pályák mindegyikének a három atom. Az elfoglalt nagy molekulájú orbitális a ligandumokon koncentrálódik , ezt a konfigurációt az elektronegatív jellegük stabilizálja : jellemzően oxigén és mindenekelőtt a fluor .
A 3C-4e kötést létesíteni két ligandum mindkét oldalán helyezkednek el a xenon atom . A fluoridok a xenon különösen jól leírta ezt a modellt, ami részben magyarázható, hogy miért kell mindig páros számú szénatomot fluorid körül xenon ezekben a vegyületekben, és miért azok geometriai alapja minden esetben „ortogonális F-Xe-F egységek:
Xenon- difluorid XeF 2 | Xenon tetrafluorid XeF 4 | Xenon-hexafluorid XeF 6 |
---|
A 3c-4e kötést alkotó F-Xe-F egységek két rezonáns ionforma egyensúlyában is láthatók:
F-Xe + - F F - + Xe-FEz a Lewis-képletekkel történő ábrázolás figyelembe veszi a fluoratomok körüli elektronsűrűség növekedését, valamint e molekulák geometriáját is.
A radon egy nemesgáz radioaktív . A legstabilabb izotópja, 222 Rn származik 226 Ra és bomlások által α radioaktivitás a 218 Po egy felezési az 3,823 napon. Ezek az adatok szigorúan korlátozzák ennek az elemnek a gyakorlati kutatását, valamint a kutatás lehetséges következményeit, különösen azért, mert ez a nemesgáz meglehetősen drága. Ez az oka annak, hogy bár a radon kémiailag reaktívabb, mint a xenon , eddig viszonylag kevés radonvegyületet tettek közzé; egyszerűen oxidok vagy fluoridok .
A radon-fluoridot az 1970-es években szintetizálták; gyengén illékony szilárd anyag, amelynek pontos összetételét a radon radioaktivitása miatt soha nem állapították meg . Lehet több ionos vegyület, mint kovalens. Az RnF 2 radon-difluorid szerkezetének modellezése208 µm hosszúságot eredményez az Rn-F kötésnél, és kiváló termodinamikai stabilitás az RnF 2 esetébencsak XeF 2 esetén . Az RnF 6 oktaéderes radon-hexafluorid- molekulaaz RnF 2- nél még alacsonyabb kialakulási entalpia lenne.
Az RnF + ionképezné a dioxigenil hexaftuor O 2 AsF 6 a reakciótól függően:
Rn (g)+ 2 O 2 + AsF 6 - (s)→ RnF + As 2 F 11 - (s)+ 2 O 2 (g)Of -oxidok a radon is szintetizáltak, köztük trioxid radon RNO 3a Szovjetunióban. A radon-karbonil-RnCO stabil, lineáris konfigurációjú. Rn 2 molekulák és XeRn szorosan stabilizálódna spin-kapcsolással.
A oganesson egy szintetikus elem, radioaktív a atomszámú 118 és Og szimbólum azé az oszlopra nemesgázok , de kémiailag nagyon különböző ezektől. A nagyon instabil atommag csak lehetővé tette, hogy szintetizálni három atom összesen eddig egy további felezési az 0,89 ms ( nuklidspecifikus 294 Og). Ilyen körülmények között az elem hatalmas tulajdonságaira vonatkozó összes tudásunk elméleti modellekből származik, akiket már az 1960-as években kidolgoztak.
A 118. elem elektronikus felépítése jelentős kémiai reakcióképességet eredményez, ami eltérést eredményezne a nemesgáz-paradigmától, markánsabb elektropozitív karakterrel . Számítások az Og 2 molekuláramegmutatta, hogy ugyanolyan nagyságrendű kötési energiával rendelkezik, mint a Hg 2 higany dimeréés a disszociációs energia 6 kJ / mol , azaz az Rn 2 dimerének négyszerese. De a legszembetűnőbb az, hogy az Og 2-re számított kötéshossz16 órával alacsonyabb lenne , mint az Rn 2, meglehetősen erős kötelék jele. Ennek ellenére az OgH ion+ disszociációs energiája alacsonyabb lenne, mint az RnH ioné+ . A semleges OgH vegyületrendkívül gyenge kötése lenne, amelyet egy tiszta Van der Waals-kötéssel asszimilálnának .
A oganesson úgy tűnik, hogy képeznek stabilabb vegyületek az elemek nagyon elektronegatív , különösen fluoratom a difluorid oganesson OGF 2és oganesson tetrafluorid OGF 4.
Más nemesgázokkal ellentétben a 118 elem állítólag elég elektropozitív ahhoz, hogy kovalens kötéseket képezzen klórral, és OgCl n Oganesson kloridokhoz vezessen..
Ez az egyik legtöbbet vizsgált forma a nemesgázok befogására . A fullerének a gömb alakú, ellipszoid alakú, tubuláris ( nanocsövekre utaló ) vagy gyűrűs atomcsoportok . Így megkülönböztetik azokat a klatrátokat, amelyek vízmolekulákból állnak. Ezen fullerének közül a legelterjedtebb hatvan szénatomból áll, amelyek egy csonka ikozaéder tetején helyezkednek el, és a molekulának egy üreges gömb látszatát kelti, amely hasonlít egy futball-labdára . Mivel ezek a molekulák üregesek, meg lehet csapdázni bennük bármilyen nemesgáz atomot , amelyet Ng-nek jelölünk, és komplexet képezünk, amely különleges fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkezik, amelyet hagyományosan Ng @ 60-val jelölünk. (lásd a szemközti képet).
He @ C 60 komplexek képződéseés Ne @ C 60nyomás alkalmazásával a 300 kPa a hélium vagy neon a fullerén C 60már 1993-ban megjelent. De valójában a 650 000 fullerénmolekulából alig egy adható ilyen módon a nemesgáz endohéderes atomjával ; ez az arány növelhető, hogy egy molekula 1000 nyomás alkalmazásával a 300 MPa a hélium vagy neon .
Ar @ 60 60 endohéder argon komplexeket is kaptunk., A kripton Kr @ C 60és xenon Xe @ C 60.