Благородные газы

Благородными газами называют элементы главной подгруппы VIII группы: гелий Не, неон Ne, аргон Ar, криптон Кr, ксенон Хе и радон Rn (радиоактивный элемент).

Каждый благородный газ завершает соответствующий период в периодической системе и имеет устойчивый, полностью завершенный внешний электронный уровень.

Все благородные газы входят в состав воздуха. В 1 м³ воздуха содержится 9,3 л аргона, 18 мл неона, 5 мл гелия, 1 мл криптона и 0,09 мл ксенона.

Гелий — второй по распространенности (после водорода) элемент во Вселенной. Из него примерно на 10% состоит Солнце (обнаружено в 1868 г). На земле гелий был найден в 1895 году в реакционных газах при растворении в кислотах минерала клевеита. Остальные благородные газы были выделены из воздуха.

Все благородные газы состоят из одноатомных молекул. При обычных условиях это газы без цвета и запаха, плохо растворимые в воде.

Уникальными физическими свойствами обладает гелий. Во-первых, он — единственный из веществ остается жидким при температурах вплоть до 0 К. Кристаллизуется только под давлением 25 атм. Во-вторых, гелий имеет самую низкую температуру кипения. И, наконец, при температурах ниже 2,2 К жидкий гелий существует в виде смеси двух жидкостей, одна из которых имеет аномальные свойства — в частности, сверхтекучесть (вязкость ниже в 10 млрд. раз, чем у воды).

Благородные газы чрезвычайно химически инертны. До 1962 г вообще считалось, что они не образуют химических соединений.

В 1962 г Бартлетт поместил в сосуд гексафторид платины, запустил туда отмеренное количества ксенона, и через несколько часов получил гексафторплатинат ксенона:

Xe + PtF6 = Xe[PtF6]

Вскоре Бартлетт осуществил и реакцию ксенона со фтором. Оказалось, что ксенон хорошо реагирует с фтором при нагревании в стеклянном сосуде, образуя смесь фторидов.

Фторид ксенона (II) XeF2 образуется под действием дневного света на смесь ксенона со фтором при обычной температуре:

Xe + F2 = XeF2

или при взаимодействии ксенона и F2O2 при -120 °С:

Xe + F2O2 = XeF2 + O2

XeF2 — бесцветные кристаллы, растворимые в воде. Молекула линейна. Раствор в воде — очень сильный окислитель, особенно в кислой среде, где окисляет бром и марганец до высших степеней окисления +7. В щелочной среде гидролизуется по уравнению:

XeF2 + 4КОН = 2Xe + 4КF + O2 + 2H2O

Фторид ксенона (IV) XeF4 образуется при нагревании смеси ксенона с фтором до 400 ° С:

Xe + F2 = XeF2

Это бесцветные кристаллы. Молекула — «квадрат» с атомом ксенона в центре. Очень сильный окислитель, используется как фторирующий агент:

XeF4 + Pt = PtF4 + Xe

XeF4 + 2Hg = 2HgF2 + Xe

При взаимодействии с водой XeF4 диспропорционирует:

6XeF4 + 12H2O = 2XeО3 + 24НF + 4Xe + 3О2

Фторид ксенона (VI) XeF6 образуется при нагревании и повышенном давлении фтора:

Xe + 3F2 = XeF6

XeF6 — бесцветные кристаллы. Молекула XeF6 представляет собой искаженный октаэдр с атомом ксенона в центре. Тоже очень сильный окислитель, может использоваться как фторирующий агент:

2XeF6 + SiO2 = SiF4 + 2XeOF4

Водой частично разлагается:

XeF6 + Н2O = 2НF + XeOF4

Оксид ксенона (VI) XeО3 образуется при гидролизе XeF4. Это белое нелетучее, очень взрывчатое вещество, хорошо растворимое в воде, причем раствор имеет слабощелочную реакцию.

При действии озона на такой раствор образуется соль ксеноновой кислоты, в которой ксенон имеет степень окисления +8:

XeО3 + О3 + 4NaOH = Na4 XeО6 + О2 + 2 Н2O

Оксид ксенона (VIII) XeО4 может быть получен при взаимодействии перксената бария с безводной серной кислотой при низких температурах:

Вa2 XeО6 + 2Н2SO4 = 2 ВaSO4 + XeО4↑ + 2 Н2O

XeО4 — бесцветный газ, который очень взрывоопасен и разлагается при температурах выше 0° С:

3XeО4 = 2XeО3 + Xe + 3О2

Из соединений других благородных газов известны KrF2, KrF4, RnF2, RnF4, RnF6, RnO3. Считается, что аналогичные соединения гелия, неона и аргона вряд ли будут когда-нибудь получены в виде индивидуальных веществ.

Тем не менее химические соединения гелия, неона и аргона существуют в виде так называемых эксимерных молекул, т. е. молекул, у которых устойчивы возбужденные электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Например, при электрическом возбуждении смеси аргона и хлора возможна газофазная реакция:

Ar + Cl2 = ArCl + Cl

с образованием эксимерной молекулы ArCl. Аналогично можно получить двухатомные молекулы неона, аргона и т. п. Все эти молекулы неустойчивы и не могут быть выделены в виде индивидуальных веществ, однако их можно зарегистрировать и изучить из строение с помощью спектроскопических методов.