Инертные газы

     Характерные спектральные линии — визитная карточка элемента. У Рамзая и Траверса были все основания считать, что открыт новый инертный газ. Его назвали  ксеноном, что в переводе с греческого значит «чужой»: в криптоновой фракции  воздуха он действительно выглядел чужаком. Любопытно, что с точки  зрения химика ксенон на самом деле оказался «чужим» среди инертных газов. Он первым вступил в химическую реакцию, первым образовал устойчивое соединение. И потому сделал неуместным сам термин «инертные газы».

     Синтез  первых соединений ксенона поставил перед химиками вопрос о месте  инертных газов в периодической  системе. Прежде благородные газы были выделены в отдельную нулевую  группу, что вполне отвечало представлению  об их валентности. Но, когда ксенон вступил в химическую реакцию, когда  стал известен его высший фторид, в  котором валентность ксенона равна восьми (а это вполне согласуется со строением его электронной оболочки), инертные газы решили перенести в VIII группу. Нулевая группа перестала существовать. 

Свойства  ксенона.

  Ксенон, как и все инертные газы VIII группы таблицы Менделеева, состоит из одноатомных молекул, не имеет ни запаха, ни цвета, не горит и не поддерживает горение, не взрывоопасен, слабо растворяется в воде и очень быстро выделяется из организма через легкие.

     Как инертный газ он благороден, никакой  биотрансформации в организме не подвергается, не вступает ни в какие  химические реакции. Инертность Хе обусловлена  насыщенностью внешней электронной  оболочки, электронные конфигурации его предельно замкнуты и максимально  прочны. Порядковый номер Хе — 54, молекулярный вес —131,29. Плотность при 0 °С и 1 Ата  составляет 5,89 кг/м3, что в 4 раза выше, чем у воздуха и в З,2 раза выше, чем у N2О. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.6 Радон.

     Радон открывали неоднократно, и в отличие от других подобных историй каждое новое открытие не опровергало, а лишь дополняло предыдущие. Дело в том, что никто из ученых не имел дела с элементом радоном – элементом в обычном для нас понимании этого слова. Одно из нынешних определений элемента – «совокупность атомов с общим числом протонов в ядре», т.е. разница может быть лишь в числе нейтронов. По существу элемент – это совокупность изотопов.

     Но  в первые годы нашего века еще не были открыты протон и нейтрон, не существовало самого понятия об изотопии.

     Резерфорд и Оуэнс, Рамзай и Содди, Дорн, Дебьерн  независимо друг от друга и практически одновременно                                     (1900...1904гг.) находили изотопы                                      Эрнест  Резерфорд

одного и того же элемента – элемента №86.

     Все эти открытия были продолжением пионерских работ супругов Кюри в области  радиоактивности. В каждом из этих исследований, как считали их авторы, был обнаружен  свой, новый радиоактивный газ, новый  элемент. Да и не могли они считать  иначе: происхождение вновь открытых газов, их главная радиоактивная  характеристика – период полураспада  – были далеко не одинаковыми. Резерфордовскую  эманацию (название происходит от латинского emanatio – «истечение») порождал торий. Дебьерновский актинон получался  из актиния. Дорновский радон и рамзаевский  нитон (от латинского nitens – «блестящий, светящийся») были дочерним продуктом  радия...

     Дорн  открыл радон раньше Рамзая и Содди, тем не менее имена последних  помещены в список первооткрывателей  элемента №86 заслуженно. Именно Рамзай первым исследовал свой нитон как  химический элемент, выяснил характерные  для него спектральные линии, определил  атомную массу, объяснил химическую индифферентность и нашел место  для этого элемента в периодической  системе.

     А хронологически первой из этих работ  была работа Резерфорда и Оуэнса, проведенная  в Канаде.  
 
 
 
 
 
 
 

III Свойства инертных  газов и их соединений. 

3.1 Физические свойства  инертных газов. 

Благородные газы – бесцветные одноатомные газ  без цвета и запаха.

     Инертные  газы обладают более высокой электропроводностью  по сравнению с другими газами и при прохождении через них  тока ярко светятся: гелий ярко- жёлтым светом, потому что в его сравнительно простом спектре двойная жёлтая линия преобладает над всеми  другими; неон огненно красным светом, так как самые яркие его  линии лежат в красной части  спектра.

     Насыщенный  характер атомных молекул инертных газов сказывается и в том, что инертные газы имеют более  низкие точки сжижения и замерзания, чем другие газы с тем же молекулярным весом. Из подгруппы тяжелых инертных газов аргон самый легкий. Он тяжелее  воздуха в 1,38 раза. Жидкостью становится при – 185,9°C, затвердевает при – 189,4°C (в условиях нормального давления) (таблица № 3).

     В отличие от гелия и неона, он довольно хорошо адсорбируется на поверхностях твердых тел и растворяется в  воде (3,29 см3 в 100 г воды при

20°C). Еще лучше  растворяется аргон во многих  органических жидкостях. Зато  он практически нерастворим в  металлах и не диффундирует  сквозь них. 
 

3.2 Химические свойства  инертных газов. 

     Долгое  время не находили условий, при которых  благородные газы могли бы вступать в химическое взаимодействие. Они  не образовывали истинных химических соединений. Иными словами их валентность  равнялась нулю. На этом основании  было решено новую группу химических элементов считать нулевой.

     Малая химическая активность благородных  газов объясняется жёсткой восьмиэлектронной  конфигурацией внешнего электронного слоя. Поляризуемость атомов растёт с  увеличением числа электронных  слоёв. Следовательно, она должна увеличиваться  при переходе от гелия к радону. В этом же направлении должна увеличиваться  и реакционная способность благородных  газов.

     Бартлетт  ставит опыт и при комнатной температуре  из газообразного гексафторида платины  и газообразного ксенона получает твердое оранжево - желтое вещество — гексафторплатинат ксенона XePtF₆, поведение которого ничем не отличается от поведения обычных химических соединений. При нагревании в вакууме XePtF₆ возгоняется без разложения, в воде гидролизуется, выделяя ксенон: 

                           2XePtF₆ + 6Н₂О = 2Хе + О₂ + 2PtО₂ + 12HF 

     Последующие работы Бартлетта позволили установить, что ксенон в зависимости от условий  реакции образует два соединения с гексафторидом платины: XePtF₆ и Xe (PtF₆) ₂;

    при их гидролизе получаются одни и те же конечные продукты.

       Убедившись, что ксенон действительно  вступил в реакцию с гексафторидом  платины, Бартлетт выступил с  докладом и в 1962 году опубликовал  в журнале “Proceedings of the Chemical Society”  статью, посвященную сделанному  им открытию. Статья вызвала огромный  интерес, хотя многие химики  отнеслись к ней с нескрываемым  недоверием. Но уже через три  недели эксперимент Бартлетта  повторила группа американских  исследователей во главе с  Черником в Аргоннской национальной  лаборатории. Кроме того, они впервые  синтезировали аналогичные соединения ксенона с гексафторидами рутения, родия и плутония.

     Так были открыты первые пять соединений ксенона:

XePtF6, Xe (PtF6)2, XeRuF6, XeRhF6, XePuF6 — миф об абсолютной инертности благородных газов развеян и заложено начало химии ксенона.

     Настало время проверить правильность гипотезы о возможности прямого взаимодействия ксенона с фтором.

     Смесь газов (1 часть ксенона и 5 частей фтора) поместили в никелевый

(поскольку никель  наиболее устойчив к действию  фтора) сосуд и нагрели под  сравнительно небольшим давлением.  Через час сосуд быстро охладили, а оставшийся в нем газ откачали  и проанализировали. Это был фтор. Весь ксенон прореагировал! Вскрыли  сосуд и обнаружили в нем  бесцветные кристаллы XeF4.

Тетрафторид ксенона оказался вполне устойчивым соединением, молекула его имеет форму квадрата с ионами фтора по углам и ксеноном в центре.

Тетрафторид ксенона  фторирует ртуть:

                               ХеF4 + 2Hg = Хe + 2HgF2

Платина тоже фторируется  этим веществом, но только растворенным во фтористом водороде.

Интересно в  химии ксенона то, что, меняя условия  реакции, можно получить

 не только XeF4, но и другие фториды—XeF2, XeF6.       

Советские химики В. М. Хуторецкий и 

В. А. Шпанский показали, что для синтеза 

дифторида ксенона  совсем не обязательны                       Кристаллы XeF4

жесткие условия. По предложенному им                                                                                       

способу смесь  ксенона и фтора (в молекулярном отношении1:1) подается в сосуд из никеля или нержавеющей стали, и  при повышении давления до 35 атмосфер начинается самопроизвольная реакция.

     XeF2 — единственный фторид ксенона, который можно получить, не пользуясь элементарным фтором. Он образуется при действии электрического разряда на смесь ксенона и четырехфтористого углерода. Возможен, конечно, и прямой синтез. Очень чистый ХеF2 получается, если смесь ксенона и фтора облучить ультрафиолетом. Растворимость дифторида в воде невелика, однако раствор его — сильнейший окислитель. Постепенно он саморазлагается на ксенон, кислород и фтористый водород; особенно быстро разложение идет в щелочной среде. Дифторид имеет резкий специфический запах.

     Гексафторид ксенона чрезвычайно активен  и разлагается со взрывом. Он легко  реагируете фторидами щелочных металлов (кроме LiF): 

                                         XeF6 + RbF = RbXeF7, 

но при 50°  С эта соль разлагается: 

                                   2RbXeF7 = XeF6 + Rb2XeF8 

Сообщалось также  о синтезе высшего фторида XeF8, устойчивого лишь при температуре ниже минус 196° C.

     Синтез  первых соединений ксенона поставил перед химиками вопрос о месте  инертных газов в периодической  системе. Когда ксенон вступил в химическую реакцию, когда стал известен его высший фторид, в котором валентность ксенона равна восьми (а это вполне согласуется со строением его электронной оболочки), инертные газы решили перенести в VIII группу. Нулевая группа перестала существовать.

     Заставить ксенон вступить в реакцию без  участия фтора (или некоторых  его соединений) пока не удалось. Все  известные ныне соединения ксенона  получены из его фторидов. Эти вещества обладают повышенной реакционной способностью. Лучше всего изучено взаимодействие фторидов ксенона с водой.

     Гидролиз  ХеF4 в кислой среде ведет к образованию окиси ксенона ХеО3 — бесцветных, расплывающихся на воздухе кристаллов. Молекула ХеО3 имеет структуру приплюснутой треугольной пирамиды с атомом ксенона в вершине. Это соединение крайне неустойчиво; при его разложении мощность взрыва приближается к мощности взрыва тротила. Достаточно несколько сотен миллиграммов ХеО3, чтобы эксикатор разнесло в куски. Не исключено, что со временем трехокись ксенона будут использовать как взрывчатое вещество дробящего действия. Такая взрывчатка была бы очень удобна, потому что все продукты взрывной реакции — газы. Пока же использовать для этой цели трехокись ксенона слишком дорого — ведь ксенона в атмосфере меньше, чем золота в морской воде, и процесс его выделения слишком трудоемок. Напомним, что для получения 1 м3 ксенона нужно переработать 11 млн. м3 воздуха.

     Соответствующая трехокиси неустойчивая кислота  шестивалентного ксенона  H6XeO6 образуется в результате гидролиза XeF6 при 0° С: