1. ЭЛЕМЕНТЫ VIIIA-ГРУППЫ:
He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
1 Общая характеристика элементов VIIIA-группы
Элементы VIIIA-группы имеют полностью
завершенную конфигурацию внешней электрон-
ной оболочки ns2np6 (у Не 1s2):
He 1s2
Ne 2s22p6
Ar 3s23p63d0
Kr 4s24p64d0
Xe 5s25p65d0
Rn 6s26p66d0
http://arkadiyzaharov.ru/studentu/chto-delat-studentam/neorganicheskaya-
ximiya/
2. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
1 Общая характеристика элементов VIIIA-группы
Первоначально элементы VIIIA-группы объединяли под
общим названием «инертные газы», подчеркивая отсутствие
у них способности к химическому взаимодействию.
Однако после открытия в 1961 году первых соединений
ксенона Xe, и последовавшего затем синтеза соединений
криптона Kr и радона Rn, к ним стали применять название
«благородные газы», сохраняя прежнее название лишь для
гелия и неона.
Современная теория отрицает возможность существова-
ния соединений He и Ne, поскольку промотирование
электрона с изменением главного квантового числа (для Не
1s→2s, для Nе 2s→3s) требует такой затраты энергии,
которая не может быть компенсирована энергией
химической связи при образовании соединений.
3. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
1 Общая характеристика элементов VIIIA-группы
У остальных элементов VIIIA-группы на внешней
электронной оболочке существуют вакантные d-
орбитали ns2np6nd0
Поэтому они в принципе способны образовывать
валентно-химические соединения за счет распарива-
ния электронов, как показано ниже на примере ксенона:
5s 5p 5d
Xe
двухковалентность
5s 5p 5d
Xe
восьмиковаленность
4. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
1 Общая характеристика элементов VIIIA-группы
Однако даже и в этом случае, как показы-
вают расчеты, общие затраты энергии на
распаривание электронов не компенсируются
выигрышем в энергии за счет последующего
образования химических связей.
Поэтому при трактовке природы химической
связи в соединениях ксенона в методе молеку-
лярных орбиталей (МО) исходят из представле-
ния о четырехэлектронных трехцентровых кова-
лентных связях.
5. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
1 Общая характеристика элементов VIIIA-группы
Согласно этим представлениям в дифториде ксенона
XeF2 существует три типа молекулярных орбиталей:
связывающая, несвязывающая и разрыхляющая. При
этом образуется одна общая 4-х-электронная 3-х-
центровая связь за счет обобществления валентных
электронов на связывающей и несвязывающей МО:
σ*
Xe σ0
σ
6. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
2 НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ
VIIIA-элементы в природе встречаются только в сво-
бодном состоянии главным образом в атмосфере:
Элемент He Ne Ar Kr Xe Rn
Содержание,
мл/м3 воздуха 5 16 9,3∙103 1 0,08 1-2
атома/см3
Все эти элементы, кроме аргона, принадлежат к
редким. Гелий – второй по распространенности
(после водорода) элемент космоса: 76 мас. долей, %
водорода и 23 мас. долей, % гелия от общей массы
вещества во Вселенной.
7. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
3 ПОЛУЧЕНИЕ
Источниками получения гелия в настоящее время
являются природные газы и воздух, из которых его
выделяют методом глубокого охлаждения. В некото-
рых газах его содержится до 7-16 %.
Неон, аргон, криптон и ксенон получают главным
образом фракционной перегонкой жидкого воздуха.
4 Физические свойства простых веществ
При обычных условиях простые вещества элементов
VIIIA-группы представляют собой моноатомные газы,
которые лишь при низких температурах могут быть
переведены в жидкое или твердое состояния.
8. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
Некоторые свойства простых веществ приведены ниже:
He Ne Ar Kr Xe
Rn
Т.пл., 0С -272 -249 -189 -157 -112 -71
Т. кип., 0С -269 -246 -186 -153 -108 -62
∆Нисп.298,
кДж/моль 0,084 1,732 6,514 9,313 12,68
18,1
Растворимость
в воде при 0 0С,
см3/л 10 14,0 52,4 99,1 203,2 510
9. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
4 Физические свойства простых веществ
Как следует из приведенных данных, в ряду He–Ne–
Ar–Kr–Xe–Rn увеличиваются температуры плавления и
кипения, растут энтальпия испарения и растворимость,
что указывает на увеличение прочности межмолекуляр-
ных связей в конденсированном состоянии.
В то же время низкие абсолютные значения отме-
ченных характеристик указывает на слабость межмоле-
кулярных сил в особенности для He и Ne.
Межмолекулярное взаимодействие между нейтраль-
ными частицами обусловлено исключительно
дисперсионными силами, которые тем значительнее, чем
больше поляризуемость частиц, которая растет с
увеличением радиусов атомов.
10. ЭЛЕМЕНТЫ VIIIA-ГРУППЫ
4 Соединения благородных газов: Xe, Kr, Rn
Первое соединение благородного газа было
получено в 1962 г. канадским химиком Н. Бартлеттом.
Его состав выражается формулой
Xe+[PtF6]–
гексафтороплатинат(V) ксенона
Исследуя очень реакционноспособный газ PtF6,
Бартлетт установил, что при его взаимодействии с
кислородом образуется красное кристаллическое
вещество O2+[PtF6]–, содержащее положительно заря-
женную молекулу кислорода – катион оксигенила O2+.
11. ЭЛЕМЕНТЫ VIIIA-ГРУППЫ
4 Соединения благородных газов: Xe, Kr, Rn
Ученый обратил внимание на то, что поскольку
потенциалы ионизации ксенона и О2 близки между
собой:
Хе → Хе+ + е–, I = 12,13 В
О 2 → О 2 + е– , I = 12,2 В
то можно ожидать, что аналогичная реакция
осуществима и для ксенона:
Xe + PtF6 = Xe[PtF6]
Это открытие и положило начало химии
благородных газов. Вскоре были получены Xe[RuF6],
Xe[RhF6], Xe[PuF6] и др.
12. ЭЛЕМЕНТЫ VIIIA-ГРУППЫ
4 Соединения благородных газов: Xe, Kr, Rn
В настоящее время синтезировано
множество соединений ксенона, в которых
ксенон связан с фтором и кислородом (связи с
другими элементами очень непрочны). Для
криптона получено значительно меньше
соединений.
Соединения радона должны быть
разнообразны, но их изучению мешает высокая
радиоактивность.
13. 4 СОЕДИНЕНИЯ Xe, Кr, Rn
ФТОРИДЫ
Фториды благородных газов получают прямым
синтезом из простых веществ, например:
Хе(г) + F2(г) = ХеF2 (тв.)
Хе(г) + 2F2(г) = ХеF4 (тв.)
Хе(г) + 3F2(г) = ХеF6 (тв.)
Кроме фторидов получены также некоторые другие
галогениды: XeCl2, XeBr2, XeCl4, XeBr4. Синтезы ведут
при УФ-облучении или нагревании (300-400 0С) и
повышенном давлении. Наиболее изучены фториды.
14. 4 СОЕДИНЕНИЯ Xe, Кr, Rn
ФТОРИДЫ
Фторида ксенона – твердые, летучие вещества,
легко возгоняющиеся при 25 0С. Они являются
исходными веществами для получения других
соединений ксенона.
В химическом отношении фториды благородных
газов – очень реакционноспособные вещества.
Для них характерны три типа реакций:
1) окислительно-восстановительные;
2) гидролиз;
3) кислотно-основные реакции
15. 4 СОЕДИНЕНИЯ Xe, Кr, Rn
ФТОРИДЫ
Окислительно-восстановительные реакции
В окислительно-востановительных реакциях фториды
функционируют главным образом как окислители,
являются хорошими фторирующими агентами. Кроме
того, они склонны к диспропорционированию:
КrF2 + Pt = Kr + PtF4
КrF2 + ClF3 = Kr + ClF5
XeF4 + 2SF4 = Xe0 + 2SF6
XeF6 + 3Hg = 3HgF2 + Xe
17. ФТОРИДЫ
РЕАКЦИИ ГИДРОЛИЗА
Реакции гидролиза открывают путь к получению кислород-
содержащих производных производных ксенона, таких как
оксиды ХеО3, ХеО4, оксогалогениды ХеОF2, ХеОF4
кислородсодержащие кислоты H2XeO4, H4XeO6 и их соли.
Реакции гидролиза часто сопровождаются диспроционированием:
3XeF4 + 2H2O(влага) = 2XeOF4 + Xe + 4HF (20 0C)
XeOF4 + 2H2O = XeO3 + 4HF
3XeF4 + 6H2O = 2XeO3 + Xe + 12HF (20-40 0C)
XeF6 + 3H2O(гор.) = XeO3 + 6HF
2XeF4 + 10NaOH = Xe + Na2H2XeO6 + 8NaF + 4H2O
Как продукты частичного гидролиза соответствующих
фторидов можно рассматривать смешанные
фторооксопроизводные: XeO2F4, XeO3F2, XeO2F2 и т.п.
18. Kr, Xe, Rn
КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ:
Оксид XeO3 – твердое вещество, белого цвета,
самопроизвольно взрывающееся, гигроскопичное. Его
молекула имеет форму тригональной пирамиды
Xe
O
O O
Оксид XeO3 легко образуется в результате гидролиза
XeF6, XeOF4 или одновременного гидролиза и
диспропорционирования XeF4. Триоксид XeO3 хорошо
растворяется в холодной воде, частично реагируя с
ней; проявляет кислотные свойсва:
XeO3 + H2O H2XeO4 H+ + HXeO4–
19. Kr, Xe, Rn
КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ:
Соответствующий тетраоксиду гидроксид H2XeO4
существует лишь ниже -20 …-30 0С.
Его производные – ксенаты (VI) более устойчивы.
Они образуются при взаимодействии XeO3 со
щелочами:
XeO3 + 2NaOH = Na2XeO4 + H2O
XeO3 + Ba(OH)2 = BaXeO4 + H2O
20. Kr, Xe, Rn
КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ:
Ксенаты
Ксенаты напоминают производные серной кислоты, в
частности BaXeO4 напоминает BaSO4. При
диспропорционировании соединений Хе(+6) или при их
окислении очень сильными окислителями получают
производные XeO64– – перксенаты:
4XeF6 + 18Ba(OH)2 = 3Ba2XeO6 + Xe + 12ВаF2 + 18H2O
XeO3 + 4NaOH + О3 = Na4XeO6 + О2 +2Н2О
21. Kr, Xe, Rn
КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ:
Перксенаты
Перксенат натрия выделяется в виде бесцветного
кристаллогидрата Na4XeO6∙6Н2О, который обезвожива-
ется при 100 0С. В растворе перксенаты сильно
гидролизованы:
XeO64– + Н2О = НXeO63– + ОН–
НXeO63– + Н2О Н2XeO62– + ОН–
При действии на перксенаты концентрированной.
Н2SО4 получается тетраоксид ксенона ХеО4:
Ba2XeO6 + 2Н2SО4 = 2ВаSО4 + ХеО4 + 2Н2О (– 5 0С)
23. 4 СОЕДИНЕНИЯ Xe, Кr, Rn
КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ
Фториды ксенона склонны вступать в реакции
присоединения с фторидами других элементов
(кислотами или основаниями Льюиса), образуя
катионные или анионные комплексы.
Например, с такими ярко выраженными кислотами
Льюиса (акцепторами пары электронов), как SbF5,
NbF5, PtF5, TaF5 и пр. XeF2 и XeF4 образуют катионные
комплексы, выступая при этом в качестве оснований
Льюиса:
XeF2 + SbF5 = [XeF]+[SbF6]–
XeF4 + SbF5 = [XeF3]+[SbF6]–
24. 4 СОЕДИНЕНИЯ Xe, Кr, Rn
КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ
Напротив, с сильно основными фторидами активных
металлов гексафторид XeF6 проявляет кислотные
свойства, образуя гепта- или октофтороксенаты (VI):
CsF + XeF6 = Cs[XeF7]
MF + 2XeF6 = M[XeF8] (M = Na+, K+, Rb+, Cs+)
Таким образом, с ростом степени окисления Хе
наблюдается общая закономерность – ослабление
основных и усиление кислотных свойств
однотипных соединений.
