Соединения ксенона и криптона
Более тяжелые благородные газы имеют больше электронных оболочек, чем более легкие. Следовательно, внешние электроны подвергаются экранирующему эффекту от внутренних электронов, что делает их более легко ионизируемыми , поскольку они менее сильно притягиваются к положительно заряженному ядру . Это приводит к достаточно низкой энергии ионизации для образования стабильных соединений с наиболее электроотрицательными элементами , фтором и кислородом, и даже с менее электроотрицательными элементами, такими как азот и углерод, при определенных обстоятельствах. [1] [2]
СОДЕРЖАНИЕ
Когда семейство благородных газов было впервые идентифицировано в конце девятнадцатого века, ни один из них не наблюдал образования каких-либо соединений, и первоначально считалось, что все они были инертными газами (как они тогда назывались), которые не могли образовывать соединения. С развитием атомной теории в начале двадцатого века, их инертность приписывала полную валентную оболочку из электронов , которые делают их очень химически стабильны и инертны. Все благородные газы имеют полные внешние электронные оболочки s и p (кроме гелия , у которого нет подуровня p ), и поэтому они не образуют легко химические соединения . Их высокий энергия ионизации и почти нулевое сродство к электрону объясняют их инертность.
В 1933 году Линус Полинг предсказал, что более тяжелые благородные газы могут образовывать соединения с фтором и кислородом . В частности, он предсказал существование гексафторида криптона ( Kr F 6 ) и гексафторида ксенона ( Xe F 6 ), предположил, что XeF 8 может существовать как нестабильное соединение, и предположил, что ксениновая кислота будет образовывать соли перксената . [3] [4] Эти прогнозы оказались довольно точными, хотя последующие прогнозы для XeF 8 показали, что это будет не только термодинамически. нестабильный, но кинетически нестабильный . [5] По состоянию на 2013 год, XeF 8 не производился, хотя анион октафтороксената (VI) ( XeF 2-
8 ) наблюдалось.
К 1960 г. соединение с ковалентно связанным атомом благородного газа еще не было синтезировано. [6] Первый опубликованный отчет о соединении благородного газа в июне 1962 года был сделан Нилом Бартлеттом , который заметил, что высокоокисляющее соединение гексафторид платины ионизирует O 2 до O +
2 . Поскольку энергия ионизации O 2 в O +
2 (1165 кДж моль -1 ) почти равна энергии ионизации Xe в Xe + (1170 кДж моль -1 ), он пробовал реакцию Xe с PtF 6 . В результате был получен кристаллический продукт, гексафтороплатинат ксенона , формула которого была предложена как Xe +
[PtF
6 ] -
. [4] [7] Позже было показано, что соединение на самом деле более сложное и содержит как XeFPtF 5, так и XeFPt 2 F 11 . [8] Тем не менее, это было первое настоящее соединение любого благородного газа.
О первых бинарных соединениях благородных газов было сообщено позже, в 1962 году. Бартлетт синтезировал тетрафторид ксенона (XeF 4 ), подвергая смесь ксенона и фтора воздействию высокой температуры. [9] Рудольф Хоппе , среди других групп, синтезировал дифторид ксенона (XeF 2 ) реакцией элементов. [10]
После первого успешного синтеза соединений ксенона , синтез дифторида криптона ( KrF
2 ) было сообщено в 1963 году. [11]
В этом разделе нерадиоактивные благородные газы рассматриваются в порядке убывания атомного веса , что в целом отражает приоритет их открытия и широту доступной информации об этих соединениях. Радиоактивные элементы радон и оганессон труднее изучать и рассматриваются в конце раздела.
После первоначальных исследований XeF 4 и XeF 2 в 1962 году были синтезированы ксеноновые соединения, включая другие фториды ( XeF 6 ), оксифториды (XeOF 2 , XeOF 4 , XeO 2 F 2 , XeO 3 F 2 , XeO 2 F 4 ) и оксиды ( XeO
2 , XeO 3 и XeO 4 ). Фториды ксенона реагируют с несколькими другими фторидами с образованием фтороксенатов, таких как октафтороксенат натрия ( Na +
2 XeF 2-
8 ) и соли фтороксенония, такие как гексафторантимонат трифтороксенония ( XeF +
3 SbF -
6 ). [ необходима цитата ]
Что касается реакционной способности других галогенидов, короткоживущие эксимеры галогенидов благородных газов, такие как XeCl 2 или XeCl , получают на месте и используют в качестве эксимерных лазеров . [ необходима цитата ]
Недавно [ когда? ] ксенон, как было показано, дает широкий спектр соединений типа XeO n X 2, где n равно 1,2 или 3, а X представляет собой любую электроотрицательную группу, такую как CF 3 , C (SO 2 CF 3 ) 3 , N ( SO 2 F) 2 , N (SO 2 CF 3 ) 2 , OTeF 5 , O (IO 2 F 2 ) и т.д .; диапазон соединений впечатляет, как и у соседнего элемента йода , исчисляется тысячами и включает связи между ксеноном и кислородом, азотом, углеродом, бором и даже золотом, а также перксеновую кислоту, несколько галогенидов и комплексные ионы. [ необходима цитата ]
Соединение Xe 2 + Sb 4 F 21 - содержит связь Xe – Xe, которая является самой длинной известной связью элемент-элемент (308,71 пм = 3,0871 Å ). [12] короткоживущих эксимеры Хе 2 , как сообщается, существуют как часть функции эксимерных лазеров . [ необходима цитата ]
Газ криптон реагирует с газообразным фтором в экстремальных условиях воздействия, образуя KrF 2 в соответствии со следующим уравнением:
KrF 2 реагирует с сильными кислотами Льюиса с образованием солей KrF + и Kr
2 F +
3 катионы . [11] Препарат KrF
4 сообщенный Гроссе в 1963 году с использованием метода Клаасена, впоследствии было показано, что это ошибочная идентификация. [13]
Также были описаны соединения криптона с другими связями, кроме Kr-F (соединения с атомами, отличными от фтора ). KrF
2 реагирует с B (OTeF
5 )
3 для получения нестабильного соединения Kr (OTeF
5 )
2 , с криптон- кислородной связью. Связь криптон- азот обнаружена в катионе [HC≡N – Kr – F] +
, образующийся при реакции KrF
2 с [HC≡NH] +
[AsF -
6 ] ниже -50 ° C. [14]
Об открытии HArF было объявлено в 2000 году. [15] [16] Соединение может существовать в низкотемпературных матрицах аргона для экспериментальных исследований, а также оно было изучено с помощью вычислений . [16] Ион гидрида аргона ArH +
был получен в 1970-х гг. [17] Этот молекулярный ион также был идентифицирован в Крабовидной туманности на основании частоты ее светового излучения. [18]
Существует вероятность того, что твердая соль ArF + может быть получена с SbF. -
6 или AuF -
6 анионы. [19] [20]
Ионы Ne +, (NeAr) +, (NeH) + и (HeNe +) известны из оптических и масс-спектрометрических исследований. Неон также образует нестабильный гидрат. [21] Существуют некоторые эмпирические и теоретические доказательства существования нескольких метастабильных соединений гелия, которые могут существовать при очень низких температурах или экстремальных давлениях. О стабильном катионе HeH + сообщалось в 1925 г. [22], но он не считался истинным соединением, поскольку он не является нейтральным и не может быть выделен. В 2016 году ученые создали динатрийгелидное соединение гелия (Na 2 He), которое было первым обнаруженным соединением гелия. [23]
Радон не является химически инертным, но его короткий период полураспада (3,8 дня для 222 Rn) и высокая энергия его радиоактивности затрудняют исследование его единственного фторида (RnF 2 ), его оксида (RnO 3 ) и их реакции. продукты. [24]
Изотопы оганессона имеют еще более короткие периоды полураспада в миллисекундном диапазоне, и никаких соединений еще не известно [25], хотя некоторые из них были предсказаны теоретически. Ожидается, что он будет даже более активным, чем радон, и будет больше похож на обычный элемент, чем на благородный газ по своему химическому составу. [26]
Kr (H 2 ) 4 и твердые частицы H 2, образованные в ячейке с алмазной наковальней . Рубин был добавлен для измерения давления. [27]
Структура Kr (H 2 ) 4 . Криптоновые октаэдры (зеленые) окружены беспорядочно ориентированными молекулами водорода. [27]
До 1962 г. единственными изолированными соединениями благородных газов были клатраты (включая клатратные гидраты ); другие соединения, такие как координационные, наблюдались только спектроскопическими методами. [4] Клатраты (также известные как каркасные соединения) представляют собой соединения благородных газов, в которых они заключены в полостях кристаллических решеток определенных органических и неорганических веществ. Существенным условием их образования является то, что гостевые атомы (благородный газ) должны иметь соответствующий размер, чтобы поместиться в полостях кристаллической решетки-хозяина; например, Ar, Kr и Xe могут образовывать клатраты с кристаллическим β-хинолом, но He и Ne не подходят, потому что они слишком малы. [ необходима цитата ] Кроме того, Kr и Xe могут появляться в качестве гостей в кристаллах меланофлогита . [ необходима цитата ]
Кристаллы гелия-азота (He (N 2 ) 11 ) были выращены при комнатной температуре и давлении ок. 10 ГПа в ячейке с алмазной наковальней . [28] Твердый аргон-водородный клатрат (Ar (H 2 ) 2 ) имеет ту же кристаллическую структуру, что и фаза Лавеса MgZn 2 . Он образуется при давлениях от 4,3 до 220 ГПа, хотя измерения комбинационного рассеяния показывают, что молекулы H 2 в Ar (H 2 ) 2 диссоциируют выше 175 ГПа. Аналогичный Kr (H 2 ) 4 твердое тело образуется при давлениях выше 5 ГПа. Он имеет гранецентрированную кубическую структуру, в которой октаэдры криптона окружены беспорядочно ориентированными молекулами водорода. Между тем в твердом Xe (H 2 ) 8 атомов ксенона образуют димеры внутри твердого водорода . [27]
Было высказано предположение, что координационные соединения, такие как Ar · BF 3 , существуют при низких температурах, но это никогда не было подтверждено. [ необходима цитата ] Кроме того, сообщалось, что соединения, такие как WHe 2 и HgHe 2 , образовались в результате бомбардировки электронами, но недавние исследования показали, что это, вероятно, является результатом адсорбции He на поверхности металла; следовательно, эти соединения не могут считаться химическими соединениями. [ необходима цитата ]
Гидраты образуются при сжатии благородных газов в воде, где считается, что молекула воды, сильный диполь, индуцирует слабый диполь в атомах благородного газа, что приводит к диполь-дипольному взаимодействию. Более тяжелые атомы подвержены большему влиянию, чем более мелкие, поэтому сообщалось , что Xe • 5,75 H 2 O был наиболее стабильным гидратом; [29] он имеет температуру плавления 24 ° C. [30] Также производилась дейтерированная версия этого гидрата. [31]
Благородные газы также могут образовывать эндоэдральные соединения фуллерена, когда атом благородного газа захвачен внутри молекулы фуллерена . В 1993 году было обнаружено, что когда C 60 подвергается воздействию He или Ne под давлением около 3 бар , образуются комплексы He @ C 60 и Ne @ C 60 . [32] В этих условиях только примерно одна из 650 000 клеток C 60 была легирована атомом гелия ; при более высоком давлении (3000 бар) можно достичь выхода до 0,1%. Эндоэдральные комплексы с аргоном , криптоном и ксеноном были получены и многочисленные аддукты He @ C 60 . [33]
В большинстве случаев соединения благородных газов используются либо в качестве окислителей, либо в качестве средств хранения благородных газов в плотной форме. Ксениновая кислота является ценным окислителем, потому что она не может вносить примеси - ксенон просто выделяется в виде газа - и поэтому в этом отношении с ней может соперничать только озон . [4] В perxenates являются даже более мощными окислителями. [ необходима цитата ] Окислители на основе ксенона также использовались для синтеза карбокатионов, стабильных при комнатной температуре, в SO
2 Раствор ClF . [34] [необходим неосновной источник ]
Стабильные соли ксенона, содержащие очень высокие массовые доли фтора (такие как гептафтороксенат тетрафтораммония , NF 4 XeF 7 и родственный ему октафтороксенат тетрафтораммония (NF 4 ) 2 XeF 8 ), были разработаны как высокоэнергетические окислители для использования в ракетных двигателях. . [35] [ требуется неосновной источник ] [36] [ требуется неосновной источник ]
Фториды ксенона - хорошие фторирующие агенты. [ необходима цитата ]
Клатраты использовались для отделения He и Ne от Ar, Kr и Xe, а также для транспортировки Ar, Kr и Xe. [ необходима цитата ] (Например, радиоактивные изотопы криптона и ксенона трудно хранить и утилизировать, и с соединениями этих элементов легче обращаться, чем с газообразными формами. [4] ) Кроме того, клатраты радиоизотопов могут обеспечивать подходящие составы. для экспериментов, требующих источников определенных видов излучения; следовательно. Клатрат 85 Kr обеспечивает безопасный источник бета-частиц , а клатрат 133 Xe является полезным источником гамма-лучей . [ необходима цитата ]
Криптон — элемент главной подгруппы восьмой группы, четвёртого периодапериодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 36. Обозначается символом Kr (лат. Krypton). Простое вещество криптон(CAS-номер: 7439-90-9) — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
История
Происхождение названия
От греч. — скрытый.
Распространённость
Земная кора
Находится в атмосферном воздухе. Образуется при ядерном делении, в том числе и в результате естественных процессов, происходящих в рудах радиоактивных металлов.
Определение
Качественно криптон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии (характеристические линии 557,03 нм и 431,96 нм). Количественно его определяютмасс-спектрометрически, хроматографически, а также методами абсорбционного анализа.
Физические свойства
Криптон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
Химические свойства
Криптон химически инертен. В жёстких условиях реагирует со фтором, образуядифторид криптона. Относительно недавно было получено первое соединение со связями Kr-O (Kr(OTeF5)2).
В 2003 году в Финляндии было получено первое соединение со связью C-Kr (HKrC≡CH — гидрокриптоацетилен) путем фотолиза криптона и ацетилена на криптонной матрице.
Изотопы
На данный момент известны 31 изотоп криптона и еще 10 возбужденных изомерных состояний некоторых его нуклидов. В природе криптон представлен пятью стабильными нуклидами и одним слаборадиоактивным: 78 Kr (изотопная распространённость 0,35 %), 80 Kr (2,28 %), 82 Kr (11,58 %), 83 Kr (11,49 %), 84 Kr(57,00 %), 86 Kr (17,30 %).
Применение
Производство сверхмощных эксимерных лазеров(Kr-F).
Фториды криптона предложены в качестве окислителей ракетного топлива и в качестве компоненты для накачки боевых лазеров.
Используется в качестве заполнения пространства между стеклами в стеклопакете для придания стеклопакету повышенных теплофизических и звукоизоляционных свойств.
Биологическая роль
Криптон не играет никакой биологической роли.
Физиологическое действие
Большое количество вдыхаемого криптона может привести к удушью.
Ксенон — элемент главной подгруппы восьмой группы, пятого периодапериодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 54. Обозначается символом Xe (лат. Xenon). Простое вещество ксенон(CAS-номер: 7440-63-3) — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
История
Открыт в 1898 году английскими учеными У.Рамзаем и У. Рэлей как небольшая примесь к криптону.
Происхождение названия
От греч. — чужой. Открыт в 1898 английскими исследователями У. Рамзаем и М. Траверсом, которые подвергли медленному испарению жидкий воздух и спектроскопическим методом исследовали его наиболее труднолетучие фракции. Xenon был обнаружен как примесь к криптону, с чем связано его название. Ксенон - весьма редкий элемент. При нормальных условиях 1000 м3 воздуха содержат около 87 см3 ксенона.
Распространённость
В солнечной системе
Ксенон относительно редок в атмосфере Солнца, на Земле, в составе астероидови комет. Концентрация ксенона в атмосфере Марса аналогична земной: 0.08 миллионной доли, хотя содержание 129 Xe на Марсе выше, чем на Земле или Солнце. Поскольку данный изотоп образуется в процессе радиоактивного распада, полученные данные могут свидетельствовать о потере Марсом первичной атмосферы, возможно, в течение первых 100 миллионов лет после формирования планеты. У Юпитера, напротив, необычно высокая концентрация ксенона в атмосфере — почти в два раза выше, чем у Солнца
Земная кора
Ксенон находится в земной атмосфере в крайне незначительных количествах, 0.087±0.001 миллионной доли (μL/L), а также встречается в газах, испускаемых некоторыми минеральными источниками. Некоторые радиоактивные изотопы ксенона, например, 133 Xe и 135 Xe, получаются как результат нейтронного облучения ядерного топлива в реакторах.
Определение
Качественно ксенон обнаруживают с помощью эмиссионной спектроскопии(характеристические линии 467,13 нм и 462,43 нм). Количественно его определяютмасс-спектрометрически, хроматографически, а также методами абсорбционного анализа.
Свойства
Физические
Гранецентрированная кубическая структура ксенона
Температура плавления −112 °C, температура кипения −108 °C, свечение в разряде фиолетовым цветом.
Химические
Первый инертный газ, для которого были получены настоящие химические соединения. Примерами соединений могут быть дифторид ксенона, тетрафторид ксенона, гексафторид ксенона, триоксид ксенона.
Получение
Ксенон получают как побочный продукт производства жидкого кислорода на металлургических предприятиях.
В промышленности ксенон получают как побочный продукт разделения воздуха накислород и азот. После такого разделения, которое обычно проводится методомректификации, получившийся жидкий кислород содержит небольшие количества криптона и ксенона. Дальнейшая ректификация обогащает жидкий кислород до содержания 0.1-0.2 % криптоно-ксеноновой смеси, которая отделяетсяадсорбированием на силикагель или дистилляцией. В заключение, ксеноно-криптоновый концентрат может быть разделен дистилляцией на криптон и ксенон.
Из-за своей малой распространенности, ксенон гораздо дороже более легкихинертных газов.
Применение
Прототип ионного двигателя на ксеноне.
Несмотря на высокую стоимость, ксенон незаменим в ряде случаев:
- Ксенон используют для наполнения ламп накаливания, мощных газоразрядных и импульсных источников света (высокая атомная масса газа в колбах ламп препятствует испарению вольфрама с поверхности нити накаливания).
- Радиоактивные изотопы ( 127 Xe, 133 Xe, 137 Xe, и др.) применяют в качестве источников излучения в радиографии и для диагностики в медицине, для обнаружения течи в вакуумных установках.
- Фториды ксенона используют для пассивации металлов.
- Ксенон как в чистом виде, так и с небольшой добавкой паров цезия-133, является высокоэффективным рабочим телом для электрореактивных (главным образом — ионных и плазменных) двигателей космических аппаратов.
- В конце XX века был разработан метод применения ксенона в качестве средства для общего наркоза и обезболивания. Первые диссертации о технике ксенонового наркоза появились в России в 1993 г. В 1999 году ксенон был разрешён к медицинскому применению в качестве средства для общего ингаляционного наркоза.
- Жидкий ксенон иногда используется как рабочая среда лазеров.
- Фториды и оксиды ксенона предложены в качестве мощнейших окислителейракетного топлива, а также в качестве компонентов газовых смесей длялазеров.
- В изотопе 129 Xe возможно поляризовать значительную часть ядерных спинов для создания состояния с сонаправленными спинами — состояния называемогогиперполяризацией.
- Ксенон используется в конструкции ячейки Голея.
- В качестве химических катализаторов.
- Для транспортировки фтора, проявляющего сильные окисляющие свойства.
Биологическая роль
Ксенон не играет никакой биологической роли.
Физиологическое действие
- Газ ксенон безвреден, но способен вызвать наркоз (по физическому механизму), а в больших концентрациях (более 80 %) вызывает асфиксию.
- Фториды ксенона ядовиты, ПДК в воздухе 0,05 мг/м³.
Неон (лат. Neon; обозначается символом Ne) — элемент главной подгруппы восьмой группы, второго периода периодической системы химических элементовД. И. Менделеева, с атомным номером 10. Пятый по распространённости элемент во Вселенной (после водорода, гелия, кислорода и углерода). Простое веществонеон (CAS-номер: 7440-01-9) — инертный одноатомный газ без цвета и запаха.
История
Происхождение названия
Существует легенда, согласно которой название элементу дал тринадцатилетний сын Рамзая — Вилли, который спросил у отца, как тот собирается назвать новый газ, заметив при этом, что хотел бы дать ему имя novum (лат. — новый). Его отцу понравилась эта идея, однако он посчитал, что название neon, образованное от греческого синонима, будет звучать лучше.
Распространённость
Во Вселенной
В мировой материи неон распределен неравномерно, однако в целом по распространенности во Вселенной он занимает пятое место среди всех элементов — около 0,13 % по массе. Наибольшая концентрация неона наблюдается на Солнце и других горячих звездах, в газовых туманностях, в атмосфере внешних планет Солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Урана,Нептуна В атмосфере многих звезд неон занимает третье место после водорода и гелия.
Земная кора
Из всех элементов второго периода неон — самый малочисленный на Земле. В рамках восьмой группы неон по содержанию в земной коре занимает третье место — после аргона и гелия. Газовые туманности и некоторые звезды содержат неона во много раз больше, чем его находится на Земле.
На Земле наибольшая концентрация неона наблюдается в атмосфере — 1,82×10 −3 % по объему, а его общие запасы оцениваются в 7,8×10 14 м³. В 1 м³ воздуха содержится около 18,2 см³ неона (для сравнения: в том же объеме воздуха содержится только 5,2 см³ гелия). Среднее содержание неона в земной коре мало − 7×10 −9 % по массе. Всего на нашей планете около 6,6×10 10 т неона. В изверженных породах находится около 10 9 т этого элемента. По мере разрушения пород газ улетучивается в атмосферу. В меньшей мере атмосферу снабжают неоном и природные воды.
Причину неоновой бедности нашей планеты ученые усматривают в том, что некогда Земля потеряла свою первичную атмосферу, которая и унесла с собой основную массу инертных газов, которые не могли, как кислород и другие газы, химически связаться с другими элементами в минералы и тем самым закрепиться на планете.
Определение
Качественно неон определяют по спектрам испускания (характеристические линии 585,25 нм и 540,05 нм), количественно — масс-спектрометрическими ихроматографическими методами анализа.
Физические свойства
Неон в разрядной трубке
- Благородные газы — бесцветные одноатомные газы без вкуса и запаха.
- Инертные газы обладают более высокой электропроводностью по сравнению с другими газами и при прохождении через них тока ярко светятся, в частности неон огненно-красным светом, так как самые яркие его линии лежат в красной части спектра.
Эмиссионный спектр неона (слева направо: от ультрафиолетовых до инфракрасных линий, показанных белым цветом)
- 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.
Химические свойства
Все благородные газы имеют завершенную электронную оболочку, поэтому они химически инертны. Химическая инертность неона исключительна, в этом с ним может конкурировать только гелий. Пока не получено ни одного его валентного соединения. Даже так называемые клатратные соединения неона с водой (Ne·6Н2О), гидрохиноном и другими веществами (подобные соединения тяжелых благородных газов — радона, ксенона, криптона и даже аргона — широко известны) получить и сохранить очень трудно.
Однако, с помощью методов оптической спектроскопии и масс-спектрометрии установлено существование ионов Ne + , (NeAr) + , (NeH) + , и (HeNe) + .
Изотопы
Основная статья: Изотопы неона
Существует три стабильных изотопа неона: 20 Ne (изотопная распространённость90,48 %), 21 Ne (0,27 %) и 22 Ne (9,25 %) [10] . Повсеместно преобладает легкий 20 Ne.
Во многих альфа-активных минералах относительное содержание тяжелых 21 Ne и 22 Ne в десятки и сотни раз больше содержания их в воздухе. Это вызвано тем, что основными механизмами образования этих изотопов являются ядерные реакции, происходящие при бомбардировке ядер алюминия, натрия, магния и кремнияпродуктами распада ядер тяжёлых элементов. Кроме того, подобные реакции происходят в земной коре и атмосфере под воздействием космического излучения.
Зафиксирован также ряд малопродуктивных ядерных реакций [11] , при которых образуются 21 Ne и 22 Ne — это захват альфа-частиц ядрами тяжелого кислорода 18 О и фтора 19 F:
Источник преобладающего на Земле лёгкого нуклида 20 Ne до сих пор не установлен.
Считается, что в космическом пространстве неон также преимущественно представлен лёгким нуклидом 20 Ne. В метеоритах обнаруживают немало 21 Ne и 22 Ne, но эти нуклиды предположительно образуются в самих метеоритах под воздействием космических лучей за время странствий во Вселенной.
Кроме трех стабильных нуклидов неона, существует еще шестнадцать нестабильных.
Получение
Неон получают совместно с гелием в качестве побочного продукта в процессе сжижения и разделения воздуха. Разделение гелия и неона осуществляется за счет адсорбции и конденсации. Адсорбционный метод основан на способностинеона в отличие от гелия адсорбироваться активированным углем, охлаждаемым жидким азотом. Конденсационный способ основан на вымораживании неона при охлаждении смеси жидким водородом.
Неон извлекают из воздуха в аппаратах двукратной ректификации жидкоговоздуха. Газообразные неон и гелий скапливаются в верхней части колонны высокого давления, то есть в конденсаторе-испарителе, откуда под давлением около 0.55 МПа подаются в трубное пространство дефлегматора, охлаждаемое жидким N2. Из дефлегматора обогащенная смесь Ne и Не направляется для очистки от N2 в адсорберы с активированным углем, из которых после нагревания поступает в газгольдер (содержание Ne + He до 70 %); степень извлечения смеси газов 0.5-0.6. Последнюю очистку от N2 и разделение Ne и Не можно осуществлять либо селективной адсорбцией при температуре жидкого N2, либо конденсационными методами — с помощью жидких Н2 или Ne. При использованиижидкого водорода дополнительно проводят очистку от примеси водорода с помощью CuO при 700 °С. В результате получают неон 99,9%-ной чистоты по объему.
Применение
Жидкий неон используют в качестве охладителя в криогенных установках. Ранее неон применялся в промышленности в качестве инертной среды, но был вытеснен более дешёвым аргоном.
Символ элемента, выполненный из неоновых трубок
Неоном наполняют газоразрядные лампы, сигнальные лампы в радиотехнической аппаратуре, фотоэлементы, выпрямители.
Смесь неона и гелия используют как рабочую среду в газовых лазерах (гелий-неоновый лазер).
Трубки, заполненные смесью неона и азота, при пропускании через них электрического разряда дают красно-оранжевое свечение, в связи с чем они широко используются в рекламе.
Неоновые лампы используют для сигнальных целей на маяках и аэродромах, так как их красный цвет очень мало рассеивается туманом и мглой.
Биологическая роль
Неон не играет никакой биологической роли.
Физиологическое действие
В связи с этим, наряду с гелием, неон в составе неоно-гелиевой смеси используется для дыхания океанавтов, водолазов, людей, работающих при повышенных давлениях, чтобы избежать газовой эмболии и азотного наркоза. Преимущество смеси в том, что она меньше охлаждает организм, так кактеплопроводность неона меньше, чем гелия.
Лёгкий неоно-гелиевый воздух облегчает также состояние больных, страдающих расстройствами дыхания.
Содержание неона в высоких концентрациях во вдыхаемом воздухе может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии.
На нашей планете благородные газы преимущественно содержатся в воздухе, но они есть в небольших количествах в воде, горных породах, природных газах и нефти.
Много гелия в космическом пространстве, это второй по распространенности элемент после водорода. В Солнце его почти 10%. Судя по имеющимся данным, благородных газов много в атмосферах крупных планет Солнечной системы.
Все газы, кроме гелия и радона, добывают из сжиженного воздуха фракционным разделением. Гелий получают как сопутствующий продукт при добыче природного газа.
Свойства
Газы без цвета, запаха и вкуса. Они всегда есть в атмосферном воздухе, но их невозможно увидеть или почувствовать. Плохо растворяются в воде. Не горят и не поддерживают горение. Плохо проводят тепло. Хорошо проводят ток и при этом светятся. Практически не реагируют с металлами, кислородом, кислотами, щелочами, органическими веществами. Химическая активность растет по мере увеличения атомной массы.
Инертные газы не ядовиты, но способны вытеснять кислород из воздуха, понижая его концентрацию до смертельно низкого уровня.
Смеси тяжелых благородных газов с кислородом оказывают на человека наркотическое воздействие, поэтому при работе с ними следует использовать средства защиты и строго следить за составом воздуха в помещении.
Хранят газы в баллонах, вдали от источников пламени и горючих материалов, в хорошо проветриваемых помещениях. При транспортировке баллоны следует хорошо укрепить, чтобы они не бились друг о друга.
Применение
- В газовой и газово-дуговой сварке в металлургии, строительстве, автостроении, машиностроении, коммунальной сфере и пр. Для получения сверхчистых металлов.
- Нерадиоактивные благородные газы применяются в цветных газоразрядных трубках, часто используемых в уличных вывесках и рекламе, а также в лампах дневного света и лампах для загара.
Гелий
- Жидкий гелий — самая холодная жидкость на планете (кипит при +4,2 °К), востребована для исследований при сверхнизких температурах, для создания эффекта сверхпроводимости в электромагнитах, например, ядерных ускорителей, аппаратов МРТ (магнитно-резонансной томографии).
- Гелий-газ применяют в смесях для дыхания в аквалангах. Он не вызывает наркотического отравления на больших глубинах и кессонной болезни при подъеме на поверхность.
- Так как он значительно легче воздуха, им заполняют дирижабли, воздушные шары, зонды. К тому же он не горит и гораздо безопаснее ранее использовавшегося водорода.
- Гелий отличается высокой проницаемостью — на этом свойстве основаны приборы поиска течи в системах, работающих при низком или высоком давлении.
- Смесь гелия с кислородом применяется в медицине для лечения болезней органов дыхания.
Соединения со степенями окисления +2, +4, +6. Основными соединениями, из которых получают многочисленные производные инертных газов, являются фториды. Кроме того, фториды инертных газов используются в качестве фторирующих агентов и окислителей.
Ксенон горит в атмосфере фтора ярким пламенем, состав продуктов окисления зависит от соотношения реагентов, времени и условий синтеза:
| Соединение | XeF2 | XeF4 | XeF6 |
| Плотность, кг/м 3 | 4,32 | 4,04 | - |
| Т.пл., ºС |
С ростом степени окисления ксенона у соединений ослабляются основные свойства и усиливаются кислотные. Так, XeF2 является типичным основным соединением и может образовывать катионные комплексы, например:
Кроме того, XeF2 вступает в реакции обмена, образуя солеподобные соединения:
Фторид ксенона(VI) – белое кристаллическое вещество, устойчивое при комнатной температуре, чрезвычайно химически активное, например:
XeF6 проявляет амфотерные свойства. При взаимодействии с кислыми фторидами, образуются производные катионного комплекса [XeF5] + , например:
При взаимодействии с основными фторидами образуются гепта- и октафтороксенаты(VI):
Фтороксенаты цезия и рубидия устойчивы, разлагаются при температуре выше 400 ºС.
Оксофторид ксенона(VI) - XeOF4 – бесцветная жидкость, замерзающая при –28 ºС. Молекула имеет геометрию тетрагональной пирамиды:
Оксид ксенона(VI) – ХеО3 - белое, нелетучее вещество, чрезвычайно взрывчатое соединение.
Молекула оксида имеет геометрию тригональной пирамиды. Образуется в результате гидролиза фторида и оксофторида ксенона(VI):
Соединения со степенями окисления +8. Производные ксенона(VIII) – оксид XeO4 и оксофторид XeO3F2 - преимущественно кислотные соединения.
Молекула XeO4 имеет геометрию тетраэдра с атомом ксенона в центре. Оксид получают действием безводной серной кислоты на гексаоксоксенат(VIII) бария при комнатной температуре:
В обычных условиях XeO4 газ, медленно разлагается даже при температуре –40 °С:
Гексаоксоксенат(VIII)-анион (перксенат-анион - XeО6 4- ) имеет геометрию октаэдра с атомом ксенона в центре. Соли - гексаоксоксенаты(VIII) Nа4XeО6·6H2О, Nа4XeО6·8H2О, Ва2XeО6·1,5H2О – устойчивые соединения, в воде практически не растворяются.
Все соединения ксенона – сильные окислители. Так, анион XeО6 4- в кислой среде более сильный окислитель, чем перманганат-анион и фтор, Еº(XeО6 4- /Хе) = 3,0 В. С помощью соединений ксенона удалось перевести в высшую степень окисления практически все элементы. Например с помощью XeF2 получены AuF5, BrF7.
Список рекомендуемой литературы
1. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1985.
2. Общая химия / Под ред. Е.М. Соколовской и Л.С. Гузея. М.: Из-во МГУ, 1989.
3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1988.
4. Хомченко Г.П., Цитович И.К. Неорганическая химия. М.: Высшая школа, 1987.
5. Хьюи Дж. Неорганическая химия. Строение вещества и реакционная способность. М.: Мир, 1987.
6. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Основы неорганической химии. М.: Мир, 1979.
ОГЛАВЛЕНИЕ
| стр. | |
| Лекция № 1 | Водород………………………………………………………. …. |
| Лекция № 2 | Элементы VII-A-подгрупы (галогены)………….……. ……… |
| Лекция № 3 | Элементы VIA-подгруппы………………………….………..…. |
| 3.1 | Кислород и его соединения…………………….………. …… |
| 3.2 | Сера и ее соединения………………………………………………. …. … |
| 3.3 | Элементы подгруппы селена. …. … |
| Лекция № 4 | Элементы VA-подгруппы……………………….…………. …. …. |
| 4.1 | Азот …………………….…………………………..……………………..……. |
| 4.2 | Фосфор ……………………….………………………………………………. |
| 4.3 | Элементы подгруппы мышьяка………………………………………. …. …. |
| Лекция № 5 | Элементы IVA-подгруппы………………………………. …. |
| 5.1 | Углерод ……………………………………………………. …. |
| 5.2 | Кремний …………………………………………………………………. …. …… |
| 5.3 | Германий, олово, свинец………………………………………………. ….. |
| Лекция № 6 | Элементы IIIA-подгруппы……………………………………. …. ….. |
| 6.1 | Бор …………………….…………….………………. …. …. |
| 6.2 | Алюминий ……………………..……..…….………. …..…. |
| 6.3 | Подгруппа галлия………………………………. |
| Лекция № 7 | Элементы IIA-подгруппы…………………. …. |
| 7.1 | Бериллий ……………………………………………. …. |
| 7.2 | Магний …………………………………………………. …. |
| 7.3 | Щелочноземельные металлы. …….……………. |
| 7.4 | Элементы IA-подгруппы (щелочные металлы)………………………..…………. |
| Лекция № 8 | Общая характеристика d-элементов. Элементы IIIВ – VB подгрупп (подгруппы скандия, титана и ванадия). |
| 8.1 | Общая характеристика d-элементов………………………………. …. …. |
| 8.2 | Элементы IIIВ подгруппы (подгруппа скандия)……………………. ….…. |
| 8.2 | Элементы IVВ подгруппы (подгруппа титана)……………………. …. |
| 8.3 | Элементы VB подгруппы (подгруппа ванадия) |
| Лекция № 9 | Элементы VIВ и VII подгрупп (подгруппы хрома и марганца)…………………. |
| 9.1 | Элементы VIВ-подгруппы (подгруппа хрома)…………. …. |
| 9.2 | Элементы VIIВ-подгруппы (подгруппа марганца)……. …… |
| Лекция № 10 | Элементы VIIIB-подгруппы ……………………………. ….. |
| 10.1 | Элементы триады железа…………….……………. …. |
| 10.2 | Платиновые металлы……………………. …. …. |
| Лекция № 11 | Элементы IB- и IIB-подгрупп (подгруппы меди и цинка)…….………………………. |
| 11.1 | Элементы IB-подгруппы (подгруппа меди)…………………………. …… |
| 11.2 | Элементы IIB-подгруппы (подгруппа цинка)………………………. …. |
| Лекция № 12 12.1 | Химия f-элементов Лантаниды. |
| 12.2 | Актиниды. |
| Лекция № 13 | Инертные газы. |
| 13.1 | Гелий. Неон. Аргон. |
| 13.2 | Элементы подгруппы криптона. |
| Список рекомендуемой литературы……………………. …… |
Лекции по химии элементов / Учебное пособие для студентов химических специальностей
Редактор: Н.А. Василенко
Подписано к печати 2010 г. Формат 60x84/8 Бумага тип. ОП
Объем 4,0 п.л. Тираж: 100 экз. Заказ - № 107 Цена договорная
95007, г. Симферополь, пр. им. академика Вернадского, 4
Таврический национальный университет им. В.И. Вернадского
Читайте также: