Учебник. Благородные газы

Благородные газы имеют электронную конфигурацию ns²np⁶ (у гелия 1s²) и составляют VIIIА группу. По мере возрастания порядкового номера растут радиусы атомов и их поляризуемость. Это приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий, к повышению температур плавления и кипения, к увеличению растворимости газов в воде и других растворителях. Для благородных газов известны следующие группы соединений: молекулярные ионы, соединения включения и валентные соединения.

Молекула благородного газа ${\mathrm{Э}}_2$ существовать не может – ${\mathrm{(}{\sigma }_{\mathrm{св}}\mathrm{)}}^2{\mathrm{(}{\sigma }_{\mathrm{разр}}\mathrm{)}}^2$. Но если удалить один электрон, то заполнение верхней разрыхляющей орбитали лишь наполовину – ${\mathrm{(}{\sigma }_{\mathrm{св}}\mathrm{)}}^2\mathrm{. }{\mathrm{(}{\sigma }_{\mathrm{разр}}\mathrm{)}}^1$ является – энергетической основой существования молекулярных ионов благородных газов ${\mathrm{Э}}_2^{\mathrm{+}}\mathrm{.}$

Соединения включения, или клатраты, известны только в твердом состоянии. Например, гидраты типа Эċ6H₂O образуются при действии сжатых благородных газов на кристаллизующуюся переохлажденную воду и существуют в кристаллической решетке льда при низких температурах и повышенных давлениях. В ряду Ar–Rn давление газа над кристаллогидратами при 0 °С падает с 98 атм до 0,4 атм, что обусловлено оптимизацией соотношения размеров атома и занимаемой им полости в структуре льда, а также различием в поляризуемости атомов, и указывает на большую прочность гидратов тяжелых газов. Клатратные соединения используют для разделения и хранения благородных газов.

Соединения с валентными связями Э (II), Э (IV), Э (VI), Э (VIII) хорошо изучены на примере фторидов Kr и Xe, полученных по схеме $\text{X}\text{e}+n{\text{F}}_2\stackrel{t}{\to }\text{X}\text{e}{\text{F}}_2\stackrel{t}{\to }\text{X}\text{e}{\text{F}}_4\stackrel{t}{\to }\text{X}\text{e}{\text{F}}_6\stackrel{t}{\to }\text{X}\text{e}{\text{F}}_8\mathrm{.}$

Химическая связь в соединениях благородных газов не может быть описана с позиций МВС, поскольку в соответствии с этим методом в образовании связи должны участвовать d-орбитали. Однако возбуждение одного электрона с p- на d-орбиталь требует для ксенона около 100 кДж/атом, что не компенсируется энергией образования связи.

В рамках ММО строение XeF₂ объясняется схемой, в которой d-орбитали не участвуют:

Тетрафторид ксенона является сильным окислителем: $\text{P}\text{t}+\text{X}\text{e}{\text{F}}_4+2\text{H}\text{F}={\text{H}}_2\mathrm{[}\text{P}\text{t}{\text{F}}_6\mathrm{]}+\text{X}\text{e}\mathrm{,}$ $4\text{K}\text{I}+\text{X}\text{e}{\text{F}}_4=\text{X}\text{e}+2{\text{I}}_2+4\text{K}\text{F}\mathrm{.}$

При нагревании и гидролизе XeF₄ диспропорционирует: $3\text{X}\text{e}{\text{F}}_4=2\text{X}\text{e}{\text{F}}_6+\text{X}\text{e}\mathrm{.}$

Для шестивалентного Xe известны фторид XeF₆, оксид XeO₃, XeOF₄ – оксофторид, Xe(OH)₆ – гидроксид, а также комплексные ионы типа ${\text{XeO}}_4^{2\mathrm{-}}$ и ${\text{XeO}}_6^{6\mathrm{-}}\mathrm{.}$

XeO₃ хорошо растворим в воде и образует сильную кислоту $\text{X}\text{e}{\text{O}}_3+{\text{H}}_2\text{O}={\text{H}}_2\text{X}\text{e}{\text{O}}_4\to {\text{H}}^{\mathrm{+}}+\text{H}\text{X}\text{e}{\text{O}}_4^{\mathrm{-}}\mathrm{.}$

Гексафторид очень активен, реагирует с кварцем: $2\text{X}\text{e}{\text{F}}_6+\text{S}\text{i}{\text{O}}_2=2\text{X}\text{e}\text{O}{\text{F}}_4+\text{S}\text{i}{\text{F}}_4\mathrm{.}$

Производные Xe (VI) – сильные окислители, например: $\text{X}\text{e}{\left(\text{O}\text{H}\right)}_6+6\text{K}\text{I}+6\text{H}\text{C}\text{l}=\text{X}\text{e}+3{\text{I}}_2+6\text{K}\text{C}\text{l}+6{\text{H}}_2\text{O}\mathrm{.}$

Для Xe (VIII) известны, кроме того, XeF₈, XeO₄, XeOF₆, ${\text{XeO}}_6^{4\mathrm{-}}\mathrm{.}$

В обычных условиях XeO₄ медленно разлагается: $3\text{X}\text{e}{\text{O}}_4=\text{X}\text{e}+2\text{X}\text{e}{\text{O}}_3+3{\text{O}}_2$

По мере увеличения степени окисления ксенона устойчивость бинарных и солеподобных соединений падает, а анионных комплексов – возрастает.

Для криптона получены лишь KrF₂, KrF₄, неустойчивая криптоновая кислота KrO₃ċH₂O и ее соль BaKrO₄.

Инертные газы используются как наполнители газоразрядных ламп

Гелий используется в низкотемпературных процессах для создания инертной атмосферы в лабораторных аппаратах, при сварке и в газонаполненных электрических лампах, неон – в газоразрядных трубках, аргон – для создания инертной атмосферы в химическом синтезе и сварочных работах.

Соединения благородных газов используются в качестве сильных окислителей. В виде фторидов ксенона хранят фтор и ксенон.