Укажите тип химической связи во фториде ксенона iv
Обновлено: 04.07.2024
Промышленность начинает применять фториды ксенона , прежде всего моноизотопные. Изотопы ксенон-133 и особенно ксенон-135 имеют очень большие сечения захва та тепловых нейтронов, это сильные реакторные яды. Но после получения твердых и достаточно стойких соединений элемента № 54 появилась надежда использовать это свойство изотопов ксенона на благо ядерной физики. С другой стороны, возможность связать эти изотопы фтором позволяет решить и технически, и экологически важную задачу эффективного улавливания этих изотопов. А еще: в виде фторидов ксенона удобно хранить и транспортировать и дефицитный ксенон, и всеразрушающий фтор. [33]
Возможно, что фторид ксенона состава XeF8, о получении которого сообщали некоторые исследователи, является молекулярным соединением между гексафто-ридом ксенона и молекулярным фтором. [34]
При вычислениях для фторидов ксенона по полуэмпирическому варианту метода МО в первую очередь необходимо выбрать подходящие атомные волновые функции для построения молекулярных орбит. [35]
Отмечается [162] сходство фторидов ксенона и фторгалоидных соединений. [37]
Поскольку энтальпии образования простых фторидов ксенона отрицательны, эти соединения должны быть вполне устойчивыми, что и наблюдается в действительности. Однако они являются сильными фторирующими агентами, и потому их надо хранить в сосудах, материал которых не реагирует с ними с образованием фторидов. Отметим, что энтальпии образования оксифторидов и оксидов ксенона положительны; эти соединения довольно неустойчивы. [39]
В этой части работы фториды ксенона исследуются полуэмпирическим вариантом метода ЛКАО. В табл. 2 указана симметрия орбит, относящихся к Хер2 и XeF4, которая получена обычными методами теории групп. [40]
Такое описание основного состояния фторидов ксенона в терминах представления о вкладе ионных структур соответствует тому, что правило октета в некотором смысле сохраняет силу, что согласуется с обычными химическими представлениями. Аналогичная ситуация возникает и в случае ионов полигалогенидов. [41]
Вначале рассмотрим применительно к фторидам ксенона идею о - гибридизации. Прирост энергии за счет образования связи в молекуле будет, вероятно, меньше, чем величина энергии возбуждения, и образование устойчивого соединения оказывается невозможным. [42]
Разработанный нами метод позволяет получать фториды ксенона высокой чистоты и устанавливать содержание наиболее важных химических составляющих смеси. Система Хе - F2 двухкомпонентная и имеет 4 - р степеней свободы, где р - число фаз. [44]
Интересный материал дает химия растворов фторидов ксенона в инертных растворителях. Диссоциация XeFn на XeF j и F - становится возможной в растворителях с высокой диэлектрической проницаемостью или в растворителях, где молекулы растворителя образуют связи с растворенными соединениями ( например, HF в HF) ( ср. [45]
Инертные газы обнаружены в атмосфере в 1894 г. После того как были открыты гелий, пеон, аргон и криптон, завершающие четыре первых периода таблицы Менделеева, уже не вызывало сомнений, что пятый и шестой периоды тоже должны оканчиваться инертным газом.
Но найти их удалось не сразу. Это и не удивительно: в 1 м 3 воздуха 9,3 л аргона и всего лишь 0,08 мл ксенона.
Но к тому времени стараниями ученых, прежде всего англичанина Траверса, появилась возможность получать значительные количества жидкого воздуха. Стал доступен даже жидкий водород. Благодаря этому Рамзай совместно с Траверсом смог заняться исследованием наиболее труднолетучей фракции воздуха, получающейся после отгонки гелия, водорода, неона, кислорода, азота и аргона. Остаток содержал сырой (то есть неочищенный) криптон. Однако после откачки его в сосуде неизменно оставался пузырек газа. Этот газ голубовато светился в электрическом разряде и давал своеобразный спектр с линиями в областях от оранжевой до фиолетовой.
В поисках нового элемента и для изучения его свойств Рамзай и Траверс переработали около 100 т жидкого воздуха; индивидуальность ксенона как нового химического элемента они установили, оперируя всего 0,2 см 3 этого газа. Необычайная для того времени тонкость эксперимента! Хотя содержание ксенона в атмосфере крайне мало, именно воздух – практически единственный и неисчерпаемый источник ксенона. Неисчерпаемый – потому, что почти весь ксенон возвращается в атмосферу.
Ксенон вступает в реакции
Изучение электронной структуры оболочек криптона и ксенона с позиций квантовой механики привело к заключению, что эти газы в состоянии образовывать устойчивые соединения с фтором. Нашлись и экспериментаторы, решившие проверить гипотезу, но шло время, ставились опыты, а фторид ксенона не получался. В результате почти все работы в этой области были прекращены, и мнение об абсолютной инертности благородных газов утвердилось окончательно.
Однако в 1961 г. Бартлетт, сотрудник одного из университетов Канады, изучая свойства гексафторида платины – соединения более активного, чем сам фтор, установил, что потенциал ионизации у ксенона ниже, чем у кислорода (12,13 и 12,20 эВ соответственно). Между тем кислород образовывал с гексафторидом платины соединение состава O2PtF6. 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:
Последующие работы Бартлетта позволили установить, что ксенон в зависимости от условий реакции образует два соединения с гексафторидом платины: XePtF6 и Xe(PtF6)2; при гидролизе их получаются одни и те же конечные продукты.
Фториды 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:
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 жесткие условия. По предложенному ими способу смесь ксенона и фтора (в молекулярном отношении 1:1) подается в сосуд из никеля или нержавеющей стали, и при повышении давления до 35 атм. начинается самопроизвольная реакция.
Дифторид ксенона XeF2 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 XeF2 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.
Большой теоретический интерес представляет метод синтеза дифторида ксенона, основанный па воздействии на смесь газов ультрафиолетового излучения (длина волн порядка 2500. 3500 Å). Излучение вызывает расщепление молекул фтора F2 на свободные атомы. В этом и заключается причина образования дифторида: атомарный фтор необычайно активен.
Для получения XeF6 требуются более жесткие условия: 700°C и 200 атм. В таких условиях в смеси ксенона и фтора (отношение от 1:4 до 1:20) практически весь ксенон превращается в XeF6.
Гексафторид ксенона чрезвычайно активен и разлагается со взрывом. Он легко реагирует с фторидами щелочных металлов (кроме LiF): XeF6 + RbF = RbXeF7, но при 50°C эта соль разлагается: 2RbXeF7 = XeF6 + Rb2XeF8.
Синтез первых соединений ксенона поставил перед химиками вопрос о месте инертных газов в периодической системе элементов. Прежде благородные газы были выделены в отдельную нулевую группу, что вполне отвечало представлению об их валентности. Но, когда ксенон вступил в химическую реакцию, когда стали известны его высший оксид XeO4 и оксифториды, в которых валентность ксенона равна 8 (а это вполне согласуется со строением его электронной оболочки), инертные газы решили перенести в VIII группу. Нулевая группа перестала существовать.
Созданы из фторидов
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 XeF4 в кислой среде ведет к образованию окиси ксенона XeO3 – бесцветных, расплывающихся на воздухе кристаллов. Молекула XeO3 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 нескольких сотен миллиграммов XeO3, 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 м 3 ксенона нужно переработать 11 млн м 3 воздуха.
Соответствующая трехокиси неустойчивая кислота шестивалентного ксенона H2XeO4 образуется в результате гидролиза XeF6 при 0°C:
Если к продуктам этой реакции быстро добавить Ba(OH)2, выпадает белый аморфный осадок BaXeO4. При 125°C он разлагается на окись бария, ксенон и кислород. Получены аналогичные соли – ксенонаты аммония, натрия, лития, кальция и калия.
При действии озона на раствор XeO3 в одномолярном едком натре образуется натриевая соль высшей кислоты ксенона Na4XeO6. Перксенонат натрия может быть выделен в виде бесцветного кристаллогидрата Na4XeO6 · 6H2O. К образованию перксенонатов приводит и гидролиз XeF6 в гидроокисях натрия и калия. Если твердую соль Na4XeO6 обработать раствором нитрата свинца, серебра или уранила UO2 2+ , получаются соответствующие перксенонаты. Перксенонат серебра – черного цвета, свинца и уранила – желтого. Перксенонат-анион – самый сильный из ионов окислителей. Чрезвычайно мощный окислитель и перхлорат ксенона Xe(ClO4)2, в котором ксенон играет роль катиона. Из всех окислителей-перхлоратов он самый сильный.
Окисел, соответствующий высшей кислоте ксенона, получают при взаимодействии Na4XeO6 с охлажденной безводной серной кислотой. Получается уже упоминавшаяся четырехокись ксенона XeO4. Ее молекула построена в виде тетраэдра с атомом ксенона в центре. Вещество это нестойко. При температуре выше 0°C оно разлагается на кислород и ксенон. Иногда разложение четырехокиси ксенона (трехокиси – тоже) носит характер взрыва.
И все-таки большинство известных ныне соединений ксенона (а всего их получено примерно полторы сотни) – бескислородные. Преимущественно это двойные соли – продукты взаимодействия фторидов ксенона с фторидами сурьмы, мышьяка, бора, тантала, ниобия, хрома, платиновых металлов.
Сильные окислительные свойства соединений ксенона химики уже используют в своих целях. Так, водные растворы дифторида ксенона позволили впервые в мировой практике получить перброматы – соединения семивалентного брома, состав которых MBrO4, где M – одновалентный металл.
Советские химики внесли большой вклад в синтез и изучение соединений благородных газов, ксенона в первую очередь. В 1976 г, группе ученых во главе с В.А. Легасовым за синтез и исследование физико-химических свойств этих веществ была присуждена Государственная премия.
Ксенон на практике
Без ксенона – тяжелого, редкого и пассивного газа сегодня не могут обойтись многие отрасли народного хозяйства. Области его применения разнообразны и порой неожиданны.
В светотехнике признание получили ксеноновые лампы высокого давления. В таких лампах светит дуговой разряд в ксеноне, находящемся под давлением в несколько десятков атмосфер. Свет в ксеноновых лампах появляется сразу после включения, он ярок и имеет непрерывный спектр – от ультрафиолетового до ближней области инфракрасного.
Цвет его близок к белому с чуть желтоватым оттенком; на него можно смотреть только через фильтр: глаза не выдерживают таких ярких лучей.
Ксеноновые лампы применяются во всех случаях, когда правильная цветопередача имеет решающее значение: при киносъемках и кинопроекции, при освещении сцены и телевизионных студий, в текстильной и лакокрасочной промышленности.
Ксеноном пользуются и медики – при рентгеноскопических обследованиях головного мозга. Как и баритовая каша, применяющаяся при просвечивании кишечника, ксенон сильно поглощает рентгеновское излучение и помогает найти места поражения. При этом он совершенно безвреден. Радиоактивный изотоп элемента №54, ксенон-133, используют при исследовании функциональной деятельности легких и сердца.
Промышленность начинает применять фториды ксенона, прежде всего моноизотопные. Изотопы ксенон-133 и особенно ксенон-135 имеют очень большие сечения захвата тепловых нейтронов, это сильные реакторные яды. Но после получения твердых и достаточно стойких соединений элемента №54 появилась надежда использовать это свойство изотопов ксенона на благо ядерной физики. С другой стороны, возможность связать эти изотопы фтором позволяет решить и технически, и экологически важную задачу эффективного улавливания этих изотопов. А еще: в виде фторидов ксенона удобно хранить и транспортировать и дефицитный ксенон, и всеразрушающий фтор.
Окислительные свойства соединений ксенона, прежде всего того же дифторида, уже широко используют в лабораторной практике и несколько уже – при синтезе новых практически важных веществ. В частности, с помощью соединений ксенона получают некоторые медицинские препараты, например 5-фторурацил. Но, как говорится, это только цветочки – ягодки впереди. Как и другие новые области науки, химия благородных газов, в первую очередь ксенона, развивается очень быстрыми темпами. Скоро никого уже не удивит, например, реактивный двигатель с ксенонсодержащим окислителем.
Соединения элемента №54 коренным образом преобразили его судьбу.
Клатратные соединения
В циклотронном тандеме
Сейчас физикам уже очевидно, что получать элементы далекой трансурановой области можно только в ядерных реакциях с участием тяжелых ионов, причем чем тяжелее будут ускоряемые частицы, тем тяжелее окажется и составное ядро. И пусть оно будет жить неизмеримо малое время; образование ядер новых элементов возможно не только в результате реакции слияния, но и распада! При распаде сверхтяжелых ядер могут образовываться и сверхтяжелые осколки – тоже новые ядра. И возможно – ядра атомов гипотетической пока области относительной стабильности в районе элементов с атомными номерами 114 и 126. Интерес представляет такая, к примеру, реакция:
238 92U + 129 54Xe → 367 146
Ученые надеются, что среди осколков деления такого ядра будут ядра элемента №114 с 184 нейтронами, а они, по расчетам теоретиков, должны жить достаточно долго.
Опыты по ускорению тяжелых ионов ксенона начались в Дубне, в Объединенном институте ядерных исследований, в 1971 г.
Изотопы
Обычный природный ксенон состоит из 9 изотопов, массовые числа которых – 124, 126, 128, 129, 130, 131, 132, 134 и 136. В 1946 г. советский ученый В.Г. Хлопин с сотрудниками впервые установил присутствие ксенона в осколках, образующихся при спонтанном делении урана. Среди продуктов такого деления ксенона много – 19% общей суммы осколков. Радиогенный ксенон образуется не только из самого урана, но и из некоторых продуктов его деления. Например, в ксенон превращается радиогенный теллур – путем двойного бета-перехода. А при нейтронном захвате бета-активные изотопы теллура превращаются сначала в иод, а затем – в ксенон.
Радиоактивные изотопы ксенона тоже многочисленны. Их массовые числа – от 121 до 144, а периоды полураспада – от секунды ( 144 Xe) и почти до двух недель ( 127 Xe).
Ксенон — редчайший газ земной атмосферы, содержание в воздухе 8,6•10 -5 % по объему. Общие запасы ксенона в атмосфере 1,6•10 11 м 3 .
Происхождение названия
От греческого "χένος" - чужой (открыт как примесь).
Получение
Ксенон выделяют как побочный продукт при переработке воздуха на азот и кислород.
Физические свойства
Ксенон — одноатомный газ без цвета и запаха. В 100 мл воды при 20°C растворяется 9,7 мл Xe. Ксенон образует Химические свойства
Первый " Гидролизом XeF4 и XeF6 получают неустойчивые оксифториды XeОF4, XeО2F2, XeОF2, XeО3F2 и XeО2F4 и оксиды ХеО3 и ХеО4, которые при комнатной температуре разлагаются на простые вещества. Фториды ксенона взаимодействуют с водными растворами Na, K, Rb, Cs), устойчивые до 180°C. При гидролизе растворов XeF6, Применение
H272 : Может усилить огонь; окислитель
H301 : Токсично при проглатывании
H314 : Вызывает серьезные ожоги кожи и повреждения глаз
H330 : Смертельно при вдыхании
P220 : Хранить отдельно от одежды /… / горючих материалов
P260 : Не вдыхать пыль / дым / газы / туманы / пары / аэрозоли.
P280 : Пользоваться защитными перчатками / защитной одеждой / средствами защиты глаз / лица.
P284 : Использовать средства защиты органов дыхания.
P305 : При попадании в глаза:
P310 : Немедленно обратитесь в ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЙ ЦЕНТР или к врачу / терапевту.
P338 : Снимите контактные линзы, если пострадавший носит их и если они легко снимаются. Продолжайте полоскать.
P351 : Осторожно промыть водой в течение нескольких минут.
Дифторид ксенона является химическим соединением по формуле XeF 2 впервые синтезирован в Мюнстере химиком Рудольфом Хоппе . Именно в виде бесцветного кристаллического твердого вещества , которое сублимируется при 114 ° С . Его получают из ксенона и фтора под действием тепла, электрической дуги или ультрафиолетового излучения :
Xe + F 2 + h ν → XeF 2 .
Эта реакция очень проста и может быть проведена даже при дневном свете в пасмурный день, если ксенон прореагирует с фтором .
XeF 2 тем не менее, впоследствии разлагается под действием света, а также при контакте с водой:
2 XeF 2 + 2 Н 2 О → 2 Хе + 4 ВЧ + O 2
Это эффективный фторирующий агент, который находит множество применений, поскольку не вносит примесей: высвобождающийся ксенон просто удаляется в газообразной форме. Одна из них занимается производством микроэлектромеханических систем с использованием дифторида ксенона для травления кремния. Молекула абсорбируется на заготовке и при контакте с кремнием разлагается на ксенон и фтор ; последний атакует кремний, производя тетрафторид кремния :
Дифторид ксенона обеспечивает эффективное и глубокое травление, не прибегая к дорогостоящим энергетическим процессам, таким как ионная бомбардировка для достижения того же результата.
Молекула XeF 2 является традиционным примером гипервалентной молекулы со связью с тремя центрами и четырьмя электронами : p- атомные орбитали трех коллинеарных атомов организуются в три молекулярные орбитали в соответствии с диаграммой:
Читайте также: