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稀有气体化合物简单介绍(含氦氩)

稀有气体化合物简单介绍(含氦氩)

稀有气体

稀有气体化合物简单介绍(含氦氩)

稀有气体位于元素周期表第十八列,属0族元素。自1868年首次在太阳图谱中发现并确定第一种稀有气体:氦(有趣的是,当时人们误以为氦是金属元素,其英文名Helium为结尾为金属元素后缀ium)至1962年英国化学家巴特列特通过六氟化铂氧化氙气首次制得稀有气体化合物中间约100年的历史中,人们一直认为,稀有气体是不能形成化合物的,故稀有气体曾被称为“惰性气体”

然而事实证明,“惰性气体”不“惰”,实际上,氙气可在并不算苛刻的条件下与氟气直接化合,但由于氟化氙系列物质对水与二氧化硅敏感,长期以来人们并未制得氙的氟化物(也许前辈当时很可能根本不打算制)

Xe+F₂→XeF₂(XeF₄,XeF₆)

2XeF₂+2H₂O=2Xe(g)+O₂(g)+4HF

6XeF₄+12H₂O=2XeO₃+4Xe+3O₂+24HF

XeF₆+3H₂O=XeO₃+6HF(若不完全水解生成XeOF₄)

二氟化氙水解机理:XeF₂+H₂O→XeO+2HFXeO+H₂O→Xe+H₂O₂XeF₂+H₂O₂→Xe+2HF+O₂

四氟化氙水解机理尚不明确,但已知过程中会产生淡黄色物质XeOF₂

由于三氧化氙在水中较稳定,因此六氟化氙水解时并不会氧化水,并不是因为其氧化性不如前二者。

氙的化合物众多,如高氙酸盐等,也有一些特殊物质,如FXeN(SO₂F)₂中存在Xe-N键,Xe(C₆F₅)•C₆F₅BF₃中存在Xe-C键。相信大家对氙还是比较了解的,在此就不过多赘述氙化合物了。

氪的一种化合物:二氟化氪,可通过低温光化学合成。Kr+F₂=KrF₂ 反应条件77K,紫外线照射。(其标准摩尔生成焓为正值60.39kJ/molKr-F键能约48.7kJ/mol)是强氧化剂,优秀氟化剂,可以将许多元素氧化为最高氧化态:与金反应可得五价金,与五氟化氯(溴)反应可得七价氯(溴)。

氩:由于原子半径小,第一电离能极大,He,Ne,Ar这些较轻的稀有气体化合物仍尚难制备,但,不表示没有。2000年,芬兰化学家报道合成了一种氩的化合物:将氩气与HF在CsI表面冷凝,然后用紫外线照射。红外光谱数据显示,产物中有微弱的Ar-F键的吸收,也并未检测出其余产物。Ar+HF→HArF中心原子Ar取sp³d杂化,氧化态为0价。之后,也有不少文献从多方面研究了该化合物,如从实验和理论上研究HArF组态在固体氩中的热转化。基体隔离实验主要集中在25−27K温度下,促进了从不稳定的HArF结构向稳定的HArF构型的转变。采用量子力学、−分子力学和温度加速动力学相结合的方法,研究不同基质位形貌下的实时演化。(这段我看不懂)研究HArF的电子和振动对偶极矩、极化率和第一超极化率的贡献,为理解这种有趣的氩衍生物的电子结构提供了补充数据。(这段我也看不懂)

氖:暂无稳定化合物,仅在极端条件下可观察到一些特殊物质的存在。下图有一些介绍

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来源于ACS

氦:暂无稳定化合物,仅在极端条件下可观察到一些特殊物质存在。Pimental曾给出利用核反应制备二氟化氦的方法,一种是通过³HF₂⁻发生β衰变,放出电子生成目的产物。另一种是热中子照射*LiF先发生核反应,得到氦核与氚核后,氦核再与晶格中的F结合形成产物HeF₂。更有名的氦化物则是Na₂He,可在超过一百万个大气压的条件下合成,实验测定其晶体属于反萤石型。氦的氧化态几乎为0,钠元素以阳离子形式存在,电子成对分布在晶体结构空隙中形成电子盐(氦占据一半Na₈小立方体空隙,电子对占据剩下一半Na₈小立方体空隙)不久之后,又有研究在理论上计算得出,Na₂OHe可以在更低的高压下存在,其结构类似于Na₂He,因为氧离子可取代电子对的位置,稳定电子对。此外,亦有学者认为宇宙中存在HeH⁺

参考文献及书籍:

Hiby, Julius W. Massenspektrographische Untersuchungen an Wasserstoff‐und Heliumkanalstrahlen (H3+, H2−, HeH+, HeD+, He−). Annalen der Physik 426.5 (1939): 473-487.

Wong, Ming Wah. Prediction of a metastable helium compound: HHeF.Journal of the American Chemical Society122.26 (2000): 6289-6290.

Dong, Xiao, et al. A stable compound of helium and sodium at high pressure.Nature chemistry9.5 (2017): 440.

中科大张祖德教授《无机化学》第二版

高等教育出版社《无机化学》第四版

2016年北斗学友大联考(4)

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