Благородные газы

Электронное строение и физические свойства благородных газов

К таким газам относят гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe и радон Rn (состоят из одноатомных молекул). Каждый из представленных элементов имеет устойчивый, полностью завершенный внешний электронный уровень.

Рисунок 1. Электронное строение благородных газов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При обычных условиях газы не имеют цвета и запаха, плохо растворяются в воде. Их температура плавления и кипения увеличивается по мере возрастания атомного номера.

Рисунок 2. Физические свойства благородных газов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Уникальными физическими свойствами обладает гелий:

• остается жидким при атмосферном давлении и самых низких температурах
• кристаллизуется только при давлении 25 атм.
• имеет самую низкую температуру кипения ($\mathrm {-269^\circ C}$)
• является сверхтекучим, то есть при температурах ниже 2,2 К гелий существует в виде двух жидкостей, одна из которых обладает обычными свойствами, а другая - аномальными (имеет практически нулевую вязкость, способна просачиваться через мельчайшие отверстия в пористом сосуде и обладает сверхвысокой теплопроводностью).

Химические соединения благородных газов

Первое химическое соединение ксенона было получено канадским химиком. Бартлетт, поместив в сосуд гексафторид платины и некоторое количество ксенона, получил гексафтороплатинат ксенона.

$\mathrm {Xe + PtF_6 = Xe[PtF_6]}$

В последующем он провел реакцию ксенона и фтора. В результате этого образовалась смесь фторидов:

• фторид ксенона (II) образуется либо под действием дневного света при обычной температуре, либо при взаимодействии ксенона и $\mathrm {F_2O_2}$ при $\mathrm {-120^\circ C}$

  $\mathrm {Xe + F_2 = XeF_2}$

  $\mathrm {Xe + F_2O_2 = XeF_2 + O_2}$

  Раствор фторида ксенона (II) в воде является сильным окислителем, а в щелочной среде гидролизуется: $\mathrm {2XeF_2 + 4KOH = 2Xe + 4KF + O_2 + 2H_2O}$

• фторид ксенона (IV) образуется при нагревании смеси до $\mathrm {400^\circ C}$

  $\mathrm {Xe + 2F_2 = XeF_4}$

  Данное соединение является сильным окислителем и используется в качестве фторирующего агента: $\mathrm {XeF_4 + Pt = PtF_4 + Xe}$

  В воде диспропорционирует: $\mathrm {6XeF_4 + 12H_2O = 2XeO_3 + 24HF + 4Xe + 3O_2}$

• фторид ксенона (VI) образуется при нагревании и повышенном давлении фтора

  $\mathrm {Xe + 3F_2 = XeF_6}$

  Данное соединение также может использоваться как фторирующий агент $\mathrm {SiO_2 + 2XeF_6 = 2XeOF_4 + SiF_4}$

Существуют два оксида ксенона: оксид ксенона (VI) и оксид ксенона (VIII).

Оксид ксенона (VI) - белое, нелетучее, взрывоопасное вещество, хорошо растворимое в воде. Образуется в результате гидролиза фторида ксенона (VI).

Под действием озона на щелочной раствора оксида ксенона (VI) образуется соль ксеноновой кислоты: $\mathrm {XeO_3 + O_3 + 4NaOH = Na_4XeO_6 + O_2 + 2H_2O}$

Оксид ксенона (VIII) - бесцветный газ, очень взрывоопасен, разлагается при температурах выше $\mathrm {0^\circ C}$

$\mathrm { 3XeO_4 = 2XeO_3 + Xe + 3O_2}$

Данное соединение может быть получено при взаимодействии перксената бария с безводной серной кислотой при низкой температуре: $\mathrm {Ba_2XeO_6 + 2H_2SO_4 = 2BaSO_4 \downarrow + XeO_4 \uparrow + 2H_2O}$

Среди соединений других благородных газов известны $\mathrm {KrF_2, KrF_4, RnF_2, RnF_4, RnF_6, RnO_3}$.

Соединения гелия, неона и аргона существуют в виде эксимерных молекул, то есть молекул, у которых устойчивы возбужденные электронные состояния и неустойчиво основное состояние, поэтому они не могут быть выделены в виде индивидуальных веществ, но могут быть зарегистрированы и изучены с помощью спектроскопических методов.

Применение благородных газов

1. Гелий:

   • жидкий гелий используется в лабораторных условиях для получения сверхнизких температур;
   • в смеси с кислородом применяется при дыхании водолазов как искусственная атмосфера;
   • используется для наполнения дирижаблей, зондов, аэростатов.

2. Неон, аргон, криптон и ксенон используют в светотехнике для производства газоразрядных трубок.

   
   
   Рисунок 3. Свечение благородных газов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

3. Аргон используется для создания инертной атмосферы, так как является самым дешевым газом среди благородных газов.