Compuesto de gas noble
En química, los compuestos de gases nobles son compuestos químicos que incluyen un elemento de los gases nobles, grupo 18 de la tabla periódica. Aunque los gases nobles son generalmente elementos no reactivos, se han observado muchos compuestos de este tipo, en particular los que involucran al elemento xenón.
Desde el punto de vista de la química, los gases nobles se pueden dividir en dos grupos: el criptón relativamente reactivo (energía de ionización 14,0 eV), el xenón (12,1 eV) y el radón (10,7 eV) por un lado, y los muy poco reactivos. argón (15,8 eV), neón (21,6 eV) y helio (24,6 eV) por el otro. De acuerdo con esta clasificación, Kr, Xe y Rn forman compuestos que pueden aislarse en masa a temperatura y presión estándar o cerca de ella, mientras que se ha observado que He, Ne y Ar forman enlaces químicos verdaderos utilizando técnicas espectroscópicas, pero solo cuando se congelan en una matriz de gas noble a temperaturas de 40 K o inferiores, en chorros supersónicos de gas noble o bajo presiones extremadamente altas con metales.
Los gases nobles más pesados tienen más capas de electrones que los más ligeros. Por lo tanto, los electrones más externos están sujetos a un efecto de protección de los electrones internos que los hace ionizarse más fácilmente, ya que se sienten menos atraídos por el núcleo cargado positivamente. Esto da como resultado una energía de ionización lo suficientemente baja como para formar compuestos estables con los elementos más electronegativos, flúor y oxígeno, e incluso con elementos menos electronegativos como el nitrógeno y el carbono en determinadas circunstancias.
Historia y antecedentes
Cuando se identificó por primera vez la familia de los gases nobles a finales del siglo XIX, no se observó que ninguno de ellos formara compuestos, por lo que inicialmente se creyó que todos eran gases inertes (como entonces se conocían) que no podían formar compuestos. Con el desarrollo de la teoría atómica a principios del siglo XX, su inercia se atribuyó a una capa de electrones de valencia completa, lo que los hace muy estables químicamente y no reactivos. Todos los gases nobles tienen capas electrónicas externas s y p completas (excepto el helio, que no tiene un subnivel p) y, por lo tanto, no forman compuestos químicos. fácilmente. Su alta energía de ionización y su casi nula afinidad electrónica explican su falta de reactividad.
En 1933, Linus Pauling predijo que los gases nobles más pesados podrían formar compuestos con flúor y oxígeno. En concreto, predijo la existencia de hexafluoruro de criptón (KrF6) y hexafluoruro de xenón (XeF6), especuló que XeF8 podría existir como un compuesto inestable y sugirió que el ácido xénico formaría sales de perxenato. Estas predicciones resultaron bastante precisas, aunque las predicciones posteriores para XeF8 indicaron que no sólo sería termodinámicamente inestable, pero cinéticamente inestable. A partir de 2022, no se ha fabricado XeF8, aunque el anión octafluoroxenato(VI) ([XeF8 ]2−) ha sido observado.
En 1960, todavía no se había sintetizado ningún compuesto con un átomo de gas noble unido covalentemente. El primer informe publicado, en junio de 1962, sobre un compuesto de gas noble fue el de Neil Bartlett, quien observó que el compuesto altamente oxidante hexafluoruro de platino ionizaba el O2 a O+2. Como energía de ionización de O2 a O+2 (1165 kJ mol−1) es casi igual a la energía de ionización de Xe a Xe+ (1170 kJ mol−1), probó la reacción de Xe con PtF6. Esto produjo un producto cristalino, hexafluoroplatinato de xenón, cuya fórmula se propuso ser Xe+[PtF6]−. Más tarde se demostró que el compuesto es en realidad más complejo y contiene [XeF]+[PtF5]− y [XeF]+[Pt2F11]−. No obstante, este fue el primer compuesto real de un gas noble.
Los primeros compuestos binarios de gases nobles se informaron más tarde en 1962. Bartlett sintetizó tetrafluoruro de xenón (XeF4) sometiendo una mezcla de xenón y flúor a alta temperatura. Rudolf Hoppe, entre otros grupos, sintetizó difluoruro de xenón (XeF2) mediante la reacción de los elementos.
Tras la primera síntesis exitosa de compuestos de xenón, se desarrolló la síntesis de difluoruro de criptón (KrF2). reportado en 1963.
Verdaderos compuestos de gases nobles
En esta sección, los gases nobles no radiactivos se consideran en orden decreciente de peso atómico, lo que generalmente refleja la prioridad de su descubrimiento y la amplitud de información disponible para estos compuestos. Los elementos radiactivos radón y oganesson son más difíciles de estudiar y se consideran al final de la sección.
Compuestos de xenón
Después de los estudios iniciales de 1962 sobre XeF4 y XeF2, los compuestos de xenón que se han sintetizado incluyen otros fluoruros (XeF6), oxifluoruros (XeOF2, XeOF4, XeO2F2, XeO3F2, XeO2F4) y óxidos (XeO2, XeO3 y XeO4). Los fluoruros de xenón reaccionan con varios otros fluoruros para formar fluoroxenatos, como el octafluoroxenato(VI) de sodio ((Na+)2[XeF8]2−), y sales de fluoroxenonio, como hexafluoroantimoniato de trifluoroxenonio ([XeF3] +[SbF6]−).
En términos de otras reactividades de haluros, los excímeros de vida corta de haluros de gases nobles como XeCl2 o XeCl se preparan in situ y se utilizan en la función de láseres de excímeros.
Recientemente, se ha demostrado que el xenón produce una amplia variedad de compuestos del tipo XeOnX2 donde n es 1, 2 o 3 y X es cualquier grupo electronegativo, como CF3, C(SO2CF3)3, N(SO2F)2, N(SO2CF3)2, OTeF5, O(IO2F2), etc.; La variedad de compuestos es impresionante, similar a la que se observa con el elemento vecino yodo, que asciende a miles y que incluye enlaces entre xenón y oxígeno, nitrógeno, carbono, boro e incluso oro, así como ácido perxénico, varios haluros e iones complejos..
El compuesto [Xe2]+[Sb4F21]− contiene un enlace Xe-Xe, que es el enlace elemento-elemento más largo conocido (308,71 pm = 3,0871 Å). Se informa que los excímeros de corta duración de Xe2 existen como parte de la función de los láseres excímeros.
Compuestos de criptón
El gas criptón reacciona con el gas flúor en condiciones de fuerza extremas, formando KrF2 según la siguiente ecuación:
- Kr + F2 → KrF2
KrF2 reacciona con ácidos de Lewis fuertes para formar sales del [KrF]+ y [Kr2F3]+ cationes. Posteriormente se demostró que la preparación de KrF4 reportada por Grosse en 1963, utilizando el método de Claasen, era una identificación errónea.
También se han descrito compuestos de criptón con enlaces distintos de Kr-F (compuestos con átomos distintos del flúor). KrF2 reacciona con B(OTeF5)3 para producir el compuesto inestable, Kr (OTeF5)2, con un enlace criptón-oxígeno. Se encuentra un enlace criptón-nitrógeno en el catión [H−C≡N−Kr−F]+, producido por la reacción de KrF2 con [H −C≡N−H]+[AsF6]− por debajo de −50 °C.
Compuestos de argón
El descubrimiento de HArF se anunció en 2000. El compuesto puede existir en matrices de argón de baja temperatura para estudios experimentales y también se ha estudiado computacionalmente. El ion hidruro de argón [ArH]+ se obtuvo en la década de 1970. Este ion molecular también ha sido identificado en la nebulosa del Cangrejo, basándose en la frecuencia de sus emisiones de luz.
Existe la posibilidad de que una sal sólida de [ArF]+ pueda prepararse con [ Aniones SbF6]- o [AuF6]-.
Compuestos de neón y helio
Did you mean:
Los iones, Ne+, [NeAr] +, [NeH]+>span> y [HeNe]+ se conocen a partir de estudios ópticos y espectrométricos de masas. El neón también forma un hidrato inestable. Existe cierta evidencia empírica y teórica de algunos compuestos de helio metaestables que pueden existir a temperaturas muy bajas o presiones extremas. El catión estable [HeH]+ se informó en 1925, pero no se consideró un compuesto verdadero ya que no es neutro y no se puede aislar. En 2016, los científicos crearon el compuesto de helio heliuro disódico (Na2He), que fue el primer compuesto de helio descubierto..
Compuestos de radón y oganesón
Did you mean:
El radón no es químicamente inerte, pero su corta vida media (3,8 días para el 222Rn) y la alta energía de su radiactividad hacen difícil investigar su único fluoruro (RnF2), su óxido reportado (RnO3), y sus productos de reacción.
Todos los isótopos de oganesson conocidos tienen vidas medias aún más cortas, del orden de milisegundos, y aún no se conocen compuestos, aunque algunos se han predicho teóricamente. Se espera que sea incluso más reactivo que el radón, más parecido a un elemento normal que a un gas noble en su química.
Informes previos al hexafluoroplatinato de xenón y al tetrafluoruro de xenón
Clatratos
Antes de 1962, los únicos compuestos aislados de gases nobles eran los clatratos (incluidos los hidratos de clatrato); otros compuestos, como los compuestos de coordinación, se observaron únicamente por medios espectroscópicos. Los clatratos (también conocidos como compuestos de jaula) son compuestos de gases nobles en los que quedan atrapados dentro de cavidades de redes cristalinas de determinadas sustancias orgánicas e inorgánicas. La condición esencial para su formación es que los átomos huéspedes (gas noble) tengan el tamaño adecuado para caber en las cavidades de la red cristalina huésped; por ejemplo, Ar, Kr y Xe pueden formar clatratos con β-quinol cristalino, pero He y Ne no pueden encajar porque son demasiado pequeños. Asimismo, Kr y Xe pueden aparecer como invitados en cristales de melanoflogita.
Helio-nitrógeno (He(N2)11 ) los cristales se han cultivado a temperatura ambiente a presiones de ca. 10 GPa en una celda de yunque de diamante. Clatrato sólido de argón-hidrógeno (Ar(H2)2) tiene la misma estructura cristalina que la fase MgZn2 Laves. Se forma a presiones entre 4,3 y 220 GPa, aunque las mediciones Raman sugieren que las moléculas H2 en Ar(H2)2 disociar por encima de 175 GPa. Un Kr(H2)4 se forma sólido a presiones superiores a 5 GPa. Tiene una estructura cúbica centrada en las caras donde los octaedros de criptón están rodeados por moléculas de hidrógeno orientadas aleatoriamente. Mientras tanto, en sólido Xe(H2)8</sub Los átomos de xenón forman dímeros dentro del hidrógeno sólido.
Compuestos de coordinación
Se ha postulado que compuestos de coordinación como Ar·BF3 existen a bajas temperaturas, pero nunca han sido confirmados. Además, compuestos como WHe2 y HgHe2 se formaron mediante bombardeo de electrones, pero investigaciones recientes han demostrado que probablemente sean el resultado de la adsorción de He en la superficie del metal; por lo tanto, estos compuestos no pueden considerarse verdaderamente compuestos químicos.
Hidratos
Los hidratos se forman comprimiendo gases nobles en agua, donde se cree que la molécula de agua, un dipolo fuerte, induce un dipolo débil en los átomos del gas noble, lo que resulta en una interacción dipolo-dipolo. Los átomos más pesados están más influenciados que los más pequeños, por lo que se informó que Xe·5.75H2O era el hidrato más estable; tiene un punto de fusión de 24 °C. También se ha producido la versión deuterada de este hidrato.
Aductos de fullereno
Los gases nobles también pueden formar compuestos endoédricos de fullereno donde el átomo del gas noble queda atrapado dentro de una molécula de fullereno. En 1993, se descubrió que cuando C60 se expone a una presión de alrededor de 3 bar de He o Ne, los complejos He@C60 y Ne@ Se forman C60. En estas condiciones, sólo aproximadamente una de cada 650.000 jaulas C60 estaba dopada con un átomo de helio; con presiones más altas (3000 bar), es posible alcanzar un rendimiento de hasta el 0,1%. También se han obtenido complejos endoédricos con argón, criptón y xenón, así como numerosos aductos de He@C60.
Aplicaciones
La mayoría de las aplicaciones de los compuestos de gases nobles son como agentes oxidantes o como medio para almacenar gases nobles en forma densa. El ácido xénico es un agente oxidante valioso porque no tiene potencial para introducir impurezas (el xenón simplemente se libera como un gas) y, por lo tanto, sólo rivaliza con el ozono en este sentido. Los perxenatos son agentes oxidantes aún más potentes. También se han utilizado oxidantes a base de xenón para sintetizar carbocationes estables a temperatura ambiente, en solución de SO2ClF.
Sales estables de xenón que contienen proporciones muy altas de flúor en peso (como el heptafluoroxenato(VI) de tetrafluoroamonio, [NF4][XeF7], y el octafluoroxenato(VI) de tetrafluoroamonio relacionado [NF4]2[XeF8]), se han desarrollado como oxidantes altamente energéticos para su uso como propulsores en cohetes.
Los fluoruros de xenón son buenos agentes fluorantes.
Los clatratos se han utilizado para la separación de He y Ne de Ar, Kr y Xe, y también para el transporte de Ar, Kr y Xe. (Por ejemplo, los isótopos radiactivos de criptón y xenón son difíciles de almacenar y eliminar, y los compuestos de estos elementos pueden manipularse más fácilmente que las formas gaseosas). Además, los clatratos de radioisótopos pueden proporcionar formulaciones adecuadas para experimentos que requieren fuentes de tipos particulares. de radiación; por eso. El clatrato 85Kr proporciona una fuente segura de partículas beta, mientras que el clatrato 133Xe proporciona una fuente útil de rayos gamma.
Recursos
- Khriachtchev, Leonid; Räsänen, Markku; Gerber, R. Benny (2009). "Hydrides noble-Gas: nueva química en bajas temperaturas". Accounts of Chemical Research. 42 (1): 183–91. doi:10.1021/ar800110q. PMID 18720951.