Глава 17. VIII группа периодической системы

17.1. Главная подгруппа

В главной подгруппе находятся элементы, носящие название инертные (благородные) газы, с полностью заполненной (завершенной) электронной оболочкой. Основной источник получения инертных газов – атмосферный воздух, их содержание в котором следующее: He – 1,08^.10^-4%, Ne – 4,6^.10^-4%, Ar – 0,93%, Kr – 8,8^.10^-6%, Xe – 5^.10^-8%, Rn – 7^.10^-16.

Кроме того, гелий получают из минералов, содержащих радиоактивные элементы уран и торий, в которых он образуется в результате радиоактивного распада. Радон получается в результате радиоактивного распада радия, тория и протактиния. Установлено присутствие инертных газов в вулканических и рудничных газах, в газах нефтяных скважин и грунтовых водах.

Физические свойства инертных (благородных) газов

1. Все атомы инертных (благородных) газов, кроме радона, имеют устойчивые (нерадиоактивные) изотопы;

2. Не могут образовывать двухатомных молекул простых веществ. Все они одноатомны.

3. Инертные (благородные) газы характеризуются чрезвычайно низкими температурами сжижения: He – -268,98^оС; Ne – -246,03 ^оС; Ar – -185,87^оС; Kr – -152,9^оС; Xe – -107,1^оС; Rn – -65^оС.

4. Гелий и неон легче воздуха, остальные газы тяжелее воздуха.

5. Обладают высокими ионизационными потенциалами (в электронвольтах): He – 24,58; Ne – 21,66; Ar – 15,76; Kr – 14,00; Xe – 12,13; Rn – 10,75.

Химические свойства

1. Методом изоморфного соосаждения можно получить гексагидраты инертных (благородных) газов, которые называются клатратами (например, Xe^.6H₂O c SO₂^.6H₂O), а затем количественно отделить друг от друга. Некоторые клатраты обладают заметной устойчивостью. Например, Rn^.2C₂H₅OH существует при комнатной температуре.

2. В 1962 Бартлетту впервые удалось получить первое истинное химическое соединение ксенона – гексафтороплатинат(+5) ксенона(+1) Xe[PtF₆]. Затем было получено более 50 химических соединений Kr , Xe и Rn. Теперь Kr , Xe и Rn называются благородными газами.

Для He, Ne и Ar до сих пор не получено ни одного истинного химического соединения. Поэтому они по-прежнему называются инертными газами.

3. В настоящее время известны следующие фториды: XeF_2, KrF₂, XeF₄, KrF₄, RnF₄, XeF₆. Они получаются непосредственным взаимодействием благородных газов с фтором, смешиваемых в отношениях от 1:20 до 40:1. Смеси подвергаются нагреванию до 350–700^оС, облучению ультрафиолетовыми лучами или действию электрического разряда на газовую смесь под давлением от 0,1 до 500 атмосфер.

Фториды подвергаются реакциям гидролиза:

XeF₆ + H₂O = XeOF₄ + 2HF

XeОF₄ + 2H₂O = 4HF + XeO₃;

4. Гидролиз фторидов инертных газов приводит к образованию оксофторидов и оксидов, из которых наиболее изученными являются оксотетрафторид ксенона (XeOF₄), дигидрат диоксида ксенона (XeO₂^.2H₂O), триоксид ксенона (XeO₃). Первое из этих соединений – бесцветная подвижная жидкость, а два остальных – белые игольчатые кристаллы.

XeO₃ – нелетучее, чрезвычайно взрывчатое соединение, сильно эндотермичное (теплота образования этого соединения - 401,66 кДж/моль). ХеО₃ проявляет кислотные свойства, образует соли ксеноновой кислоты:

ХеО₃ + Ва(ОН)₂ = ВаХеО₄ + Н₂О

5. Соединения благородных газов легко вступают в окислительно-восстановительные реакции. Это очень сильные окислители:

4KJ + XeF₄ = 2J₂ + Xe + 4KF;

Pt + XeF₄ + 2HF = Xe + H₂[PtF₆]

Применение.

1. Наполнение баллонов ламп накаливания (кроме гелия).

2. Наполнение газосветных трубок (гелий - розовое свечение, неон - красное, аргон - синее).

3. Для проведения различных процессов в инертной атмосфере.

4. Гелий в смеси с кислородом используется в качестве дыхательных смесей при глубоководных работах.

5. Фториды и оксиды ксенона могут быть использованы в качестве сильных окислителей, окисляющих даже платину.

6. Оксид ксенона может быть использован в качестве взрывчатого вещества.