3.15. Благородные газы

Все простые вещества, называемые благородными газами, получают ректификацией жидкого воздуха. Содержание газов: Ar – 0,9 %; Ne – 10⁻³ %; He, Kr – 10⁻⁴ %; Xe – 10⁻⁵ %. Радон в следовых количествах содержится в урансодержащих минералах и некоторых подземных водах. Период полураспада самого долгоживущего изотопа составляет 3,8 суток.

В силу очень слабого межмолекулярного (молекулы одноатомны, действуют лишь силы дисперсионного характера) взаимодействия, у всех благородных газов узкий температурный интервал жидкого и кристаллического состояний. Гелий является единственным веществом, которое при атмосферном давлении ни при какой температуре не переходит в кристаллическое состояние.

Долгое время благородные газы называли «инертными» в силу их химической пассивности. Соединения включения или клатратные соединения с благородными газами были известны сравнительно давно. Однако первое полноценное химическое соединение было получено канадцем Н. Бартлеттом лишь в 1962 г. Работая с PtF₆ и в частности изучив соединение O₂[PtF₆], Н. Бартлетт обратил внимание, что потенциал ионизации атома Хе (12,1 эВ) меньше, чем у молекулы О₂ (12,2 эВ). Следовательно, если PtF₆ окисляет О₂, то тем более будет окислять Хе! И действительно, при смешении Хе и PtF₆ в реакторе получилось новое соединение:

Xe + PtF₆ = Xe[PtF₆]

В зависимости от температуры, давления и соотношения реагентов из смеси ксенона и фтора получаются XeF₂, XeF₄, XeF₆. Это кристаллические вещества с температурами плавления: XeF₂ − 49 ^оC; XeF₄ − 135 ^оC; XeF₆ − 140 ^оC. Фториды ксенона вступают в реакции присоеди-нения:

XeF₆ + BF₃ = XeF₆∙BF₃

XeF₂ + 2SbF₅ = Xe[SbF₆]₂

XeF₆ + CsF = Cs[XeF₇]

При гидролизе фторидов ксенона часто идет окисление воды:

2XeF₂ + 2H₂O = O₂ + 2Xe + 4HF

XeF₄ + 2H₂O = O₂ + Xe + 4HF

XeF₆ + H₂O = XeOF₄ + 2HF

XeOF₄ + H₂O = XeO₂F₂ + 2HF

XeO₂F₂ + H₂O = XeO₃ + 2HF,

а также реакции диспропорционирования:

3XeF₄ 2XeF₆ + Xe

3XeF₆ XeF₂ + 2XeF₈

Получающийся при полном гидролизе XeF₆ кристаллический XeO₃ чрезвычайно легко и мощно взрывается. Растворы XeO₃ в воде практически неэлектропроводны, что свидетельствует о том, что кислота типа H₂XeO₄ не образуется или она не диссоциирует на ионы. Последнее представляется маловероятным. В щелочном растворе константа равновесия реакции

XeO₃ + OH⁻ HXeO₄⁻

равна примерно 1000. Поэтому XeO₃, растворяясь в растворах щелочей, образует соли – ксенаты (обычно соответствующие кислотам H₂XeO₄ и H₆XeO₆):

XeO₃ + KOH = KHXeO₄

XeO₃ + 3Ba(OH)₂ = Ba₃XeO₆ + 3H₂O

Окисляя ксенаты озоном, получают перксенаты; эти соли медленно образуются в щелочных растворах ксенатов:

2KHXeO₄ + 2KOH = K₄XeO₆ + Xe + O₂ + 2H₂O

Перксенаты, обычно выделяющиеся из растворов в виде кристаллогидратов, достаточно устойчивы. Действуя на них 100 %-й серной кислотой или олеумом, удаётся получить ХеО₄ – чрезвычайно неустойчивое, легко разлагающееся соединение.

Если энтальпии образования фторидов ксенона отрицательны, то энтальпии образования KrF₂ и KrF₄, получаемых синтезом из простых веществ, положительны. Связь Kr-F гораздо менее прочная, чем связь Xe-F. В растворе описана кислота KrO₃∙H₂O и её соли. Соединения криптона неустойчивы при комнатной температуре, являются чрезвычайно сильными окислителями.

Применение

Ne, Kr, Xe находят применение в электровакуумной технике. Ar и Не используют для создания инертной атмосферы, жидкий гелий – для создания сверхнизких температур. Смесь гелия и кислорода применяется для дыхания водолазов, поскольку растворимость гелия в крови человека мало зависит от давления.

Соединения благородных газов используются как окислители при получении веществ, содержащих атомы в высоких степенях окисления.