Composto de gás nobre - Noble gas compound
Compostos de gases nobres são compostos químicos que incluem um elemento dos gases nobres , grupo 18 da tabela periódica . Embora os gases nobres sejam geralmente elementos não reativos, muitos desses compostos foram observados, principalmente envolvendo o elemento xenônio. Do ponto de vista da química, os gases nobres podem ser divididos em dois grupos: o criptônio relativamente reativo (energia de ionização 14,0 eV), xenônio (12,1 eV) e radônio (10,7 eV) de um lado, e o argônio muito não reativo (15,8 eV), neon (21,6 eV) e hélio (24,6 eV) do outro. Consistente com esta classificação, Kr, Xe e Rn formam compostos que podem ser isolados em massa em ou perto da temperatura e pressão padrão (pelo menos em princípio para o radônio altamente radioativo), enquanto He, Ne, Ar foram observados para formar verdadeiros ligações químicas usando técnicas espectroscópicas, mas apenas quando congeladas em uma matriz de gás nobre a temperaturas de 40 K ou menos, em jatos supersônicos de gás nobre ou sob pressões extremamente altas com metais.
Os gases nobres mais pesados têm mais camadas de elétrons do que os mais leves. Conseqüentemente, os elétrons mais externos estão sujeitos a um efeito de proteção dos elétrons internos que os torna mais facilmente ionizados , uma vez que são menos fortemente atraídos para o núcleo carregado positivamente . Isso resulta em uma energia de ionização baixa o suficiente para formar compostos estáveis com a maioria dos elementos eletronegativos , flúor e oxigênio, e até mesmo com menos elementos eletronegativos, como nitrogênio e carbono, em certas circunstâncias.
História e antecedentes
Quando a família dos gases nobres foi identificada pela primeira vez no final do século XIX, nenhum deles foi observado para formar quaisquer compostos e inicialmente acreditou-se que eram todos gases inertes (como eram então conhecidos) que não podiam formar compostos. Com o desenvolvimento da teoria atômica no início do século XX, sua inércia foi atribuída a uma camada de valência completa de elétrons que os torna quimicamente estáveis e não reativos. Todos os gases nobres têm completos s e p exterior conchas electrões (excepto o hélio , o qual não tem p sublevel), e assim não formam compostos químicos facilmente. Sua alta energia de ionização e afinidade eletrônica quase nula explicam sua não reatividade.
Em 1933, Linus Pauling previu que os gases nobres mais pesados seriam capazes de formar compostos com flúor e oxigênio . Especificamente, ele previu a existência de hexafluoreto de criptônio ( Kr F 6 ) e hexafluoreto de xenônio ( Xe F 6 ), especulou que o XeF 8 poderia existir como um composto instável e sugeriu que o ácido xênico formaria sais de perxenato . Essas previsões provaram ser bastante precisas, embora as previsões subsequentes para o XeF 8 indicassem que ele seria não apenas termodinamicamente instável, mas cineticamente instável . Em 2013, o XeF 8 não foi feito, embora o ânion octafluoroxenato (VI) ( XeF2−
8) tem sido observado.
Em 1960, nenhum composto com um átomo de gás nobre ligado covalentemente ainda havia sido sintetizado. O primeiro relatório publicado, em junho de 1962, de um composto de gás nobre foi por Neil Bartlett , que notou que o composto altamente oxidante hexafluoreto de platina ionizava O 2 em O+
2. Como a energia de ionização de O 2 em O+
2(1165 kJ mol −1 ) é quase igual à energia de ionização de Xe para Xe + (1170 kJ mol −1 ), ele tentou a reação de Xe com PtF 6 . Isso rendeu um produto cristalino, hexafluoroplatinato de xenônio , cuja fórmula foi proposta como sendo Xe+
[PtF
6]-
. Mais tarde, foi mostrado que o composto é realmente mais complexo, contendo XeFPtF 5 e XeFPt 2 F 11 . No entanto, este foi o primeiro composto real de qualquer gás nobre.
Os primeiros compostos binários de gás nobre foram relatados posteriormente em 1962. Bartlett sintetizou tetrafluoreto de xenônio (XeF 4 ) submetendo uma mistura de xenônio e flúor a alta temperatura. Rudolf Hoppe , entre outros grupos, sintetizou o difluoreto de xenônio (XeF 2 ) pela reação dos elementos.
Após a primeira síntese bem-sucedida de compostos de xenônio , síntese de difluoreto de criptônio ( KrF
2) foi relatado em 1963.
Compostos de gases nobres verdadeiros
Nesta seção, os gases nobres não radioativos são considerados em ordem decrescente de peso atômico , o que geralmente reflete a prioridade de sua descoberta e a amplitude das informações disponíveis para esses compostos. Os elementos radioativos radônio e oganesson são mais difíceis de estudar e são considerados no final da seção.
Compostos de xenônio
Após os estudos iniciais de 1962 em XeF 4 e XeF 2 , os compostos de xenônio que foram sintetizados incluem outros fluoretos ( XeF 6 ), oxifluoretos (XeOF 2 , XeOF 4 , XeO 2 F 2 , XeO 3 F 2 , XeO 2 F 4 ) e óxidos ( XeO
2, XeO 3 e XeO 4 ). Os fluoretos de xenônio reagem com vários outros fluoretos para formar fluoroxenatos, como o octafluoroxenato de sódio ( Na+
2XeF2−
8), e sais de fluoroxenônio, como hexafluoroantimonato de trifluoroxenônio ( XeF+
3SbF-
6)
Em termos de outra reatividade de haleto, excímeros de curta duração de haletos de gases nobres , como XeCl 2 ou XeCl, são preparados in situ e são usados na função de lasers de excímero .
Recentemente, foi demonstrado que o xenônio produz uma grande variedade de compostos do tipo XeO n X 2, em que n é 1,2 ou 3 e X é qualquer grupo eletronegativo, como CF 3 , C (SO 2 CF 3 ) 3 , N (SO 2 F) 2 , N (SO 2 CF 3 ) 2 , OTeF 5 , O (IO 2 F 2 ), etc .; a gama de compostos é impressionante, semelhante à observada com o elemento vizinho iodo , chegando aos milhares e envolvendo ligações entre xenônio e oxigênio, nitrogênio, carbono, boro e até ouro, bem como ácido perxênico, vários haletos e íons complexos .
O composto Xe 2 + Sb 4 F 21 - contém uma ligação Xe-Xe, que é a ligação elemento-elemento mais longa conhecida (308,71 pm = 3,0871 Å ). Excímeros de vida curta de Xe 2 são relatados como uma parte da função dos lasers de excímero .
Compostos de criptônio
O gás criptônio reage com o gás flúor sob condições extremas de força, formando KrF 2 de acordo com a seguinte equação:
- Kr + F 2 → KrF 2
KrF 2 reage com ácidos de Lewis fortes para formar sais de KrF + e Kr
2F+
3 cátions . A preparação do KrF
4 relatado por Grosse em 1963, usando o método Claasen, foi posteriormente mostrado ser uma identificação errada.
Também foram descritos compostos de criptônio com ligações diferentes de Kr-F (compostos com átomos diferentes de flúor ). KrF
2reage com B (OTeF
5)
3para produzir o composto instável, Kr (OTeF
5)
2, com uma ligação criptônio- oxigênio . Uma ligação criptônio- nitrogênio é encontrada no cátion [HC≡N-Kr-F]+
, produzido pela reação de KrF
2 com [HC≡NH]+
[AsF-
6] abaixo de −50 ° C.
Compostos de argônio
A descoberta do HArF foi anunciada em 2000. O composto pode existir em matrizes de argônio de baixa temperatura para estudos experimentais, e também foi estudado computacionalmente . Íon hidreto de argônio ArH+
foi obtido na década de 1970. Esse íon molecular também foi identificado na nebulosa do Caranguejo , com base na frequência de suas emissões de luz.
Existe a possibilidade de que um sal sólido de ArF + possa ser preparado com SbF-
6ou AuF-
6 ânions.
Compostos de néon e hélio
Os íons Ne +, (NeAr) +, (NeH) + e (HeNe +) são conhecidos a partir de estudos de espectrometria óptica e de massa. O néon também forma um hidrato instável. Há alguma evidência empírica e teórica para alguns compostos de hélio metaestáveis que podem existir em temperaturas muito baixas ou pressões extremas. O cátion estável HeH + foi relatado em 1925, mas não foi considerado um composto verdadeiro, uma vez que não é neutro e não pode ser isolado. Em 2016, os cientistas criaram o composto de hélio heleto dissódico (Na 2 He), que foi o primeiro composto de hélio descoberto.
Compostos de radônio e oganesson
O radônio não é quimicamente inerte, mas sua meia-vida curta (3,8 dias para 222 Rn) e a alta energia de sua radioatividade tornam difícil investigar seu único fluoreto (RnF 2 ), seu óxido relatado (RnO 3 ) e sua reação produtos.
Os isótopos Oganesson têm meias-vidas ainda mais curtas na faixa dos milissegundos e nenhum composto é conhecido ainda, embora alguns tenham sido previstos teoricamente. Espera-se que seja ainda mais reativo do que o radônio, mais parecido com um elemento normal do que um gás nobre em sua química.
Relatórios anteriores ao hexafluoroplatinato de xenônio e tetrafluoreto de xenônio
Clathrates
Antes de 1962, os únicos compostos isolados de gases nobres eram clatratos (incluindo hidratos de clatratos ); outros compostos, como compostos de coordenação, foram observados apenas por meios espectroscópicos. Os clatratos (também conhecidos como compostos de gaiola) são compostos de gases nobres nos quais são aprisionados em cavidades de estruturas cristalinas de certas substâncias orgânicas e inorgânicas. A condição essencial para sua formação é que os átomos convidados (gás nobre) sejam de tamanho apropriado para caber nas cavidades da estrutura do cristal hospedeiro; por exemplo, Ar, Kr e Xe podem formar clatratos com β-quinol cristalino, mas He e Ne não cabem porque são muito pequenos. Da mesma forma, Kr e Xe podem aparecer como convidados em cristais de melanoflogita .
Cristais de hélio-nitrogênio (He (N 2 ) 11 ) cresceram à temperatura ambiente a pressões de ca. 10 GPa em uma célula de bigorna de diamante . Clatrato de argônio-hidrogênio sólido (Ar (H 2 ) 2 ) tem a mesma estrutura cristalina que a fase de Laves MgZn 2 . Ele se forma em pressões entre 4,3 e 220 GPa, embora as medições Raman sugiram que as moléculas de H 2 em Ar (H 2 ) 2 se dissociam acima de 175 GPa. Um sólido de Kr (H 2 ) 4 semelhante se forma a pressões acima de 5 GPa. Ele tem uma estrutura cúbica centrada na face, onde os octaedros de criptônio são cercados por moléculas de hidrogênio orientadas aleatoriamente. Enquanto isso, no sólido Xe (H 2 ) 8 átomos de xenônio formam dímeros dentro do hidrogênio sólido .
Compostos de coordenação
Compostos de coordenação como Ar · BF 3 foram postulados para existir em baixas temperaturas, mas nunca foram confirmados. Além disso, foi relatado que compostos como WHe 2 e HgHe 2 foram formados por bombardeio de elétrons, mas pesquisas recentes mostraram que estes são provavelmente o resultado de He sendo adsorvido na superfície do metal; portanto, esses compostos não podem ser verdadeiramente considerados compostos químicos.
Hidratos
Os hidratos são formados pela compressão de gases nobres na água, onde se acredita que a molécula de água, um dipolo forte, induz um dipolo fraco nos átomos dos gases nobres, resultando na interação dipolo-dipolo. Átomos mais pesados são mais influenciados do que os menores, portanto, Xe • 5,75 H 2 O foi relatado como sendo o hidrato mais estável; tem um ponto de fusão de 24 ° C. A versão deuterada desse hidrato também foi produzida.
Adutos Fulerenos
Os gases nobres também podem formar compostos de fulereno endoédrico , onde o átomo do gás nobre fica preso dentro de uma molécula de fulereno . Em 1993, foi descoberto que quando C 60 é exposto a uma pressão de cerca de 3 bar de He ou Ne, os complexos He @ C 60 e Ne @ C 60 são formados. Nessas condições, apenas uma em cada 650.000 gaiolas C 60 foi dopada com um átomo de hélio ; com pressões mais altas (3000 bar), é possível atingir um rendimento de até 0,1%. Complexos endoédricos com argônio , criptônio e xenônio também foram obtidos, assim como numerosos adutos de He @ C 60 .
Formulários
A maioria das aplicações de compostos de gases nobres são agentes oxidantes ou um meio de armazenar gases nobres em uma forma densa. O ácido xênico é um agente oxidante valioso porque não tem potencial para introduzir impurezas - o xenônio é simplesmente liberado como um gás - e, portanto, só é rivalizado pelo ozônio nesse aspecto. Os perxenatos são agentes oxidantes ainda mais poderosos. Oxidantes à base de xenônio também têm sido usados para sintetizar carbocations estáveis à temperatura ambiente, em SO
2Solução ClF .
Sais estáveis de xenônio contendo proporções muito altas de flúor por peso (como heptafluoroxenato de tetrafluoroamônio , NF 4 XeF 7 e o relacionado octafluoroxenato de tetrafluoroamônio (NF 4 ) 2 XeF 8 ), foram desenvolvidos como oxidantes altamente energéticos para uso como propulsores em foguetes .
Os fluoretos de xenônio são bons agentes de fluoração.
Os clatratos foram usados para a separação de He e Ne de Ar, Kr e Xe, e também para o transporte de Ar, Kr e Xe. (Por exemplo, isótopos radioativos de criptônio e xenônio são difíceis de armazenar e descartar, e os compostos desses elementos podem ser mais facilmente manipulados do que as formas gasosas.) Além disso, clatratos de radioisótopos podem fornecer formulações adequadas para experimentos que requerem fontes de tipos particulares de radiação; por isso. O clatrato de 85 Kr fornece uma fonte segura de partículas beta , enquanto o clatrato de 133 Xe fornece uma fonte útil de raios gama .
Oganesson não tem aplicativos.
Referências
Recursos
- Khriachtchev, Leonid; Räsänen, Markku; Gerber, R. Benny (2009). "Hidretos de Gás Nobre: Nova Química a Baixas Temperaturas". Contas de pesquisa química . 42 (1): 183–91. doi : 10.1021 / ar800110q . PMID 18720951 .