Кіріспе
Химиялық қосылыстар, құрамында асыл газ элементтері бар. Химияда асыл газ қосылыстары – периодтық кестедегі 18-топқа жататын асыл газ элементтерін қамтитын химиялық қосылыстар. Асыл газдар көбінесе инертті элементтер болып саналғанымен, көптеген мұндай қосылыстар белгілі, әсіресе ксенон элементіне қатысты. Химиялық тұрғыдан алғанда, асыл газдарды екі топқа бөлуге болады: криптон (иондану энергиясы 14,0 эВ), ксенон (12,1 эВ) және радон (10,7 эВ) – салыстырмалы түрде реакцияға қабілетті, және аргон (15,8 эВ), неон (21,6 эВ) және гелий (24,6 эВ) – өте инертті. Осы жіктемеге сәйкес, Kr, Xe және Rn элементтері стандартты температура мен қысымда немесе оған жақын жағдайларда ірі көлемде бөліп алуға болады, ал He, Ne, Ar элементтері спектроскопиялық әдістермен нақты химиялық байланыстар құрастыратыны анықталды, бірақ тек 40 К немесе одан төмен температурада асыл газ матрицасында, асыл газдың жоғары жылдамдықтық ағынында немесе металдармен өте жоғары қысымда қатырылған кезде ғана. Ауыр асыл газдар жеңіл газдарға қарағанда көбірек электрондық қабықшаға ие. Сондықтан, сыртқы электрондар ішкі электрондардың қорғау әсеріне түседі, бұл оларды иондануды жеңілдетеді, себебі олар оң зарядталған ядроға әлсіз тартады. Бұл иондану энергиясының төмендеуіне алып келеді, нәтижесінде фтор және оттегі сияқты ең электротеріс элементтермен, сондай-ақ белгілі жағдайларда азот пен көміртек сияқты аз электротеріс элементтермен тұрақты қосылыстар құруға жеткілікті.
In chemistry, noble gas compounds are chemical compounds that include an element from the noble gases, group 18 of the periodic table. Although the noble gases are generally unreactive elements, many such compounds have been observed, particularly involving the element xenon. From the standpoint of chemistry, the noble gases may be divided into two groups: the relatively reactive krypton (ionisation energy 14.0 eV), xenon (12.1 eV), and radon (10.7 eV) on one side, and the very unreactive argon (15.8 eV), neon (21.6 eV), and helium (24.6 eV) on the other. Consistent with this classification, Kr, Xe, and Rn form compounds that can be isolated in bulk at or near standard temperature and pressure, whereas He, Ne, Ar have been observed to form true chemical bonds using spectroscopic techniques, but only when frozen into a noble gas matrix at temperatures of 40 K or lower, in supersonic jets of noble gas, or under extremely high pressures with metals. The heavier noble gases have more electron shells than the lighter ones. Hence, the outermost electrons are subject to a shielding effect from the inner electrons that makes them more easily ionized, since they are less strongly attracted to the positively charged nucleus. This results in an ionization energy low enough to form stable compounds with the most electronegative elements, fluorine and oxygen, and even with less electronegative elements such as nitrogen and carbon under certain circumstances.
Тарих және негіз
Асыл газдар тұтастай алғанда XIX ғасырдың соңында анықталғанда, олардың ешқайсысының қосылыстар құрайтыны байқалмаған, сондықтан бастапқыда олардың барлығы қосылыстар құрай алмайтын инерттік газдар (сол кезде олар осылай белгілі болған) деп саналған. ХХ ғасырдың басында атом теориясының дамуымен олардың инерттілігі электронның толық валентті қабығына байланысты екендігі анықталды, бұл оларды химиялық жағынан өте тұрақты және реакцияға түспейтін етеді. Барлық асыл газдар толық s және p сыртқы электронды қабықшаларға ие (гелийден басқа, оның p субдеңгейі жоқ), сондықтан химиялық қосылыстарды оңай жасамайды. Олардың жоғары иондалу энергиясы және дерлік нөлдік электрондық жақындықтары олардың реакцияға түспеуін түсіндіреді. 1933 жылы Линус Полинг ауыр асыл газдардың фтор мен оттегімен қосылыстар құрай алатынын болжады. Атап айтқанда, ол криптон гексафторидінің (KrF6) және ксенон гексафторидінің (XeF6) бар екенін болжады, XeF8 тұрақсыз қосылыс ретінде болуы мүмкін деп ойлады және ксенол қышқылы перксенат тұздарын қалыптастыратынын айтты. Бұл болжамдар өте дұрыс болып шықты, бірақ кейіннен XeF8 үшін жасалған болжамдар оның термодинамикалық тұрақсыз ғана емес, кинетикалық тұрақсыз болатынын көрсетті. 2022 жылға дейін XeF8 синтезделмеген, бірақ октафлюороксенат(VI) анионы ([XeF8]2-) байқалған. 1960 жылға дейін асыл газ атомдары ковалентті байланыста болатын қосылыстар синтезделген жоқ. 1962 жылдың маусымында Нил Бартлетт асыл газ қосылысы туралы алғашқы жарияланым жасады. Ол платина гексафторидінің күшті тотықтырғыш қосылысы O2-ні O2+ ионына дейін иондайтынын байқады. O2-ні O2+ ионына айналдыру энергиясы (1165 кДж/моль) Xe-ні Xe+ ионына айналдыру энергиясына (1170 кДж/моль) шамалы тең болғандықтан, ол Xe-ні PtF6-мен реакцияға түсіруге тырысты. Нәтижесінде ксенон гексафторплатинаты деген кристалдық өнім алынды, оның формуласы Xe+[PtF6] деп ұсынылды. Кейінірек бұл қосылыстың шын мәнінде күрделірек екендігі көрсетілді, оның құрамында [XeF]+[PtF5] және [XeF]+[Pt2F11] бар екені анықталды. Дегенмен, бұл кез келген асыл газдың алғашқы нақты қосылысы болды. Алғашқы екілік асыл газ қосылыстары туралы 1962 жылы хабарланды. Бартлетт ксенон мен фтор қоспасын жоғары температураға ұшырату арқылы ксенон тетрафторидін (XeF4) синтездеді. Рудольф Хоппе және басқа топтар элементтердің реакциясы арқылы ксенон дифторидін (XeF2) синтездеді. Ксенон қосылыстарының алғашқы сәтті синтезінен кейін 1963 жылы криптон дифторидінің (KrF2) синтезі туралы хабарланды.
Нағыз асыл газдар қосылыстары
Осы бөлімде радиоактивті емес асыл газдар атомдық салмағының азаю ретімен қарастырылады, бұл көбінесе олардың ашылу кезегін және осы элементтер туралы қолда бар мәліметтердің молдығын көрсетеді. Радон мен оганессон радиоактивті элементтерін зерттеу қиын болғандықтан, олар бөлімнің соңында талданды.
Ксенон қосылыстары
1962 жылы XeF4 және XeF2 бойынша алғашқы зерттеулерден кейін синтезделген ксенон қосылыстарына басқа фторидтер (XeF6), оксифторидтер (XeOF2, XeOF4, XeO2F2, XeO3F2, XeO2F4) және оксидтер (XeO2, XeO3 және XeO4) жатады. Басқа галоидтық реакциялық қабілеті тұрғысынан, XeCl2 немесе XeCl сияқты инерт газ галоидтарының аз ғана уақытқа бар экцимерлері in situ дайындалады және экцимер лазерлерінің жұмысында қолданылады. Жақында ксенонның XeO{n}X2 типіндегі әртүрлі қосылыстарды түзуге қабілетті екені анықталды, мұнда n 1, 2 немесе 3-ке тең, ал X – CF3, C(SO2CF3)3, N(SO2F)2, N(SO2CF3)2, OTeF5, O(IO2F2) сияқты кез келген электротеріс топ. Қосылыстардың спектрі таң қалдырады, ол жақын орналасқан йод элементіне ұқсас, мыңдаған қосылыстарды қамтиды және ксенон мен оттегі, азот, көміртек, бор және тіпті алтын арасындағы байланыстарды, сондай-ақ перксен қышқылы, бірнеше галоидтар мен күрделі иондарды қамтиды. [Xe2]+[Sb4F21]− қосылысында Xe–Xe байланысы бар, бұл белгілі ең ұзын элемент-элемент байланысы (308,71 pm = 3,0871 Å). Xe2 экцимерлерінің аз ғана уақытқа бар екені экцимер лазерлерінің жұмысының бір бөлігі ретінде хабарланған.
Аргон қосылыстары
HArF-тің табылуы 2000 жылы хабарланды. Бұл қосылыс эксперименттік зерттеулер үшін төмен температурадағы аргон матрицаларында сақталады, және оның қасиеттері есептеу жолымен де зерттелді. Бұл молекулалық ион, сонымен қатар, Жүгіртке тұмандығында оның жарық шығару жиілігі арқылы анықталды. |[ArF]+ тұзын [SbF6]− немесе [AuF6]− аниондарымен қатты күйде дайындау мүмкіндігі бар.
Неон және гелий қосылыстары
Не+ , [NeAr]+, [NeH]+ және [HeNe]+ иондары оптикалық және массалық спектрометриялық зерттеулерден белгілі. Неон сондай-ақ тұрақсыз гидратты құрайды. Өте төмен температурада немесе өте жоғары қысымда болуы мүмкін кейбір метатұрақты гелий қосылыстарына қатысты эмпирикалық және теориялық дәлелдер бар. Тұрақты катион [HeH]+ 1925 жылы хабарланған, бірақ ол бейтарап болмағандықтан және оқшаулануға болмағандықтан, нағыз қосылыс деп есептелмеген. 2016 жылы ғалымдар алғаш рет ашылған гелий қосылысы – динатрий гелидін (|Na2He) жасады.
Радон және оганесон қосылыстары
Радон химиялық жайсыз емес, бірақ оның қысқа жартылай ыдырау периоды (222Rn үшін 3,8 күн) және радиоактивтілігінің жоғары энергиясы оның жалғыз фторидін (RnF2), хабарланған оксидін (RnO3) және олардың реакция өнімдерін зерттеуді қиындатады. Белгілі барлық оганесон изотоптарының жартылай ыдырау периоды миллисекундтар диапазонында тіпті қысқарақ, және әзірге ешқандай қосылыстар белгілі емес, бірақ кейбіреулері теориялық тұрғыда болжанған. Оның радоннан да реактивті болуы күтілуде, химиялық қасиеттері бойынша асыл газға қарағанда, қалыпты элементке көбірек ұқсас болады.
Клатраттар
[[Файл:Криптония гидрид кристалы.jpg|thumb||Kr(H2)4 және H2 қатты заттары алмасты қаптамада пайда болады. Қысымды өлшеу үшін рубин қосылды. Кристаллды гидрохинонмен клатраттар түзілуі мүмкін. Kr және Xe меланофлогит кристалдарында қонақ ретінде кездесуі мүмкін. Гелий-азот (|He(N2)11) кристалдары бөлме температурасында, шамамен 10 ГПа қысымда алмасты қаптамада өсірілді. Қатты аргон-сутек клатраты (|Ar(H2)2) MgZn2 фазасының лавестік құрылымымен бірдей кристалдық құрылымға ие. Ол 4,3 және 220 ГПа арасындағы қысымда пайда болады, бірақ Раман өлшеулері |H2 молекулалары 175 ГПа-дан жоғары диссоциацияланады дегенді көрсетеді. 5 ГПа-дан жоғары қысымда ұқсас |Kr(H2)4 қатты дене пайда болады. Оның бетке ортайтын кубтық құрылымы бар, онда криптон октаэдрлары кездейсоқ бағытталған сутек молекулаларымен қоршалған. Ал қатты |Xe(H2)8 ксенон атомдары қатты сутек ішінде димерлерді құрайды.
Координациялық қосылыстар
Ar*BF3 сияқты координациялық қосылыстар төмен температурада пайда болуы мүмкін деп болжанған, бірақ олар ешқашан расталмаған. Сондай-ақ, WHe2 және HgHe2 сияқты қосылыстар электрондармен бомбалау арқылы түзілгені туралы хабарланған, бірақ соңғы зерттеулер көрсеткендей, бұл металл бетіне He-дің сіңірілуінің нәтижесі болып табылады; демек, бұл қосылыстарды нағыз химиялық қосылыстар деп санауға болмайды.
Гидраттар
Гидраттар асыл газдарды суға қысу арқылы түзіледі, онда су молекуласы, күшті диполь болып табылады, асыл газ атомдарында әлсіз дипольді тудырып, диполь-дипольдық өзара әрекеттесуге алып келеді. Ауыр атомдар жеңілірек атомдарға қарағанда күштірек әсер етеді, сондықтан Xe*5.75H2O ең тұрақты гидрат екені хабарланды; оның балқу температурасы 24 °C құрайды. Осы гидраттың дейтерийленген түрі де жасалған.
Фуллерин адукталары
Асыл газдар эндогедралды фуллерен қосылыстарын да түзетін болады, онда асыл газ атомы фуллерен молекуласының ішінде тұзақталған болады. 1993 жылы C60-қа 3 бар шамасындағы He немесе Ne қысымы түсірілгенде He@C60 және Ne@C60 комплекстері пайда болатыны анықталды. Мұндай жағдайда, әрбір 650 000 C60 қабықшасының тек біреуі гелий атомымен қосылған, ал жоғары қысымда (3000 бар) 0,1% дейін өнім алуға болады. Аргон, криптон және ксенонмен эндогедралды комплекстер, сондай-ақ He@C60-ның көптеген аддукттары да алынған.
Қолданбалар
Асыл газ қосылыстарының көп бөлігі тотықтырғыш заттар ретінде немесе асыл газдарды тығыз күйде сақтау үшін қолданылады. Ксенол қышқылы – құнды тотықтырғыш, себебі ол қоспалардың енуіне мүмкіндік бермейді – ксенон жай ғана газ түрінде шығарылады, сондықтан осы жағынан озонмен ғана бәсекелеседі. Фтордың салмағына қатысты өте жоғары пайыздық үлесі бар ксенонның тұрақты тұздары (мысалы, тетрафтор-аммоний гептафторксенаты(VI) [NF4][XeF7] және оған ұқсас тетрафтор-аммоний октафторксенаты(VI) [NF4]2[XeF8]) зымыран отыны ретінде қолдануға арналған жоғары энергетикалық тотықтырғыштар ретінде жасалған. Ксенон фторидтері жақсы фторлағыш заттар болып табылады. Клатраттар гелий мен неонды аргон, криптон және ксеноннан бөлу үшін, сондай-ақ аргон, криптон және ксенонды тасымалдау үшін пайдаланылған. (Мысалы, криптон мен ксенонның радиоактивті изотоптарын сақтау және залалсыздандыру қиын, ал осы элементтердің қосылыстарын газ күйіндегі түріне қарағанда өңдеу оңайырақ.)