Соединения благородных газов. Химия инертных газов

Шел 1896-й год. Только что в лабораториях Рамзая и его последователей завершился первый этап экспериментов, возвестивший о полной химической недеятельности аргона и гелия. На этом фоне резким диссонансом прозвучало сообщение французского физика Вийара о полученном им кристаллическом, напоминающем спрессованный снег соединении аргона с водой состава Аr · 6Н2O. Притом получено оно было очень просто и в неожиданных условиях: Вийар сильно сжимал надо льдом при умеренно низких температурах.

Вообще говоря, о подобном, полученном в сходных условиях гидрате хлора Сl2 · 6Н2O сообщил еще в начале XIX в.; позднее стали известны гидраты большого числа газов и легко летучих веществ. Но были обычные для химика , а тут речь шла о соединении инертного аргона! Сообщение Вийара казалось неправдоподобным, и от него попросту отмахнулись; не нашлось даже охотников его проверить.

Вспомнили об открытии Вийара 29 лет спустя, когда Р. Фаркран сообщил о полученных им гексагидратах криптона и ксенона при соприкосновении этих газов со льдом под давлением. Еще через десять лет Б. А. Никитин — получил гексагидраты всех - исключая - инертных газов, а далее и соединения, состоящие из атома инертного газа и трех (в случае радона - двух) молекул фенола, толуола или n-хлорфенола. Позднее были описаны соединения с β -гидрохиноном, а также тройные соединения из криптона или ксенона, семнадцати молекул воды и одной молекулы ацетона, хлороформ или тетрахлорметана. Строение этих соединений был установлено только в 1940-е годы. К этому времени уже было выявлено большое число так называемых соединений включения; они занимают промежуточное положение между подлинно химическими Соединениями и твердыми растворами внедрения.

Выяснилось, что названные выше представляют собой клатратные соединения - разновидность «решетчатых» соединений включения. Их название происходит от латинского clatratus, что означает огороженный, замкнутый. Формируются клатраты так: нейтральная молекула инертного газа (ее место может занимать и другая молекула, например Cl2,H2S, SO2, CO2, СН4) плотно окружается, как бы берется в клещи полярными молекулами - воды, фенола, гидрохинона и т. п., которые соединены между собой водородными связями. Клатраты возникают в тех случаях, когда при кристаллизации растворителя молекулы его образуют ажурные конструкции с пустотами, способными вмещать чужеродные молекулы. Основное условие, необходимое для существования устойчивого клатратного соединения, - это возможно более полное совпадение пространственных размеров полости, образующейся между сцепившимися молекулами «хозяина», и размеров молекулы «гостя», проникшей в полость.

Если «гость» мал (скажем, молекула неона), он с трудом закрепляется в полости и обязательно при содействии низкой температуры и высокого давления, которые препятствуют бегству «гостя» и зачастую способствуют сжатию полости. Трудно приходится и чересчур громоздкой молекуле; в этом случае также необходимо повышенное давление, чтобы «протолкнуть» ее внутрь полости.

Формально клатраты можно отнести к химическим соединениям, так как большинство имеет строго постоянный состав. Но это соединения молекулярного типа, возникающие за счет вандерваальсовых сил стяжения молекул. в клатратах отсутствует, поскольку при их образовании не происходит спаривания валентных электронов и соответствующего пространственного перераспределения электронной плотности в молекуле.

Сами по себе вандерваальсовы силы очень малы, однако энергия связи в клатратной молекуле может оказаться не столь уж малой (порядка 5-10 ккал/моль) благодаря тесному соседству включенной молекулы с молекулами включающего , так как вандерваальсовы силы резко возрастают по мере сближения молекул, В целом же клатраты - малостойкие соединения; при нагревании и растворении они быстро распадаются на составные компоненты.

Крупный вклад в изучение клатратов инертных газов внес советский химик Б. А. Никитин. На протяжении 1936-1952 гг. он синтезировал и исследовал эти соединения, руководствуясь принципом В. Г. Хлопина об изоморфной сокристаллизации сходных по размерам и строению молекул. Никитин установил, что при низких температурах образуют изоморфные кристаллы с летучими гидридами - сероводородом, галогеноводо-родами, метаном, а также с двуокисями серы и углерода. Никитиным найдено, что клатраты инертных газов тем устойчивее и легче образуются, чем выше их молекулярные веса. Это согласуется с общей закономерностью действия вандерваальсовых сил. Гидрат радона (если отвлечься от быстрого радиоактивного распада радона) гораздо устойчивее гидрата неона, а феноляты прочнев соответствующих гидратов. Оттого и дейтери-рованные гидраты прочнее обыкновенных.

Бели бы экспериментаторы располагали значительными количествами радона, можно было бы наблюдать мгновенное образование осадка Rn(Н2О)6 при пропускании радона надо льдом при обычном давлении. Чтобы при 0° получить гидрат ксенона, достаточно приложить давление, несколько большее атмосферного. При этой температуре приходится сжимать до 14,5, до 150, а почти до 300 ат. Можно ожидать, что гидрат гелия удастся получить под давлением в несколько тысяч атмосфер.

Клатраты можно использовать как удобные формы для хранения инертных газов, а также для их разделения. Подвергнув перекристаллизации гидрат двуокиси серы в атмосфере из смеси инертных газов, Никитин обнаружил весь нераспавшийся в осадке, представлявшем изоморфную смесь из SО2 ·6H2О и Rn · 6H2О; же, и сохранились в газовой фазе. Аналогичным образом можно практически полностью перевести в осадок аргон и отделить его от оставшихся в виде газов неона и гелия.

С помощью клатратов инертных газов возможно решать некоторые исследовательские задачи. К ним относится, например, выявление характера связи в изучаемом соединении. Если оно образует с тяжелым инертным газом смешанные кристаллы, то его следует отнести к молекулярному типу (соединению включения); обратное свидетельствует о наличии связи иного типа.

Долгое время ученые считали, что благородные газы не могут образовывать соединения, потому что в их электронных оболочках , которые содержат валентные электроны , нет места для большего количества электронов. Это означает, что они не могут принять больше электронов, что делает образование химической связи невозможным. Тем не менее, в 1933 году Лайнус Полинг высказал предположение, что тяжёлые благородные газы могут вступать в реакцию с фтором или кислородом, так как они обладают атомами с наиболее высокой электроотрицательностью . Его предположение оказалось правильным, и соединения благородных газов позже были получены.

Впервые соединение благородного газа было получено канадским химиком Нилом Бартлеттом в 1962 г взаимодействием гексафторида платины с ксеноном . Соединению была присвоена формула XePtF 6 (как позже выяснилось - неверная [ ]). Сразу после сообщения Бартлета в том же году были получены и простые фториды ксенона. С того времени химия благородных газов стала активно развиваться.

Виды соединений

Соединения включения

Соединения благородных газов, где благородные газы включены в кристаллическую или химическую решетку, без образования химической связи, называют соединениями включения. К ним относят, например, гидраты инертных газов, клатраты инертных газов с хлороформом, фенолами и т. д.

Благородные газы могут также образовывать соединения с эндоэдральными фуллеренами , когда атом благородного газа «вталкивается» внутрь молекулы фуллерена.

Комплексные соединения

Недавно (2000 г.) было показано, что ксенон может образовывать комплексные соединения с золотом (например, (Sb 2 F 11) 2), в качестве лиганда. Получены и комплексные соединения, где лигандом выступает дифторид ксенона.

Химические соединения

За последние годы получено несколько сотен химических соединений благородных газов (то есть имеющих хотя бы одну связь благородный газ - элемент). Преимущественно это соединения ксенона, так как более легкие газы обладают большей инертностью, а радон - значительной радиоактивностью. Для криптона известны чуть более десятка соединений (в основном это комплексы дифторида криптона), для радона известен фторид неизвестного состава. Для газов легче криптона известны только соединения в матрице твердых инертных газов (например, HArF), которые разлагаются при криогенных температурах.

Для ксенона известны соединения, где имеются связи Xe-F, Xe-O, Xe-N, Xe-B, Xe-C, Xe-Cl. Почти все они фторированы в той или иной степени и разлагаются при нагревании.

Ссылки

Khriachtchev, Leonid; Räsänen, Markku; Gerber, R. Benny. Noble-Gas Hydrides: New Chemistry at Low Temperatures (англ.) // Accounts of Chemical Research (англ.) русск. : journal. - 2009. - Vol. 42 , no. 1 . - P. 183 . -

Царегородцев Александр

Соединения благородных газов - одна из интереснейших тем в органической и неорганической химии, открытие свойств их соединений перевернуло с ног на голову представление всех ученых 20 века, потому что в то время существование таких веществ считалось невозможным, а сейчас это воспринимается как нечто нормальное, то, чему уже найдено объяснение.

Ксенон - благородный газ, которому проще всех образовывать связи с другими химическими веществами. Человечество обуздало его соединения, и они применяются в нашей жизни уже сейчас.

Представленная работа может вызвать интерес широкой публики к указанной теме.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя школа № 5 с углубленным изучением химии и биологии»

Учебная исследовательская работа в рамках

V Менделеевских чтений

Тема: Соединения благородных газов

Выполнил: Царегородцев
Александр, ученик 9в класса

Руководитель: Григорьева

Наталья Геннадьевна, учитель химии

Старая Русса

2017

Введение

Инертные газы - неметаллы, находящиеся в VIII-a группе. Они были открыты в конце 19 века и считались лишними в Периодической системе, однако благородные газы заняли свое место в ней.
Из-за заполненного последнего энергетического уровня долгое время считалось, что эти вещества не могут образовывать связи, т.к. и после открытия их молекулярных соединений многие ученые были в шоке и не могли этому поверить, потому что это не поддавалось законам химии, существовавшим в то время.
Неудачные попытки образования соединений благородных газов неблагоприятно сказывались на энтузиазме ученых, однако это не помешало развиваться данной отрасли.
Я попытаюсь вызвать интерес у присутствующих в аудитории, перед которыми я представляю свою работу.

Цель моей работы : изучить историю создания и свойства неорганических соединений ксенона.

Задачи :

1. Ознакомиться с историей получения соединений благородных газов
2. Ознакомиться со свойствами фтористых и кислородных соединений
3. Донести результаты моей работы до учеников

Историческая справка

Ксенон был открыт в 1898 году, и сразу же через несколько лет были получены его гидраты, а также ксенона и криптона, которые все назывались клатратами.
В 1916 году Кессель, основываясь на значениях степеней ионизации инертных газов, предсказал образование их прямых химических соединений.
Большинство ученых 1 четверти 20 века считали, что благородные газы находятся в нулевой группе Периодической системы и имеют валентность 0, но в 1924 году А. фон Антропов вопреки мнениям остальных химиков отнес данные элементы к восьмой группе, из чего следовало, что высшая валентность в их соединениях - 8. Также он предсказал то, что они должны образовывать связи с галогенами, то есть неметаллами VII-a группы.
В 1933 году Полинг предсказал формулы возможные соединений криптона и ксенона: устойчивые гексафторид криптона и ксенона (KrF 6 и XeF 6 ), неустойчивый октафторид ксенона (XeF 8 ) и кислоту ксенона (H 4 XeO 6 ). В этом же году Г.Оддо попытался синтезировать ксенон и фтор путем пропускания электрического тока, но не смог отчистить получившееся вещество от продуктов коррозии сосуда, в котором проводилась эта реакция. С этого момента у ученых пропал интерес к данной теме, и вплоть до 60-х годов этим почти никто не занимался.
Прямым доказательством того, что соединения благородных газов возможны, стало синтезирование британским ученым Нилом Бартлеттом гексафторплатината диоксигенила (O 2 ). Гексафторид платины обладает окислительной способностью вдове большей, чем у фтора. 23 марта 1962 года Нил Бартлетт провел синтез ксенона и гексафторида платины, и он получил то, что желал: первое существующее соединение благородных газов - твердое вещество желтого цвета Xe. После этого все силы ученых того времени были брошены на создание фтористых соединений ксенона.

Фтористые соединения ксенона и их свойства

Первым молекулярным соединением являлся гексафторидплатинат ксенона с формулой XePtF 6 . Это твердое вещество, снаружи желтого цвета, а внутри кирпично-красного; при нагревании 115°С становится стеклообразным на вид, при нагревании в 165°С начинает разлагаться с выделением XeF 4 .

Также его можно получить при взаимодействии ксенона и пероксида фтора:

И также при взаимодействии ксенона и фторида кислорода под высокой температурой и давлением:

XeF2 это бесцветные кристаллы, растворимые в воде. В растворе он проявляет очень сильные окислительные свойства, однако они не превышают способности фтора. Самое прочное соединение.

1.При взаимодействии со щелочами ксенон восстанавливается:

2.Можно восстановить ксенон из этого фторида при взаимодействии с водородом:

3.При возгонке дифторида ксенона получается тетрафторид ксенона и сам ксенон:

Фторид ксенона (IV) XeF4 был получен также, как как и дифторид, но при температуре в 400°C:

XeF 4 – это кристаллы белого цвета, является сильным окислителем. О свойствах этого вещества можно сказать следующее.

1. Является сильным фторирующим агентом, то есть при взаимодействии с другими веществами способен передавать им молекулы фтора:

2.При взаимодействии с водой тетрафторид ксенона образует оксид ксенона (III):

3.Восстанавливается до ксенона при взаимодействии с водородом:

Фторид ксенона (VI) XeF 6 образуется при еще большей температуре и при повышенном давлении:

XeF 6 это бледно-зеленоватые кристаллы, также имеющие сильные окислительные свойства.

1. Как и фторид ксенона (IV) является фторирующим агентом:

2. При гидролизе образует ксеноновую кислоту

Кислородные соединения ксенона и их свойства
Оксид ксенона (III) XeO 3 - это белое, нелетучее, взрывчатое вещество, хорошо растворимое в воде. Оно получается при гидролизе фторида ксенона (IV):

1.При действии озона на щелочной раствор образует соль ксеноновой кислоты, в которой ксенон имеет степень окисления +8:

2.При взаимодействии соли ксенона с концентрированной серной кислотой образуется оксид ксенона (IV):

ХеО 4 - при температуре ниже -36°С кристаллы желтого цвета, при температуре выше - бесцветный взрывоопасный газ, разлагающийся при температуре 0°С:

В итоге у нас выходит, что фториды ксенона - это белые либо бесцветные кристаллы, растворяющиеся в воде, обладающие сильными окислительными свойствами и химической активностью, а оксиды легко высвобождают тепловую энергию и следствием этого является их взрывоопасность.

Применение и потенциал

Из-за своих свойств соединения ксенона могут быть использованы:

Для производства ракетного топлива
Для производства лекарственных препаратов и медицинского оборудования
Для производства взрывчатки
Как сильные окислители в органической и неорганической химии
Как способ транспортировки химически активного фтора

Заключение

Я считаю, что полностью достиг цели своего исследования: как можно точнее раскрыл тему, содержание работы полностью соответствует его теме, изучена история создания и свойств неорганических соединений ксенона.

Список литературы

1. Кузьменко Н.Е «Краткий курс химии. Пособие для поступающих в вузы» //Издательство Высшая школа, 2002, стр. 267

2. Пушлёнков М.Ф «Соединения благородных газов»//Атомиздат, 1965

3. Фримантл М. «Химия в действии» Часть 2//издательство Мир, 1998, стр. 290-291

4. Интернет ресурсы

http://him.1september.ru/article.php?ID=200701901
http://rudocs.exdat.com/docs/index-160337.html
https://ru.wikipedia.org/wiki/Фторид_ксенона(II)
https://ru.wikipedia.org/wiki/Фторид_ксенона(IV)
https://ru.wikipedia.org/wiki/Фторид_ксенона(VI)
http://edu.sernam.ru/book_act_chem2.php?id=96
http://chemistry.ru/course/content/chapter8/section/paragraph2/subparagraph7.html#.WLMQ5FPyjGg

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Фтористые и кислородные соединения благородных газов. Соединения ксенона Выполнил: Царегородцев Александр, ученик 9 в класса МАОУ СОШ№5 Руководитель: Григорьева Наталья Геннадьевна, учитель химии

Введение Инертные газы - неметаллы, находящиеся в VIII - a группе. Они были открыты в конце 19 века и считались лишними в Периодической системе, однако благородные газы заняли свое место в ней. Из-за заполненного последнего энергетического уровня долгое время считалось, что эти вещества не могут образовывать связи, и после открытия их молекулярных соединений многие ученые были в шоке и не могли этому поверить, потому что это не поддавалось законам химии, существовавшим в то время. Неудачные попытки образования соединений благородных газов неблагоприятно сказывались на энтузиазме ученых, однако это не помешало развиваться данной отрасли. Я попытаюсь вызвать интерес у присутствующих в аудитории, перед которыми я представляю свою работу.

Цели и задачи Цель работы: изучить историю создания и свойства неорганических соединений ксенона. Задачи: 1. Ознакомиться с историей получения соединения благородных газов 2. Понять, почему образования данных соединений возможны 3. Ознакомиться со свойствами фтористых и кислородных соединений 4. Донести результаты моей работы до сверстников

История создания Все попытки получения этих соединений были безуспешными, ученые лишь могли предполагать, как будут выглядеть их формулы и примерные свойства. Самым продуктивным химиком в этой области являлся Нил Бартлетт. Его главная заслуга – получение гексафторплатината ксенона Xe [ PtF 6 ].

Фториды ксенона Фторид ксенона (II) Фторид ксенона (IV) Фторид ксенона (VI)

Оксиды ксенона Оксид ксенона (VI) Оксид ксенона (VIII) ВЗРЫВООПАСНО!!!

Применение соединений ксенона Для производства ракетного топлива Для создания лекарств и медицинского оборудования Для производства взрывчатки Как способ перевозки фтора Как окислители в органической и неорганической химии

Заключение Соединения благородных газов - одна из интереснейших тем в органической и неорганической химии, открытие свойств их соединений перевернуло с ног на голову представление всех ученых 20 века, потому что в то время существование таких веществ считалось невозможным, а сейчас это воспринимается как нечто нормальное, то, чему уже найдено объяснение.

Спасибо за внимание!

ПОДГРУППА VIIIA (ГЕЛИЙ, НЕОН, АРГОН, КРИПТОН, КСЕНОН, РАДОН)

1. Характерные степени окисления и важнейшие соединения. Наибольшее значение имеют соединения ксенона. Для него характерны степени окисления +2 (XeF2), +4 (XeF4), +6 (XeF6, ХеО3, XeOF4, Ва3ХеО6), +8 (Nа4ХеО6*6Н2О).

2. Природные ресурсы. Благородные газы находятся преимущественно в атмосфере; их содержание составляет Не - 5,24*10-4% (об); Ne-1,8*10-3%; Аr - 0,93%, Кr-3*10-3%, Хе-0,39*10-4%.

Радон образуется при радиоактивном распаде радия и в ничтожных количествах встречается в содержащих уран минералах, а также в некоторых природных водах. Гелий, являющийся продуктом радиоактивного распада альфа-излучаюших элементов, иногда в заметном количестве содержится в природном газе и газе, выделяющемся из нефтяных скважин. В огромных количествах этот элемент находится на Солнце и звездах. Это второй по распространенности (после водорода) из элементов космоса.

3. Получение. Благородные газы выделяют попутно при ректификации жидкого воздуха с целью получения кислорода. Аргон получают также при синтезе NН3 из непрореагировавшего остатка газовой смеси (N2 с примесью Аr). Гелий извлекают из природного газа глубоким охлаждением (СН4 и другие компоненты газовой смеси сжижаются, а Не остается в газообразном состоянии). В большом количестве производят Аr и Не, других благородных газов получают значительно меньше, они дороги.

4. Свойства. Благородные газы - бесцветные, газообразные при комнатной температуре вещества. Конфигурация внешнего электронного слоя атомов гелия 1s2 остальных элементов подгруппы VIIIA-ns2np8. Завершенностью электронных оболочек объясняется одноатомность молекул благородных газов, весьма малая их поляризуемость, низкие т. пл., т. кип., и химическая инертность.

Рассматриваемые вещества при низкой температуре образуют друг с другом твердые растворы (исключением является гелий). Известны клатратные соединения благородных газов, в которых их атомы заключены в пустоты кристаллических решеток различных веществ. Такие соединения - гидраты благородных газов - образует лед (наиболее прочен клатрат с ксеноном). Состав гидратов отвечает формуле 8Э*46Н2О, или Э*5,75Н2О. Известны клатраты с фенолом, например Хе-ЗС6Н5ОН. Весьма прочны клатраты благородных газов с гидрохиноном С6Н4(ОН)2. Их получают, кристаллизуя гидрохинон под давлением благородного газа (4 МПа) Эти клатраты вполне стабильны при комнатной температуре. Не и Ne не образуют клатратов, так как их атомы слишком малы и «ускользают» из пустот кристаллических решеток.

Гелий обладает уникальными особенностями. При 101 кПа он не кристаллизуется (для этого необходимо давление, превышающее 2,5 МПа при Т = 1К). Кроме того, при Т = 2,19 К (при нормальном давлении) он переходит в низкотемпературную жидкую модификацию Не (II), обладающего поразительными особенностями" спокойным кипением, огромной способностью проводить теплоту и отсутствием вязкости (сверхтекучестью). Сверхтекучесть Не (II) была" открыта П. Л Капицей (1938 г.) и объяснена на основе квантово-механических представлений Л. Д. Ландау (1941 г.).

5. Соединения. Возможность существования соединений благородных газов (фторидов Кг и Хе). Сейчас известны соединения криптона, ксенона и радона. Соединения криптона немногочисленны, они существуют только при низкой температуре. Соединения радона должны быть наиболее многочисленны и прочны, но их получению и исследованию мешает очень высокая альфа-радиоактивность Rn, так как излучение разрушает образуемые им вещества. Поэтому данных о соединениях Rn мало.

Ксенон -непосредственно взаимодействует только с фтором и некоторыми фторидами, например PtF6. Фториды ксенона служат исходными веществами для получения других его соединений.

При нагревании с фтором при атмосферном давлении образутся в основном ХеF4 (т. пл. 135°С). При действии избытка фтора давлении 6 МПа получается XeF6 (т. пл. 49 °С). Действуя па Смесь Хе с F2 или CF4 электрическим разрядом или ультрафиолетовым излучением, синтезируют XeF2 (т. пл. 140 °С).

Все фториды ксенопа энергично реагируют с водой, подвергаясь гидролизу, который обычно сопровождается диспропорцнонированием. Гидролиз XeF4 в кислой среде происходит по схеме 3Хе(+4) => Хе°+2Хе(+5) а в щелочной среде так:

ZXе(+4) =>.Хе0+Xe(+8)

NH 3

Строение

Молекула полярная, имеет форму треугольной пирамиды с атомом азота в вершине, HNH = 107,3. Атом азота находится в sp 3 - гибридном состоянии; из четырех гибридных орбиталей азота три участвуют в образовании одинарных связей N-H, а четвертая связь занята неподеленной электронной парой.

Физические свойства

NH 3 - бесцветный газ, запах резкий, удушливый, ядовит, легче воздуха.

плотность по воздуху = MNH 3 / M ср.воздуха = 17 / 29 = 0,5862

t╟ кип.= -33,4C; tпл.= -78C.

Молекулы аммиака связаны слабыми водородными связями

Благодаря водородным связям, аммиак имеет сравнительно высокие tкип. и tпл., а также высокую теплоту испарения, он легко сжимается.

Хорошо растворим в воде: в 1V Н 2 O растворяется 750V NH 3 (при t=20C и p=1 атм).

В хорошей растворимости аммиака можно убедиться на следующем опыте. Сухую колбу наполняют аммиаком и закрывают пробкой, в которую вставлена трубка с оттянутым концом. Конец трубки опускают в воду и колбу немного подогревают. Объем газа увеличивается, и немного аммиака выйдет из трубки. Затем нагревание прекращают и, вследствие сжатия газа некоторое количество воды войдет через трубку в колбу. В первых же каплях воды аммиак растворится, в колбе создастся вакуум и вода, под влиянием атмосферного давления будет подниматься в колбу, - начнет "бить фонтан".

Получение

1. Промышленный способ

N 2 + 3H 2 = 2NH 3

(p=1000 атм; t= 500C; kat = Fe + алюмосиликаты; принцип циркуляции).

2. Лабораторный способ. Нагревание солей аммония со щелочами.

2NH 4 Cl + Ca(OH) 2 ═ t ═ CaCl 2 + 2NH 3 + 2Н 2 O

(NH 4) 2 SO 4 + 2KOH═ t ═ K 2 SO 4 + 2NH 3 + 2Н 2 O

Аммиак можно собирать только по методу (А), т.к. он легче воздуха и очень хорошо растворим в воде.

Химические свойства

Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму.

1. Аммиак - основание Льюиса. Его раствор в воде (аммиачная вода, нашатырный спирт) имеет щелочную реакцию (лакмус - синий; фенолфталеин - малиновый) из-за образования гидроксида аммония.

NH 3 + Н 2 O = NH 4 OH = NH 4 + + OH -

2. Аммиак реагирует с кислотами с образованием солей аммония.

NH 3 + HCl = NH 4 Cl

2NH 3 + H 2 SO 4 = (NH 4) 2 SO 4

NH 3 + H 2 O + CO 2 = NH 4 HCO 3

Аммиак - восстановитель (окисляется до N 2 O или NO)

1. Разложение при нагревании

2NH 3 ═ t ═ N 2 + 3H 2

2. Горение в кислороде

a) без катализатора

4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6Н 2 O

b) каталитическое окисление (kat = Pt)

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6Н 2 O

3. Восстановление оксидов некоторых металлов

3CuO + 2NH 3 = 3Cu + N 2 + 3Н 2 O

Кроме NH3, известны два других водородных соединения азота - гидразин N 2Н4 и азотисто водородная кислота HN3 (есть еще несколько соединений азота с водородом, но они малоустойчивы и практически не используются)

Гидразин получают окислением аммиака в водном растворе гипохлоритом натрия (метод Рашига):

2NH3+NaOCl -> N2H3 + NaCl + Н2О

Гидразин - жидкость, т. пл 2°С, т. кип. 114°С с запахом, напоминающим запах NH3. Ядовит, взрывчат. Часто используют не безводный гидразин, а гидразин - гидрат N2H4-H2O, т. пл. -"52°С, т. кип. 119°С. Молекула N2H4 состоит из двух групп NН2,

Благодаря наличию двух неподеленных пар у атомов N гидразин способен к присоединению ионов водорода; легко образуются соединения гидразония: гидроксид.N2H5OH, хлорид N2Н5Сl, гидросульфат N2H5HSO4 и т. д. Иногда их формулы записывают N2H4-H2O, N2H4-HC1, N2H4-H2S04 и т. д и называют гидразингидрат, хлористоводородный гидразин, сернокислый гидразин и т. д. Большинство солей гидразония растворимо в воде.

Сравним силу основании, образуемых в водном растворе NH3, NH2OH и N2H4.

По устойчивости N2H4 значительно уступает NНз, так как связь N-N не очень прочна. Гидразин горит на воздухе:

N2H4 (ж) + О2 (г) = n2 (г) + 2Н2О (г);

В растворах гидразин обычно также окисляется до N2. Восстановить гидразин (до NH3) можно только сильными восстановителями, например, Sn2+, Ti3+, Zn:

N2H4 + Zn + 4HC1 => 2NH4C1 + ZnCl2

Азотистоводородную кислоту HN3 получают действием H2S04 на азид натрия NaNs, который синтезируют по реакции;

2NaNH2 + N2O -> NaNa + NaOH + NHa

HN3 - жидкость, т. пл. -80 °С, т. кип. 37 °С, с резким запахом. Очень легко взрывает с огромной силой, ее разбавленные водные растворы не взрывчаты.

Можно также представить строение HN3 наложением валентных схем

Н-N=N=N и h-n-n=n°!

НNз - слабая кислота (К = Ю- 5). Соли HN3-азиды обычно сильно взрывчаты (не взрывчаты только азиды щелочных металлов, за исключением LiN3).

Связи с завершенностью внешнего электронного уровня благородные газы чрезвычайно химически инертны. До 1962 г. считалось, что они вообще не образуют химических соединений. К этому времени были получены некоторые соединения клатрат-ного типа, в которых атом благородного газа механически (без образования химических связей) удерживается в каркасе, образованном молекулами другого вещества. Например, при сильном сжатии аргона над переохлажденной водой был выделен кристаллогидрат Аг 6Н20. В то же время все попытки заставить благородные газы вступать в реакции даже с самыми энергичными окислителями (такими, как фтор) заканчивались безрезультатно. Первое химическое соединение, в котором атом благородного газа образует химические связи с другими элементами, получил в 1962 г. Н. Бартлетт. В одном из экспериментов с гексафторидом платаны PtF* Бартлетт получил красные кристаллы, которые по результатам химического анализа имели формулу 02PtF6 и состояли из ионов С>2* и PtF6~. Это означало, что PtFfi - настолько сильный окислитель, что отнимает электроны даже у кислорода. Бартлетт решил окислить еще какое-нибудь эффектное вещество и сообразил, что отнять электроны у ксенона еще легче, чем у кислорода (потенциалы ионизации: 12,2 эВ у О* и 12,1 эВ у Хе). Он поместил в сосуд гексафторид платины, запустил туда точно измеренное количество ксенона и через несколько часов получил гексафтороплатинат ксенона: Вскоре Бартлетт осуществил и реакцию ксенона с фтором. Оказалось, что ксенон хорошо реагирует с фгором при нагревании в стеклянном сосуде, при этом образуется смесь фторидов. Фторид ксенона (II) XeF2 образуется под действием дневного света на смесь ксенона с фтором при обычной температуре: или при взаимодействии ксенона и F202 при -120 °С: XeF2 - бесцветные кристаллы, растворимые в воде. Молекула XeF2 линейна. Раствор XeF2 в воде - очень сильный окислитель, особенно в кислой среде, где он способен окислять бром и марганец до их высшей степени окисления (+7). В щелочной среде XeF2 гидролизуется по уравнению: Фторид ксенона (IV) XeF4 образуется при нагревании смеси ксенона с фтором до 40Q °С: XeF* представляет собой бесцветные кристаллы. Молекула XeF4 - «квадрат» с атомом ксенона в центре. XeF4 - очень сильный окислитель, используется как фторирующий агент: При взаимодействии с водой XeF4 диспропорционирует: Фторид ксенона (VI) XeF6 образуется из элементов при нагревании и повышенном давлении фтора: XeFe - бесцветные кристаллы. Молекула XeF« представляет собой искаженный октаэдр с атомом ксенона в центре. Подобно другим фторидам ксенона, XeF6 - очень сильный окислитель, может использоваться как фторирующий агент: Водой XeF6 частично разлагается: Оксид ксенона (VI) Хе03 образуется при гидролизе XeF4 (см. выше). Это - белое, нелетучее, очень взрывчатое вещество, хорошо растворимо в воде, причем раствор имеет слабокислую среду за счет реакции: При действии озона на щелочной раствор ХЮ3 образуется соль ксеноновой кислоты, в которой ксенон имеет степень окисления 4-8: Оксид ксенона (VIII) Хе04 может быть получен при взаимодействии перкссната бария с безводной серной кислотой при низких температурах: Хе04 - бесцветный газ, который очень взрывоопасен и разлагается при температурах выше О °С: Из соединений других благородных газов известны KrF2, KtF4, RnF2, RnF4, RnF6, Rn03. Считается, что аналогичные соединения гелия, неона и аргона вряд ли будут когда-нибудь получены в виде индивидуальных веществ. Тем не менее химические соединения гелия, неона и аргона существуют в виде так называемых эксимерных молекул, т. е. молекул, у которых устойчивы возбужденные электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Например, при электрическом возбуждении смеси аргона и хлора возможна газофазная реакция с образованием зксимерной молекулы ArCL Аналогично, при реакциях возбужденных атомов благородных газов можно получить целый набор двухатомных молекул, таких, как Нег, Ne2, NeF и т. д. Все эти молекулы неустойчивы и не могут быть выделены в виде индивидуальных веществ, однако их можно зарегистрировать и изучить строение их молекул с помощью спектроскопических методов.