Инертные газы - Фастовский В.Г.
Скачать (прямая ссылка):
них электронов с ядром. Это усиливает способность молекулы деформироваться, повышает поляризацию молекулы и способствует образованию диполя. Возрастание деформируемости при последовательном переходе Не—N6—Аг—Кг—Хе находит свое отражение в увеличении (в подобной же последовательности) растворимости, адсорбции, сжимаемости, склонности к ожижению и т. д.
Более детально, с учетом энергетических подуровней 5, р, &, /, электронные структуры атомов инертных газов можно представить в следующем виде:
Не.........Ь2
№........./С2з22р6
Аг.........КШ2Ър*
36
Кг.........КШ№Ьр*
Хе.........КЬМ^ЧрЧй^Ь&Ьр*
Ип.........К?ЛМ5525р65еРб826р6,
где к = ь*; Ь = 2$ 2р6; М = Ъ$Ър*Мх\ N = 4з24р64<1104/14.
В табл. 2.2 приведены основные физические свойства инертных газов.
Таблица 2.2 Основные физические свойства ииертиых газов*
Характеристика
Не*
N6
Аг
Кг
Атомный номер Средний атомный вес
Диаметр атомов, А Плотность при 0° С и 1 атм,
кг/м3
Критические параметры: Гк, &К рк, атм Р, 103 кг/м3
Нормальная температура кипения (1 атм), °К
Плотность жидкости, 103 кг/м3
Теплота испарения при нормальной температуре кипения, кал/моль
Скрытая теплота плавления, кал) моль
Тройная точка: Т, °К
р, мм рт. ст. р, 103 кг/м3 Количество газа, образующегося при испарении 1 л жидкости, л
2
4,0026
2,7 0,17847
5,25 2,26 0,0693 4,215
0,1249
19,4
700,3
10 20,179
2,8 0,89994
44,4. 26,19 0,484 27,07
1,207
414,0
80,1
24,66 325,1 1,444 1341,1
18
39,948
3,42 1,78403
150,85 48,3 0,536 87,29
1,3998
1557,5
280,8
83,81 516,86 1,623 784,0
36 83,80
3,6
3,7493
209,35 54,3 0,908 119,80
2,413
2258,0
390,7
115,78 548,7 2,826 643,6
* Здесь и далее давление выражено в абсолютных физических атмосферах (1 атм = = 760 мм рт. ст. = 1,033 ат). \ ** Температура кипения Не» равна 3,19° К; теплота испарения 5,91 кал/моль; критическое давление 1,15 атм.
Соединения
Безуспешные попытки ученых получить соединения инертных газов подтверждали установившееся представление об их абсолютной инертности. Между тем теория не отвергала возможности образования под влиянием сил Ван дер Ваальса соединений этих газов. Исследования последних лет блестяще подтвердили
37
теоретические прогнозы; достигнуты большие успехи в получении молекулярных (клатратных) и, что особенно ценно, химических соединений ксенона и криптона. Результаты этих исследований представляют большой интерес для всей химической иауки. Накопленные опытные данные по химии инертных газов обсуждались на специальной конференции (1963 г.) в Аргон-нской национальной лаборатории [1].
Было установлено, что в электрических разрядах возникают положительно заряженные молекулярные ионы инертных газов; вычислены [2] условия равновесия процесса
2Х^Ха,
где X — атом инертного газа. При температуре 89° К и давлении 2,7 ат может быть ассоциировано 2% атомов неона, а при давлении 5 ат количество ассоциированных атомов аргона, криптона, ксенона достигает 3% (при температурах 29, 149, 240°С соответственно); при понижении температуры их количество возрастает. Спектральным анализом доказана возможность образования соединений разнородных атомов (Аг-Хе)+, (Кг-Хе)+, а также атомов инертных газов с атомом ртути [3, 4]. Энергия диссоциации этих соединений очень мала: для 1^-Не — 3,01-Ю-3; Нё-Ые—11,2-Ю-3; Нё-Аг — 27,5-10"3; Н?-Кг — 38,1-Ю-3; Н§-Хе — 41,9- Ю-3 эв. Сравнительно недавно [5] доказано образование в тлеющем разряде соединений (Ые- Аг)+, (Аг-Кг)+.
Молекулярные (клатратные) соединения. Представление о полной инертности инертных газов опровергается хотя бы тем фактом, что эти газы растворяются в воде. Это предполагает наличие сил взаимодействия между атомами инертных газов и молекулами воды. В 1896 г. Вайяр получил кристаллогидраты аргона Аг- (Н20)б при взаимодействии аргона с водой под давлением. Это открытие казалось сомнительным и оно было предано забвению. Лишь в 1923—1925 гг. Форкран также показал, что при взаимодействии сжатых криптона и ксенона со льдом образуются аналогичные кристаллогидраты Кг-(Н20)б, ХеХ Х(Н20)6 [6, 7].
В 1935 г. Б. А. Никитин [8] получил гидраты радона, аргона, неона, а также молекулярные соединения радона, ксенона с фенолом, толуолом типа X • ЗСбН5ОН и Х-ЗС6Н5СНз. Пауэлл (1949 г.) получил молекулярные соединения аргона, криптона, ксенона с (3-гидрохиноном [9, 10]. Валлер [11] описал соединения типа 1-Х-17НгО, где I — молекула ацетона, метилена, хлороформа, четыреххлористого углерода, а X — атом инертного газа (Кг, Хе). Следует подчеркнуть, что эти молекулярные соединения, кристаллогидраты, относятся к числу так называемых клатратных соединений, в которых атомы инертного газа удерживаются вандерваальсовыми силами в кристаллических пустотах, образуемых молекулами другого вещества; молекулы
воды, соединяясь водородной связью, образуют пустоты, которые могут удерживать атомы инертных газов. По аналогии с кристаллогидратами молекулы фенола или гидрохинона также создают замкнутую структуру, в полости которой удерживаются атомы инертных газов; эти атомы оказываются замкнутыми (сЫпгагеэ — по гречески «загороженный») и испытывают сильное сжатие окружающими молекулами' основного вещества. Клатратные соединения не относятся к числу химических соединений, и их образование не сопровождается перераспределением электронов. Открытие этих соединений не опровергало представления о химической инертности редких газов.
