Ю.Д. Третьяков, Л.И. Мартыненко, А.Н. Григорьев, А.Ю. Цивадзе

Неорганическая химия. Химия элементов

Учебник для вузов: В 2 книгах. Книга II/. – М.: Химия, 2001.

Глава 18

18-Я ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ - БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ

18.1. Общая характеристика

18.1.1. Положение в Периодической системе

В 18-ю группу входят гелий ₇Не, неон ₁₀Ne, аргон ₁₈Ar, криптон ₃₆Кr, ксенон ₅₄Хе и радиоактивный радон ₈₆Rn. Их называют благородными (или инертными) газами из-за малой склонности к образованию соединений (как и Аu, Pt называют благородными металлами). Термин «благородный» предпочтительнее, чем «инертный», поскольку отражает малую реакционную способность элементов, а не химическую инертность. Важнейшие характеристики элементов этой группы представлены в табл. 18.1.

18.1.2. Строение электронной оболочки, валентность, основные типы химических соединений

Как видно из табл. 18.1, на внешнем электронном уровне все элементы 18-й группы содержат электронный октет. Одним из следствий завершенности внешней электронной оболочки атомов являются высокие потенциалы ионизации благородных газов, что и обусловливает трудную разрушаемость их электронных оболочек и низкую реакционную способность элементов 18-й группы.

Значения ПИ существенно уменьшаются при переходе от легких благородных газов к тяжелым, что можно объяснить ростом радиуса атомов. При переходе от одного благородного газа к другому в периодах ПС потенциалы ионизации проходят через минимум у ЩЭ и резко возрастают у благородного газа. В связи с этим наблюдается нерегулярность в изменении ПИ, у элементов каждого периода. Например, во втором периоде имеется «подмаксимум» у Be и «подминимум» у кислорода:

Элемент	He	Li	Be	В	С	N	О	F	Ne
ПИ1, эВ	24,59	5,39	9,32	8,30	11,26	14,53	13,62	17,42	21,56

Максимум ПИ₁ в случае Be можно (на качественном уровне) объяснить завершением и поэтому повышенной прочностью электронного уровня 2s², а минимум ПИ₁ у кислорода - наложением двух тенденций: повышением прочности наружного электронного уровня с увеличением степени его заполнения и одновременно понижением его прочности вследствие роста межэлектронного отталкивания из-за увеличения числа электронов на наружной оболочке.

Сравнение ПИ₁ благородных газов и элементов других групп (на примере 2-го периода ПС) показывает, что уже для аргона, а тем более для его тяжелых аналогов эти значения сопоставимы:

ПИ₁(Аr) < ПИ₁(F), ПИ₁(Кr) < ПИ₁(N), ПИ₁(Хе) < ПИ₁(O), ПИ₁(Rn) < ПИ₁(С).

Американский химик Н. Бартлетт, работавший в университете Британской Колумбии (Канада), получив взаимодействием O₂ и PtF₆ соединение O₂⁺[PtF₆]^–, обратил внимание на близость значений ПИ₁(О₂) и ПИ₁(Хе): они равны соответственно 12,06 и 12,13 эВ. Он предположил, что PtF₆ может оторвать электрон не только от молекулярного кислорода, но и от атома ксенона. Поставив соответствующий эксперимент, Бартлетт впервые в мире осуществил синтез истинного (до его работ были известны только клатраты благородных газов) химического соединения ксенона и приписал ему состав Хе⁺[PtF₆]^–. Позднее было показано, что это вещество имеет состав Хе[PtF₆]_n, где 1 < n < 2. После сообщения Бартлетта (1962 г.) о результатах своих исследований интерес к химии благородных газов необычайно возрос, что привело к получению за короткое время большого числа их соединений (табл. 18.2).

Таблица 18.1. Важнейшие характеристики элементов 18-й группы

Элемент	Ar	Электронная конфигурация изолированного атома*	Радиус Э0, Å	Потенциал ионизации, эВ			ОЭО	Степень окисления*	Энергия перехода np6  np5(n + 1)s1, эВ
				ПИ1	ПИ2	ПИ3
2He	4,002602	1s2	1,22	24,59	54,42		5,50	-	-
10Ne	20,1797	1s22s22p6	1,60	21,56	40,96	63,45	4,84	-	16,6
18Ar	39,948	2s22p63s23p6	1,92	15,75	27,63	40,74	3,20	-	11,5
36Kr	83,80	3s23p63d104s24p6	1,98	14,00	24,36	36,95	2,94	0, +2	9,9
54I	131,29	4s24p64d105s25p6	2,18	12,13	21,20	32,13	2,40	0, +2, +4, +6, +8	8,3
86Rn	222,018**	4d104f145s25p65d106s26p6	2,20	10,75	21,8	29,0	2,06	0, +2, +4, +6, (+8)	6,8

* См. примечание к табл. 11.1

** Атомная масса наиболее стабильного нуклида

Таблица 18.2. Основные типы химических соединений элементов 18-й группы

Класс соединений	Формула	Элемент, образующий соединение	Характерные свойства
Простые вещества	Э	He - Rn	Бесцветные газы, растворимость в воде увеличивается в ряду He - Rn
Клатраты	Э5,75Н2О Э[1,4-C6H4(OH)2]3	Ne – Rn Ar - Xe	Устойчивость растет при переходе сверху вниз по группе
Оксиды	ЭO3 ЭO4	Xe Xe	Кристаллическое вещество, взрывается даже от прикосновения Газ, устойчив только при низкой температуре, легко взрывается
Гидраты оксидов	H2ЭO4, H4XO6	Xe	Существуют в растворах, сильные окислители
Соли оксокислот	(ЩЭ)2ЭО4 Мn4/n[ЭО6]	Хе	Сильные окислители, соли К – Cs растворимы в воде
Фториды	ЭF2 ЭF4, ЭF6	Kr, Xe Xe	Устойчивость соединения Хе выше, чем Kr; все фториды – энергичные фторокислители
Оксофториды	ЭOF2, ЭO2F2, ЭOF4, ЭO3F2	Xe	Кристаллические вещества, быстро гидролизуются. Жидкости, больше гидролизуются
Комплексные соединения	[ЭF][MF6] [Э2F3][MF6] Э[MF6]n Mm[ЭFn] [ЭFn][MF6] [Э2F11][MF6] [ЭOnFm][MF6]	Kr, Xe Xe	Устойчивость больше, чем у бинарных фторидов