stringtranslate.com

Соединения радона

Соединения радона — это химические соединения, образованные элементом радоном (Rn). Радон — это благородный газ, т. е. элемент с нулевой валентностью , и химически не очень реактивен . Период полураспада радона-222 в 3,8 дня делает его полезным в физических науках в качестве естественного индикатора . Поскольку радон является газом при нормальных условиях, а его родители по цепочке распада — нет, его можно легко извлечь из них для исследований. [1]

Он инертен к большинству обычных химических реакций, таких как горение , поскольку его внешняя валентная оболочка содержит восемь электронов . Это создает стабильную конфигурацию с минимальной энергией, в которой внешние электроны прочно связаны. [2] Его первая энергия ионизации — минимальная энергия, необходимая для извлечения из него одного электрона — составляет 1037 кДж/моль. [3] В соответствии с периодическими тенденциями , радон имеет более низкую электроотрицательность, чем элемент, находящийся на один период раньше, ксенон , и поэтому более реактивен. Ранние исследования пришли к выводу, что стабильность гидрата радона должна быть того же порядка, что и у гидратов хлора ( Cl
2) или диоксид серы ( SO
2), и значительно выше устойчивости гидрата сероводорода ( H
2С ). [4]

Структура дифторида радона

Из-за его стоимости [ необходима ссылка ] и радиоактивности экспериментальные химические исследования редко проводятся с радоном, и в результате сообщается о очень небольшом количестве соединений радона, все они являются либо фторидами , либо оксидами . Радон может окисляться мощными окислителями, такими как фтор , образуя таким образом дифторид радона ( RnF
2). [5] [6] Он разлагается обратно на свои элементы при температуре выше 523 К (250 °C; 482 °F) и восстанавливается водой до радона и фтористого водорода: он также может быть восстановлен обратно до своих элементов водородом . [ 7] Он имеет низкую летучесть и считался RnF
2. [ необходимо разъяснение ] Из-за короткого периода полураспада радона и радиоактивности его соединений не удалось изучить это соединение подробно. Теоретические исследования этой молекулы предсказывают, что она должна иметь расстояние связи Rn–F 2,08  ангстрема (Å), и что это соединение термодинамически более стабильно и менее летуче, чем его более легкий аналог дифторид ксенона ( XeF
2). [8] Октаэдрическая молекула RnF
6Было предсказано, что энтальпия образования будет еще ниже, чем у дифторида. [9] Считается, что ион [RnF] + образуется в результате следующей реакции: [10]

Рн (г) + 2 [О
2]+
[СбФ
6]−
(с) → [РнФ]+
[Сб]
2Ф
11]−
(с) + 2 О
2(г)

По этой причине пентафторид сурьмы вместе с трифторидом хлора и N
2Ф
2Сб
2Ф
11рассматривались для удаления радонового газа в урановых рудниках из-за образования соединений радона и фтора. [1] Соединения радона могут образовываться при распаде радия в галогенидах радия, реакция, которая использовалась для уменьшения количества радона, который выходит из мишеней во время облучения . [7] Кроме того, соли катиона [RnF] + с анионами SbF−
6, ТаФ−
6, и БиФ−
6известны. [7] Радон также окисляется дифторидом диоксида кислорода до RnF
2при 173 К (−100 °C; −148 °F). [7]

Оксиды радона являются одними из немногих других известных соединений радона ; [11] только триоксид ( RnO
3) подтверждено. [12] Высшие фториды RnF
4и РнФ
6утверждалось, что они существуют [12] и, как подсчитано, стабильны, [13], но их идентификация неясна. [12] Они могли наблюдаться в экспериментах, где неизвестные радонсодержащие продукты перегонялись вместе с гексафторидом ксенона : это могли быть RnF
4, РнФ
6, или и то, и другое. [7] Было заявлено , что нагревание радона в следовых количествах с ксеноном, фтором, пентафторидом брома и либо фторидом натрия , либо фторидом никеля приводит к образованию более высокого фторида, который гидролизуется с образованием RnO
3. Хотя было высказано предположение, что эти утверждения на самом деле были связаны с осаждением радона в виде твердого комплекса [RnF]+
2[NiF 6 ] 2− , тот факт, что радон соосаждается из водного раствора с CsXeO
3F был принят как подтверждение того, что RnO
3был сформирован, что было подтверждено дальнейшими исследованиями гидролизованного раствора. То, что [RnO 3 F] − не образовался в других экспериментах, могло быть связано с высокой концентрацией использованного фторида. Исследования электромиграции также предполагают присутствие катионных [HRnO 3 ] + и анионных [HRnO 4 ] − форм радона в слабокислом водном растворе (pH > 5), процедура была ранее подтверждена исследованием гомологичного триоксида ксенона. [12]

Также использовался метод распада. В 1982 году Аврорин и др. сообщили, что соединения 212 Fr , сокристаллизованные с их аналогами цезия, по-видимому, сохраняют химически связанный радон после захвата электронов; аналогии с ксеноном предполагали образование RnO 3 , но это не было подтверждено. [14]

Вероятно, что трудность в идентификации высших фторидов радона возникает из-за того, что радон кинетически не может окисляться за пределами двухвалентного состояния из-за сильной ионности дифторида радона ( RnF
2) и высокий положительный заряд радона в RnF + ; пространственное разделение RnF
2молекулы могут быть необходимы для четкой идентификации высших фторидов радона, из которых RnF
4ожидается, что он будет более стабильным, чем RnF
6из-за спин-орбитального расщепления оболочки 6p радона (Rn IV будет иметь закрытую оболочку 6s2
6п2
1/2конфигурации). Поэтому, в то время как RnF
4должен иметь такую ​​же стабильность, как и тетрафторид ксенона ( XeF
4), РнФ
6вероятно, будет гораздо менее стабильным, чем гексафторид ксенона ( XeF
6): гексафторид радона также, вероятно, будет иметь правильную октаэдрическую молекулу, в отличие от искаженной октаэдрической структуры XeF
6, из-за эффекта инертной пары . [15] [16] Поскольку радон является довольно электроположительным для благородного газа, возможно, что фториды радона на самом деле принимают структуры с высоким содержанием фтористых мостиков и не являются летучими. [16] Экстраполяция вниз по группе благородных газов также предполагает возможное существование RnO, RnO 2 и RnOF 4 , а также первых химически стабильных хлоридов благородных газов RnCl 2 и RnCl 4 , но ни один из них пока не был обнаружен. [7]

Карбонил радона (RnCO) был предсказан как стабильный и имеющий линейную молекулярную геометрию . [17] Молекулы Rn
2и RnXe, как было обнаружено, значительно стабилизируются спин-орбитальной связью . [18] Радон, заключенный внутри фуллерена , был предложен в качестве лекарства от опухолей . [19] [20] Несмотря на существование Xe(VIII), не было заявлено о существовании соединений Rn(VIII); RnF
8должен быть крайне нестабильным химически (XeF 8 термодинамически нестабилен). Прогнозируется, что наиболее стабильным соединением Rn(VIII) будет перрадонат бария (Ba 2 RnO 6 ), аналогичный перксенату бария . [13] Нестабильность Rn(VIII) обусловлена ​​релятивистской стабилизацией оболочки 6s, также известной как эффект инертной пары . [13]

Радон реагирует с жидкими фторидами галогенов ClF, ClF
3, КлФ
5, БрФ
3, БрФ
5, и ЕСЛИ
7для формирования РНФ
2В растворе галогенфторида радон нелетуч и существует в виде катионов RnF + и Rn 2+ ; присоединение анионов фтора приводит к образованию комплексов RnF−
3и РнФ2−
4, что соответствует химии бериллия (II) и алюминия (III). [7] Стандартный электродный потенциал пары Rn 2+ /Rn оценивается как +2,0 В, [21] хотя нет никаких доказательств образования стабильных ионов радона или соединений в водном растворе. [7]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Келлер, Корнелиус; Вольф, Вальтер; Шани, Джашовам. "Радионуклиды, 2. Радиоактивные элементы и искусственные радионуклиды". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.o22_o15. ISBN 978-3527306732.
  2. ^ Бейдер, Ричард Ф. В. «Введение в электронную структуру атомов и молекул». Университет Макмастера . Получено 26 июня 2008 г.
  3. ^ Дэвид Р. Лид (2003). «Раздел 10, Атомная, молекулярная и оптическая физика; Потенциалы ионизации атомов и атомных ионов». CRC Handbook of Chemistry and Physics (84-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press.
  4. ^ Аврорин, В.В.; Красикова, Р.Н.; Нефедов, ВД; Торопова, МА (1982). «Химия радона». Журнал химической науки . 51 (1): 12. Bibcode : 1982RuCRv..51...12A. doi : 10.1070/RC1982v051n01ABEH002787. S2CID  250906059.
  5. ^ Stein, L. (1970). "Ионный раствор радона". Science . 168 (3929): 362–4. Bibcode :1970Sci...168..362S. doi :10.1126/science.168.3929.362. PMID  17809133. S2CID  31959268.
  6. ^ Питцер, Кеннет С. (1975). «Фториды радона и элемента 118». Chemical Communications . 44 (18): 760–761. doi :10.1039/C3975000760b.
  7. ^ abcdefgh Stein, Lawrence (1983). «Химия радона». Radiochimica Acta . 32 (1–3): 163–171. doi :10.1524/ract.1983.32.13.163. S2CID  100225806.
  8. ^ Мэн-Шэн Ляо; Цянь-Эр Чжан (1998). «Химическая связь в XeF 2 , XeF 4 , KrF 2 , KrF 4 , RnF 2 , XeCl 2 и XeBr 2 : от газовой фазы к твердому состоянию». Журнал физической химии A . 102 (52): 10647. Bibcode :1998JPCA..10210647L. doi :10.1021/jp9825516.
  9. ^ Филатов, Майкл; Кремер, Дитер (2003). «Связь в гексафториде радона: необычная релятивистская проблема?». Физическая химия Химическая физика . 5 (6): 1103. Bibcode : 2003PCCP....5.1103F. doi : 10.1039/b212460m.
  10. ^ Холлоуэй, Дж. (1986). «Фториды благородных газов». Журнал химии фтора . 33 (1–4): 149. Bibcode : 1986JFluC..33..149H. doi : 10.1016/S0022-1139(00)85275-6.
  11. ^ Аврорин, В.В.; Красикова, Р.Н.; Нефедов, ВД; Торопова, МА (1982). «Химия радона». Журнал химической науки . 51 (1): 12. Bibcode : 1982RuCRv..51...12A. doi : 10.1070/RC1982v051n01ABEH002787. S2CID  250906059.
  12. ^ abcd Sykes, AG (1998). "Последние достижения в химии благородных газов". Advances in Inorganic Chemistry . Vol. 46. Academic Press. pp. 91–93. ISBN 978-0120236466. Получено 2012-11-02 .
  13. ^ abc Thayer, John S. (2010). "Релятивистские эффекты и химия более тяжелых элементов главной группы". Релятивистские методы для химиков . Проблемы и достижения в вычислительной химии и физике. Том 10. стр. 80. doi :10.1007/978-1-4020-9975-5_2. ISBN 978-1-4020-9974-8.
  14. ^ Аврорин, В.В.; Красикова, Р.Н.; Нефедов, ВД; Торопова, МА (1982). «Химия радона». Журнал химической науки . 51 (1): 12–20. Bibcode : 1982RuCRv..51...12A. doi : 10.1070/RC1982v051n01ABEH002787. S2CID  250906059.
  15. ^ Либман, Джоэл Ф. (1975). «Концептуальные проблемы в химии благородных газов и фтора, II: Несуществование тетрафторида радона». Inorg. Nucl. Chem. Lett . 11 (10): 683–685. doi :10.1016/0020-1650(75)80185-1.
  16. ^ ab Seppelt, Konrad (2015). «Молекулярные гексафториды». Chemical Reviews . 115 (2): 1296–1306. doi :10.1021/cr5001783. PMID  25418862.
  17. ^ Малли, Гулзари Л. (2002). «Предсказание существования карбонила радона: RnCO». Международный журнал квантовой химии . 90 (2): 611. doi :10.1002/qua.963.
  18. ^ Рунеберг, Нино; Пюиккё, Пекка (1998). «Расчеты релятивистского псевдопотенциала на Xe 2 , RnXe и Rn 2 : Ван-дер-ваальсовы свойства радона». Международный журнал квантовой химии . 66 (2): 131. doi :10.1002/(SICI)1097-461X(1998)66:2<131::AID-QUA4>3.0.CO;2-W.
  19. ^ Браун, Малкольм В. (1993-03-05). «Химики находят способ создания „невозможного“ соединения». The New York Times . Получено 2009-01-30 .
  20. ^ Dolg, M.; Küchle, W.; Stoll, H.; Preuss, H.; Schwerdtfeger, P. (1991-12-20). "Ab initio pseudopotentials for Hg to Rn: II. Молекулярные расчеты гидридов Hg to At и фторидов Rn". Molecular Physics . 74 (6): 1265–1285. Bibcode :1991MolPh..74.1265D. doi :10.1080/00268979100102951. ISSN  0026-8976.
  21. ^ Bratsch, Steven G. (29 июля 1988 г.). "Стандартные электродные потенциалы и температурные коэффициенты в воде при 298,15 К". Journal of Physical and Chemical Reference Data . 18 (1): 1–21. Bibcode : 1989JPCRD..18....1B. doi : 10.1063/1.555839. S2CID  97185915.