Los compuestos de gases nobles son compuestos químicos que incluyen un elemento de los gases nobles , grupo 18 de la tabla periódica . Aunque los gases nobles son generalmente elementos no reactivos, se han observado muchos de estos compuestos, en particular que involucran al elemento xenón. Desde el punto de vista de la química, los gases nobles se pueden dividir en dos grupos: [ cita requerida ] el criptón relativamente reactivo (energía de ionización 14.0 eV), el xenón (12.1 eV) y el radón (10.7 eV) en un lado, y el muy argón no reactivo (15,8 eV), neón(21,6 eV) y helio (24,6 eV) por el otro. De acuerdo con esta clasificación, Kr, Xe y Rn forman compuestos que pueden aislarse a granel a una temperatura y presión estándar o cercanas (al menos en principio para el radón altamente radiactivo), mientras que se ha observado que He, Ne, Ar forman verdaderas enlaces químicos utilizando técnicas espectroscópicas, pero solo cuando se congelan en una matriz de gas noble a temperaturas de 40 K o menos, en chorros supersónicos de gas noble o bajo presiones extremadamente altas con metales.
Los gases nobles más pesados tienen más capas de electrones que los más ligeros. Por lo tanto, los electrones más externos están sujetos a un efecto de protección de los electrones internos que los ioniza más fácilmente , ya que son menos atraídos por el núcleo cargado positivamente . Esto da como resultado una energía de ionización lo suficientemente baja como para formar compuestos estables con los elementos más electronegativos , flúor y oxígeno, e incluso con elementos menos electronegativos como nitrógeno y carbono en determinadas circunstancias. [1] [2]
Historia y antecedentes
Cuando se identificó por primera vez la familia de los gases nobles a fines del siglo XIX, no se observó que ninguno de ellos formara ningún compuesto e inicialmente se creyó que todos eran gases inertes (como se los conocía entonces) que no podían formar compuestos. Con el desarrollo de la teoría atómica a principios del siglo XX, su inercia se atribuyó a una capa de valencia completa de electrones que los vuelve muy estables químicamente y no reactivos. Todos los gases nobles tienen completos s y p exterior capas de electrones (excepto el helio , que no tiene p subnivel), y así no forman compuestos químicos fácilmente. Su alta energía de ionización y su afinidad electrónica casi nula explican su falta de reactividad.
En 1933, Linus Pauling predijo que los gases nobles más pesados podrían formar compuestos con flúor y oxígeno . Específicamente, predijo la existencia de hexafluoruro de criptón ( Kr F 6 ) y hexafluoruro de xenón ( Xe F 6 ), especuló que XeF 8 podría existir como un compuesto inestable y sugirió que el ácido xénico formaría sales de perxenato . [3] [4] Estas predicciones demostraron ser bastante precisas, aunque las predicciones posteriores para XeF 8 indicaron que no solo sería termodinámicamente inestable, sino cinéticamente inestable . [5] A partir de 2013, XeF 8 no se ha elaborado, aunque el anión octafluoroxenato (VI) ( XeF2−
8) ha sido observado.
Para 1960, todavía no se había sintetizado ningún compuesto con un átomo de gas noble unido covalentemente. [6] El primer informe publicado, en junio de 1962, de un compuesto de gas noble fue el de Neil Bartlett , quien notó que el compuesto altamente oxidante hexafluoruro de platino ionizaba O 2 a O+
2. Como la energía de ionización de O 2 a O+
2(1165 kJ mol -1 ) es casi igual a la energía de ionización de Xe a Xe + (1170 kJ mol -1 ), probó la reacción de Xe con PtF 6 . Esto dio lugar a un producto cristalino, hexafluoroplatinato de xenón , cuya fórmula se propuso que fuera Xe+
[PtF
6]-
. [4] [7] Más tarde se demostró que el compuesto es en realidad más complejo y contiene tanto XeFPtF 5 como XeFPt 2 F 11 . [8] No obstante, este fue el primer compuesto real de cualquier gas noble.
Los primeros compuestos binarios de gases nobles se informaron más tarde en 1962. Bartlett sintetizó tetrafluoruro de xenón (XeF 4 ) sometiendo una mezcla de xenón y flúor a alta temperatura. [9] Rudolf Hoppe , entre otros grupos, sintetizó difluoruro de xenón (XeF 2 ) por reacción de los elementos. [10]
Tras la primera síntesis exitosa de compuestos de xenón , la síntesis de difluoruro de criptón ( KrF
2) se informó en 1963. [11]
Verdaderos compuestos de gases nobles
En esta sección, los gases nobles no radiactivos se consideran en orden decreciente de peso atómico , lo que generalmente refleja la prioridad de su descubrimiento y la amplitud de la información disponible para estos compuestos. Los elementos radiactivos radón y oganesón son más difíciles de estudiar y se consideran al final de la sección.
Compuestos de xenón
Después de los estudios iniciales de 1962 sobre XeF 4 y XeF 2 , los compuestos de xenón que se han sintetizado incluyen otros fluoruros ( XeF 6 ), oxifluoruros (XeOF 2 , XeOF 4 , XeO 2 F 2 , XeO 3 F 2 , XeO 2 F 4 ) y óxidos ( XeO2, XeO 3 y XeO 4 ). Los fluoruros de xenón reaccionan con varios otros fluoruros para formar fluoroxenatos, como el octafluoroxenato de sodio ( Na+
2XeF2−
8) y sales de fluoroxenonio, como hexafluoroantimoniato de trifluoroxenonio ( XeF+
3SbF-
6). [ cita requerida ]
En cuanto a la reactividad de otros haluros, se preparan in situ excímeros de corta duración de haluros de gases nobles tales como XeCl 2 o XeCl , y se utilizan en la función de láseres excímeros . [ cita requerida ]
Recientemente, [ ¿cuándo? ] Se ha demostrado que el xenón produce una amplia variedad de compuestos del tipo XeO n X 2 donde n es 1,2 o 3 y X es cualquier grupo electronegativo, como CF 3 , C (SO 2 CF 3 ) 3 , N ( SO 2 F) 2 , N (SO 2 CF 3 ) 2 , OTeF 5 , O (IO 2 F 2 ), etc .; la gama de compuestos es impresionante, similar a la que se observa con el elemento vecino yodo , llegando a miles e involucrando enlaces entre xenón y oxígeno, nitrógeno, carbono, boro e incluso oro, así como ácido perxénico, varios haluros e iones complejos . [ cita requerida ]
El compuesto Xe 2 + Sb 4 F 21 - contiene un enlace Xe – Xe, que es el enlace elemento-elemento más largo conocido (308,71 pm = 3,0871 Å ). [12] Se informa que existen excímeros de corta duración de Xe 2 como parte de la función de los láseres excímeros . [ cita requerida ]
Compuestos de criptón
El gas kriptón reacciona con el gas flúor en condiciones de forzamiento extremas, formando KrF 2 de acuerdo con la siguiente ecuación:
- Kr + F 2 → KrF 2
KrF 2 reacciona con ácidos de Lewis fuertes para formar sales de KrF + y Kr
2F+
3 cationes . [11] La preparación de KrF
4reportado por Grosse en 1963, utilizando el método de Claasen, posteriormente se demostró que era una identificación errónea. [13]
También se han descrito compuestos de criptón con enlaces distintos de Kr-F (compuestos con átomos distintos del flúor ). KrF
2reacciona con B (OTeF
5)
3producir el compuesto inestable, Kr (OTeF
5)
2, con un enlace criptón- oxígeno . Un enlace criptón- nitrógeno se encuentra en el catión [HC≡N – Kr – F]+
, producido por la reacción de KrF
2 con [HC≡NH]+
[AsF-
6] por debajo de -50 ° C. [14]
Compuestos de argón
El descubrimiento de HArF se anunció en 2000. [15] [16] El compuesto puede existir en matrices de argón a baja temperatura para estudios experimentales, y también se ha estudiado computacionalmente . [16] Ion hidruro de argón ArH+
se obtuvo en la década de 1970. [17] Este ion molecular también se ha identificado en la nebulosa del Cangrejo , basándose en la frecuencia de sus emisiones de luz. [18]
Existe la posibilidad de que se pueda preparar una sal sólida de ArF + con SbF- 6o AuF-
6aniones. [19] [20]
Compuestos de neón y helio
Los iones, Ne +, (NeAr) +, (NeH) + y (HeNe +) se conocen a partir de estudios ópticos y de espectrometría de masas. El neón también forma un hidrato inestable. [21] Existe cierta evidencia empírica y teórica de algunos compuestos de helio metaestables que pueden existir a temperaturas muy bajas o presiones extremas. El catión estable HeH + se informó en 1925, [22] pero no se consideró un verdadero compuesto ya que no es neutro y no se puede aislar. En 2016, los científicos crearon el compuesto de helio heluro de disodio (Na 2 He), que fue el primer compuesto de helio descubierto. [23]
Compuestos de radón y oganesón
El radón no es químicamente inerte, pero su corta vida media (3.8 días para 222 Rn) y la alta energía de su radiactividad hacen que sea difícil investigar su único fluoruro (RnF 2 ), su óxido reportado (RnO 3 ) y su reacción. productos. [24]
Los isótopos de Oganesson tienen vidas medias aún más cortas en el rango de milisegundos y aún no se conocen compuestos, [25] aunque algunos se han predicho teóricamente. Se espera que sea incluso más reactivo que el radón, más parecido a un elemento normal que a un gas noble en su química. [26]
Informes previos al hexafluoroplatinato de xenón y al tetrafluoruro de xenón
Clatratos
Antes de 1962, los únicos compuestos aislados de gases nobles eran los clatratos (incluidos los hidratos de clatrato ); otros compuestos, como los compuestos de coordinación, se observaron únicamente por medios espectroscópicos. [4] Los clatratos (también conocidos como compuestos de jaula) son compuestos de gases nobles en los que quedan atrapados dentro de cavidades de redes cristalinas de ciertas sustancias orgánicas e inorgánicas. La condición esencial para su formación es que los átomos huéspedes (gas noble) deben tener el tamaño apropiado para caber en las cavidades de la red cristalina huésped; por ejemplo, Ar, Kr y Xe pueden formar clatratos con β-quinol cristalino, pero He y Ne no pueden encajar porque son demasiado pequeños. [ cita requerida ] Además, Kr y Xe pueden aparecer como invitados en cristales de melanoflogita . [ cita requerida ]
Se han hecho crecer cristales de helio-nitrógeno (He (N 2 ) 11 ) a temperatura ambiente a presiones aprox. 10 GPa en una celda de yunque de diamante . [28] El clatrato sólido de argón-hidrógeno (Ar (H 2 ) 2 ) tiene la misma estructura cristalina que la fase de MgZn 2 Laves . Se forma a presiones entre 4,3 y 220 GPa, aunque las mediciones de Raman sugieren que las moléculas de H 2 en Ar (H 2 ) 2 se disocian por encima de 175 GPa. Se forma un sólido similar de Kr (H 2 ) 4 a presiones superiores a 5 GPa. Tiene una estructura cúbica centrada en la cara donde los octaedros de criptón están rodeados por moléculas de hidrógeno orientadas al azar. Mientras tanto, en el sólido Xe (H 2 ), 8 átomos de xenón forman dímeros dentro del hidrógeno sólido . [27]
Compuestos de coordinación
Se ha postulado la existencia de compuestos de coordinación como Ar · BF 3 a bajas temperaturas, pero nunca se ha confirmado. [ cita requerida ] Además, se informó que compuestos como WHe 2 y HgHe 2 se formaron por bombardeo de electrones, pero investigaciones recientes han demostrado que estos son probablemente el resultado de la adsorción de He en la superficie del metal; por lo tanto, estos compuestos no pueden considerarse realmente compuestos químicos. [ cita requerida ]
Hidrata
Los hidratos se forman comprimiendo gases nobles en agua, donde se cree que la molécula de agua, un dipolo fuerte, induce un dipolo débil en los átomos del gas noble, lo que resulta en una interacción dipolo-dipolo. Los átomos más pesados están más influenciados que los más pequeños, por lo que se informó que Xe • 5.75 H 2 O era el hidrato más estable; [29] tiene un punto de fusión de 24 ° C. [30] El deuterado versión de este hidrato también se ha producido. [31]
Aductos fullerenos
Los gases nobles también pueden formar compuestos de fullereno endoédrico donde el átomo de gas noble queda atrapado dentro de una molécula de fullereno . En 1993, se descubrió que cuando C 60 se expone a una presión de alrededor de 3 bar de He o Ne, se forman los complejos He @ C 60 y Ne @ C 60 . [32] En estas condiciones, sólo una de cada 650.000 jaulas C 60 fue dopada con un átomo de helio ; con presiones más altas (3000 bar), es posible alcanzar un rendimiento de hasta el 0,1%. También se han obtenido complejos endoédricos con argón , kriptón y xenón , así como numerosos aductos de He @ C 60 . [33]
Aplicaciones
La mayoría de las aplicaciones de los compuestos de gases nobles son como agentes oxidantes o como un medio para almacenar gases nobles en forma densa. El ácido xénico es un agente oxidante valioso porque no tiene potencial para introducir impurezas (el xenón se libera simplemente como gas) y, por lo tanto, solo rivaliza con el ozono en este aspecto. [4] Los perxenatos son agentes oxidantes aún más poderosos. [ cita requerida ] Los oxidantes a base de xenón también se han utilizado para sintetizar carbocationes estables a temperatura ambiente, en SO2Solución ClF . [34] [se necesita fuente no primaria ]
Las sales estables de xenón que contienen proporciones muy altas de flúor en peso (como el heptafluoroxenato de tetrafluoroamonio , NF 4 XeF 7 y el octafluoroxenato de tetrafluoroamonio relacionado (NF 4 ) 2 XeF 8 ), se han desarrollado como oxidantes altamente energéticos para su uso como propulsores en cohetería. . [35] [se necesita fuente no primaria ] [36] [se necesita fuente no primaria ]
Los fluoruros de xenón son buenos agentes fluorantes. [ cita requerida ]
Los clatratos se han utilizado para la separación de He y Ne de Ar, Kr y Xe, y también para el transporte de Ar, Kr y Xe. [ cita requerida ] (Por ejemplo, los isótopos radiactivos de kriptón y xenón son difíciles de almacenar y eliminar, y los compuestos de estos elementos pueden manipularse más fácilmente que las formas gaseosas. [4] ) Además, los clatratos de radioisótopos pueden proporcionar formulaciones adecuadas para experimentos que requieran fuentes de determinados tipos de radiación; por eso. El clatrato de 85 Kr proporciona una fuente segura de partículas beta , mientras que el clatrato de 133 Xe proporciona una fuente útil de rayos gamma . [ cita requerida ]
Oganesson no tiene aplicaciones.
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