Соединения радона
Соединения радона — это химические соединения, образованные элементом радоном (Rn). Радон — благородный газ, т. е. элемент с нулевой валентностью , химически малоактивный . Период полураспада радона-222 составляет 3,8 дня, что делает его полезным в физических науках в качестве естественного индикатора . Поскольку радон при нормальных обстоятельствах является газом, а его родители в цепочке распада — нет, его можно легко извлечь из них для исследования. [ 1 ]
Он инертен к большинству распространенных 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 отрыва от него одного электрона, — составляет 1037 кДж/моль. [ 3 ] В соответствии с периодическими тенденциями радон имеет более низкую электроотрицательность , чем элемент, расположенный за один период до него, ксенон , и поэтому более реакционноспособен. Ранние исследования пришли к выводу, что стабильность гидрата радона должна быть того же порядка, что и гидратов хлора ( Cl
2 ) или диоксид серы ( SO
2 ), и существенно выше, чем стабильность гидрата сероводорода ( H
2 С ). [ 4 ]
Из-за своей стоимости [ нужна ссылка ] и радиоактивности, экспериментальные химические исследования с радоном проводятся редко, и в результате сообщается об очень небольшом количестве соединений радона, все они представляют собой либо фториды , либо оксиды . Радон может окисляться мощными окислителями, такими как фтор , образуя 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 газообразного радона и фторида водорода: он также может быть восстановлен обратно до своих элементов с помощью газообразного водорода . [ 7 ] Он имеет низкую волатильность и считался RnF.
2 . [ нужны разъяснения ] Из-за короткого периода полураспада радона и радиоактивности его соединений детально изучить это соединение не удалось. Теоретические исследования этой молекулы предсказывают, что она должна иметь расстояние связи Rn-F 2,08 ангстрем (Å) и что это соединение термодинамически более стабильно и менее летучее, чем его более легкий аналог дифторид ксенона ( XeF
2 ). [ 8 ] Октаэдрическая молекула RnF
6 Было предсказано, что будет иметь даже более низкую энтальпию образования, чем дифторид. [ 9 ] [РнФ] + ион образуется в результате следующей реакции: Считается, что [ 10 ]
- Rn(г) + 2 [О
2 ] +
[СбФ
6 ] −
(с) → [РнФ] +
[Сб
22F
11 ] −
(с) + 2 О
2 (г)
По этой причине пентафторид сурьмы вместе с трифторидом хлора и N
22F
2 сбн
22F
11 были рассмотрены для удаления газа радона на урановых рудниках из-за образования соединений радона и фтора. [ 1 ] Соединения радона могут образовываться в результате распада радия в галогенидах радия - реакции, которая использовалась для уменьшения количества радона, выходящего из мишеней во время облучения . [ 7 ] Кроме того, соли [RnF] + катион с анионами SbF −
6 , ТаФ −
6 и БиФ −
6 известны. [ 7 ] Радон также окисляется дифторидом кислорода до RnF.
2 при 173 К (-100 ° C; -148 ° F). [ 7 ]
Оксиды радона являются одними из немногих других известных соединений радона ; [ 11 ] только триоксид ( RnO
3 ) подтвердилось. [ 12 ] Высшие фториды RnF
4 и РнФ
6 утверждается, что существует [ 12 ] и рассчитаны на стабильность, [ 13 ] но их идентификация неясна. [ 12 ] Возможно, их наблюдали в экспериментах, когда неизвестные радонсодержащие продукты перегоняли вместе с гексафторидом ксенона : это могли быть RnF.
4 , РнФ
6 или оба. [ 7 ] Утверждалось , что незначительное нагревание радона с ксеноном, фтором, пентафторидом брома и фторидом натрия или фторидом никеля также 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 [НиФ 6 ] 2− , тот факт, что радон соосаждается из водного раствора с CsXeO
3 F был принят как подтверждение того, что RnO
3 , что было подтверждено дальнейшими исследованиями гидролизованного раствора. Это [RnO 3 F] − не образовывался в других экспериментах, возможно, это связано с высокой концентрацией использованного фторида. Исследования электромиграции также предполагают наличие катионного [HRnO 3 ] + и анионный [HRnO 4 ] − формы радона в слабокислом водном растворе (pH > 5), методика ранее была подтверждена исследованием гомологичного триоксида ксенона. [ 12 ]
техника распада Также использовалась . Аврорин и др. сообщил в 1982 году, что 212 Соединения Fr , сокристаллизованные со своими аналогами цезия, по-видимому, сохраняют химически связанный радон после электронного захвата; аналогии с ксеноном предполагали образование RnO 3 , но подтвердить это не удалось. [ 14 ]
Вполне вероятно, что трудность в идентификации высших фторидов радона связана с тем, что радон кинетически затруднен от окисления за пределы двухвалентного состояния из-за сильной ионности дифторида радона ( RnF
2 ) и высокий положительный заряд радона в RnF + ; пространственное разделение RnF
2 Для четкой идентификации высших фторидов радона могут потребоваться молекулы, из которых RnF
4 Ожидается, что будет более стабильным, чем RnF.
6 из-за спин-орбитального расщепления 6p-оболочки радона (Rn IV был бы 6s с закрытым корпусом 2
18:00 2
конфигурация 1/2 ). Следовательно, хотя РнФ
4 должен иметь такую же стабильность, как и тетрафторид ксенона ( XeF
4 ), РнФ
6, вероятно, будет гораздо менее стабильным, чем гексафторид ксенона ( XeF
6 ): гексафторид радона, вероятно, также будет правильной октаэдрической молекулой, в отличие от искаженной октаэдрической структуры XeF.
6 , из-за эффекта инертной пары . [ 15 ] [ 16 ] Поскольку радон весьма электроположителен по отношению к благородному газу, вполне возможно, что фториды радона на самом деле приобретают структуры с высоким содержанием фтор-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 еще не обнаружен. [ 7 ]
радона Было предсказано, что карбонил (RnCO) стабилен и имеет линейную молекулярную геометрию . [ 17 ] Молекулы Rn
2 Было обнаружено, что и RnXe значительно стабилизируются за счет спин-орбитального взаимодействия . [ 18 ] Радон, заключенный в фуллерен, был предложен в качестве лекарства от опухолей . [ 19 ] [ 20 ] Несмотря на существование Xe(VIII), не утверждалось, что существуют соединения Rn(VIII); РнФ
8 должен быть крайне неустойчив химически (XeF 8 термодинамически нестабилен). Прогнозируется, что наиболее стабильным соединением Rn(VIII) будет перрадонат бария (Ba 2 RnO 6 ), аналог перксената 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
7 для формирования RnF
2 . В растворе фторида галогена радон нелетуч и существует в виде RnF. + и Рн 2+ катионы; присоединение фторид-анионов приводит к образованию комплексов RnF −
3 и РнФ 2−
4 , что соответствует химическому составу бериллия (II) и алюминия (III). [ 7 ] Стандартный электродный потенциал Rn 2+ Пара /Rn оценивается как +2,0 В, [ 21 ] хотя нет никаких доказательств образования стабильных ионов или соединений радона в водных растворах. [ 7 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Келлер, Корнелиус; Вольф, Уолтер; Шани, Джашовам. «Радионуклиды. 2. Радиоактивные элементы и искусственные радионуклиды». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.o22_o15 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Бадер, Ричард Ф.В. «Введение в электронную структуру атомов и молекул» . Университет Макмастера . Проверено 26 июня 2008 г.
- ^ Дэвид Р. Лиде (2003). «Раздел 10, Атомная, молекулярная и оптическая физика; Потенциалы ионизации атомов и атомарных ионов». Справочник CRC по химии и физике (84-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press.
- ^ Аврорин В.В.; Красикова, Р.Н.; Нефедов В.Д.; Торопова, М.А. (1982). «Химия радона». Российское химическое обозрение . 51 (1): 12. Бибкод : 1982RuCRv..51...12А . дои : 10.1070/RC1982v051n01ABEH002787 . S2CID 250906059 .
- ^ Штейн, Л. (1970). «Ионный раствор радона». Наука . 168 (3929): 362–4. Бибкод : 1970Sci...168..362S . дои : 10.1126/science.168.3929.362 . ПМИД 17809133 . S2CID 31959268 .
- ^ Питцер, Кеннет С. (1975). «Фториды радона и элемента 118» . Химические коммуникации . 44 (18): 760–761. дои : 10.1039/C3975000760b .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Штейн, Лоуренс (1983). «Химия радона». Радиохимика Акта . 32 (1–3): 163–171. дои : 10.1524/ract.1983.32.13.163 . S2CID 100225806 .
- ^ 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 А. 102 (52): 10647. Бибкод : 1998JPCA..10210647L . дои : 10.1021/jp9825516 .
- ^ Филатов, Михаил; Кремер, Дитер (2003). «Связь в гексафториде радона: необычная релятивистская проблема?». Физическая химия Химическая физика . 5 (6): 1103. Бибкод : 2003PCCP....5.1103F . дои : 10.1039/b212460m .
- ^ Холлоуэй, Дж. (1986). «Фториды благородных газов». Журнал химии фтора . 33 (1–4): 149. Бибкод : 1986JFluC..33..149H . дои : 10.1016/S0022-1139(00)85275-6 .
- ^ Аврорин В.В.; Красикова, Р.Н.; Нефедов В.Д.; Торопова, М.А. (1982). «Химия радона». Российское химическое обозрение . 51 (1): 12. Бибкод : 1982RuCRv..51...12А . дои : 10.1070/RC1982v051n01ABEH002787 . S2CID 250906059 .
- ^ Jump up to: а б с д Сайкс, AG (1998). «Последние достижения в химии благородных газов» . Достижения неорганической химии . Том. 46. Академическая пресса. стр. 91–93. ISBN 978-0120236466 . Проверено 2 ноября 2012 г.
- ^ Jump up to: а б с Тайер, Джон С. (2010). «Релятивистские эффекты и химия более тяжелых элементов основной группы». Релятивистские методы для химиков . Проблемы и достижения в области вычислительной химии и физики. Том. 10. с. 80. дои : 10.1007/978-1-4020-9975-5_2 . ISBN 978-1-4020-9974-8 .
- ^ Аврорин В.В.; Красикова, Р.Н.; Нефедов В.Д.; Торопова, М.А. (1982). «Химия радона». Российское химическое обозрение . 51 (1): 12–20. Бибкод : 1982RuCRv..51...12A . дои : 10.1070/RC1982v051n01ABEH002787 . S2CID 250906059 .
- ^ Либман, Джоэл Ф. (1975). «Концептуальные проблемы химии благородных газов и фтора, II: отсутствие тетрафторида радона». Неорг. Нукл. хим. Летт . 11 (10): 683–685. дои : 10.1016/0020-1650(75)80185-1 .
- ^ Jump up to: а б Зеппельт, Конрад (2015). «Молекулярные гексафториды». Химические обзоры . 115 (2): 1296–1306. дои : 10.1021/cr5001783 . ПМИД 25418862 .
- ^ Малли, Гульзари Л. (2002). «Прогнозирование существования карбонила радона: RnCO». Международный журнал квантовой химии . 90 (2): 611. дои : 10.1002/qua.963 .
- ^ Рунеберг, Нино; Пюиккё, Пекка (1998). «Релятивистские псевдопотенциальные расчеты на Xe 2 , RnXe и Rn 2 : ван-дер-ваальсовые 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 .
- ^ Браун, Малкольм В. (5 марта 1993 г.). «Химики нашли способ создать «невозможное» соединение» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 30 января 2009 г.
- ^ Долг, М.; Кюхле, В.; Столл, Х.; Пройсс, Х.; Швердтфегер, П. (20 декабря 1991 г.). «Псевдопотенциал Ab initio для Hg в Rn: II. Молекулярные расчеты гидридов Hg в At и фторидов Rn». Молекулярная физика . 74 (6): 1265–1285. Бибкод : 1991МолФ..74.1265Д . дои : 10.1080/00268979100102951 . ISSN 0026-8976 .
- ^ Братч, Стивен Г. (29 июля 1988 г.). «Стандартные электродные потенциалы и температурные коэффициенты в воде при 298,15 К». Журнал физических и химических справочных данных . 18 (1): 1–21. Бибкод : 1989JPCRD..18....1B . дои : 10.1063/1.555839 . S2CID 97185915 .