稀有气体元素的化合物

2019-11-14 22:58:34

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  自19世纪末以来,稀有气体元素不能生成热力学稳定化合物的结论给科学家人为地划定了一个禁区,致使绝大多数化学家不愿再涉猎这一被认为是荒凉贫瘠的不毛之地,关于稀有气体化学性质的研究被忽略了。尽管如此,仍有少数化学家试图合成稀有气体化合物。1932年,前苏联的阿因托波夫(A.R.Antropoff)曾报道,他在液体空气冷却器内,用放电法使氪与氯、溴反应,制得了较氯易挥发的暗红色物质,并认为是氪的卤化物。但当有人采用他的方法重复实验时却未获成功。阿因托波夫就此否定了自己的报道,认为所谓氪的卤化物实际上是氧化氮和卤化氢,并非氪的卤化物。1933年,美国著名化学家鲍林(L.Pauling)通过对离子半径的计算,曾预言可以制得六氟化氙(XeF6)、六氟化氪(KrF6)、氙酸及其盐。扬斯特(D.M.Younst)受阿因托波夫的第一个报道和鲍林预言的启发,用紫外线照射和放电法试图合成氟化氙和氯化氙,均未成功。他在放电法合成氟化氙的实验中将氟和氙按一定比例混合后,在铜电极间施以30000伏的电压,进行火花放电,但未能检验出氟化氙的生成。扬斯特由于对传统观念心有余悸,没有坚持继续进行实验,使一个极有希望的方法半途而废。一系列的失败,致使在以后的30多年中很少有人再涉足这一领域。令人遗憾的是,到了1961年,鲍林也否定了自己原来的预言,认为“氙在化学上是完全不反应的,它无论如何都不能生成通常含有共价键或离子键化合物的能力”。


  历史的发展颇具戏剧性,就在鲍林否定其预言的第二年,第一个稀有气体化合物——六氟合铂酸氙(XePtF6)竟奇迹般地出现了,并以它独特的经历和风姿震惊了整个化学界,标志着稀有气体化学的建立,开创了稀有气体化学研究的崭新领域。


  在加拿大工作的英国年轻化学家巴特列特(N.Bartlett)一直从事无机氟化学的研究。自1960年以来,文献上报道了数种新的铂族金属氟化物,它们都是强氧化剂,其中高价铂的氟化物六氟化铂(PtF6)的氧化性甚至比氟还要强。巴特列特首先用PtF6与等摩尔氧气在室温条件下混合反应,得到了一种深红色固体,经X射线衍射分析和其他实验确认此化合物的化学式为O2PtF6,其反应方程式为:


  O2+PtF6→O2PtF6


  这是人类第一次制得O+2的盐,证明PtF6是能够氧化氧分子的强氧化剂。巴特列特头脑机敏,善于联想类比和推理。他考虑到O2的第一电离能是1175.7千焦/摩尔,氙的第一电离能是1175.5千焦/摩尔,比氧分子的第一电离能还略低,既然O2可以被PtF6氧化,那么氙也应能被PtF6氧化。他同时还计算了晶格能,若生成XePtF6,其晶格能只比O2PtF6小41.84千焦/摩尔。这说明XePtF6一旦生成,也应能稳定存在。于是巴特列特根据以上推论,仿照合成O2PtF6的方法,将PtF6的蒸气与等摩尔的氙混合,在室温下竟然轻而易举地得到了一种橙黄色固体XePtF6:


  Xe+PtF6→XePtF6


  该化合物在室温下稳定,其蒸气压很低。它不溶于非极性溶剂四氯化碳,这说明它可能是离子型化合物。它在真空中加热可以升华,遇水则迅速水解,并逸出气体:


  2XePtF6+6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2+12HF

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