•charakteristika: •p prvky – celkem 8 elektronů mají v orbitalech s a p – proto jejich atomy netvoří vazby s jinými atomy ani vzájemně • Þ molekuly vzácných plynů jsou jednoatomové •byly považovány za nereaktivní = inertní, bylo však připraveno několik sloučenin xenonu, kryptonu a radonu •bez barvy a zápachu, velmi lehké plyny p8 prvky – vzácné plyny He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn •název z řeckého helios – Slunce – objeveno ve spektru Slunce •výskyt: –druhý nejrozšířenější prvek ve vesmíru –malé množství v zemské atmosféře (0,5 ml na 100 l vzduchu) • •průmyslová výroba: –vedlejší produkt při frakční destilaci zkapalněného vzduchu •Helium fyzikální vlastnosti: §monoatomické molekuly §bezbarvý, nehořlavý plyn bez chuti, bez zápachu, těžko zkapalnitelný §tzv. helium I je supratekuté, tzn. bez tření protéká libovolnými předměty, §supravodivé, tzn. dokáže vést elektrický proud bez ztrát (má neměřitelný elektrický odpor) §schopnost difundovat řadou materiálů (pryž, PVC, sklo) • •chemické vlastnosti: §mimořádně netečný plyn §netvoří žádné sloučeniny • využití: §chladivo (např. NMR spektrometrie) §plnění osvětlovacích trubic a výbojek §příprava speciální vzduchové směsi pro hloubkové potápěče – pro snížení tlaku kyslíku v krvi (nedochází ke vzniku tzv. kesonové nemoci) §plnění meteorologických balónů §ochranná atmosféra - při práci s hořlavinami •název z řeckého néon – nový •výskyt: –v zemské atmosféře (1,8 ml ve 100 l vzduchu) •průmyslová výroba: –destilací zkapalněného vzduchu • •Neon fyzikální vlastnosti: -monoatomické molekuly -bezbarvý, bez chuti, bez zápachu chemické vlastnosti: -netvoří žádné sloučeniny -chemicky mimořádně netečný plyn využití: - plnění žárovek, osvětlovacích trubic a výbojek •název z řeckého argón – líný •výskyt: –v zemské atmosféře (1 l ve 100 l vzduchu) • •Argon fyzikální vlastnosti: -monoatomické molekuly -bezbarvý, bez chuti, bez zápachu chemické vlastnosti: -chemicky netečný plyn využití: -plnění žárovek, osvětlovacích trubic a výbojek -inertní atmosféra při vysokoteplotních metalurgických procesech •výskyt: –malém množství v zemské atmosféře (0,114 ml ve 100 l vzduchu) • •průmyslová výroba: –jako vedlejší produkt při frakční destilaci vzduchu • •Krypton fyzikální vlastnosti: -pouze jednoatomové molekuly, těžko zkapalnitelný chemické vlastnosti: -chemicky netečný plyn -tvoří pouze jednoatomové molekuly využití: -převážně na plnění žárovek, osvětlovacích trubic a výbojek Krypton_Lamp •výskyt: –malém množství v zemské atmosféře (0,008 ml na 100 l vzduchu) • •průmyslová výroba: –vedlejší produkt při frakční destilaci zkapalněného vzduchu •Xenon •yzikální vlastnosti: -bezbarvý plyn -těžko zkapalnitelný chemické vlastnosti: -chemicky netečný,ale vytváří několik sloučenin využití: -plnění žárovek, osvětlovacích trubic a výbojek Sloučeniny – je jich mnoho, např.: -oxid xenonový - v pevném stavu velmi explozivní (srovnatelný s TNT) •výskyt: –v malém množství v zemské atmosféře –v přírodě spíše společně s radiem, z něhož také vzniká radioaktivní přeměnou •Radon fyzikální vlastnosti: -bezbarvý plyn -Radioaktivní (alfa zářič) -těžko zkapalnitelný chemické vlastnosti: -mimořádně chemicky netečný, tvoří fluoridy využití: -dříve při léčbě rakoviny k ozařování, -léčba onemocnění pohybového aparátu - soli radia -zdroj gama záření -radonové koupele (protizánětlivý a analgetický účinek) • - • Radion Palace-bazén Hotel%20Radium%20Palace •radonový index •Sloučeniny vzácných plynů •He, Ne a Ar netvoří žádné známé stabilní sloučeniny. •Sloučeniny Kr a Xe jsou známy. •Rn je schopen tvořit stabilní fluoridy, případně i další sloučeniny, ale vzhledem k tomu, že nemá žádné stabilní izotopy, nelze očekávat valný význam těchto sloučenin. He Ne Ar Kr Xe Rn atomové číslo 2 10 18 36 54 86 relativní atomová hmotnost 4,00260 20,179 39,948 83,80 131,29 222 teplota tání °C - -248,61 -189,37 -157,2 -111,8 -71 teplota varu °C -268,93 -246,06 -185,86 -153,35 -108,13 -62 I. ionizační potenciál (eV) 24,58 21,56 15,76 14,00 12,13 10,75 výparné teplo (kJ/mol) 0,08 1,74 6,52 9,05 12,65 18,1 rozp. ve vodě (cm3/kg) 8,61 10,5 33,6 59,4 108,1 230 • •Vzácné plyny - vlastnosti • Název tohoto typu látek je odvozen z latinského clathratus (uzavřený do klece). • • Pojem hostitele a hosta • §Tvoří je Ar, Kr, a Xe (host) ale také jiné, molekulární plyny (SO2, O2, N2, CO), případně i jiné molekuly. § §Jedná se o zvláštní uspořádání molekul v krystalu „hostitele“ , kde subsystém vazeb vytváří dutiny, do kterých mohou být uzavřeny atomy, nebo molekuly obecně různých látek, které jsou v nich pak vázány pouze slabými van der Waalsovskými silami. § §Tyto látky mají nestechiometrické složení, které se blíží nějaké limitní hodnotě a nepovažujeme je za sloučeniny vzácných plynů ve smyslu tvorby chemické vazby. •Klathráty obecně •Vzácné plyny - klathráty •Látkou, která vytváří klathráty s Ar, Kr, a Xe je například hydrochinon. •Jejich složení se blíží limitní hodnotě poměru •plyn : hydrochinon 1:3. •Další příklady: 8Kr. 46 H2O §Klathráty vzácných plynů jsou relativně stálé, ale plyn se z nich uvolňuje při teplotě tání. § §Vznikají krystalizací např. z vody nasycené plynem za tlaku 1- 4 MPa. § §Jejich praktické použití je spojeno s potřebou zabránit úniku radioaktivních izotopů vzácných plynů, které vznikají v jaderných reaktorech. § §Za vysokého tlaku se mohou tvořit klathráty, které obsahují až 20 % argonu. •Vzácné plyny – sloučeniny §Stabilní izolovatelné chemické sloučeniny, charakterizovatelné jako chemická individua, tvoří pouze Kr a Xe. §Sloučeniny radonu lze těžko izolovat pro jeho vysokou aktivitu, která je příčinou jejich rychlé radiolýzy. •N. Bartlettem a D.H. Lochmanem v roce 1962, kdy byla připravena reakcí Xe s PtF6 první jeho skutečná sloučenina na základě zjištění, že v připravené sloučenině s kyslíkem O2+[PtF6]- je ionizační energie kyslíku je téměř stejná jako ionizační energie Xe– nebyl proto důvod předpokládat, že reakce s Xe s PtF6 nebude probíhat. • • •Po tomto objevu však byly relativně rychle za sebou připraveny fluoridy XeF2 a XeF4, resp. XeF6 Tyto reakce pak představují skutečný počátek chemie vzácných plynů. •Xe + 2 PtF6 [ XeF]+ [PtF6]- + PtF5 [ XeF]+ [Pt2F11]- •25 °C •60 °C Oxidační stav Vzorec Teplota tání (°C) Stereochemie II XeF2 129 D¥h lineární IV XeF4 117,1 D4h čtvercová VI XeF6 49,5 deformovaný oktaedr XeOF4 -46 C4v čtvercová pyramida XeO2F2 30,8 C2v CsXeOF5 deformovaný oktaedr KXeO3F čtvercová pyramida XeO3 exploduje C3v pyramidální VIII XeO4 -35,9 Td tetraedr XeO3F2 -54,1 D3h trigonálně bipyramidální Ba2XeO6 >300 rozklad Oh oktaedr •Vzácné plyny – sloučeniny xenonu §Připravují se přímou syntézou, přičemž na vzájemném poměru Xe : F2 , tlaku a teplotě závisí složení získaného produktu. § §Reakce se provádějí v uzavřených niklových nádobách. § §Produkty jsou bílé krystalické látky. •Vzácné plyny – fluoridy xenonu a kryptonu •XeF2 komerčně dostupný, tyto látky zatím nemají praktického významu §z hlediska základního výzkumu však představují tyto sloučeniny velmi zajímavé objekty, zejména pokud jde o studium vazebných poměrů v nich. •Pokud jde o sloučeniny dalších vzácných plynů, byly popsány některé sloučeniny kryptonu, z nichž nejlépe prostudovanou látkou je KrF2. Stabilní je ovšem jen do teploty kolem -153 °C. §dobře se rozpouští ve vodě a jeho roztoky jsou při teplotě kolem 0 °C a v neutrálním prostředí celkem stálé. § §V přítomnosti zásad probíhá rychlá hydrolýza: § •2 XeF2 + 2 H2O → 2 Xe + 4 HF + O2 § §vodný roztok XeF2 je slabé fluorační a silné oxidační činidlo: • •2 Ag+ + XeF2 → 2 Ag2+ + Xe + 2 F- •XeF2 + 2 Cl- → Xe + Cl2 + 2 F- •ale také: •XeF2 + BrO3- + 2 OH- → Xe + BrO4- + 2 F- + H2O • •a oxiduje rovněž i soli chromité až na chromany. •XeF2 •Vzácné plyny – fluoridy xenonu •Lineární molekula §snadno sublimuje §reakce jsou obdobné jako u XeF2, ale je silnějším fluoračním činidlem: 2 Hg + XeF4 → Xe + 2 HgF2 Pt + XeF4 → Xe + PtF4 2 SF4 + XeF4 → Xe + 2 SF6 §hydrolýze však podléhá velmi snadno: 6 XeF4 + 12 H2O → 2 XeO3 + 4 Xe + 3 O2 + 24 HF ale průběh hydrolýzy má složitý mechanismus. •Vzácné plyny – fluoridy xenonu •XeF4 •čtvercová molekula, symetrie D4h §je těkavější než fluorid xenoničitý. §vodou se rozkládá velmi prudce a ve směsi produktů je opět obsažen explozivní oxid xenonový. § §fluorid xenonový je silným fluoračním činidlem, které napadá i sklo: 2 XeF6 + SiO2 → 2 XeOF4 + SiF4 2 XeOF4 + SiO2 → 2 XeO2F2 + SiF4 2 XeO2F2 + SiO2 → 2 XeO3 + SiF4 Tvar molekuly XeF6 je dodnes předmětem zájmu chemiků. Jisté je, že se v plynné fázi nejedná o jednoduchý oktaedr a v pevné fázi jsou známy nejméně čtyři různé formy XeF6. •Vzácné plyny – fluoridy xenonu •XeF6 •Vznikají jak již bylo dříve zmíněno jako meziprodukty při velmi opatrné hydrolýze, např.: • •XeF6 + H2O → XeOF4 + 2 HF • •nebo reakcí fluoridů, případně jiných fluorid oxidů s oxidy: • •XeO4 + XeF6 → XeO3F2 + XeOF4 • •XeO3 + XeOF4 → 2 XeO2F2 • •Jsou to těkavé, bezbarvé kapaliny, nebo nízkotající látky, které podléhají ve vodných roztocích hydrolýze. •Existují sice sloučeniny s vazbami Xe-N a Xe-C, které však nejsou příliš stabilní. •Vzácné plyny – fluorid-oxidy xenonu §je velmi nebezpečný, silně explozivní §vzniká hydrolýzou fluoridů xenonu §ve vodě je velmi silným oxidačním činidlem. §jeho reakce jsou však pomalé (je kineticky inertní). §tyto roztoky bývají označovány jako kyselina xenonová a jsou stálé, pokud neobsahují oxidovatelné látky, nebo zásady. • V zásaditém prostředí vznikají přechodně xenonany: XeO3 + OH- ® HXeO4- ale ty se zvolna disproporcionují za vzniku xenoničelanů a volného xenonu: 2 HXeO4- + 2 OH- → XeO64- + Xe + O2 + 2 H2O •Vzácné plyny – kyslíkaté sloučeniny xenonu •XeO3 §výhradně se získávají srážením roztokem XeO3 s roztokem NaOH za přítomnosti ozonu. § •Na4XeO6∙2,5H2O •Ba2XeO6 § §koncentrovanou kyselinou sírovou se rozkládá za chladu, kdy lze připravit XeO4, plyn, který je podobně jako XeO3, silně explozivní. •Vzácné plyny – kyslíkaté sloučeniny •Xenoničelany