Из экзотического царства в семью обыкновенных элементов

инертный газ

Шесть химических эле­ментов, известных под общим наименовани­ем «инертных газов», на­ходящихся в нулевой группе периодической системы, были открыты позже большинства дру­гих элементов. Благода­ря своей химической недеятельности, инертные газы нашли весьма ши­рокое применение во мно­гих отраслях науки и техники. Инертными га­зами интересуются те­перь физики и химики, металлурги и медики, биологи и геологи, пред­ставители многих других профессий.

Но вернемся к истории.

Существование инерт­ных газов предсказал в 80-х годах прошлого сто­летия видный русский ученый и революционер Н. А. Морозов. В книге «Периодические системы строения вещества» Н. А. Морозов, анализируя си­стему строения органиче­ских веществ, писал, что в органических веществах переход между соедине­ниями с резко противо­положными свойствами совершается через веще­ства с пассивными (инер­тными) свойствами. Он пришел к выводу, что в периодической системе элементов переход от ак­тивнейших галогенов с наиболее выраженными электроотрицательными свойствами к электропо­ложительным щелочным металлам должен проис­ходить через элементы инертные. Эти вещества должны быть газообраз­ными,— считал Морозов. В той части периодичес­кой системы элементов, где сейчас находятся ге­лий, неон, аргон, крип­тон, ксенон и радон, он поставил числа 4, 20, 40, 82 и т. д.— предполага­емые атомные веса недо­стающих элементов.

Создатель периодичес­кого закона Д. И. Менде­леев не был знаком с книгой Н. А. Морозова, и до открытия инертных газов нулевой группы в его системе не существо­вало.

Открытие аргона и ге­лия столкнуло периоди­ческий закон с большими трудностями. Возник во­прос о размещении но­вых элементов в периодической системе. Прин­цип периодического по­вторения свойств элементов не мог допустить су­ществования только ар­гона и гелия. Поместив гелий между водородом и литием, а аргон — между хлором и калием, Уильям Рамзай предположил, что недостающие элементы должны быть аналогами аргона и гелия и обладать сходными свойствами. Иными сло­вами, это должны быть более тяжелые инертные газы… Действительно, в 1897 — 1898 гг. были от­крыты неон, криптон и ксенон. Последний эле­мент из группы инертных газов — радон был обна­ружен в 1900 г.— в спек­тре газов, находившихся в ампуле с радием.

В 1900 г. в Лондоне про­изошла встреча Менделе­ева с Рамзаем. Оба уче­ных пришли к убежде­нию, что в периодической системе элементов необходимо создать нулевую группу. Д. И. Менделеев писал по этому поводу: «Это было своего рода испытание теоретической стороны периодического закона. Испытание было выдержано с успехом… Периодическая закон­ность, нимало не нару­шаясь, оказалась удовле­творяющей и аргонным элементам. Эти элементы по величине их атомных весов заняли точное ме­сто между галоидами и щелочными металлами».

На протяжении многих лет среди химиков суще­ствовало представление, что элементы нулевой группы периодической системы в химическом отношении совершенно недеятельны.

Первые попытки полу­чения химических соеди­нений инертных газов предпринимались, по су­ти дела, вслепую, так как в тот период теория химической связи находи­лась в зачаточном со­стоянии. (В дальнейшем эти исследования послу­жили основой для пост­роения теории ионной связи.)

Сущность первых экс­периментов сводилась к тому, что инертные газы подвергались действию наиболее сильных окис­лителей. Однако даже с такими мощными реаген­тами, как кислород, хлор или фтор, ни при обыч­ных, ни при очень высо­ких или низких темпера­турах, ни даже под действием электрического разряда положительных результатов получить не удалось. Гримм и Герцфельд в 1923 г. вычисли­ли теплоту образования «возможных» окислов и галогенидов инертных га­зов и нашли, что во всех случаях эти соединения должны быть сильно зндотермичными и при образовании поглощать сот­ни килокалорий на грамм-молекулу. Попытки найти молекулы инертных газов привели к обнаружению ионизированных молекул гелия и неона, воз­никающих в процессе электрического разряда.

Но существует еще один тип соединений, в кото­ром молекулы одного типа как бы «включены» в молекулы (или в кристал­лическую решетку) другого вещества. В таких «молекулярных соедине­ниях» связь между от­дельными частицами обусловлена только вандер-ваальсовыми силами. Первое соединение одно­го из инертных газов — аргона, относящееся к этому типу, было получе­но в 1896 г. француз­ским физиком Р. Вийяром, который сжимал ар­гон до 150 атмосфер при 0 С. Вийяр определил уп­ругость диссоциации ги­драта аргона при двух температурах и нашел ее равной 150 ат при 0° С и 210 ат при 80 С. намного позже, в 1923 — 1925 гг.,

Р. Форкран тем же мето­дом синтезировал гидра­ты криптона и ксенона, которые оказались зна­чительно устойчивее ги­драта аргона. Таким об­разом, гидраты были по­лучены только для трех инертных газов, а для ос­тальных — радона, нео­на и гелия — они оста­вались неизвестными. От­крытие этих гидратов, которые бесспорно дока­зывали реальность су­ществования каких-то со­единений инертных га­зов, весьма долго остава­лось для многих непо­нятным и удивительным. Некоторую ясность в этот вопрос внесли иссле­дования советского хими­ка Б. А. Никитина по хи­мии радона и других инертных газов, прове­денные в период с 1935 по 1952 г.

Несмотря на то, что число известных молеку­лярных соединений до­вольно велико, теория их была почти не разработа­на. Продолжая работы по изучению законов сокристаллизации, начатые им еще под руководством В. Г. Хлопина, основопо­ложника исследований радия в нашей стране,

Б. А. Никитин разрабо­тал метод изоморфного соосаждения, при кото­ром не требуется созда­вать большие давления газов, так как истинно изоморфные вещества способны образовывать смешанные кристаллы при любой концентрации компонентов. Никитину впервые удалось получить кристаллогидраты радона и неона. Основываясь на химических свойствах инертных газов и разности упруго­сти диссоциации их гидратов, Б. А. Никитин разработал метод разде­ления этих гидратов.

Исследования Б. А. Ни­китина в области химии инертных газов по ори­гинальности выполнения и принципиальному зна­чению можно назвать классическими. Но все же полученные им со­единения инертных газов нельзя считать истинно химическими. Дело в ТОМ, что такие соединения состоят из кристалличе­ской решетки ОСНОВНОГО вещества (вода, фенол, хинолин и т. п.), в пусто­тах которой находится газообразная молекула инертного газа. Соедине­ния такого типа называ­ют клатратными или со­единениями включения *. Молекулы, соединяясь под действием вандерваальсовых сил, образуют кристаллогидраты и не­которые виды комплексных соединений, иной раз довольно прочные. Одна­ко при таком виде связи электроны не переходят от одной молекулы к другой, а остаются в каждой из них.

Настоящий переворот в химии инертных газов произошел летом 1962 г., когда американскому хи­мику Н. Бартлету уда­лось синтезировать соединение ксенона с гек­сафторидом платины.

Перечисленные в статье Г. Малма и Г. Классена методы получения фторидов ксенона связа­ны с большими экспери­ментальными трудностя­ми. Советские исследова­тели В. М. Хуторецкий и В. А. Шпанский пошли по другому пути, считая, что применение таких жестких условий не обязательно (учитывая, что синтез первого соеди­нения Хе+[РtF6]- происхо­дил при непосредствен­ном соединении ксенона с гексафторидом платины при комнатной темпера­туре). В. М. Хуторецкому и В. А. Шпанскому удалось синтезировать ди­фторид ксенона при обыч­ной температуре и под небольшим давлением. Реакция протекала с вы­делением тепла (40 — 50 ккал/моль), а иногда со взрывом.

К настоящему времени синтезировано и доволь­но подробно изучено около тридцати соедине­ний ксенона, криптона и радона (большинство из них принадлежит ксено­ну, что касается радона, то известен только его фторид).

Несмотря на то, что во­прос о строении соедине­ний инертных газов еще окончательно не решен, можно с уверенностью считать их самыми обычными химическими со­единениями, обладающи­ми настоящими химиче­скими связями. Постоян­но совершенствующаяся техника эксперимента весьма вероятно сделает нас свидетелями откры­тия соединений и других инертных газов: гелия, аргона и неона.

Б. Г. КРАСИЛЬНИКОВ

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>