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稀有气体化合物合成史大揭秘!

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2014-08-15 09:11:00【

  了解元素周期表的人都知道在表的最右侧是属于稀有气体的,他们以性质稳定,不易于其他物质发生反应而被命名为惰性气体。但是惰性气体也不是一成不变的,他们也能发生反应。历史上第一位尝试让惰性气体和其它活泼物质发生反应的便是惰性气体化学的老祖宗--拉姆谢。

 

  几乎所有的惰性气体都是拉姆谢发现的,他从从液化空气中发现氖(neon,Ne)、氩(argon,Ar)、氪(krypton,Kr)、氙 (xenon,Xe),也分离鉴定氦(helium,He)与氡(radon,Rn)。他尝试把氩气和其他物质混合,发现氩气完全不和其他化合物反应,闻风不动。惰性气体之所以反应性相当差,是因为它们的价壳层电子完全填满,要硬塞给它们一个电子或强夺一个电子都非常不容易,难以应用他们的价电子与其他物质反应。

 

惰性气体化学的老祖宗--拉姆谢

 

  氙气化合物的发现

 

  也许「无心插柳柳成荫」可用来形容巴特莱特(Neil Bartlett,1932-2008,)的发现,他最初的实验对象并非惰性气体,而是铂的氟化物。已知二氟化铂(PtF2)可和氟气反应成 四氟化铂(PtF4)。巴特莱特于1960年操作同样的实验,不过这回使用更高的温度,他发现会得到两种产物,一种是氟化程度更高的五氟化铂(PtF5),另外还有一种铂的氟氧化物,巴特莱特进行元素分析定出结构为四氟氧化铂(PtOF4)。等等,反应物不是只有二氟化铂和氟气吗?氧是哪裡来的?仔细检验发现,氧是由氟在高温下与实验器皿的玻璃(主成分为二氧化硅,SiO2)反应得到。

 

  不过在进行更精确、完整的元素分析后,巴特莱特发现第二种产物的简式并非PtOF4,而是PtO2F6。更特别的是,将此铂盐水解会得到PtF6-的阴离子。因为酸根不会是在水溶液中才形成,所以原先在铂盐裡就是六个氟原子接在铂原子上,意味此盐类应该是(O2)+(PtF6)-,巴特莱特于1962年订正他之前所发表的结果。

 

  O2+?哇!因为氧通常容易抓电子形成阴离子而非丢电子,所以这是相当罕见的阳离子,巴特莱特发现了一个美丽的意外。不过巴特莱特的思考不仅于此,他看出这个实验 背后的可能性:氧气的第一游离能(O2–>O2+)是12.2电子伏特(eV,1eV=96kJ/mole),与氙的第一游离能(12.1电子伏特)相近。这意味著六氟化铂若可氧化氧气,应该也可以氧化氙,形成氙的化合物。在1962年稍晚,巴特莱特提出他划时代的杰作,实验在低温下缓慢将 氙加入六氟化铂,反应形成一种橘黄色的固体,那就是六氟铂酸氙(XePtF6),世界上第一种稀有气体化合物。

 

  当然也有其他人尝试合成稀有气体化合物,1916年,考索尔(Walther Kossel)根据元素的游离能数据,推测氪和氙应能与氟结合形成化合物。自此之后,惰性气体化合物的挑战者始终络绎不绝,不乏鼎鼎大名的化学家参与战役。包括公认史上氟化学的最强者,德国化学家瑞福(Otto Ruff)也尝试失败。1933年,鲍林(Linus Pauling,1954年诺贝尔化学奖)发表论文预测H4XeO6、XeF6、KrF6的存在;鲍林的同侪尤斯特(Don Yost)与凯(Albert Kaye)试图合成XeF6,但是他们始终无法取得足够的产物来分析证明。

 

  虽然一开始四氟化铂的反应出乎巴特莱特意料之外,但是他成功的解释实验现象,把错误化成转捩点,并且洞见惰性气体的发展性,再次证实「机会是留给有准备的人」。在巴特莱特之后,化学家也已合成出氩气、氪气、氡气的化合物,只剩下最后的两座山头需要攻下:氦气、氖气。 

 

此文关键字:特种气体 氙气