VZÁCNÉ PLYNY
ACH 02
Katedra chemie FP TUL – www.kch.tul.cz
VZÁCNÉ PLYNY
1
VZÁCNÉ PLYNY
2
Vzácné plyny 1I
II
2
11
H
ns
22
Li
Be
3
3
III3
4 IV
V5
VI6
8
9 VIII
10
I
11 II12
s2 p 6
18 17 VIII V15 VI16 VII He
B
C
N
O
F
Ne
Al
Si
P
S
Cl
Ar
Cu Zn Ga Ge
As
Se
Br
Kr
I
Xe
(n-1) d
Ca
Sc
Ti
55 Rb Sr
Y
Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd
44
13 IV 14 III
np
Na Mg K
7 VII
V
66 Cs Ba Lu Hf Ta 77 Fr Ra Lr La
Cr Mn Fe
W
Re
Os
Co
Ir
Ni
Pt
Au Hg
In
Sn
Sb
Te
Tl
Pb
Bi
Po
At Rn
Rf Ha
Ce
Pr
Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
Ac Th
Pa
U
Np Pu Am Cm Bk
Cf
Es Fm Md No
Výskyt
He – je druhý nejrozšířenější prvek ve vesmíru (23% He, 76% H) – na zemi spolu s Ar jsou produkty radioaktivního rozpadu (prvotně vzniklé He uniklo - je příliš lehké)
3
Výskyt Vzácné plyny – tvoří 1% zemské atmosféry – v 1000 m3 vzduchu je 9 m3 Ar, 16 dm3 Ne, 4 dm3 He, 0,85 dm3 Kr a 0,08 dm3 Xe
Výskyt Pro porovnání zastoupení těchto prvků s ostatními je vhodné vyjádřit jejich koncentrace v hmotnostních %
• He • Ne • Ar • Kr • Xe • Rn
4 · 10 –7 jako Au, Pt 5 · 10 –7 3,6 · 10 –4 jako Br; >Ag 2,1 · 10 –8 2 · 10 –9 jako Ra, Re 6 · 10 –6
}
}
Takže ani ne vzácné !!! spíše ušlechtilé !!!
4
Příprava vzácných plynů Ar se získává z čistého suchého vzduchu zbaveného O2 (s Cu jako CuO) a N2 (s Mg jako Mg3N2) Výroba: při zkapalňování a frakční destilaci vzduchu Ar při výrobě NH3 jako nečistota vstupních plynů (H2 a N2) He ze zemního plynu (> 0,4%) po zkapalnění uhlovodíků (ekonomičtější než ze vzduchu Rn jako produkt radioaktivního rozpadu 226Ra (z 1 g = 0,64 cm3 za 30 dní)
Použití vzácných plynů He, Ne, Ar, Kr, Xe • inertní atmosféra v metalurgii • náhrada dusíku v dýchacích směsích • kryogenní médium • nosný plyn v chromatografii Ne, Kr, Xe • ve výbojkách (neonové trubice) • plnění žárovek Rn (radioaktivní-poločas rozpadu = 3,84 dne) • k léčení rakoviny • v γ defektoskopii
5
Hustota vzácných plynů [g/dm3]
Body varu vzácných plynů [K]
6
Zajímavost
„Supratekuté He“ s téměř nulovou viskozitou vzniká ochlazením na teplotu 2,178 K – tuto vlastnost nemá žádný jiný prvek (nepodařilo se dosud objasnit)
Cesta ke zkapalnění He „Snížit teplotu je mnohem obtížnější než ji zvýšit“ 1877 – zkapalnění O2 – francouzský fyzik L. P. Cailletet (90,2 K) 1883 – zkapalnění N2 – Z. F. Wroblewski a K. Olszewski (77,4 K) 1898 – zkapalnění H2 – anglický fyzik James Dewar (20,4 K) – domníval se, že tím končí cesta k absolutní nule 0 – mýlil se !!! 1908 – zkapalnění He – holandský fyzik H. Kamerlingh – Onnes (4,2 K) 1926 – pevné He (2,45 MPa – opačný postup stlačováním He) – W. H. Keesom (spolupracovník Onnese)
7
Chemické vlastnosti Vzácné plyny nemají snahu měnit svou elektronovou konfiguraci – jsou chemicky neobyčejně inaktivní. Ještě donedávna nebyla známa žádná skutečná sloučenina vzácného plynu a proto označení „inertní, respektive netečné plyny“ bylo plně oprávněné.
Chemické vlastnosti Počátek 60. let – N. Bartlett – zkoumal PtF6 a jeho extrémní oxidační schopnosti – test na O2 a posléze na Xe první stálá sloučenina XePtF6 (s atomem Xe v kladném oxidačním stavu) další výzkum se zaměřil na Kr a Rn (mají nejnižší Eionizační) v současnosti připravena řada dalších sloučenin
8
Stereochemie sloučenin Xe XeF2 – přímka F–Xe–F, volné elektronové páry tvoří trojbokou bipyramidu
XeF4 – rovinný čtverec, volné elektronové páry dotvářejí oktaedr
XeOF2 – T-tvar XeO2F2 – „houpačka“ XeO3F2 – trigonální bipyramida XeOF4 – čtvercová bipyramida XeF82– – tetragonální antiprizma
XeF6 – deformovaný oktaedr XeO3 – trigonální pyramida Další sloučeniny: – volný elektronový pár dotváří tetraedr
XeO4 – tetraedr XeO64– – oktaedr
– XeCl2, XeCl4, XeBr2 – KrF2, RnF2
Sloučeniny Xe – syntéza a reakce Fluoridy XeF2 (za nízké teploty a elektrického výboje) Xe + F2 → XeF2 2 XeF2 + 2 H2O → 2 Xe + 4 HF + O2
9
Sloučeniny Xe – syntéza a reakce Fluoridy XeF4 (za vyšší teploty a tlaku) Xe + 2 F2 → XeF4 2 XeF4 + 2 H2O → 2/3Xe + 1/3XeO3 + 1/2O2 + 4HF
Sloučeniny Xe – syntéza a reakce Fluoridy XeF6 (za vyšší teploty a tlaku) Xe + 3 F2 → XeF6 2 XeF6 + SiO2 → 2 XeOF4 + SiF4 2 XeOF4+ SiO2 → 2 XeO2F2 + SiF4
10
Sloučeniny Xe - syntéza Oxidy XeO3, XeO4 XeF6 + 3 H2O → 6 HF + XeO3 xenonany XeO3 + OH– → HXeO4– xenoničelany 3 XeO3 + 12 OH– + O3 → 3 XeO64– + 6 H2O Ba2XeO6 + 2 H2SO4 → XeO4+ 2 BaSO4 + 2 H2O
Sloučeniny Xe - syntéza Fluoridy-oxidy XeF6 + 2 H2O → XeO2F2 + 4 HF XeF6 + H2O → XeOF4 + 2 HF
11
Další sloučeniny Xe Ternární sloučeniny: Rb[XeF7] Rb2[XeF8] Xe[RuF6]2 Xe[RhF6]2
Cs[XeF7]
Cs2[XeF8]
Vzácné plyny Vlastnosti: – jednoatomové molekuly bezbarvé, bez chuti, bez zápachu teploty varu a tání jsou vždy blízké hodnoty těžko zkapalnitelné chemicky netečné plyny radioaktivní je Xe a Rn
12
Příští přednáška Alkalické kovy
13
