Miksi jalokaasut ovat vakaita

Oikeastaan ei ole tarpeen syventää kvanttimekaniikka. On useita syitä siihen, miksi jalokaasut ovat stabiileja (kuten huoneenlämmössä olevat kaasut).

Ensinnäkin on ilmeinen täysi valenssikuori. Jaksollisen taulukon trendi tekee selväksi, että ytimen varaus kasvaa vasemmalta oikealle jokaisessa jaksossa. Elektroneihin kohdistuva vetovoima siis kasvaa. (Tämä pätee myös ylhäältä alas.) Alempien orbitaalien elektronit ($ n < \ text {period} $) suojaavat nyt ytimen varauksen. Tämä on jokseenkin sama koko kauden ajan. (Kiertoradat kutistuvat myös ytimen korkeamman varauksen vuoksi.) Jalokaasuissa valenssikuori on täysin täytetty, mikä tarjoaa melko hyvän suojan seuraavalle kuorelle. Myös pääkvanttiluvun kasvu tarkoittaa merkittävää nousua seuraavan kiertoradan energiatasossa. Tämän vuoksi on epätodennäköistä, että jalokaasu hyväksyy toisen elektronin.

Ytimen suuren varauksen vuoksi elektronin poistaminen kiertoradalta ei ole myöskään helppoa. Tämä on kuitenkin mahdollista (ainakin) argonista alaspäin. Esimerkiksi: $ \ ce {HArF} $ on stabiili matriisissa huoneenlämmössä. Siinä on vahva kovalenttinen $ \ sigma $ -sidos ($ \ ce {H \ bond {-} Ar +} $) ja ei aivan yhtä vahva ionisidos ($ \ ce {[HAr] + \ cdots F -} $). Krypton tekee jo jonkin verran hienoa kemiaa, joka on stabiili huoneenlämmössä. Kuten Al-setä on huomauttanut, Xenon on tunnettu reaktiivisuudestaan.

Mutta miksi äkillinen muutos? On melko intuitiivista, että jokaisen orbitaalin suurin elektronitiheys kasvavan pääkvanttiluvun kanssa on myös kauempana ytimestä. Se tekee valenssikuoresta erittäin polarisoituvan. Myös elektronit ovat paremmin suojattujen edellisten kuorien avulla. Näiden alkuaineiden luonnollinen esiintyminen on kuitenkin (homonukleaarisia) kaasuja.

Jos kuitenkin tuodaan nämä elementit läheiseen kosketukseen toistensa kanssa, todettiin, että niillä on hyvin pieni dissosiaatioenergia ($ D_e < 1 ~ \ text {meV} $). Tämä johtuu dispersiosta ja van-der-Waalsin voimista, jotka ovat tärkein vuorovaikutus näiden elementtien välillä. $ \ Ce {He2} $: ssa ei kuitenkaan havaittu sitovaa tilaa (välitön dissosiaatio).

Mutta se ei silti vastaa, miksi nämä elementit ovat vakaita kaasuina, kuten todettiin, houkuttelevat voimat. Syy on niin yksinkertainen kuin ilmeinen: Entropia. Jos kaksi jalokaasua muodostaisi molekyylin / adduktin, tämän molekyylin sidos- / assosiaatioenergian olisi kompensoitava entropian menetys (kahdesta tilavuuselementistä tulisi yksi, joten kaasun olisi laajennettava kattamaan aiemmin käytetty huone, mikä vaatii työenergiaa.

Tschopin selitys kattaa myös, miksi MO: n näkökulmasta $ \ ce {He2} $: ssa ei voisi olla sidosta. Mene eteenpäin ja kysy itseltäsi, pitäisikö tämä paikkansa $ \ ce {He3} $. Tiedämme myös, että kiertoradan päällekkäisyys on vain yksi osa totuutta. On monia muita. Jos ei olisi niin mukavaa asiaa, kuten dispersio ja muut heikot kemialliset vuorovaikutukset , meitä ei olisi.

Kommentit

• Kaasun monikko on kaasuja. " Kaasut " on muodon verbistä " kaasuksi " eli päästää kaasua.

Ne ovat vakaita, koska energia on matalampi. (Ah, yleinen vastaus jokaiseen kemian ongelmaan!)

Haluan tarkentaa: Jos jalokaasuja esiintyy piimauksina, energian tulisi olla pienempi verrattuna niiden monoatomiseen muotoon. Mutta kun yhdistät sitoutumiskumppaneiden atomi-orbitaalit molekyylipyörätilaan (MO-LCAO), täytät elektronit kaikkiin MO: iin, sitoutumiseen ja vasta-aineisiin.

Koska vasta-aineita sitovat orbitaalit ovat enemmän vasta-aineita kuin sitovia orbitaaleja sitovat , yhdisteen kokonaisenergia kasvaa. Joten tämä on tila, jota järjestelmä haluaa välttää antamalla sinulle monoatomiset elementit.

Kommentit

• Lontoon hajonnan takia molekyyli $ \ ce { He2} $ on liimautunut hieman, joten uskon, että tämä vastaus ei ole täysin oikea.
• @Martin: Puhutko molekyylinsisäisestä, naapurina olevan Lontoon leviämisestä? Voisitko viitata lausuntoosi?
• Löysin sen vahingossa tästä upeasta kvanttikemian oppikirjasta, jonka on kirjoittanut Ira N. Levine . Hän viittaa kuitenkin molekyylispektreihin ja molekyylirakenteeseen, IV. Diatomisten molekyylien vakiot, KP Huber G.Herzberg .

http://chemistry.about.com/od/noblegasfacts/a/Noble-Gas-Compounds.htm
Jalokaasut ovat reaktiivisia. Seuraavassa on joitain esimerkkejä.

kommentit

• lainaan verkkosivusto, johon linkität: " Heliumilla, neonilla, argonilla, kryptonilla, ksenonilla, radonilla on valmiit valenssielektronikuoret, joten ne ovat erittäin stabiileja. " Ne ' eivät ole niin reaktiivisia kuin esimerkiksi happi. Tarvitset suuria paineita näiden yhdisteiden saamiseksi.
• Ksenonidifluoridia muodostuu alkuainepaineista UV-valolla, J. Am. Chem. Soc., 184 (23) 4612 (1962). Xe reagoi PtF6: n kanssa, kuten ammuttu, tyhjiöputkessa tai 77 kelviinillä nestemäisessä SF6: ssa, doi: 10.1016 / S0010-8545 (99) 00190-3
• It ' s varmasti totta, että jalokaasuyhdisteet eivät ole ' t täysin inerttejä, mutta se ' on myös varmasti totta, että ne ovat hyvin inerttejä useimpiin olosuhteisiin. Vaikka vastaus on informatiivinen, ilman asiayhteyttä tämä vastaus on hieman harhaanjohtava.
• Kääri putkilanka teflonteipillä ennen ruuvaamista yhteen. Se sulkee paremmin, estää särkymisen ja helpottaa irrotusta. Jos kyseessä on alumiiniputki, teipattu liitos räjähtää usein. Etsi vedetön AlF3: n / _ \ H_f. Kaikki hauskaa on alaviitteissä.