Dlaczego gazy szlachetne są stabilne

Właściwie nie jest konieczne zagłębianie się w mechanika kwantowa. Istnieje kilka powodów, dla których gazy szlachetne są stabilne (podobnie jak gazy w temperaturze pokojowej).

Przede wszystkim istnieje oczywista powłoka o pełnej wartościowości. Trend w układzie okresowym jasno pokazuje, że ładunek jądra rośnie od lewej do prawej w każdym okresie. W związku z tym wzrasta siła przyciągania elektronów. (Dotyczy to również od góry do dołu.) Elektrony na niższych orbitalach ($ n < \ text {period} $) chronią teraz ładunek jądra. Będzie to mniej więcej takie samo w całym okresie. (Orbitale również kurczą się ze względu na wyższy ładunek jądra). W gazach szlachetnych powłoka walencyjna jest całkowicie wypełniona, zapewniając całkiem dobrą osłonę dla następnej powłoki. Również wzrost głównej liczby kwantowej oznacza znaczny wzrost poziomu energii następnego orbitalu. To sprawia, że jest mało prawdopodobne, aby gaz szlachetny przyjął inny elektron.

Ze względu na wysoki ładunek jądra niełatwo jest również usunąć elektron z orbity. Jest to jednak możliwe od (przynajmniej) argonu w dół. Na przykład: $ \ ce {HArF} $ jest stabilny w matrycy w temperaturze pokojowej. Ma silne wiązanie kowalencyjne $ \ sigma $ ($ \ ce {H \ bond {-} Ar +} $) i nie tak silne wiązanie jonowe ($ \ ce {[HAr] + \ cdots F -} $). Krypton ma już pewną wymyślną chemię, która jest stabilna w temperaturze pokojowej. Jak zauważył wujek Al, ksenon jest dobrze znany ze swojej reaktywności.

Ale skąd ta nagła zmiana? Jest dość intuicyjne, że maksymalna gęstość elektronów dla każdego orbitalu wraz ze wzrostem głównej liczby kwantowej jest również dalej od jądra. To sprawia, że powłoka walencyjna jest bardzo dobrze spolaryzowana. Również elektrony są lepiej ekranowane przez poprzednie powłoki. Jednak naturalne występowanie tych pierwiastków występuje jako (homojądrowe) gazy.

Jeśli jednak zbliżysz te pierwiastki do bliskiego kontaktu, okaże się, że mają one bardzo małą energię dysocjacji ($ D_e < 1 ~ \ text {meV} $). Wynika to z dyspersji i sił van-der-Waalsa, które są główną interakcją między tymi elementami. Jednak w $ \ ce {He2} $ nie zaobserwowano żadnego trybu wiązania (natychmiastowa dysocjacja).

Ale to nadal nie wyjaśnia, dlaczego te pierwiastki są stabilne jak gazy, jak wskazano, że w rzeczywistości istnieją siły przyciągające. Powód jest tak prosty, jak oczywisty: Entropia. Gdyby dwa szlachetne gazy utworzyły cząsteczkę / addukt, energia wiązania / asocjacji tej cząsteczki musiałaby skompensować utratę entropii (dwa elementy objętości stałyby się jednym, stąd gaz musiałby się rozszerzyć, aby pokryć poprzednio zajmowane pomieszczenie, co wymaga energii do pracy).

Wyjaśnienie tschoppi obejmuje również, dlaczego z punktu widzenia MO nie może istnieć więź w $ \ ce {He2} $. Śmiało i zadaj sobie pytanie, czy byłoby to prawdą dla $ \ ce {He3} $. Wiemy również, że zachodzenie orbit jest tylko jednym ze składników prawdy. Jest ich o wiele więcej. Gdyby nie tak przyjemna rzecz, jak dyspersja i inne słabe oddziaływania chemiczne , nie istnielibyśmy.

Komentarze

• Liczba mnoga gazu to gazy. " Gazy " to forma czasownika " do gazu ", tj. emitować gaz.

Są stabilne, ponieważ energia jest niższa. (Ach, uniwersalna odpowiedź na każdy problem chemiczny!)

Pozwólcie, że rozwinę się: jeśli gazy szlachetne występowałyby jako pierwiastki dwuatomowe, energia powinna być niższa w porównaniu z ich formą jednoatomową. Ale kiedy połączysz orbitale atomowe partnerów wiążących z orbitalami molekularnymi (MO-LCAO), wypełnisz elektrony wszystkie MO, wiązania, a także przeciwdziałające MO.

Ponieważ orbitale antypoślizgowe są bardziej antybakteryjne niż orbitale wiążące , całkowita energia związku wzrasta. Jest to więc stan, którego system woli unikać, dając Ci elementy monoatomowe.

Komentarze

• Ze względu na dyspersję w Londynie cząsteczka $ \ ce { He2} $ nieznacznie wiąże się, więc uważam, że ta odpowiedź nie jest całkowicie poprawna.
• @Martin: Czy mówisz o wewnątrzcząsteczkowej dyspersji Londynu do najbliższego sąsiada? Czy możesz podać odniesienie do swojego stwierdzenia?
• Znalazłem je przez przypadek w tym cudownym podręczniku chemii kwantowej autorstwa Iry N. Levine . Jednak odnosi się on do Molecular Spectra And Molecular Structure, IV. Stałe cząsteczek dwuatomowych, KP Huber G. Herzberg .

http://chemistry.about.com/od/noblegasfacts/a/Noble-Gas-Compounds.htm
Gazy szlachetne są reaktywne. Oto kilka przykładów:

Komentarze

• Cytuję strona internetowa, do której prowadzi link: " Hel, neon, argon, krypton, ksenon, radon ukończyły powłoki elektronów walencyjnych, więc są bardzo stabilne. " Oni ' nie są tak reaktywni jak, powiedzmy, tlen. Aby uzyskać te związki, potrzebne są wysokie ciśnienia.
• Dwufluorek ksenonu powstaje z pierwiastków pod niskim ciśnieniem w świetle UV, J. Am. Chem. Soc., 184 (23) 4612 (1962). Xe reaguje z PtF6 jak śrut, w linii próżniowej lub przy 77 kelwinach w ciekłym SF6, doi: 10.1016 / S0010-8545 (99) 00190-3
• It ' z pewnością prawda, że związki gazów szlachetnych nie są ' t całkowicie obojętne, ale z pewnością są również ' prawda, że są bardzo obojętne na większość warunków. Ta odpowiedź jest pouczająca, ale bez kontekstu jest nieco myląca.
• Owiń gwint rurowy taśmą teflonową przed skręceniem. Lepiej uszczelnia, zapobiega zacieraniu i ułatwia demontaż. Jeśli jest to rura aluminiowa, złącze taśmowe często eksploduje. Wyszukaj / _ \ H_f bezwodnego AlF3. Cała zabawa jest w przypisach.