stringtranslate.com

Compuestos de xenón

Los compuestos de xenón son compuestos que contienen el elemento xenón (Xe). Después del descubrimiento de Neil Bartlett en 1962 de que el xenón puede formar compuestos químicos, se han descubierto y descrito una gran cantidad de compuestos de xenón. Casi todos los compuestos de xenón conocidos contienen los átomos electronegativos flúor u oxígeno. La química del xenón en cada estado de oxidación es análoga a la del elemento vecino yodo en el estado de oxidación inmediatamente inferior. [1]

Haluros

Un modelo de molécula química plana con un átomo central azul (Xe) unido simétricamente a cuatro átomos periféricos (flúor).
Tetrafluoruro de xenón
Muchos cristales cúbicos transparentes en una placa de Petri.
Cristales de XeF 4 , 1962

Se conocen tres fluoruros : XeF2, XeF4, y XeF6Se cree que el XeF es inestable. [2] Estos son los puntos de partida para la síntesis de casi todos los compuestos de xenón.

El difluoruro sólido y cristalino XeF
2Se forma cuando una mezcla de gases de flúor y xenón se expone a la luz ultravioleta. [3] El componente ultravioleta de la luz diurna ordinaria es suficiente. [4] El calentamiento a largo plazo de XeF
2a altas temperaturas bajo un NiF
2El catalizador produce XeF
6. [5] Pirólisis de XeF
6En presencia de NaF se obtiene XeF de alta pureza.
4. [6]

Los fluoruros de xenón se comportan como aceptores y donadores de fluoruro, formando sales que contienen cationes como XeF+
y Xe
2F+
3, y aniones como XeF−
5, XeF−
7, y XeF2−
8El Xe verde y paramagnético+
2se forma por la reducción de XeF
2por gas xenón. [1]

XeF
2También forma complejos de coordinación con iones de metales de transición. Se han sintetizado y caracterizado más de 30 complejos de este tipo. [5]

Mientras que los fluoruros de xenón están bien caracterizados, los otros haluros no lo están. Se informa que el dicloruro de xenón , formado por la irradiación de alta frecuencia de una mezcla de xenón, flúor y silicio o tetracloruro de carbono [7] , es un compuesto endotérmico, incoloro y cristalino que se descompone en los elementos a 80 °C. Sin embargo, XeCl
2Puede ser simplemente una molécula de van der Waals de átomos de Xe y Cl débilmente unidos .
2moléculas y no un compuesto real. [8] Los cálculos teóricos indican que la molécula lineal XeCl
2es menos estable que el complejo de van der Waals. [9] El tetracloruro de xenón y el dibromuro de xenón son más inestables y no pueden sintetizarse mediante reacciones químicas. Se crearon por desintegración radiactiva de129
ICl−
4y129
IBr−
2, respectivamente. [10] [11]

Óxidos y oxohaluros

Se conocen tres óxidos de xenón: trióxido de xenón ( XeO
3) y tetróxido de xenón ( XeO
4), ambos agentes oxidantes potentes y peligrosamente explosivos, y el dióxido de xenón (XeO 2 ), que se informó en 2011 con un número de coordinación de cuatro. [12] El XeO 2 se forma cuando el tetrafluoruro de xenón se vierte sobre hielo. Su estructura cristalina puede permitirle reemplazar al silicio en minerales de silicato. [13] El catión XeOO + se ha identificado mediante espectroscopia infrarroja en argón sólido . [14]

El xenón no reacciona directamente con el oxígeno; el trióxido se forma por hidrólisis de XeF
6: [15]

XeF
6+ 3 horas
2O → XeO
3+ 6 altas frecuencias

XeO
3es débilmente ácido y se disuelve en álcali para formar sales de xenato inestables que contienen HXeO−
4anión. Estas sales inestables se desproporcionan fácilmente en gas xenón y sales de perxenato , que contienen el XeO4−
6anión. [16]

El perxenato de bario, cuando se trata con ácido sulfúrico concentrado , produce tetróxido de xenón gaseoso: [7]

Licenciado en Letras
2XeO
6+ 2 horas
2ENTONCES
4→ 2 BaSO
4+ 2 horas
2O + XeO
4

Para evitar la descomposición, el tetróxido de xenón así formado se enfría rápidamente hasta convertirse en un sólido de color amarillo pálido. Explota por encima de los -35,9 °C en gas xenón y oxígeno, pero por lo demás es estable.

Se conocen varios oxifluoruros de xenón, incluido el XeOF
2, XeOF
4, XeO
2F
2, y XeO
3F
2.XeOF​
2se forma al reaccionar OF2con gas xenón a bajas temperaturas. También puede obtenerse por hidrólisis parcial de XeF
4Se desproporciona a -20 °C en XeF
2y XeO
2F
2. [17] XeOF
4se forma por la hidrólisis parcial de XeF
6... [18]

XeF
6+ H
2O → XeOF
4+ 2 altas frecuencias

...o la reacción de XeF
6con perxenato de sodio, Na
4XeO
6La última reacción también produce una pequeña cantidad de XeO .
3F
2.

XeO
2F
2También se forma por hidrólisis parcial de XeF
6. [19]

XeF
6+ 2 horas
2O → XeO
2F
2+ 4 altas frecuencias

XeOF
4reacciona con CsF para formar XeOF−
5anión, [17] [20] mientras que XeOF 3 reacciona con los fluoruros de metales alcalinos KF , RbF y CsF para formar XeOF−
4anión. [21]

Otros compuestos

El xenón se puede unir directamente a un elemento menos electronegativo que el flúor o el oxígeno, particularmente el carbono . [22] Los grupos atractores de electrones, como los grupos con sustitución de flúor, son necesarios para estabilizar estos compuestos. [16] Se han caracterizado numerosos compuestos de este tipo, incluidos: [17] [23]

Otros compuestos que contienen xenón unido a un elemento menos electronegativo incluyen F–Xe–N(SO
2F)
2y F–Xe–BF
2Este último se sintetiza a partir de tetrafluoroborato de dioxigenilo , O
2BF
4, a -100 °C. [17] [24]

Un ion inusual que contiene xenón es el catión tetraxenonogold(II) , AuXe2+
4, que contiene enlaces Xe–Au. [25] Este ion se encuentra en el compuesto AuXe
4(Sr.
2F
11)
2, y es notable por tener enlaces químicos directos entre dos átomos notoriamente poco reactivos, el xenón y el oro , con el xenón actuando como un ligando de metal de transición. También se conoce un complejo de mercurio similar (HgXe)(Sb 3 F 17 ) (formulado como [HgXe 2+ ][Sb 2 F 11 – ][SbF 6 – ]). [26]

El compuesto Xe
2Sb
2F
11contiene un enlace Xe–Xe, el enlace elemento-elemento más largo conocido (308,71 pm = 3,0871  Å ). [27]

En 1995, M. Räsänen y sus colaboradores, científicos de la Universidad de Helsinki en Finlandia , anunciaron la preparación de dihidruro de xenón (HXeH), y más tarde hidruro-hidróxido de xenón (HXeOH), hidroxenoacetileno (HXeCCH) y otras moléculas que contienen Xe. [28] En 2008, Khriachtchev et al. informaron la preparación de HXeOXeH por fotólisis de agua dentro de una matriz criogénica de xenón. [29] También se han producido moléculas deuteradas , HXeOD y DXeOH. [30]

Clatratos y excímeros

Además de los compuestos en los que el xenón forma un enlace químico , el xenón puede formar clatratos , sustancias en las que los átomos o pares de xenón quedan atrapados en la red cristalina de otro compuesto. Un ejemplo es el hidrato de xenón (Xe· 5+3 ⁄ 4 H 2 O), donde los átomos de xenón ocupan vacantes en una red de moléculas de agua. [31] Este clatrato tiene un punto de fusión de 24 °C. [32] También se ha producidola versión deuterada de este hidrato. [33] Otro ejemplo es el hidruro de xenón (Xe(H 2 ) 8 ), en el que los pares de xenón ( dímeros ) están atrapados dentro del hidrógeno sólido . [34] Estos hidratos de clatrato pueden producirse de forma natural en condiciones de alta presión, como en el lago Vostok debajo de la capa de hielo de la Antártida . [35] La formación de clatrato se puede utilizar para destilar fraccionadamente xenón, argón y criptón. [36]

El xenón también puede formar compuestos de fulerenos endoédricos , en los que un átomo de xenón queda atrapado dentro de una molécula de fulereno . El átomo de xenón atrapado en el fulereno se puede observar mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) de 129 Xe . A través del sensible desplazamiento químico del átomo de xenón hacia su entorno, se pueden analizar las reacciones químicas en la molécula de fulereno. Sin embargo, estas observaciones no están exentas de salvedades, ya que el átomo de xenón tiene una influencia electrónica en la reactividad del fulereno. [37]

Cuando los átomos de xenón están en el estado de energía fundamental , se repelen entre sí y no formarán un enlace. Sin embargo, cuando los átomos de xenón se energizan, pueden formar un excímero (dímero excitado) hasta que los electrones regresen al estado fundamental . Esta entidad se forma porque el átomo de xenón tiende a completar la capa electrónica más externa agregando un electrón de un átomo de xenón vecino. La vida útil típica de un excímero de xenón es de 1 a 5 nanosegundos, y la desintegración libera fotones con longitudes de onda de aproximadamente 150 y 173  nm . [38] [39] El xenón también puede formar excímeros con otros elementos, como los halógenos bromo , cloro y flúor . [40]

Referencias

  1. ^ ab Harding, Charlie; Johnson, David Arthur; Janes, Rob (2002). Elementos del bloque p. Gran Bretaña: Royal Society of Chemistry. págs. 93-94. ISBN 0-85404-690-9.
  2. ^ Dean H Liskow; Henry F Schaefer III; Paul S Bagus; Bowen Liu (1973). "Probable inexistencia de monofluoruro de xenón como especie químicamente ligada en la fase gaseosa". J Am Chem Soc . 95 (12): 4056–57. doi :10.1021/ja00793a042.
  3. ^ Weeks, James L.; Chernick, Cedric; Matheson, Max S. (1962). "Preparación fotoquímica de difluoruro de xenón". Revista de la Sociedad Química Americana . 84 (23): 4612–13. doi :10.1021/ja00882a063.
  4. ^ Streng, LV; Streng, AG (1965). "Formación de difluoruro de xenón a partir de difluoruro de xenón y oxígeno o flúor en vidrio Pyrex a temperatura ambiente". Química inorgánica . 4 (9): 1370–71. doi :10.1021/ic50031a035.
  5. ^ ab Tramšek, Melita; Žemva, Boris (5 de diciembre de 2006). "Síntesis, propiedades y química del fluoruro de xenón (II)". Acta Chimica Eslovena . 53 (2): 105-16. doi : 10.1002/chin.200721209.
  6. ^ Ogrin, Tomaz; Bohinc, Matej; Silvnik, Joze (1973). "Determinaciones del punto de fusión de mezclas de difluoruro de xenón y tetrafluoruro de xenón". Journal of Chemical and Engineering Data . 18 (4): 402. doi :10.1021/je60059a014.
  7. ^ ab Scott, Thomas; Eagleson, Mary (1994). "Compuestos de xenón". Enciclopedia concisa de química . Walter de Gruyter . pág. 1183. ISBN 3-11-011451-8.
  8. ^ Proserpio, Davide M.; Hoffmann, Roald; Janda, Kenneth C. (1991). "El enigma del xenón-cloro: ¿complejo de van der Waals o molécula lineal?". Journal of the American Chemical Society . 113 (19): 7184–89. doi :10.1021/ja00019a014.
  9. ^ Richardson, Nancy A.; Hall, Michael B. (1993). "La superficie de energía potencial del dicloruro de xenón". The Journal of Physical Chemistry . 97 (42): 10952–54. doi :10.1021/j100144a009.
  10. ^ Bell, CF (2013). Síntesis y estudios físicos de compuestos inorgánicos . Elsevier Science. pág. 143. ISBN 978-1-48328060-8.
  11. ^ Cockett, AH; Smith, KC; Bartlett, N. (2013). La química de los gases monatómicos: Textos de Pérgamo sobre química inorgánica . Elsevier Science. pág. 292. ISBN 978-1-48315736-8.
  12. ^ Brock, DS; Schrobilgen, GJ (2011). "Síntesis del óxido de xenón faltante, XeO 2 , y sus implicaciones para el xenón faltante en la Tierra". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 133 (16): 6265–9. doi :10.1021/ja110618g. PMID  21341650.
  13. ^ "Química: ¿Adónde fue el xenón?". Nature . 471 (7337): 138. 2011. Bibcode :2011Natur.471T.138.. doi : 10.1038/471138d .
  14. ^ Zhou, M.; Zhao, Y.; Gong, Y.; Li, J. (2006). "Formación y caracterización del catión XeOO + en argón sólido". Revista de la Sociedad Química Americana . 128 (8): 2504–5. doi :10.1021/ja055650n. PMID  16492012.
  15. ^ Holloway, John H.; Hope, Eric G. (1998). AG Sykes (ed.). Avances en química inorgánica. Prensa académica. pág. 65. ISBN 0-12-023646-X.
  16. ^ ab Henderson, W. (2000). Química de grupos principales. Gran Bretaña: Royal Society of Chemistry . pp. 152–53. ISBN 0-85404-617-8.
  17. ^ abcd Mackay, Kenneth Malcolm; Mackay, Rosemary Ann; Henderson, W. (2002). Introducción a la química inorgánica moderna (6.ª ed.). CRC Press. págs. 497–501. ISBN 0-7487-6420-8.
  18. ^ Smith, DF (1963). "Oxifluoruro de xenón". Science . 140 (3569): 899–900. Bibcode :1963Sci...140..899S. doi :10.1126/science.140.3569.899. PMID  17810680. S2CID  42752536.
  19. ^ "Elementos del bloque P". Libro de texto de química, parte 1, para el grado XII (PDF) (edición de octubre de 2022). NCERT. 2007. pág. 204. ISBN 9788174506481.
  20. ^ Christe, KO; Dixon, DA; Sanders, JCP; Schrobilgen, GJ; Tsai, SS; Wilson, WW (1995). "Sobre la estructura del anión [XeOF 5 ] − y de fluoruros complejos heptacoordinados que contienen uno o dos ligandos altamente repulsivos o pares de electrones de valencia libres estéricamente activos". Inorg. Chem. 34 (7): 1868–1874. doi :10.1021/ic00111a039.
  21. ^ Christe, KO; Schack, CJ; Pilipovich, D. (1972). "Óxido de trifluoruro de cloro. V. Formación de complejos con ácidos y bases de Lewis". Inorg. Chem. 11 (9): 2205–2208. doi :10.1021/ic50115a044.
  22. ^ Holloway, John H.; Hope, Eric G. (1998). Avances en química inorgánica. Colaborador AG Sykes. Academic Press. págs. 61–90. ISBN 0-12-023646-X.
  23. ^ Frohn, H.; Theißen, Michael (2004). "C 6 F 5 XeF, un material de partida versátil en la química del xenón-carbono". Journal of Fluorine Chemistry . 125 (6): 981–988. doi :10.1016/j.jfluchem.2004.01.019.
  24. ^ Goetschel, Charles T.; Loos, Karl R. (1972). "Reacción de xenón con tetrafluoroborato de dioxigenilo. Preparación de FXe-BF 2 ". Revista de la Sociedad Química Americana . 94 (9): 3018–3021. doi :10.1021/ja00764a022.
  25. ^ Li, Wai-Kee; Zhou, Gong-Du; Mak, Thomas CW (2008). Gong-Du Zhou; Thomas CW Mak (eds.). Química inorgánica estructural avanzada. Oxford University Press . p. 678. ISBN 978-0-19-921694-9.
  26. ^ Hwang, In-Chul; Seidel, Stefan; Seppelt, Konrad (22 de septiembre de 2003). "Complejos de xenón de oro (I) y mercurio (II)". Angewandte Chemie International Edition . 42 (36): 4392–4395. doi :10.1002/anie.200351208. ISSN  1433-7851. PMID  14502720.
  27. ^ Li, Wai-Kee; Zhou, Gong-Du; Mak, Thomas CW (2008). Química inorgánica estructural avanzada . Oxford University Press. pág. 674. ISBN 978-0-19-921694-9.
  28. ^ Gerber, RB (2004). "Formación de nuevas moléculas de gas raro en matrices de baja temperatura". Revista Anual de Química Física . 55 (1): 55–78. Bibcode :2004ARPC...55...55G. doi :10.1146/annurev.physchem.55.091602.094420. PMID  15117247.
  29. ^ Khriachtchev, Leonid; Isokoski, Karoliina; Cohen, Arik; Räsänen, Markku; Gerber, R. Benny (2008). "Una pequeña molécula neutra con dos átomos de gas noble: HXeOXeH". Revista de la Sociedad Química Americana . 130 (19): 6114–8. doi :10.1021/ja077835v. PMID  18407641.
  30. ^ Pettersson, Mika; Jriachtchev, Leonid; Lundell, enero; Räsänen, Markku (1999). "Un compuesto químico formado a partir de agua y xenón: HXeOH". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 121 (50): 11904–905. doi :10.1021/ja9932784.
  31. ^ Pauling, L. (1961). "Una teoría molecular de la anestesia general". Science . 134 (3471): 15–21. Bibcode :1961Sci...134...15P. doi :10.1126/science.134.3471.15. PMID  13733483.Reimpreso como Pauling, Linus; Kamb, Barclay, eds. (2001). Linus Pauling: Selected Scientific Papers. Vol. 2. River Edge, NJ: World Scientific. págs. 1328–34. ISBN 981-02-2940-2.
  32. ^ Henderson, W. (2000). Química de los grupos principales. Gran Bretaña: Royal Society of Chemistry. p. 148. ISBN 0-85404-617-8.
  33. ^ Ikeda, Tomoko; Mae, Shinji; Yamamuro, Osamu; Matsuo, Takasuke; Ikeda, Susumu; Ibberson, Richard M. (23 de noviembre de 2000). "Distorsión de la red huésped en hidrato de clatrato en función de la molécula huésped y la temperatura". Revista de Química Física A. 104 (46): 10623–30. Código Bib : 2000JPCA..10410623I. doi :10.1021/jp001313j.
  34. ^ Kleppe, Annette K.; Amboage, Mónica; Jephcoat, Andrew P. (2014). "Nuevo compuesto de van der Waals de alta presión Kr(H2)4 descubierto en el sistema binario criptón-hidrógeno". Scientific Reports . 4 : 4989. Bibcode :2014NatSR...4E4989K. doi : 10.1038/srep04989 .
  35. ^ McKay, CP; Hand, KP; Doran, PT; Andersen, DT; Priscu, JC (2003). "Formación de clatratos y destino de gases nobles y biológicamente útiles en el lago Vostok, Antártida". Geophysical Research Letters . 30 (13): 35. Bibcode :2003GeoRL..30.1702M. doi :10.1029/2003GL017490. S2CID  20136021.
  36. ^ Barrer, RM; Stuart, WI (1957). "Cltrato no estequiométrico del agua". Actas de la Royal Society de Londres . 243 (1233): 172–89. Bibcode :1957RSPSA.243..172B. doi :10.1098/rspa.1957.0213. S2CID  97577041.
  37. ^ Frunzi, Michael; Cross, R. James; Saunders, Martin (2007). "Efecto del xenón en las reacciones de los fulerenos". Revista de la Sociedad Química Americana . 129 (43): 13343–6. doi :10.1021/ja075568n. PMID  17924634.
  38. ^ Silfvast, William Thomas (2004). Fundamentos del láser. Cambridge University Press . ISBN 0-521-83345-0.
  39. ^ Webster, John G. (1998). Manual de medición, instrumentación y sensores. Springer. ISBN 3-540-64830-5.
  40. ^ McGhee, Charles; Taylor, Hugh R.; Gartry, David S.; Trokel, Stephen L. (1997). Láseres excimer en oftalmología. Informa Health Care. ISBN 1-85317-253-7.