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Compuestos de neón

Los compuestos de neón son compuestos químicos que contienen el elemento neón (Ne) con otras moléculas o elementos de la tabla periódica . Se creía que no existían compuestos del gas noble neón, pero ahora se sabe que hay iones moleculares que contienen neón , así como moléculas que contienen neón excitadas temporalmente, llamadas excímeros . También se ha predicho que varias moléculas de neón neutrales son estables, pero aún no se han descubierto en la naturaleza. Se ha demostrado que el neón cristaliza con otras sustancias y forma clatratos o sólidos de Van der Waals .

El neón tiene un alto potencial de primera ionización de 21,564 eV, que solo es superado por el del helio (24,587 eV), lo que requiere demasiada energía para formar compuestos iónicos estables. La polarizabilidad del neón de 0,395 Å 3 es la segunda más baja de todos los elementos (solo la del helio es más extrema). La baja polarizabilidad significa que habrá poca tendencia a unirse a otros átomos. [1] El neón tiene una basicidad de Lewis o afinidad protónica de 2,06 eV. [2] El neón es teóricamente menos reactivo que el helio , lo que lo convierte en el menos reactivo de todos los elementos. [3]

Moléculas de Van der Waals

Las moléculas de Van der Waals son aquellas en las que el neón se mantiene unido a otros componentes mediante fuerzas de dispersión de London . Las fuerzas son muy débiles, por lo que los enlaces se romperán si hay demasiada vibración molecular, lo que sucede si la temperatura es demasiado alta (superior a la del neón sólido).

Los átomos de neón pueden unirse entre sí para formar grupos de átomos. El dímero Ne 2 , el trímero Ne 3 y el tetrámero de neón Ne 4 se han caracterizado mediante imágenes de explosión de Coulomb. Las moléculas se forman mediante un chorro supersónico en expansión de gas neón. El dímero de neón tiene una distancia media de 3,3 Å entre átomos. El trímero de neón tiene una forma aproximada de triángulo equilátero con lados de 3,3 Å de longitud. Sin embargo, la forma es flexible y las formas de triángulo isósceles también son comunes. El primer estado excitado del trímero de neón está 2 meV por encima del estado fundamental. El tetrámero de neón adopta la forma de un tetraedro con lados de alrededor de 3,2 Å. [4]

Las moléculas de Van der Waals con metales incluyen LiNe. [5]

Más moléculas de Van der Waals incluyen CF 4 Ne y CCl 4 Ne, Ne 2 Cl 2 , Ne 3 Cl 2 , [6] I 2 Ne, I 2 Ne 2 , I 2 Ne 3 , I 2 Ne 4 , I 2 Ne x He y (x=1-5, y=1-4). [7]

Las moléculas de Van der Waals formadas con moléculas orgánicas en gas incluyen anilina , [8] dimetiléter , [9] 1,1-difluoroetileno , [10] pirimidina , [11] clorobenceno , [12] ciclopentanona , [13] cianociclobutano, [14] y ciclopentadienilo . [15]

Ligandos

El neón puede formar un enlace muy débil con un átomo de metal de transición como ligando , por ejemplo Cr(CO) 5 Ne, [16] Mo(CO) 5 Ne y W(CO) 5 Ne. [17]

Se predice que el NeNiCO tiene una energía de enlace de 2,16 kcal/mol. La presencia de neón cambia la frecuencia de flexión del Ni−C−O en 36 cm −1 . [18] [19]

Se han aislado NeAuF [20] y NeBeS [21] en matrices de gases nobles . [22] Se ha detectado NeBeCO 3 mediante espectroscopia infrarroja en una matriz de neón sólido. Se formó a partir de gas berilio, dioxígeno y monóxido de carbono. [17]

La molécula cíclica Be2O2 se puede obtener evaporando Be con un láser con oxígeno y un exceso de gas inerte. Coordina dos átomos de gas noble y se han medido espectros en matrices de neón sólido. Las moléculas que contienen neón conocidas son la homoléptica Ne.Be2O2.Ne y las heterolépticas Ne.Be2O2.Ar y Ne.Be2O2.Kr . Los átomos de neón son atraídos por los átomos de berilio , ya que tienen una carga positiva en esta molécula. [23]

Las moléculas de sulfito de berilio BeO 2 S también pueden coordinar el neón con el átomo de berilio. La energía de disociación del neón es de 0,9 kcal/mol. Cuando se añade neón a la molécula cíclica, la ∠O-Be-O disminuye y las longitudes de enlace O-Be aumentan. [24]

Sólidos

Los sólidos de Van der Waals a alta presión incluyen (N 2 ) 6 Ne 7 . [25]

El hidrato de neón o clatrato de neón , un clatrato , se puede formar en hielo II a una presión de 480 MPa entre 70 K y 260 K. [26] También se prevé que otros hidratos de neón se asemejen al clatrato de hidrógeno y a los clatratos de helio . Estos incluyen las formas C 0 , hielo I h ​​y hielo I c . [26]

Los átomos de neón pueden quedar atrapados dentro de fulerenos como C 60 y C 70 . El isótopo 22 Ne está fuertemente enriquecido en meteoritos de condrita carbonácea , más de 1.000 veces su aparición en la Tierra. Este neón se emite cuando se calienta un meteorito. [27] Una explicación para esto es que originalmente cuando el carbono se condensaba a partir de las consecuencias de una explosión de supernova, se forman jaulas de carbono que atrapan preferentemente átomos de sodio, incluido 22 Na. Los fulerenos en formación atrapan órdenes de magnitud de sodio con mayor frecuencia que el neón, por lo que se forma Na@C 60 . en lugar del más común 20 Ne@C 60 . Luego, el 22 Na@C 60 se desintegra radiactivamente a 22 Ne@C 60 , sin ningún otro isótopo de neón. [28] Para hacer buckyballs con neón en su interior, el buckminsterfullereno se puede calentar a 600 °C con neón bajo presión. Con tres atmósferas durante una hora, aproximadamente 1 de cada 8.500.000 moléculas terminan con Ne@C 60 . La concentración dentro de las buckybolas es aproximadamente la misma que en el gas circundante. Este neón vuelve a salir cuando se calienta a 900 °C. [29]

El dodecaedro puede atrapar neón de un haz de iones de neón para producir Ne@C 20 H 20 . [30]

El neón también forma un compuesto de intercalación (o aleación) con fulerenos como el C 60 . En este caso, el átomo de Ne no está dentro de la esfera, sino que se acumula en los espacios de un cristal formado por las esferas. Se intercala bajo presión, pero es inestable en condiciones estándar y se desgasifica en menos de 24 horas. [31] Sin embargo, a bajas temperaturas, el Ne•C 60 es estable. [32]

El neón puede quedar atrapado dentro de algunos compuestos de estructura metalorgánica . En NiMOF-74, el neón puede absorberse a 100 K a presiones de hasta 100 bares y muestra histéresis, reteniéndose hasta presiones más bajas. Los poros absorben fácilmente seis átomos por celda unitaria, como una disposición hexagonal en los poros, con cada átomo de neón cerca de un átomo de níquel. Un séptimo átomo de neón puede ser forzado bajo presión en el centro de los hexágonos de neón. [33]

El neón se introduce en cristales de formiato de hierro y amonio (NH 4 Fe(HCOO) 3 ) y formiato de níquel y amonio (NH 4 Ni(HCOO) 3 ) a 1,5 GPa para producir Ne•NH 4 Fe(HCOO) 3 y Ne•NH 4 Ni(HCOO) 3 . Los átomos de neón quedan atrapados en una jaula de cinco unidades de triformiato metálico. Las ventanas de las jaulas están bloqueadas por iones de amonio. El argón no sufre esto, probablemente porque sus átomos son demasiado grandes. [34]

El neón puede penetrar la zeolita TON bajo presión. Cada celda unitaria contiene hasta 12 átomos de neón en la estructura Cmc 2 1 por debajo de 600 MPa. Esto es el doble de la cantidad de átomos de argón que se pueden insertar en esa zeolita. A 270 MPa, la ocupación es de alrededor del 20%. Por encima de 600 MPa, esta fase penetrada por el neón se transforma en una estructura Pbn 2 1 , que se puede volver a llevar a presión cero. Sin embargo, todo el neón escapa a medida que se despresuriza. [35] El neón hace que la zeolita permanezca cristalina, de lo contrario, a una presión de 20 GPa se habría colapsado y se habría vuelto amorfa. [35]

El vidrio de sílice también absorbe neón bajo presión. A 4 GPa hay 7 átomos de neón por nm 3 . [35]

Iones

Las moléculas iónicas pueden incluir neón, como los grupos Ne
metroÉl+
ndonde m va de 1 a 7 y n de 1 a más de 20. [36] HeNe + (catión helio neonuro) tiene un enlace covalente relativamente fuerte. La carga se distribuye entre ambos átomos. [37]

Cuando los metales se evaporan en un gas delgado de hidrógeno y neón en un campo eléctrico fuerte, se forman iones que se llaman neonuros o neuros . Los iones observados incluyen TiNe + , TiH 2 Ne + , ZnNe 2+ , ZrNe 2+ , NbNe 2+ , NbHNe 2+ , MoNe 2+ , RhNe 2+ , PdNe + , TaNe 3+ , WNe 2+ , WNe 3+ , ReNe 3+ , IrNe 2+ , AuNe + (posible). [38]

El SiF 2 Ne 2+ se puede fabricar a partir de neón y SiF2+
3utilizando tecnología de espectrómetro de masas. SiF 2 Ne 2+ tiene un enlace de neón a silicio. SiF2+
3tiene un enlace muy débil con el flúor y una alta afinidad electrónica. [39]

Se predice que NeCCH + , un acetileno sustituido, es energéticamente estable en 5,9 kcal/mol, uno de los iones orgánicos más estables. [40]

Durante mucho tiempo se desconoció la existencia de un anión molecular que contuviera neón. En 2020 se informó sobre la observación del anión molecular [B 12 (CN) 11 Ne] − . El boro vacante en los aniones [B 12 (CN) 11 ] − es muy electrofílico y es capaz de unirse al neón. Se descubrió que [B 12 (CN) 11 Ne] − era estable hasta 50 K y se encuentra significativamente por encima de la temperatura de condensación del Ne de 25 K. Esta temperatura es notablemente alta e indica una interacción química débil. [41]

Cúmulos iónicos

Los iones metálicos pueden atraer múltiples átomos de neón para formar racimos. La forma de las moléculas del racimos está determinada por la repulsión entre los átomos de neón y los electrones del orbital d del átomo de metal. En el caso del cobre, se conocen neonuros con cantidades de átomos de neón de hasta 24, Cu + Ne 1-24 . Cu + Ne 4 y Cu + Ne 12 tienen cantidades mucho mayores que aquellos con una mayor cantidad de átomos de neón.

Se predice que Cu + Ne 2 será lineal. Se predice que Cu + Ne 3 tendrá forma de T plana con un ángulo Ne-Cu-Ne de 91°. Se predice que Cu + Ne 4 será plano cuadrado (no tetraédrico) con simetría D 4h . Para los metales alcalinos y alcalinotérreos, el grupo M + Ne 4 es tetraédrico. Se predice que Cu + Ne 5 tendrá forma de pirámide cuadrada. Cu + Ne 6 tiene una forma octaédrica seriamente distorsionada. Cu + Ne 12 tiene una forma icosaédrica. Cualquier cosa más allá de eso es menos estable, y los átomos de neón adicionales tienen que formar una capa adicional de átomos alrededor de un núcleo icosaédrico. [42]

Neonio

El ion NeH + formado al protonar neón se llama neonio. Se produce en una descarga eléctrica de corriente alterna a través de una mezcla de neón e hidrógeno, y se produce más cuando el neón supera en número a las moléculas de hidrógeno en una proporción de 36:1. [43] El momento dipolar es 3,004 D. [43]

El neonio también se forma cuando el catión dihidrógeno excitado reacciona con el neón: Ne + H 2 +* → NeH + + H [44]

También se ha medido el espectro infrarrojo alrededor de 3 μm. [45]

Excímeros

El Ne*
2La molécula existe en estado excitado en una lámpara excimer que utiliza un cátodo microhueco. Este emite con fuerza en el ultravioleta de vacío entre 75 y 90 nm con un pico a 83 nm. Existe un problema en que no hay material de ventana adecuado para transmitir estas longitudes de onda cortas, por lo que debe usarse en vacío. Si se incluye aproximadamente una parte por mil de gas hidrógeno, la mayor parte del Ne*
2La energía se transfiere a los átomos de hidrógeno y hay una fuerte emisión alfa Lyman monocromática a 121,567 nm. [46]

El cesio puede formar moléculas exciméricas con neón CsNe * . [47]

Se sabe que existe un excímero de hidrógeno-neón . Möller observó fluorescencia debido a la transición libre ligada en una molécula de Rydberg de NeH * . NeH es metaestable y su existencia se demostró mediante espectroscopia de masas en la que el ion NeH + se neutraliza y luego se reioniza. [48] El espectro de NeH incluye líneas a 1,81, 1,60 y 1,46 eV, con una pequeña banda a 1,57 eV [49] La longitud de enlace en NeH se calcula como 1,003 Å. [48]

Se puede encontrar un excímero de helio neón en un plasma mixto o de helio y neón. [50]

Se pueden encontrar otros excímeros en el neón sólido, incluido el Ne+
2Oh−
que tiene un pico de luminiscencia alrededor de 11,65 eV, o Ne+
2F−
luminiscencia alrededor de 10,16–10,37 eV y 8,55 eV. [51]

Minerales

La clasificación cristaloquímica de minerales de Bokiy incluía los "compuestos de neón" como tipo 82. Sin embargo, no se conocían tales minerales. [52]

Compuestos previstos

De manera análoga al conocido ArBeO y al predicho HeBeO (aductos de óxido de berilio como gas noble), se espera que exista NeBeO, aunque con una energía de disociación de enlace muy débil de 9 kJ/mol. El enlace se ve reforzado por una carga positiva inducida por dipolo en el berilio y una vacante en el orbital σ del berilio donde se enfrenta al neón. [53]

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