Sloučeniny vzácných plynů

Vzácné plyny jsou prvky 18. skupiny periodické soustavy prvků. Až do počátku 60. let 20. století byly vzácné plyny považovány za chemicky zcela nereaktivní. V roce 1962 však Neil Bartlett ukázal, že xenon může reagovat s fluoridem platinovým, čímž otevřel zcela novou oblast chemie vzácných plynů. Inspirací pro tuto reakci byla příprava sloučeniny O₂PtF₆, protože ionizační energie O₂ je podobná ionizační energii xenonu.[1] Krátce poté byla připravena první binární sloučenina, fluorid xenoničelý (XeF₄), zahříváním směsi xenonu s fluorem.[2]

Reaktivita vzácných plynů roste se zvyšujícím se protonovým číslem. Zatímco helium a neon prakticky netvoří stabilní sloučeniny, u kryptonu, xenonu a radonu je jejich tvorba možná. Nejbohatší chemii vykazuje xenon, u kterého jsou známy desítky sloučenin.

Sloučeniny helia

Helium je nejméně reaktivní prvek, jeho první ionizační energie je 24,57 eV je nejvyšší. Odpuzování mezi atomy helia a jinými prvky lze překonat vysokým tlakem. Tak lze připravit např. fázi Na₂He, která bývá označována jako sloučenina helia, ale nejde o běžnou chemickou sloučeninu založenou na klasických chemických vazbách. Stabilní je pouze při tlaku nad 113 GPa a tvoří krystalickou mřížku, i když helium nevytváří chemickou vazbu.[6] Fáze byla připravena v diamantové cele, do které byl vložen tenký plátek sodíku a zbylý prostor byl naplněn plynným heliem. Tlak v cele byl monitorován pomocí Ramanovy spektroskopie a průběh procesu byl monitorován synchrotronovou RTG difrakcí.

Dále jsou známy klathráty helia s ledem a také endohedrální deriváty fullerenů (He@C₆₀ a He₂@C₆₀).

Sloučeniny neonu

Dosud není známá žádná stabilní neutrální sloučenina neonu, pouze molekulární ionty obsahující neon, např. Ne_mHe_n⁺, TiNe⁺, ZrNe²⁺, NbNe²⁺ a další.[3]

Neon je po heliu druhým nejméně reaktivním prvkem periodické soustavy, proto dosud nebyla připravena žádná neutrální stabilní sloučenina neonu.

Sloučeniny argonu

První připravenou sloučeninou argonu byl komplex s karbonylem wolframu, ArW(CO)₅. Ten byl připraven roku 1975. V roce 2000 byl připraven ArHF reakcí fluorovodíku s argonem na povrchu iodidu cesného při teplotě 8 K (-265 °C). Tato sloučenina je stabilní pouze do teploty 17 K.

Sloučeniny kryptonu

Nejjednodušší sloučeninou kryptonu je KrF₂, ten ovšem nelze připravit syntézou z prvků, musí se používat náročnější postupy, např. syntéza v elektrickém výboji, který zajišťuje atomizaci fluoru.[4] Fluorid kryptonatý vytváří soli se silnými Lewisovými kyselinami. Tyto soli obsahují kationty KrF⁺ nebo Kr₂F₃⁺.

V roce 1963 bylo studováno působení elektrického výboje na směs fluoru a kryptonu. Některé rané práce interpretovaly výsledky jako důkaz existence KrF₄, pozdější výzkum však ukázal, že pozorovaným produktem byl ve skutečnosti KrF₂.

Reakcí KrF₂ s [HC≡NH][AsF₆] při teplotě −50 °C lze připravit kationt s vazbou Kr-N — [HC≡N–Kr–F]⁺.

V roce 2020 byla publikována práce popisující první přípravu sloučeniny FKrCF.

Sloučeniny xenonu

Xenon vytváří zdaleka nejvíce známých sloučenin ze všech vzácných plynů. Důvodem je jeho relativně nízká ionizační energie a velká polarizovatelnost atomu.

Jak už bylo uvedeno výše, první sloučeninou xenonu byl XePtF₆ připravený reakcí xenonu s PtF₆.[5]

Xe + PtF₆ → XePtF₆

Dále známe poměrně velké množství sloučenin xenonu, halogenidy XeF₂, XeF₄ a XeF₆. Oxidy a oxohalogenidy: XeO₂, XeO₃, XeO₄, XeOF₂, XeOF₄, XeO₂F₂, atd.

Některé oxidy xenonu jsou velmi silná oxidační činidla a mohou být výbušné.

V roce 2020 byla publikována práce popisující první přípravu sloučeniny FXeCF.

Laserovou ablací zlata v atmosféře plynného xenonu lze získat ionty obsahující vazbu Xe-Au. Pomocí hmotností spektrometrie bylo zjištěno, že jejich složení odpovídá vzorci AuXe₃⁺. Tomu odpovídají dvě možné struktury, pomocí infračervené spektroskopie a DFT výpočtů bylo určeno, že se jedná o lineární izomer.[7] Tento výsledek ukazuje, že xenon může za vhodných podmínek vytvářet vazby nejen s fluorovými atomy, ale také s některými kovy.

Sloučeniny radonu

Radon je radioaktivní prvek, což omezuje možnosti studia. Známými sloučeninami jsou fluorid radonatý (RnF₂) a oxid radonový (RnO₃).

Literatura

1. Xenon hexafluoroplatinate Xe+[PtF6]−
2. Xenon Tetrafluoride
3. On the stability of cationic complexes of neon with helium – solving an experimental discrepancy
4. The chemistry of krypton
5. Noble gas compounds and chemistry: a brief review of interrelations and interactions with fluorine-containing species
6. A stable compound of helium and sodium at high pressure
7. Spectroscopic evidence of a Xe–Xe bond in the linear Xe₂Au⁺Xe ion