4.7: Gases nobles y sus compuestos

En el siglo XVIII, H. Cavendish descubrió un componente inerte en el aire. En 1868, se descubrió una línea en el espectro de la luz solar que no pudo ser identificada y se sugirió que se debía a un nuevo elemento, el helio. A partir de estos hechos, a finales del siglo XIX W. Ramsay aisló a He, Ne, Ar, Kr y Xe y al estudiar sus propiedades demostró que eran elementos nuevos. A pesar del contenido de casi 1% de argón Ar en el aire, el elemento no se había aislado hasta entonces y los gases nobles carecían por completo en la tabla periódica de Mendeleev. El premio Nobel fue otorgado a Ramsay en 1904 por su logro.

Los gases nobles se localizan junto al grupo halógeno en la tabla periódica. Dado que los elementos de gas noble tienen configuraciones electrónicas de carcasa cerrada, carecen de reactividad y se desconocen sus compuestos. En consecuencia, también se les llamó gases inertes. No obstante, tras el descubrimiento de compuestos de gases nobles, se consideró más adecuado llamar a estos elementos “gases nobles”, como se menciona en el siguiente capítulo.

Si bien la abundancia de helio en el universo está próxima a la del hidrógeno, es muy raro en la Tierra porque es más ligero que el aire. El helio se originó a partir de reacciones nucleares solares y estaba encerrado en la corteza terrestre. Se extrae como subproducto del gas natural de áreas específicas (especialmente en Norteamérica). Dado que el helio tiene el punto de ebullición más bajo (4.2 K) de todas las sustancias, es importante para la ciencia de baja temperatura y la ingeniería de superconductividad. Además, su ligereza se utiliza en dirigibles etc. ya que el argón se separa en grandes cantidades cuando se produce nitrógeno y oxígeno a partir del aire líquido, es ampliamente utilizado en metalurgia, y en industrias y laboratorios que requieren un ambiente libre de oxígeno.

b) compuestos de gases nobles

El xenón, Xe, reacciona con elementos con las mayores electronegatividades, como flúor, oxígeno y cloro y con los compuestos que contienen estos elementos, como el fluoruro de platino, PtF ₆. Si bien el primer compuesto xenón fue reportado (1962) como xePTF ₆, el descubridor, N. Bartlett, posteriormente corrigió que no era un compuesto puro sino una mezcla de Xe [pTF ₆] _x (x = 1-2). Si esto se mezcla con gas flúor y se excita con calor o luz, se generan fluoruros xEF ₂, xeF ₄ y xEF ₆ y. XeF ₂ tiene estructuras octaédricas distorsionadas en forma de cadena, xEF ₄ cuadradas y xEF ₆. Aunque la preparación de estos compuestos es comparativamente sencilla, no es fácil aislar compuestos puros, especialmente XeF ₄.

La hidrólisis de los fluoruros forma óxidos. Xeo ₃ es un compuesto muy explosivo. Aunque es estable en solución acuosa, estas soluciones son muy oxidantes. El tetróxido, XEo ₄, es el compuesto de xenón más volátil. M [XeF ₈] (M es Rb y Cs) son muy estables y no se descomponen incluso cuando se calientan a 400 °C, por lo que el xenón forma compuestos divalentes a octavalentes. Los fluoruros también se pueden utilizar como reactivos de fluoración.

Si bien se sabe que el kriptón y el radón también forman compuestos, los compuestos de kriptón y radón rara vez se estudian ya que tanto su inestabilidad como su radiactividad hacen que su manejo sea problemático.

Descubrimiento de compuestos de gas noble

H. Bartlett estudió las propiedades del fluoruro de platino PtF ₆ en la década de 1960, y sintetizó O ₂ PtF ₆. Fue un descubrimiento de época en la química inorgánica cuando experimentos análogos en xenón, que tiene una energía de ionización casi igual (1170 kJ mol ^-1) a la de O ₂ (1180 kJ mol ^-1), dieron como resultado el descubrimiento dramático de xepTF ₆.

los compuestos de gases nobles no se habían preparado antes de este reporte, pero se hicieron diversos intentos inmediatamente después del descubrimiento de los gases nobles. W. Ramsay aisló gases nobles y añadió un nuevo grupo a la tabla periódica a finales del siglo XIX. Ya en 1894, F. F. H. Moisson, famoso por el aislamiento de F ₂, reaccionó un argón de 100 cm ³ ofrecido por Ramsay con gas flúor bajo una descarga eléctrica pero no logró preparar un fluoruro de argón. A principios de este siglo, A. von Antoropoff reportó la síntesis de un compuesto de kriptón KrCl ₂, pero más tarde concluyó que se trataba de un error.

L. Pauling también previó la existencia de KrF ₆, xeF ₆ y H ₄ xEo ₆, y anticipó su síntesis. En 1932, un investigador postdoctoral, A. L. Kaye, en el laboratorio de D. M. L. Yost de Caltech, donde Pauling era miembro de la facultad, intentó preparar compuestos de gases nobles. A pesar de elaboradas preparaciones y experimentos ansiosos, los intentos de preparar compuestos de xenón descargando electricidad a través de un gas mixto de xenón, flúor o cloro no tuvieron éxito. Se dice que Pauling ya no mostró interés por los compuestos de gas noble después de esta falla.

Aunque R. Hoppe de Alemania predijo usando consideraciones teóricas que la existencia de xeF ₂ y xEF ₄ era muy probable antes del descubrimiento de Bartlett, preparó estos compuestos solo después de conocer el descubrimiento de Bartlett. Una vez que se demuestra que un compuesto de cierto tipo es estable, se preparan compuestos análogos uno tras otro. Esto también ha sido común en la química sintética del periodo posterior, mostrando la importancia del primer descubrimiento.

problemas

4.1

Escribir una ecuación equilibrada para la preparación de diborano.

4.2

Escribir una ecuación equilibrada para la preparación de trietilfosfina.

4.3

Escribir una ecuación equilibrada para la preparación de tetróxido de osmio.

4.4

Describir la reacción básica del método fosfomolibdato utilizado para la detección de iones fosfato.

4.5

Dibujar la estructura del dicloruro de paladio anhidro y describir su reacción cuando se disuelve en ácido clorhídrico.

4.6

Describir la reacción del dicloruro de cobalto anhidro cuando se disuelve en agua.

4.7

Dibujar la estructura del pentafluoruro de fósforo.