Техника - молодёжи 1964-09, страница 9

ИНЕРТНЫЕ -НЕ ИНЕРТНЫ!

Д. ТРИФОНОВ, кандидат химических наук

Через пять лет мир будет отмечать столетний юбилей знаменательного события. Век назад химики получили стройную систему, объединившую все открытые и не открытые до того времени химические элементы. В честь ее создателя периодическая система носит имя Дмитрия Ивановича Менделеева.

Великий химик разделил элементы на восемь групп, разбив их по признаку валентности от одного до восьми. В конце прошлого века система «обогатилась» — появилась девятая группа. Она получила название нулевой, потому что входили в нее так называемые инертные газы — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Их валентность равнялась нулю. И все энциклопедии мира, все учебники по химии твердили: инертные газы не способны вступать в химические соединения. Почему? Внешние электронные оболочки атомов инертных газов чрезвычайно прочны. Они ие склонны принимать или" отдавать свои электроны. А без обмена электронами нет валентности. Нет химической связи.

Так считали физики. Химикам же было досадно, что целых шесть элементов выпали из сферы их интересов. И они упорно пытались пробить брешь в, казалось, неколебимой стене инертности. Они ставили эксперименты, и на страницах научных журналов появлялись сообщения о синтезе удивительных веществ — соединений гелия со ртутью, палладием, платиной. Увы, эти соединения существовали очень недолго и только при чрезвычайно низких температурах.

Бслн бы ученым удалось вовлечь инертные газы в химические реакции, то для химической науки это событие стало бы революцией. И эта революция началась. Впрочем, началась довольно буднично. Сенсация последовала потом. Ученые лишь разводили руками: как же это не удавалось сделать раньше?

Химик Нейл Бартлетт в 1962 году изучал, как действует кислород на довольно редкое соединение — гексафторид платины. (Заметим, что гексафториды некоторых тяжелых металлов давно привлекают внимание ученых, особенно после того, как шестнфтористый уран UFe стали применять для разделения изотопов урана.) Канадец получил любопытное вещество, формула которого 02PtF6. Любопытное потому, что одна часть его оказалась заряженной отрицательно (PtFe), а другая положительно (Ог). Таким образом, в состав соединения входила молекула кислорода, потерявшая электрон. Между тем оторвать электрон от молекулы кислорода чрезвычайно трудно. Для этого надо затратить работу в 12,2 электроновольта (специальная единица для микровзаимодействий)! По счастливой случайности химик обратил внимание на то, что оторвать электрон с внешней оболочки атома ксенона даже легче. Требуется всего 12,13 эв. Не сможет ли фтористая платина отобрать электрон у инертного ксенонового атома?

Так возникла идея эксперимента. Смесь двух газов — кислорода и гексафторида платины — породила прочное жел-

На рисунке 1 — электронное облано симметрично расположено относительно двух ядер моленулы водорода. Градации плотности отражают вероятность расположения элентронов. Чем темнее нраска, тем вероятность больше. А как же ксенон взаимодействует с фтором (2)?

Внизу (3) показано, нан образуются валентные связи в соединениях инертных газов.

Грушеобразные фигуры изображают расположение «облаков вероятности» попарно взаимодействующих электронов.

товатое вещество. Это было первое настоящее химическое соединение инертного газа XePtFe.

А потом последовала лавина открытий. Они сбросили с ксенона саван инертности. Дифторид ксенона, четырехфто-ристый ксенон, шестифтористый ксенон, окислы ксенона —• все новые фантастические прежде соединения рождались в лабораториях. Криптон и радон, хотя и более робко, чем их собрат, тоже стали вступать в химические реакции. В табличке, которая дана на вкладке, вы можете познакомиться с некоторыми соединениями инертных газов. Их теперь уже около трех десятков.

Зародилось новое направление неорганической химии —. химия инертных газов. Но ведь мы обмолвились, что событие это должно быть для химии революционным? Почему?

Потому что ученым, видимо, серьезно придется пересмотреть свои взгляды на природу химической связи между элементами. Пресловутая устойчивость внешних электронных оболочек у атомов инертных газов нарушается — в определенных условиях эти оболочки утрачивают свою стабильность. А ведь современные схемы валентных связей как раз и строились на постулате, что элемент, вступая в химическое соединение, стремится образовать устойчивую внешнюю оболочку атома инертного газа. Выходит, атомы на деле могут располагать, образно говоря, гораздо большим запасом валентных снл.

И понятие «нулевая группа» начинает себя изживать. Напротив, на примере ксенона хорошо видно, сколь многообразен у него диапазон валентных состояний — от двух-до восьмивалентного. Думается, со временем подобным качеством смогут похвастать и другие инертные газы. Из этого следует, что структуру правого «края» таблицы Менделеева, по всей видимости, придется пересмотреть. Словом, появляется новая загадка периодической системы, которую потребуется разрешить. Здесь есть над чем поразмыслить. Ведь «соседка» бывшей нулевой группы по таблице — восьмая группа, куда входят железо, кобальт, никель и платиновые металлы, — как бы выпадает из общего стройного фона таблицы. К тому же платиновые металлы отличаются едва ли не -наименьшей химической активностью среди металлов. Недаром их называют благородными. Вот вам и черты сходства восьмой группы и инертных газов! А ученые тем временем обнаруживают много общего у кислородных соединений инертных газов и галогенов — элементов седьмой группы. Химия инертных газов поставила интереснейшую проблему — проблему структуры правого «края» менделеевской системы. Занятный «подарок» к столетию периодического закона!

Ногда люди будут подводить итог научным достижениям двадцатого столетня, они назовут среди важнейших — получение химических соединений инертных газов. Это открытие действительно важно, но не стоит пока делать из него слишком поспешных выводов. Ученые лучше всего изучили химию ксенона, вплоть до того, что представляют себе кристаллическую структуру его соединений. Схематическое изображение некоторых ксеноновых соединений вы видите на цветной вкладке. Но неясного в новой области химии еще очень и очень много. Пока нельзя с полной определенностью сказать, какие именно электроны атомов инертных газов участвуют в валентных связях. Вероятно, здесь используются электроны предыдущих электронных оболочек, так называемые d-электроны. Ничего не известно о соединениях легких инертных газов — гелия, неона и аргона. Их получение, видимо, будет связано с огромными трудностями. Ведь оторвать электроны с внешних оболочек их атомов весьма тяжело (требуется гораздо больше 15 эв), и к тому же у иих нет d-электронов, как у криптона, ксенона и радона.

Вероятно, химия легких инертных газов будет еще более своеобразной, а методы их получения не менее оригинальными. Так, например, приготовляется фторид гелия HeF₂. Основой служат кристаллы бифторида калия KHF₂, но такого, куда вместо легкого изотопа водорода входит его радиоактивный близнец — тритий. При бета-распаде тритня образуются атомы гелия, обладающие большим запасом энергии, — и в такой ситуации гелий сможет вступить в химическое взаимодействие со фтором. А суть дела, видимо, заключается в том, что у возбужденных атомов легче отобрать электрон.

Так полагают исследователи. Правы ли они, покажет эксперимент.

Инертные газы ныне переживают свое второе рождение. Во всяком случае, вскоре им придется подыскивать себе иное нмя.

5