六氟合铂酸氙

更新时间:2023-09-10 16:29

六氟合铂酸氙是人类发现的第一个0族元素化合物(即稀有气体化合物),它的发现具有重大意义。六氟合铂酸氙的发现者是英国化学家巴特莱特(Neil Bartlett,1932-2008)。

发现历史

1916年,考索尔(Walther Kossel)根据元素的游离能数据,推测氪和氙应能与结合形成化合物。自此之后,合成稀有气体(当时称为惰性气体)化合物的挑战者络绎不绝,但包括公认史上氟化学的最强者,德国化学家瑞福(Otto Ruff)在内的许多著名化学家都失败了。1933年,鲍林(Linus Pauling,1954年获诺贝尔化学奖)发表论文预测H4XeO6、XeF6和KrF6的存在。鲍林的同侪尤斯特(Don Yost)与凯(Albert Kaye)试图合成XeF6,但是他们始终无法取得足够的产物来分析证明。

巴特莱特的发现,可以用“无心插柳柳成荫”来形容。他最初的实验对象并不是稀有气体,而是的氟化物。二氟化铂(PtF2)可以和氟气反应生成四氟化铂(PtF4),但是巴特莱特于1960年操作同样的实验时使用了更高的温度,结果发现会得到两种产物,一种是氟化程度更高的五氟化铂(PtF5),另外还有一种铂的氟氧化物,巴特莱特进行元素分析后认为其结构为四氟氧化铂(PtOF4)。可是反应物不是只有二氟化铂和氟气吗?氧是哪里来的?巴特莱特仔细检验后发现,氧是由氟在高温下与实验器皿的玻璃(主要成分为二氧化硅,即SiO2)反应得到的。

在进行更精确、完整的元素分析后,巴特莱特发现第二种产物并非PtOF4,而是PtO2F6。更特别的是,将此铂盐水解会得到PtF6的阴离子。因为酸根不会是在水溶液中才形成,所以原先在铂盐里就是六个氟原子接在铂原子上,意味着此盐类应该是 。巴特莱特于1962年订正了他之前所发表的结果。

是相当罕见的阳离子,因为氧原子通常容易得电子形成阴离子。不过巴特莱特的思考不仅于此,他看出这个实验背后的可能性:氧气的第一电离能( )是12.2电子伏特(eV,1eV = 96kJ/mol),与氙的第一电离能(12.1电子伏特)相近。这意味着六氟化铂若可氧化氧气,应该也可以氧化氙,形成氙的化合物。他同时还计算了晶格能,若生成XePtF6,其晶格能只比O2PtF6小41.84kJ/mol。这说明XePtF6一旦生成,应该能稳定存在。1962年6月,巴特莱特在英国Proccedings of the Chemical Society杂志上发表了一篇重要短文,正式向化学界公布了自己的实验报告,一下震动了整个化学界。他提出,在低温下缓慢将氙加入六氟化铂,会反应生成一种橘黄色的固体,那就是六氟合铂酸氙(XePtF6118号元素Og(鿫)以外,都拥有了其对应的化合物,最新的化合物为Na2He【该化合物类似于原子化合物,钠和氦的键极其微弱但能在特殊条件下存在】。

性质

对于六氟合铂酸氙的研究仍在进行中,六氟合铂酸氙已经确定的性质并不多。

在室温下稳定。

遇水迅速分解,并释放出气体。化学方程式为:

2XePtF6+6H2O==2Xe↑+O2↑+2PtO2+12HF

随着六氟化铂和氙的比例不同,产物的组成在一定范围内变动。后期的实验证明六氟合铂酸氙的化学式并非如此简单,可能包括XePtF6和XePtF11。

XePtF6中各元素的化合价分别为+1、+5和 -1。其中,Pt处于较高价态,具备氧化性,Xe表现氧化性。

不溶于非极性的四氯化碳。这表明它可能是离子化合物

制取

六氟合铂酸氙由具有强氧化性的六氟化铂六氟化硫气体中氧化氙制得。反应初始温度为77K,温度随着反应的进行逐渐升高。

争议

有人认为,六氟合铂酸氙的结构可能并非“XePtF6”,因为“Xe”是一个自由基,会发生二聚,或夺取一个氟原子生成XeF。后期的研究表明该橘黄色固体很可能含有XePtF6、XePtF11、Xe2PtF6等成分,阴离子是八面体型的铂氟离子,阳离子是多种多样的含氙离子。

氟化氢溶液中制得的六氟合铂酸氙含有[PtF5]n和XeF离子,因此有人认为六氟合铂酸氙中铂与氟离子生成聚合的网状阴离子,氙或氙与氟生成的阳离子则填充在间隙中。

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