キセノン化合物

キセノン化合物は、キセノン（Xe）元素を含む化合物です。1962年にニール・バートレットがキセノンが化合物を形成できることを発見して以来、数多くのキセノン化合物が発見され、記述されてきました。既知のキセノン化合物のほぼすべては、電気陰性度の高いフッ素または酸素原子を含んでいます。キセノンの各酸化状態における化学的性質は、隣接する元素であるヨウ素のすぐ低い酸化状態における化学的性質と類似しています。 [1]

ハロゲン化物

青い中心原子 (Xe) が 4 つの周辺原子 (フッ素) に対称的に結合した平面化学分子のモデル。
四フッ化キセノン
ペトリ皿の中にある多数の立方体の透明な結晶。
XeF 4結晶、1962年

3種類のフッ化物が知られている：XeF
2、XeF
4、およびXeF
6XeFは不安定であると理論づけられています。[2]これらは、ほぼすべてのキセノン化合物の合成の出発点です。

固体結晶二フッ化物XeF
2フッ素とキセノンの混合ガスを紫外線にさらすと生成される。[3]通常の日光に含まれる紫外線成分で十分である。[4] XeFの長期加熱
2NiFガス雰囲気下で高温
2触媒はXeFを生成する
6[ 5] XeFの熱分解
6NaFの存在下では高純度のXeFが得られる
4. [6]

キセノンフッ化物は、フッ化物受容体とフッ化物供与体の両方として作用し、XeFなどの陽イオンを含む塩を形成する。+
およびXe
2F+3
​、およびXeFなどの陰イオン−
5、XeF−
7、およびXeF2−8
​緑色の常磁性Xe+
2XeFの還元によって生成される
2キセノンガスによる。[1]

ゼフ
2遷移金属イオンと錯体を形成する。30種類以上の錯体が合成され、その特性が明らかにされている。[5]

キセノンフッ化物はよく特性評価されているが、他のハロゲン化物についてはよくわかっていない。 キセノン、フッ素、および四塩化ケイ素または四塩化炭素の混合物に高周波照射することで生成される二塩化キセノン[7]は、80℃で元素に分解する吸熱性の無色の結晶性化合物であると報告されている。しかし、XeCl
2弱く結合したXe原子とCl原子の単なるファンデルワールス分子である可能性がある。
2分子であり、実際の化合物ではない。[8]理論計算によれば、直線状分子XeCl
2ファンデルワールス錯体よりも不安定である。[9] 四塩化キセノンと二臭化キセノンはより不安定であるため、化学反応では合成できない。これらは、129
ICl−
4そして129
IBr−
2それぞれ[10] [11]

酸化物およびオキソハロゲン化物

キセノンの酸化物としては、三酸化キセノン（XeO）が3種類知られています。
3）および四酸化キセノン（XeO
4）は、どちらも爆発性が高く強力な酸化剤であり、2011年には配位数が4であることが報告された二酸化キセノン（XeO 2 ）も存在します。 [12] XeO 2は、四フッ化キセノンを氷に注ぐと生成します。その結晶構造により、ケイ酸塩鉱物中のケイ素と置換できる可能性があります。[13] XeOO +陽イオンは、固体アルゴン中の赤外分光法によって同定されています。[14]

キセノンは酸素と直接反応しない。三酸化物はXeFの加水分解によって生成される。
6: [15]

ゼフ
6+ 3時間
2O → XeO
3+ 6 HF

ゼオ
3弱酸性で、アルカリに溶解してHXeOを含む不安定なキセノン酸塩を形成する。−
4陰イオン。これらの不安定な塩は、キセノンガスと過キセノン酸塩に容易に不均化して、 XeO4−6
​陰イオン[16]

過キセノン酸バリウムを濃硫酸で処理すると、四酸化キセノンガスが生成される。[7]

バ
2ゼオ
6+ 2時間
2それで
4→ 2 BaSO
4+ 2時間
2O + XeO
4

分解を防ぐため、生成された四酸化キセノンは急速に冷却され、淡黄色の固体になります。-35.9℃を超えるとキセノンと酸素のガスに爆発しますが、それ以外は安定しています。

XeOFを含む多くのキセノンオキシフッ化物が知られている。
2、XeOF
4、XeO
2F
2、およびXeO
3F
2.ゼオフ
2OFの反応によって形成される
2低温でキセノンガスと反応させる。また、XeFの部分加水分解によっても得られる。
4. −20℃で不均化してXeFになる
2およびXeO
2F
2. [17] ゼオフ
4XeFの部分加水分解によって生成される
6... [18]

ゼフ
6+ H
2O → XeOF
4+ 2 HF

...またはXeFの反応
6過キサン酸ナトリウム、Na
4ゼオ
6後者の反応では少量のXeOも生成される。
3F
2。

ゼオ
2F
2XeFの部分加水分解によっても生成される。
6。[19]

ゼフ
6+ 2時間
2O → XeO
2F
2+ 4 HF

ゼオフ
4CsFと反応してXeOFを形成する−
5アニオン[17] [20]、XeOF 3はアルカリ金属フッ化物KF、RbF 、CsFと反応してXeOFを形成する。−
4陰イオン[21]

その他の化合物

キセノンは、フッ素や酸素よりも電気陰性度の低い元素、特に炭素と直接結合することができる。[22]これらの化合物を安定化させるには、フッ素置換基などの電子吸引基が必要である。[16]このような化合物は数多く存在することが報告されており、その中には以下が含まれる。 [17] [23]

  • C
    6    F
    5    –ゼー+
    –N≡C–CH
    3    ここで、C 6 F 5はペンタフルオロフェニル基である。
  • [C
    6    F
    5    ]
    2    ゼ
  • C
    6    F
    5    –Xe–C≡N
  • C
    6    F
    5    –Xe–F
  • C
    6    F
    5    –キセノン–塩素
  • C
    2    F
    5    –C≡C–Xe+
  • [CH
    3    ]
    3    C–C≡C–Xe+
  • C
    6    F
    5    –XeF+
    2
  • （C
    6    F
    5    Xe)
    2    塩素+

キセノンを含む他の化合物としては、電気陰性度の低い元素と結合したF-Xe-N(SO
2F)
2およびF–Xe–BF
2後者は、ジオキシゲニルテトラフルオロボレート、Oから合成される。
2ボーイフレンド
4、-100℃で。[17] [24]

キセノンを含む珍しいイオンとして、テトラキセノン金(II)カチオン、AuXeがある。2+
4、Xe-Au結合を含む。[25]このイオンは化合物AuXe
4（Sb
2F
11）
2は、キセノンと金という、反応性が低いことで知られる2つの原子が直接化学結合し、キセノンが遷移金属配位子として作用するという点で注目に値する。類似の水銀錯体(HgXe)(Sb 3 F 17 )（[HgXe 2+ ][Sb 2 F 11 – ][SbF 6 – ]と表記）も知られている。[26] キセノンは、気体M(CO) 5（M = Cr、Mo、またはW ）と可逆的に錯体を形成する。pブロック金属も希ガスと結合する。XeBeOは分光学的に観測されており、XeBeSとFXeBOはどちらも安定であると予測されている。[27]

化合物Xe
2SB
2F
11知られている最長の元素間結合であるXe-Xe結合（308.71 pm = 3.0871  Å）を含む。[28]

1995年、フィンランドのヘルシンキ大学の科学者であるM. Räsänenと同僚は、キセノン二水素化物（HXeH）の製造を発表し、その後、キセノン水素化物水酸化物（HXeOH）、ヒドロキセノアセチレン（HXeCCH）、およびその他のキセノン含有分子も発表しました。[29] 2008年、Khriachtchevらは、極低温キセノンマトリックス内での水の光分解によるHXeOXeHの製造を報告しました。 [30]重水素化分子であるHXeODとDXeOHも生成されています。[31]

クラスレートとエキシマー

キセノンは化学結合を形成する化合物に加えて、クラスレート（キセノン原子または対が他の化合物の結晶格子に捕捉された物質）を形成することもできる。一例として、キセノン水和物（Xe· 5）が挙げられる。+3 ⁄ 4 H 2 O）であり、キセノン原子が水分子の格子の空孔を占めている。 [32]このクラスレートの融点は24℃である。 [33]この水和物の重水素化バージョンも生成されている。 [34]別の例としては、キセノン水素化物（Xe（H 2） 8）があり、キセノン対（二量体）が固体水素内に閉じ込められている。 [35]このようなクラスレート水和物は、南極の氷床の下にあるボストーク湖など、高圧条件下で自然に発生する可能性がある。 [36]クラスレートの形成は、キセノン、アルゴン、クリプトンを分留するために使用できる。 [37]

キセノンは、キセノン原子がフラーレン分子内に閉じ込められたエンドヘドラルフラーレン化合物を形成することもできる。フラーレンに閉じ込められたキセノン原子は、129 Xe核磁気共鳴（NMR）分光法によって観測することができる。キセノン原子の周囲の環境に対する高感度な化学シフトを利用して、フラーレン分子における化学反応を分析することができる。しかしながら、これらの観測には注意点がある。キセノン原子はフラーレンの反応性に電子的な影響を与えるからである。[38]

キセノン原子が基底エネルギー状態にあるとき、それらは互いに反発し合い、結合を形成しません。しかし、キセノン原子が励起されると、電子が基底状態に戻るまでエキシマー（励起二量体）を形成します。これは、キセノン原子が隣接するキセノン原子から電子を追加することで最外殻電子殻を完成させようとする傾向があるためです。キセノンエキシマーの典型的な寿命は1～5ナノ秒で、崩壊時に約150 nmと173  nmの波長の光子が放出されます。[39] [40]キセノンは、臭素、塩素、フッ素などのハロゲンなどの他の元素ともエキシマーを形成します。[41]

文化的参照

アンディ・ウィアーの小説『プロジェクト・ヘイル・メアリー』では、物語に登場する異星人が主人公が「ゼノナイト」と名付けるキセノン化合物を利用しています。[42]この物質は、生成過程に応じて様々な有用な特性を持ちます。主人公が化学者ではないという前提の下、小説では化学組成については触れられていませんが、ゼノナイトには他の元素が含まれていることが示唆されています。

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