Sebatian gas adi

Sebatian gas adi adalah sebatian kimia yang mengandungi satu unsur daripada kumpulan 18 jadual berkala, kumpulan gas adi.

Sejarah dan latar belakang

Pada asalnya, gas-gas adi dipercayai tidak boleh membentuk sebatian disebabkan petala valens elektron mereka yang penuh yang menjadikan mereka stabil dan tidak bertindak balas dari segi kimia.

Semua gas adi mempunyai petala elektron s dan p yang penuh (kecuali helium yang tidak mempunyai subpetala p), dan disebabkan inilah mereka tidak membentuk sebatian dengan mudah. Disebabkan tenaga pengionan mereka yang tinggi dan hampir sifar affiniti elektron, gas-gas adi tidak dijangkakan untuk menjadi reaktif.

Pada 1933, Linus Pauling menjangkakan yang gas-gas adi yang lebih berat boleh membentuk sebatian dengan fluorin dan oksigen. Lebih tepat lagi, beliau meramalkan kewujudan kripton heksafluorida (KrF₆) dan xenon heksafluorida (XeF₆), mengagak yang XeF₈ mungkin wujud dalam bentuk sebatian yang tidak stabil, dan mencadangkan yang asid xenik akan membentuk garam perxenat. Ramalan ini terbukti agak tepat, walaupun ramalan-ramalan susulan bagi XeF₈ menyatakan bahawa ia bukan sahaja akan tidak stabil secara termodinamik, malah juga tidak stabil secara kinematik. Sehingga tahun 2009, XeF₈ masih belum dapat dihasilkan, tetapi anion oktofluoroxenat(VI) (XeF²⁻
₈) telah diperhatikan.

Gas-gas adi yang lebih berat mempunyai lebih banyak petala elektron daripada gas-gas adi yang lebih ringan. Oleh itu, elektron-elektron yang paling luar mengalami kesan pelindung daripada elektron-elektron dalaman yang menjadikan mereka lebih senang diionkan, kerana mereka kurang tertarik kepada nukleus atom yang bercas positif. Ini memberikan tenaga pengionan yang cukup rendah untuk membentuk sebatian yang stabil dengan unsur-unsur yang paling elektronegatif seperti fluorin dan oksigen, malahan juga dengan unsur-unsur yang kurang keelektronegatifannya seperti nitrogen dan karbon dalam keadaan-keadaan tertentu.

Sebatian-sebatian sebelum 1962

Sebelum 1962, satu-satunya sebatian-sebatian gas adi yang berjaya diasingkan ialah sebatian-sebatian klatrat (termasuk hidrat-hidrat klatrat). Sebatian-sebatian lain seperti sebatian koordinasi telah diperhatikan melalui cara-cara stereoskopik.

Klatrat

Klatrat (juga dikenali sebagai sebatian sangkar) adalah sebatian gas-gas adi di mana gas-gas adi ini diperangkap di dalam rongga-rongga kekisi kristal sesetengah bahan-bahan organik dan bukan organik. Keadaan yang perlu untuk membentuk sebatian jenis ini ialah saiz atom tetamu (gas adi) mestilah sesuai untuk dimuatkan ke dalam rongga-rongga kekisi kristal perumah. Misalnya, Ar, Kr dan Xe boleh membentuk klatrat dengan β-kuinol, tetapi He dan Ne tidak boleh kerana saiz mereka terlalu kecil.

Klatrat telah digunakan untuk mengasingkan He dan Ne daripada Ar, Kr dan Xe, dan juga untuk pengangkutan Ar, Kr dan Xe. Selain itu, klatrat ⁸⁵Kr memberikan sumber selamat untuk zarah beta, dan klatrat ¹³³Xe memberikan sumber yang selamat untuk sinar gama.

Atom-atom gas adi seperti Kr dan Xe boleh muncul sebagai tetamu di dalam kristal melanoflogit.

Sebatian koordinasi

Sebatian koordinasi seperti Ar·BF₃ telah dipostulatkan kewujudannya pada suhu rendah, tetapi ini tidak pernah dipastikan. Selain itu, sebatian-sebatian seperti WHe₂ dan HgHe₂ dilaporkan pernah terbentuk melalui perlanggaran elektron, tetapi kajian terkini menunjukkan yang ini mungkin disebabkan oleh He yang dijerap pada permukaan logam itu. Oleh itu, sebatian-sebatian ini tidak boleh dianggap sebagai sebatian kimia yang sebenar.

Hidrat

Hidrat-hidrat dibentuk dengan memampatkan gas-gas adi di dalam air. Dipercayai yang molekul air, yang merupakan satu bahan dwikutub yang kuat, mengenakan dwikutub yang lemah kepada atom-atom gas adi dan menyebabkan interaksi dwikutub-dwikutub. Atom-atom yang lebih berat lebih dipengaruhi daripada atom-atom yang lebih kecil, oleh itu, Xe·6H₂O ialah hidrat yang paling stabil. Namun, kewujudan sebatian-sebatian ini telah dipertikaikan dalam tahun-tahun kebelakangan ini.

Sebatian-sebatian gas adi sebenar

Sebatian helium

Walaupun ada beberapa bukti-bukti teori bagi beberapa sebatian helium metastabil pada yang berkemungkinan stabil pada suhu amat rendah dan dala tekanan yang sangat tinggi, tidak ada lagi yang disahkan wujud melalui ujikaji (walaupun satu kation yang stabil, HeH⁺, telah diketahui wujud sejak penemuannya pada tahun 1925).

Sebatian neon

Beluma ada lagi sebatian neon yang dikenalpasti secara teori sehingga sekarang.

Sebatian argon

Penemuan HArF telah diumumkan pada tahun 2000.

Sebatian kripton

Kripton boleh bertindak balas dengan fluorin untuk membentuk KrF₂.

Sebatian xenon

Laporan berkenaan sebatian gas adi yang pertama diterbitkan telah ditulis oleh Neil Bartlett pada Jun 1962. Beliau mendapati yang sebatian yang sangat mengoksida, platinum heksafluorida, mengionkan O₂ kepada O⁺
₂. Oleh kerana tenaga pengionan O₂ kepada O⁺
₂ (1165 kJ mol^-1) adalah hampir sama dengan tenaga pengionan Xe kepada Xe⁺ (1170 kJ mol^-1), beliau menguji tindak balas Xe dengan PtF₆. Ini menghasilkan satu produk kristal, xenon heksafluoroplatinat, yang formula kimianya yang dicadangkan ialah Xe⁺[PtF₆]^-. Ia kemudiannya ditunjukkan yang sebatian ini sebenarnya lebih kompleks; ia mengandungi kedua-dua XeFPtF₅ dan XeFPt₂F₁₁. Ini adalah sebatian sebenar yang pertama bagi sebarang gas adi.

Pada September 1962, Howard Classen melaporkan pensintesisan satu sebatian gas adi yang ringkas (dua unsur), xenon tetrafluorida, dengan mengenakan xenon dan fluorin kepada suhu yang tinggi. Pada November 1962, Rudolf Hoppe dari Universität Münster melaporkan yang xenon boleh berinteraksi dengan fluorin untuk membentuk xenon difluorida.

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, beberapa sebatian gas adi, terutamanya xenon, telah disediakan. Di antaranya termasuk xenon fluorida (XeF₂, XeF₄, XeF₆), xenon oksifluorida (XeOF₂, XeOF₄, XeO₂F₂, XeO₃F₂, XeO₂) dan xenon oksida (XeO₂, XeO₃, XeO₄). Xenon difluorida boleh dihasilkan dengan hanya pendedahan gas Xe dan F₂ kepada cahaya matahari. Ramai telah mencuba menggabungkan kedua-dua gas ini untuk mencetuskan satu tindak balas selama 50 tahun, tetapi tiada sesiapa pernah terfikir sesuatu semudah mendedahkannya kepada cahaya matahari.

Sebatian-sebatian xenon fluorida bertindak dengan beberapa fluorida untuk membentuk fluoroxenat seperti natrium oktafluoroxenat (Na⁺
₂XeF²⁻
₈), dan garam fluoroxenonium seperti trifluoroxenonium heksafluoroantimoniat (XeF⁺
₃SbF⁻
₆).

Baru-baru ini, xenon dilihat menghasilkan pelbagai sebatian dengan formula am XeO_nX₂ di mana n ialah 1, 2 atau 3 dan X ialah kumpulan elektronegatif seperti CF₃, C(SO₂CF₃)₃, N(SO₂F)₂, N(SO₂CF₃)₂, OTeF₅, O(IO₂F₂), dll. Julat sebatian-sebatian ini mengkagumkan kerana ia boleh menghasilkan ribuan sebatian berbeza dan melibatkan ikatan antara xenon dan oksigen, nitrogen, karbon, boron, malahan emas, dan asid perxenik, beberapa halida, dan ion-ion kompleks. Ini adalah satu julat sebatian yang lebih kurang sama dengan unsur iodin. Sebatian Xe₂Sb₂F₁₁ mempunyai satu ikatan Xe–Xe, ikatan unsur-unsur yang terpanjang yang diketahui (308.71 pm = 3.0871 Å).

Eksimer jangka hayat pendek Xe₂ dan halida-halida gas adi seperti XeCl₂ digunakan dalam laser eksimer.

Sebatian radon

Radon bertindak balas dengan fluorin untuk membentuk RnF₂ yang memijarkan cahaya kuning dalam keadaan pepejal.

Sebatian fulerina

Fulerina endohedra

Gas adi boleh juga membentuk sebatian fulerina endohidra di mana atom gas adi diperangkap di dalam satu molekul fulerina. Pada 1993, telah ditemui yang apabila C₆₀ didedahkan di dalam gas He atau Ne bertekanan kira-kira 3 bar, kompleks He@C₆₀ dan Ne@C₆₀ dibentuk. Di dalam keadaan ini, hanya satu daripada setiap 650,000 sangkar C₆₀ dimasuki atom helium, dan dengan tekanan yang lebih tinggi (3000 bar), ada kemungkinan hasil sebanyak 0.1% boleh diperolehi. Kompleks endohedra dengan argon, kripton dan xenon juga telah diperolehi, begitu juga dengan beberapa aduk bagi He@C₆₀.

Penggunaan

Sebatian gas adi digunakan sama ada sebagai agen pengoksida atau sebagai cara untuk menyimpan gas adi dalam bentuk padat. Asid xenik ialah satu agen pengoksida yang berharga kerana ia tidak ada kemungkinan menghasilkan bahan asing kerana xenon akan dibebaskan dalam bentuk gas. Pesaingnya untuk fungsi ini hanyalah gas ozon. Perxenat adalah bahan pengoksida yang lebih berkuasa, dan xenon fluorida adalah agen pengfluoridaan yang baik. Garam-garam xenon yang stabil dengan jumlah fluorin yang tinggi seperti tetraammonium heptafluoroxenat (NF₄XeF₇) dan tetrafluoroammonium oktafluoroxenat ((NF₄)₂XeF₈) yang berkaitan telah dibangunkan sebagai pengoksida yang sangat bertenaga untuk digunakan sebagai bahan pendorong dalam roket.

Sebatian berasaskan xenon juga telah digunakan untuk mensintesis karbokation yang stabil dalam suhu bilik di dalam larutan SO₂ClF.

Isotop radioaktif kripton dan xenon sukar untuk disimpan dan dilupuskan, dan sebatian unsur ini mungkin lebih mudah diuruskan daripada unsur ini dalam bentuk gas.