Edelgasverbindungen

Edelgasverbindungen sind chemische Verbindungen, die mindestens ein Edelgasatom enthalten. Edelgase haben eine abgeschlossene Valenzschale und damit keine Neigung zur Verbindungsbildung. Trotzdem gibt es von einigen Edelgasen Verbindungen. Diese neigen aber relativ schnell zum Zerfall, und sehr viele davon sind nur bei tiefen Temperaturen stabil. Sie sind deshalb auch sehr starke Oxidationsmittel.

Edelgasverbindungen waren bis 2017 nur von den vier schweren Edelgasen Argon, Krypton, Xenon und Radon bekannt, nicht jedoch von Helium und Neon. Keine Edelgasverbindungen im Sinn dieses Artikels sind die sogenannten Einschlussverbindungen oder Clathrate, bei der die Edelgasatome nur schwach gebunden sind.

Stabilität

Bei den leichten Edelgasen Helium und Neon sind die ersten Ionisierungsenergien sehr hoch. Es ist bislang nicht gelungen, deren Ionisierung mit chemischen Methoden zu erreichen, denn es gibt kein Oxidationsmittel, das zu einer solchen Reaktion in der Lage wäre.

Bei den schwereren Homologen nimmt die Ionisierungsenergie mit zunehmender Ordnungszahl immer weiter ab, sodass davon stabile Verbindungen gebildet werden können. Deshalb gibt es Edelgasverbindungen fast nur von den Edelgasen Argon bis Radon. Von dem 2006 hinzugekommenen Oganesson (Element 118) wurden nur drei Atome erzeugt, deren chemische Eigenschaften noch unbekannt sind.

Bei Radonverbindungen ist die Stabilität zusätzlich eingeschränkt, weil dieses Element radioaktiv ist und auch das langlebigste Isotop ^222Rn nur eine geringe Halbwertszeit von unter 4 Tagen hat.

Wichtige Verbindungen

Von dem Element Krypton sind bisher nur die Verbindungen Kryptondifluorid KrF₂ (nach Reaktion mit lewissaurer MF_n als KrF^+ das stärkste bekannte Oxidationsmittel) und das nur bei tiefen Temperaturen stabile Kryptonbis(pentafluororthotellurat) Kr(OTeF₅)₂ bekannt.

Von Xenon sind die meisten Verbindungen bekannt. In Xenonverbindungen hat das Xenon die Oxidationsstufen +2, +4, +6 oder +8. Als Xenonverbindungen sind Fluoride, Oxide, aber auch Xenon-Stickstoff-Verbindungen, Xenon-Kohlenstoff-Verbindungen und komplexere Verbindungen (zum Beispiel XePtF₆) bekannt.

XeF₂-Kristalle

Fluoride

Es gibt drei bekannte einfache Xenon-Fluor-Verbindungen:

Xenondifluorid XeF₂, Xenontetrafluorid XeF₄ und Xenonhexafluorid XeF₆.

Xenondifluorid und Xenontetrafluorid sind entsprechend dem VSEPR-Modell linear bzw. quadratisch-planar aufgebaut. Sie kommen monomer vor. Xenonhexafluorid ist quadratisch-bipyramidal (verzerrt oktaedrisch) aufgebaut.

Alle Xenonfluoride werden durch thermische oder photochemische Aktivierung von Xenon/Fluor-Gemischen hergestellt. Welches Produkt entsteht, hängt vom Stoffmengenverhältnis sowie den Reaktionsbedingungen ab – Druck, Temperatur.

→ siehe auch: Excimerlaser (instabil: F₂, Xe, ArF, KrF, XeBr, XeCl, XeF)

Oxide

Als Oxide sind Xenon(VI)-oxid XeO₃ und Xenon(VIII)-oxid XeO₄ bekannt. Beide Oxide sind sehr instabil und explosiv, sie sind starke Oxidationsmittel. Die Struktur des Xenontrioxids ist nach dem VSEPR-Modell trigonal-pyramidal (pseudo-tetraedrisch), die des Xenontetroxids tetraedrisch.

→Darstellung des Trioxids durch vollständige Hydrolyse von Xenonhexafluorid:

${\displaystyle \mathrm {XeF_{6}+3\ H_{2}O\longrightarrow XeO_{3}+6\ HF} }$ [1]

Heliumverbindungen

Na₂He konnte in einer Diamant-Hochdruckzelle dargestellt werden und ist nur bei einem sehr hohen Druck von >113 GPa stabil. Im Februar 2017 wurde die Verbindung Na₂HeO vorhergesagt, die bei >15 GPa stabil sein sollte.[2] Eine Heliumverbindung wurde rechnerisch entwickelt und dargestellt sowie eine zweite vorhergesagt.

Weitere Verbindungen

• Die erste hergestellte Xenon-Verbindung war Xenonhexafluoroplatinat XePtF₆ im Jahr 1962.[3]

• Die erste hergestellte Xenon-Metallverbindung ist ein Tetra-Xenon-Gold(II)-Kation,[4][5] das eine exakt quadratisch-planare Struktur zeigt. Sie wurde von Stefan Seidel und Konrad Seppelt vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie an der Freien Universität Berlin synthetisiert.

• Eine Xenon-Stickstoffverbindung wurde erstmals 1974 von DesMarteau vorgestellt:[6]

${\displaystyle \mathrm {2\ XeF_{2}+2\ HN(SO_{2}F)_{2}{\xrightarrow {(CH_{2}Cl_{2};\ 273\ K;\ 4\ Tage)}}\ 2\ FXeN(SO_{2}F)_{2}+2\ HF} }$

• Das Argonfluorohydrid (HArF) konnte im Jahr 2000 durch Photolyse von Fluorwasserstoff in einer Argonmatrix bei 7,5 K synthetisiert werden. Der Nachweis gelang anhand neuer Linien im Infrarotspektrum. Die Verbindung ist nur bei Temperaturen unterhalb von 27 K stabil.[7]

${\displaystyle \mathrm {HF+Ar\ {\xrightarrow {(7,5\ K;\ Photolyse)}}\ HArF} }$

Literatur

• M.Binnewies: Allgemeine und Anorganische Chemie. Spektrum Verlag, Heidelberg 2004, ISBN 3-8274-0208-5
• Wojciech Grochala: Atypical compounds of gases, which have been called ‘noble’. In: Chemical Society Reviews. Band 36, Nr. 10, 2007, S. 1632–1655, doi:10.1039/B702109G. 

Quellen

1. Die Chemie der Edelgase. In: J. E. Huheey, E.Keiter, R.Keiter: Anorganische Chemie. 2. Auflage, de Gruyter, Berlin/New York 1995.
2. Xiao Dong, Artem R. Oganov u. a.: A stable compound of helium and sodium at high pressure. In: Nature Chemistry. 9, 2017, S. 440, doi:10.1038/nchem.2716.
3. N. Bartlett: Xenon Hexafluoroplatinate(V) Xe^+[PtF₆]^− In: Proceedings of the Chemical Society 1962, S. 218, doi:10.1039/PS9620000197 (Sammel-DOI).
4. Stefan Seidel, Konrad Seppelt: Xenon as a Complex Ligand: The Tetra Xenono Gold(II) Cation in AuXe₄^2+(Sb₂F₁₁^−)₂. In: Science. Band 290, Nr. 5489, 6. Oktober 2000, S. 117–118, doi:10.1126/science.290.5489.117, PMID 11021792. 
5. Catarina Pietschmann: Erste Xenon-Metall-Verbindung synthetisiert. In: innovations-report.de. 15. Februar 2001.
6. Robert D. LeBlond, Darryl D. DesMarteau: Fluoro[imidobis(sulphuryl fluoride)]xenon. An example of a xenon–nitrogen bond. In: Journal of the Chemical Society, Chemical Communications. Nr. 14, 1974, S. 555–556, doi:10.1039/C39740000555. 
7. Leonid Khriachtchev, Mika Pettersson, Nino Runeberg, Jan Lundell, Markku Räsänen: A stable argon compound. In: Nature. 2000, 406, S. 874–876, doi:10.1038/35022551.