Edelgasverbindungen

Grundidee und Bedeutung

Edelgasverbindungen sind chemische Verbindungen, die mindestens ein Edelgasatom enthalten. Edelgase besitzen eine abgeschlossene Valenzschale und zeigen deshalb grundsätzlich keine Neigung zur Verbindungsbildung. Dennoch bilden einige Edelgase chemische Verbindungen. Diese zerfallen meist relativ schnell, und viele sind nur bei tiefen Temperaturen stabil. Daher sind Edelgasverbindungen sehr starke Oxidationsmittel.

Bis 2017 waren Edelgasverbindungen nur von den vier schweren Edelgasen Argon, Krypton, Xenon und Radon bekannt, nicht jedoch von Helium und Neon. Einschlussverbindungen oder Clathrate zählen nicht im Sinn dieses Artikels dazu, weil die Edelgasatome darin nur schwach gebunden sind.

Stabilität der Verbindungen

Bei Helium und Neon sind die ersten Ionisierungsenergien sehr hoch. Eine Ionisierung mit chemischen Methoden ist bislang nicht gelungen, weil kein Oxidationsmittel stark genug ist, eine solche Reaktion auszulösen.

Bei den schwereren Edelgasen nimmt die Ionisierungsenergie mit steigender Ordnungszahl ab. Dadurch können vor allem die Edelgase Argon bis Radon stabile Verbindungen bilden. Vom 2006 hinzugekommenen Oganesson (Element 118) wurden bisher nur drei Atome erzeugt; seine chemischen Eigenschaften sind noch unbekannt.

Bei Radon ist die Stabilität zusätzlich eingeschränkt, da es radioaktiv ist. Selbst das langlebigste Isotop ²²²Rn besitzt nur eine Halbwertszeit von unter 4 Tagen.

Krypton und Xenon

Von Krypton sind bisher nur zwei Verbindungen bekannt: Kryptondifluorid KrF₂ und Kryptonbis(pentafluororthotellurat) Kr(OTeF₅)₂. Kr(OTeF₅)₂ ist nur bei tiefen Temperaturen stabil. KrF₂ kann mit einer Lewis-Säure MFₙ zu KrF⁺ reagieren; dieses Kation ist das stärkste bekannte Oxidationsmittel.

Die meisten Edelgasverbindungen sind von Xenon bekannt. Xenon tritt darin mit den Oxidationsstufen +2, +4, +6 oder +8 auf. Bekannt sind unter anderem Fluoride, Oxide, Xenon-Stickstoff-Verbindungen, Xenon-Kohlenstoff-Verbindungen sowie komplexere Verbindungen wie XePtF₆.

Xenonfluoride

Die drei bekannten einfachen Xenon-Fluor-Verbindungen sind Xenondifluorid XeF₂, Xenontetrafluorid XeF₄ und Xenonhexafluorid XeF₆.

Nach dem VSEPR-Modell ist XeF₂ linear und XeF₄ quadratisch-planar aufgebaut; beide Verbindungen kommen monomer vor. XeF₆ besitzt eine quadratisch-bipyramidale, verzerrt oktaedrische Struktur.

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

Xenonoxide und weitere Verbindungen

Als Xenonoxide sind Xenon(VI)-oxid XeO₃ und Xenon(VIII)-oxid XeO₄ bekannt. Beide sind sehr instabil, explosiv und starke Oxidationsmittel. XeO₃ ist nach dem VSEPR-Modell trigonal-pyramidal (pseudo-tetraedrisch) aufgebaut, XeO₄ tetraedrisch. XeO₃ kann durch vollständige Hydrolyse von XeF₆ hergestellt werden:

XeF₆ + 3 H₂O → XeO₃ + 6 HF

Die erste hergestellte Xenonverbindung war 1962 Xenonhexafluoroplatinat XePtF₆. Eine erste Xenon-Metallverbindung war ein Tetra-Xenon-Gold(II)-Kation mit exakt quadratisch-planarer Struktur. Eine Xenon-Stickstoffverbindung wurde 1974 vorgestellt:

2 XeF₂ + 2 HN(SO₂F)₂ → 2 FXeN(SO₂F)₂ + 2 HF

Das Argonfluorohydrid HArF wurde 2000 durch Photolyse von Fluorwasserstoff in einer Argonmatrix bei 7,5 K hergestellt. Es wurde anhand neuer Linien im Infrarotspektrum nachgewiesen und ist nur unterhalb von 27 K stabil:

HF + Ar → HArF

Na₂He konnte in einer Diamant-Hochdruckzelle hergestellt werden und ist nur bei einem Druck von >113 GPa stabil. Na₂HeO wurde im Februar 2017 vorhergesagt; diese Verbindung sollte bei >15 GPa stabil sein. Insgesamt wurde eine Heliumverbindung rechnerisch entwickelt und dargestellt, eine zweite vorhergesagt.