Radonföreningar
Radonföreningar är föreningar som bildas av grundämnet radon (Rn). Radon är en medlem av de nollvalenselement som kallas ädelgaser och är kemiskt inte särskilt reaktivt . Halveringstiden på 3,8 dagar för radon-222 gör den användbar inom fysik som ett naturligt spårämne . Eftersom radon är en gas vid standardförhållanden, till skillnad från dess sönderfallskedjeföräldrar, kan det lätt utvinnas från dem för forskning.
Det är inert mot de flesta vanliga kemiska reaktioner, såsom förbränning , eftersom det yttre valensskalet innehåller åtta elektroner . Detta ger en stabil, minimal energikonfiguration där de yttre elektronerna är tätt bundna. Dess första joniseringsenergi — den minsta energi som krävs för att extrahera en elektron från den — är 1037 kJ/mol. I enlighet med periodiska trender har radon en lägre elektronegativitet än grundämnet en period före det, xenon , och är därför mer reaktivt. Tidiga studier drog slutsatsen att stabiliteten för radonhydrat borde vara av samma storleksordning som för hydraterna av klor ( Cl
2 ) eller svaveldioxid ( SO
2 ), och betydligt högre än stabiliteten för hydratet av svavelväte ( H
2 S) ).
På grund av dess kostnad och radioaktivitet utförs experimentell kemisk forskning sällan med radon, och som ett resultat av det finns mycket få rapporterade radonföreningar, alla antingen fluorider eller oxider . Radon kan oxideras av kraftfulla oxidationsmedel som fluor , vilket bildar radondifluorid ( RnF
2 ). Det sönderdelas tillbaka till sina grundämnen vid en temperatur över 523 K (250 °C; 482 °F), och reduceras av vatten till radongas och vätefluorid: det kan också reduceras tillbaka till sina grundämnen med vätgas . Den har låg volatilitet och ansågs vara RnF
2 . På grund av radons korta halveringstid och radioaktiviteten hos dess föreningar har det inte varit möjligt att studera föreningen i någon detalj. Teoretiska studier på denna molekyl förutspår att den bör ha ett Rn–F- bindningsavstånd på 2,08 ångström (Å), och att föreningen är termodynamiskt stabilare och mindre flyktig än dess lättare motsvarighet xenondifluorid ( XeF
2 ). Den oktaedriska molekylen RnF
6 förutspåddes ha en ännu lägre bildningsentalpi än difluoriden. [RnF] +- jonen tros bildas genom följande reaktion:
- Rn (g) + 2 [O
2 ] +
[SbF
6 ] −
(s) → [RnF] +
[Sb
2 F
11 ] −
(s) + 2 O
2 (g)
Av denna anledning har antimonpentafluorid tillsammans med klortrifluorid och N
2 F
2 Sb
2 F
11 övervägts för radongasavskiljning i urangruvor på grund av bildning av radon-fluorföreningar. Radonföreningar kan bildas genom sönderfallet av radium i radiumhalogenider, en reaktion som har använts för att minska mängden radon som läcker ut från mål under bestrålning . Dessutom är salter av katjonen [RnF] + med anjonerna SbF
− 6 , TaF
− 6 och BiF
− 6 kända. Radon oxideras också av dioxygendifluorid till RnF
2 vid 173 K (−100 °C; −148 °F).
Radonoxider är bland de få andra rapporterade föreningarna av radon ; endast trioxiden ( RnO3
. ) har bekräftats De högre fluoriderna RnF
4 och RnF
6 har hävdats och beräknas vara stabila, men deras identifiering är oklar. De kan ha observerats i experiment där okända radonhaltiga produkter destillerades tillsammans med xenonhexafluorid : dessa kan ha varit RnF
4 , RnF
6 , eller båda. Spårskala uppvärmning av radon med xenon, fluor, RnO3
brompentafluorid och antingen natriumfluorid eller nickelfluorid påstods även producera en högre fluorid som hydrolyserades till . Även om det har föreslagits att dessa påståenden verkligen berodde på att radon fälldes ut som det fasta komplexet [RnF]
+ 2 [NiF 6 ] 2− , har det faktum att radon samutfällts från vattenlösning med CsXeO
3 F tagits som en bekräftelse på att RnO
3 bildades, vilket stöds av ytterligare studier av den hydrolyserade lösningen. Att [RnO 3 F] − inte bildades i andra experiment kan ha berott på den höga koncentrationen av fluor som använts. Elektromigreringsstudier tyder också på närvaron av katjoniska [HRnO 3 ] + och anjoniska [HRnO 4 ] − former av radon i svagt sur vattenlösning (pH > 5), förfarandet har tidigare validerats genom undersökning av den homologa xenontrioxiden.
Förfallstekniken har också använts . Avrorin et al. rapporterade 1982 att 212 Fr- föreningar samkristalliserade med deras cesiumanaloger verkade behålla kemiskt bundet radon efter elektroninfångning; analogier med xenon antydde bildning av RnO3, men detta kunde inte bekräftas.
Det är troligt att svårigheten att identifiera högre fluorider av radon beror på att radon kinetiskt hindras från att oxideras bortom det tvåvärda tillståndet på grund av den starka joniciteten hos radondifluorid (RnF 2 ) och den höga
positiva laddningen på radon i RnF + ; rumslig separation av RnF
2 -molekyler kan vara nödvändig för att tydligt identifiera högre fluorider av radon, varav RnF
4 förväntas vara mer stabil än RnF
6 på grund av spin-orbit -splittring av 6p-skalet av radon (Rn IV skulle ha en sluten- skal 6s 2
6p
2 1/2 konfiguration). Därför, även om RnF
4 borde ha en liknande stabilitet som xenontetrafluorid ( XeF
4 ), skulle RnF
6 sannolikt vara mycket mindre stabil än xenonhexafluorid ( XeF
6 ): radonhexafluorid skulle förmodligen också vara en vanlig oktaedrisk molekyl, till skillnad från den förvrängda oktaedriska strukturen av XeF
6 , på grund av den inerta pareffekten . Eftersom radon är ganska elektropositivt för en ädelgas, är det möjligt att radonfluorider faktiskt antar strukturer med hög fluorbroar och inte är flyktiga. Extrapolering nedåt i ädelgasgruppen skulle också antyda den möjliga förekomsten av RnO, RnO 2 och RnOF 4 , såväl som de första kemiskt stabila ädelgaskloriderna RnCl 2 och RnCl 4 , men ingen av dessa har ännu hittats.
Radonkarbonyl (RnCO) har förutspåtts vara stabil och ha en linjär molekylär geometri . Molekylerna Rn2
spin och RnXe visade sig vara signifikant stabiliserade genom -orbit-koppling . Radon inkapslat inuti en fulleren har föreslagits som ett läkemedel mot tumörer . Trots förekomsten av Xe(VIII) har inga Rn(VIII)-föreningar påståtts existera; RnF
8 bör vara mycket instabil kemiskt (XeF 8 är termodynamiskt instabil). Det förutspås att den mest stabila Rn(VIII)-föreningen skulle vara bariumperradonat (Ba2RnO6) , analogt med bariumperxenat . Instabiliteten hos Rn(VIII) beror på den relativistiska stabiliseringen av 6s-skalet, även känt som den inerta pareffekten .
Radon reagerar med de flytande halogenfluoriderna ClF, ClF
3 , ClF
5 , BrF
3 , BrF
5 , och IF
7 för att bilda RnF
2 . I halogenfluoridlösning är radon icke-flyktigt och finns som katjonerna RnF + och Rn2 + ; Tillsats av fluoridanjoner resulterar i bildningen av komplexen RnF
− 3 och RnF
2− 4 , parallellt med kemin av beryllium (II) och aluminium (III). Standardelektrodpotentialen för Rn 2+ /Rn-paret har uppskattats till +2,0 V, även om det inte finns några bevis för bildning av stabila radonjoner eller föreningar i vattenlösning .