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同じ族なのにHeは化合物をつくらずXeは化合物をつくるそうですがそれはなぜですか?

イオン化エネルギーで説明がつくそうですが、Xeのほうが小さいからですか?なぜXeはFに作用して化合物がつくれるのですか?


またリチウムは酸化物は作るが超酸化物や過酸化物をつくらないにはどうしてですか?
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A 回答 (4件)

イオン化エネルギーで説明するとしたら、こんな感じでどうでしょうか。


フッ化キセノンXeF2という化合物があります。
キセノンのローンペア一個が、フッ素分子F2で酸化された形になっています。この化合物の形成が、
Xe -> Xe(2+) + 2e(-)
2e(-) + F2 -> 2F(-)
Xe(2+) + 2F(-) -> XeF2
という仕組みだ、とすれば、イオン化エネルギーの小さなキセノンでは最初の段階が可能だけど、イオン化エネルギーの大きなヘリウムではだめ、というふうに理解できるでしょう。
実際には、直接希ガス原子から希ガスのジカチオンが生成しているのではなくて、フッ素分子と希ガス原子が相互作用して反応しているでしょうから、この機構はあくまで紙の上の話ですが。
要するに、フッ素で希ガス単体が酸化出来るか否か、という話です。

なお、原子の半径や電気陰性度(これはイオン化エネルギーとも関わるが)も重要です。
例えば、酸素と硫黄を考えてみると、酸素は2配位の化合物を作ります。水など。
一方、硫黄は2配位から3配位、4配位、はては5配位、6配位と数多くの共有結合を作ることが出来ます。
これは、硫黄原子が大きいためにまわりに置換基が来ることができることも効いています。同時に、硫黄が電気的に陽性なので、酸素にくらべて置換基がくっつきやすい、というのもあります。

後半はちょっと私は分かりかねますので、他の方にお任せします。
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この回答へのお礼

やはりヘリウムよりキセノンの方がイオン化エネルギーが小さいからなんですね。
でもそれだけでは不十分で電子親和力や陰性度も関わってくるんですね!なかなか難しいです。

ご丁寧にありがとうございました!

お礼日時:2007/07/21 00:52

以下蛇足ですが。


アルゴンでも化合物(?)と考えられるものが観測され、理論計算によって研究がなされています。実際にX線構造などが取られているかはわかりませんが、多分気相か低温マトリックス中の観測しかないと思います。
はっきり覚えていませんが、ある種の重金属(金とか)との錯体(といえるのか?)だったかと思います。
なお、私が例示したXeF2は市販されていて、普通に実験台の上で使える化合物です。強力な酸化剤です。
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この回答へのお礼

化学は奥が深いですね・・
難しくて大変です!
ありがとうございました!

お礼日時:2007/07/23 19:38

#2 です.


ちょいと確認しましたが, 宇宙飛行士が使うのは Li2O2 だそうです. LiO2 は 15K くらいじゃないと分解するみたいです.
前半について歴史とからめて説明するなら
1.O2[PtF6] というイオン性物質が確認された
2.O2 のイオン化エネルギーは Xe とほぼ同じ
3.じゃあ Xe[PtF6] も作れるんじゃないだろうか
4.おお, 確かにできた
かなぁ. ちなみにこの Xe[PtF6] は非化学量論的 (簡単な整数比ではない) だそうです.
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じゃあ後半:


一応, (Fr を除く) 全てのアルカリ金属で酸化物/過酸化物/超酸化物が確認されています. つまり, 「Li は過酸化物や超酸化物を作らない」ということはありません. 但し, 普通に酸化すると Li2O になります (他の元素だと Na2O2, KO2, RbO2, CsO2 が優勢). この理由ですが, 一般にイオン結合では「似たような大きさのイオン」のときに安定しやすいという傾向があります. Li^+ は非常に小さいので, 大きなイオンである O2^2- とか O2^- とは安定した構造を作りにくいということです.
なお, 過酸化物や超酸化物は宇宙飛行士やダイバーなどで CO2 を O2 に変えるために使うことがあるそうです. 宇宙飛行士の場合には Li2O2 や LiO2 を使うんだそうな.

この回答への補足

少し話がずれてしまうかもしれませんが、アルカリ金属におけるイオン移動度の違いもおなじようなことなのでしょうか?

補足日時:2007/07/21 00:58
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結局、s電子が酸化や結合などで奪われにくいのは結局どう理解したらよいのでしょうか?

Aベストアンサー

ANo.2に誤解を招く表現があったので、まずそれをお詫びして訂正します。
 × 6s電子は5s電子よりも不活性になります。
 ○ 第5周期の元素よりも第6周期の元素の方が、不活性電子対効果は大きくなります。
すみませんでした。

(1) 相対論効果を生じさせる電子がもともと存在する軌道とその加速過程などはどのようなものか?
以下に箇条書きで示します。
・1s電子の速さは、原子番号Zに比例して大きくなる(v/c ~ Z/137)。
・電子の速さが光速に近づくと電子は重くなるので、原子番号が大きくなると1s電子の質量が大きくなる。
・原子軌道の半径は電子の質量に反比例して小さくなるので、1s電子の質量が大きくなると1s軌道が収縮する。
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(4) (2)と(3)が正しいという前提で、実際重原子ではそれらの軌道のエネルギー準位の関係はどうなっているのか?
超重元素でどうなるのかは知らないのですけど、Au~Biでは、原子軌道のエネルギー準位が入れ替わるほどではない(はず)です。

参考文献
[1] J.Barret, 原子構造と周期性 pp. 81-84, 化学同人 (2004).
http://www.kagakudojin.co.jp/library/ISBN978-4-7598-1006-6.htm
[2] N. Kaltsoyannis, J. Chem. Soc., Dalton Trans., pp.1-11 (1996).
[3] P. Pyykk?, Chem. Rev. 88, pp. 563-594 (1988).

ANo.2に誤解を招く表現があったので、まずそれをお詫びして訂正します。
 × 6s電子は5s電子よりも不活性になります。
 ○ 第5周期の元素よりも第6周期の元素の方が、不活性電子対効果は大きくなります。
すみませんでした。

(1) 相対論効果を生じさせる電子がもともと存在する軌道とその加速過程などはどのようなものか?
以下に箇条書きで示します。
・1s電子の速さは、原子番号Zに比例して大きくなる(v/c ~ Z/137)。
・電子の速さが光速に近づくと電子は重くなるので、原子番号が大きく...続きを読む

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