Τετραφθοριούχο ξένο

Το τετραφθοριούχο ξένο ή ξενοτετραφθορίδιο είναι μια από τις χημικές ενώσεις που παράγονται από το ευγενές αέριο ξένο. Ήταν η πρώτη δυαδική ένωση (δηλαδή ένωση δύο στοιχείων) ευγενούς αερίου που ανακαλύφθηκε. Σχηματίζεται με ολική σύνθεση ξένου και διφθορίου (F₂), σε μοριακή αναλογία 1:2. Η αντίδραση είναι εξωθερμική, παράγοντας 251 kJ/mole Xe.

Η μοριακή του δομή καθορίστηκε με φασματοσκοπία NMR και κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ το 1963. Πρόκειται για ένα επίπεδο τετραγωνικό μόριο και αυτό επιβεβαιώθηκε με μελέτη περίθλασης νετρονίων και δικαιολογήθηκε με τη θεωρία VSEPR, επειδή το ξένο έχει δυο μονήρη ζεύγη ηλεκτρονίων πάνω και κάτω από το μοριακό επίπεδο.

Όπως όλα τα φθορίδια του ξένου είναι σταθερό στις συνηθισμένες θερμοκρασίες. Αντιδρά έντονα με το νερό, ακόμη και απορροφώντας υγρασία από τον ατμοσφαιρικό αέρα και γι' αυτό πρέπει να διατηρείται σε άνυδρες συνθήκες.

Παραγωγή

Το ξενοτετραφθορίδιο παράγεται με θέρμανση μίγματος ξένου και διφθορίου σε αναλογία 1:3 σε νικέλινο δοχείο στους 400 °C. Συμπαράγεται επίσης και μια ποσότητα ξενοεξαφθορίδιου, σε αναλογία που αυξάνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης του διφθορίου:

$\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\underset{Ni}{\overset{400^{o}C}{\to }}\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{5}\mathrm{1}\mathrm{k}\mathrm{J}/\mathrm{m}\mathrm{o}\mathrm{l}\mathrm{e}$

Χημική συμπεριφορά και εφαρμογές

Το ξενοτετραφθορίδιο υδρολύεται με νερό σχημαρίζοντας ξένο, διοξυγόνο, υδροφθορικό οξύ (HF) και ένυδρο τριοξείδιο του ξένου:

$\mathrm{2}\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{}{\to }\mathrm{X}\mathrm{e}\mathrm{+}\frac{1}{2}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{8}\mathrm{H}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

Αντιδρά με φθοριούχο τετραμεθυλοαμμώνιο σχηματίζοντας πενταφθοροξενιούχο τετραμεθυλοαμμώνιο, που περιέχει το πενταγωνικό ανιόν [XeF₅]^-:

$\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{[}\mathrm{(}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{4}}\mathrm{N}\mathrm{]}\mathrm{F}\stackrel{}{\to }\mathrm{[}\mathrm{(}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{4}}\mathrm{N}\mathrm{]}\mathrm{[}\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}\mathrm{]}$

Το ίδιο ανιόν σχηματίζεται και με αντίδραση με φθοριούχο καίσιο:

$\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{s}\mathrm{F}\stackrel{}{\to }\mathrm{C}\mathrm{s}\mathrm{[}\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}\mathrm{]}$

Το ξενοτετραφθορίδιο αντιδρά με το πενταφθοριούχο βισμούθιο (BiF₅) σχηματίζοντας το ξενοτριφθοριούχο κατιόν ([XeF₃]⁺):

$\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{B}\mathrm{i}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}\stackrel{}{\to }\mathrm{[}\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{]}\mathrm{[}\mathrm{B}\mathrm{i}{\mathrm{F}}_{\mathrm{6}}\mathrm{]}$

Το ίδιο κατιόν ανιχνεύθηκε με φασματοσκοπία NMR στο άλας [XeF₃][Sb_2F_{11}]

Στους 400 °C το ξενοτετραφθορίδιο αντιδρά με ξένο σχηματίζοντας ξενοδιφθορίδιο (XeF₂):

$\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{X}\mathrm{e}\stackrel{400^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}$

Ακόμη, αντιδρά με το λευκόχρυσο (Pt) σχηματίζοντας τετραφθοριούχο λευκόχρυσο (PtF₄) και ξένο:

$\mathrm{X}\mathrm{e}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{P}\mathrm{t}\stackrel{}{\to }\mathrm{P}\mathrm{t}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{X}\mathrm{e}$

Μια εφαρμογή του ξενοτετραφθορίδιου είνσι να αποσυνθέτει ελαστικά σιλικόνης ώστε να μελετηθεί η παρουσία σ' αυτήν μεταλλικών προσμίξεων: Αντιδρά με τη σιλικόνη σχηματίζοντας απλά αέρια προϊόντα, αφήνοντας πίσω τιε μεταλλικές προσμείξεις.