제논 화합물

제논 화합물()은 원소 제논(Xe)을 포함하는 화합물이다. 닐 바틀렛이 1962년 제논이 화학 화합물을 형성할 수 있다는 것을 발견한 이후, 수많은 제논 화합물이 발견되고 기술되었다. 알려진 거의 모든 제논 화합물은 음전기를 띠는 플루오린 또는 산소 원자를 포함한다. 각 산화수에서 제논의 화학적 특성은 바로 아래 산화수에서 이웃 원소 아이오딘의 화학적 특성과 유사하다.

 할로젠화물 
섬네일|사플루오린화 제논|alt=파란색 중심 원자(Xe)가 네 개의 주변 원자(플루오린)와 대칭적으로 결합된 평면 화학 분자의 모델.
섬네일|1962년 XeF4 결정|alt=페트리 접시 안에 여러 개의 입방형 투명 결정.

세 가지 플루오린화물이 알려져 있다: , , 그리고 . XeF는 불안정하다고 이론화되어 있다. 이들은 거의 모든 제논 화합물 합성의 출발점이다.

고체 결정성 이플루오린화물 는 플루오린과 제논 기체 혼합물을 자외선에 노출시킬 때 형성된다. 일반적인 햇빛의 자외선 성분으로도 충분하다.  촉매 하에 를 고온에서 장시간 가열하면 이 생성된다. NaF 존재 하에 을 열분해하면 고순도 가 생성된다.

제논 플루오린화물은 플루오린화물 수용체와 플루오린화물 제공체 역할을 모두 하여, 와 와 같은 양이온, 그리고 , , 와 같은 음이온을 포함하는 염을 형성한다. 녹색의 상자성 는 제논 기체에 의한  환원을 통해 형성된다.

는 또한 전이 금속 이온과 배위 착물을 형성한다. 30개 이상의 이러한 착물들이 합성되고 특성화되었다.

제논 플루오린화물은 잘 특성화되어 있지만, 다른 할로젠화물은 그렇지 않다. 제논, 플루오린, 그리고 실리콘 또는 사염화 탄소 혼합물에 고주파 방사선을 조사하여 형성되는 이염화 제논은 흡열성, 무색의 결정성 화합물로, 80°C에서 원소로 분해되는 것으로 보고되었다. 그러나 는 약하게 결합된 Xe 원자와  분자의 판데르발스 분자일 뿐 실제 화합물이 아닐 수 있다. 이론적 계산에 따르면 선형 분자 는 판데르발스 착물보다 안정성이 낮다. 사염화 제논과 이브로민화 제논은 화학 반응으로 합성할 수 없을 정도로 불안정하다. 이들은 각각  및 의 방사성 붕괴에 의해 생성되었다.

 산화물 및 산소할로젠화물 
세 가지 제논 산화물이 알려져 있다: 삼산화 제논 ()과 사산화 제논 (), 둘 다 위험하게 폭발성이 있고 강력한 산화제이며, 2011년에 배위수가 4인 이산화 제논 (XeO2)이 보고되었다. XeO2는 사플루오린화 제논이 얼음 위에 부어졌을 때 형성된다. 그 결정 구조는 규산염 광물에서 규소를 대체할 수 있게 할 수도 있다. XeOO+ 양이온은 고체 아르곤에서 적외선 분광법으로 확인되었다.

제논은 산소와 직접 반응하지 않는다; 삼산화물은 의 가수분해에 의해 형성된다:
  + 3  →  + 6 HF

는 약한 산성으로, 알칼리에 녹아  음이온을 포함하는 불안정한 제논산 염을 형성한다. 이 불안정한 염은 쉽게 불균등화되어 제논 기체와  음이온을 포함하는 과제논산염 염으로 변한다.

바륨 과제논산염을 농축 황산으로 처리하면 기체 사산화 제논이 생성된다:
  + 2  → 2  + 2  + 

분해를 방지하기 위해 이렇게 형성된 사산화 제논은 재빨리 옅은 노란색 고체로 냉각된다. 이 물질은 -35.9°C 이상에서 제논과 산소 기체로 폭발하지만, 그 외에는 안정적이다.

, , , 를 포함한 여러 제논 산소플루오린화물이 알려져 있다. 는 저온에서 와 제논 기체를 반응시켜 형성된다. 또한 의 부분 가수분해로도 얻을 수 있다. 이 물질은 -20°C에서 와 로 불균등화된다. 는 의 부분 가수분해에 의해 형성된다...
 +  →  + 2 
...또는 과 과제논산 나트륨, 의 반응으로도 생성된다. 후자의 반응은 또한 소량의 를 생성한다.

는 또한 의 부분 가수분해에 의해 형성된다.
 + 2  →  + 4 
는 CsF와 반응하여  음이온을 형성하는 반면, XeOF3는 알칼리 금속 플루오린화물인 KF, RbF, CsF와 반응하여  음이온을 형성한다.

 기타 화합물 
제논은 플루오린이나 산소보다 덜 전기음성적인 원소, 특히 탄소와 직접 화학 결합을 형성할 수 있다. 플루오린 치환을 가진 그룹과 같은 전자 흡인 그룹은 이러한 화합물을 안정화하는 데 필요하다. 다음과 같은 수많은 화합물이 특성화되었다.
 , 여기서 C6F5는 펜타플루오로페닐 그룹이다.









제논이 플루오린이나 산소보다 덜 전기음성적인 원소에 결합된 다른 화합물로는 와 가 있다. 후자는 -100°C에서 이산소일 테트라플루오로보레이트, 로부터 합성된다.

제논을 포함하는 특이한 이온은 Xe–Au 결합을 포함하는 테트라제노노금(II) 양이온, 이다. 이 이온은 화합물 에서 발견되며, 제논이 전이 금속 리간드 역할을 하면서 제논과 금이라는 악명 높은 비활성 원소 사이에 직접적인 화학 결합을 가지고 있다는 점에서 주목할 만하다. 유사한 수은 착물 (HgXe)(Sb3F17) (이는 [HgXe2+][Sb2F11–][SbF6–]로 구성됨)도 알려져 있다. 제논은 M=Cr, Mo, 또는 W인 기체 M(CO)5와 가역적으로 착물을 형성한다. p-블록 금속 또한 비활성 기체와 결합한다: XeBeO는 분광학적으로 관찰되었으며, XeBeS와 FXeBO는 모두 안정적일 것으로 예측된다.

화합물 에는 Xe–Xe 결합이 포함되어 있으며, 이는 알려진 원소-원소 결합 중 가장 긴 결합이다 (308.71 pm = 3.0871 Å).

1995년 헬싱키 대학교의 과학자 M. Räsänen과 동료들은 이수소화 제논(HXeH)의 준비를 발표했고, 이후 수소화-수산화 제논(HXeOH), 하이드록세노아세틸렌(HXeCCH) 및 기타 제논 함유 분자들을 발표했다. 2008년, Khriachtchev 외 연구진은 극저온 제논 매트릭스 내에서 물의 광분해를 통해 HXeOXeH의 제조를 보고했다. 중수소화된 분자인 HXeOD와 DXeOH도 생산되었다.

 포접 화합물 및 엑시머 

제논이 화학 결합을 형성하는 화합물 외에도, 제논은 포접 화합물을 형성할 수 있는데, 이는 제논 원자 또는 쌍이 다른 화합물의 결정 격자에 갇혀 있는 물질을 말한다. 한 예로 제논 수화물 (Xe·H2O)이 있는데, 여기서 제논 원자는 물 분자의 격자 내 공극을 차지한다. Reprinted as  이 포접 화합물은 녹는점이 24°C이다. 이 수화물의 중수소화 버전도 생산되었다. 또 다른 예는 제논 수소화물 (Xe(H2)8)인데, 여기서 제논 쌍 (이합체)이 고체 수소 내부에 갇혀 있다. 이러한 가스 하이드레이트는 남극 빙상 아래 보스토크호와 같은 고압 조건에서 자연적으로 발생할 수 있다. 포접 화합물 형성은 제논, 아르곤, 크립톤을 분별 증류하는 데 사용될 수 있다.

제논은 또한 내부 풀러렌 화합물을 형성할 수 있는데, 이 경우 제논 원자가 풀러렌 분자 내부에 갇혀 있다. 풀러렌에 갇힌 제논 원자는 129Xe 핵자기 공명 (NMR) 분광법으로 관찰할 수 있다. 제논 원자의 환경에 대한 민감한 화학적 이동을 통해 풀러렌 분자의 화학 반응을 분석할 수 있다. 그러나 제논 원자가 풀러렌의 반응성에 전자적 영향을 미치기 때문에 이러한 관찰에는 주의할 점이 있다.

제논 원자가 바닥 에너지 상태에 있을 때, 그들은 서로 반발하며 결합을 형성하지 않는다. 그러나 제논 원자가 에너지를 받으면 전자가 바닥 상태로 돌아올 때까지 엑시머 (들뜬 이합체)를 형성할 수 있다. 이 개체는 제논 원자가 이웃 제논 원자로부터 전자를 추가하여 가장 바깥쪽 전자 껍질을 완성하려는 경향 때문에 형성된다. 제논 엑시머의 일반적인 수명은 1-5 나노초이며, 붕괴 시 약 150 및 173 nm의 파장을 가진 광자를 방출한다. 제논은 또한 브로민, 염소, 플루오린과 같은 다른 할로젠 원소와도 엑시머를 형성할 수 있다.

 각주 

분류:폭약
분류:원소별 화합물
분류:제논 화합물