แก๊สมีสกุล
สมบัติทางเคมี > สารประกอบ

บทความหลัก: สารประกอบของแก๊สมีสกุล
แก๊สมีสกุลมีความไวต่อปฏิกิริยาเคมีที่ต่ำมาก; ดังนั้นจึงมีการสร้างสารประกอบของแก๊สมีสกุล เพียงไม่กี่ร้อยรายการเท่านั้น สารประกอบ ที่เป็นกลางซึ่งฮีเลียมและนีออนมีส่วนร่วมใน พันธะเคมี ยังไม่ก่อตัวขึ้น (แม้ว่าจะมีไอออนที่มีฮีเลียมอยู่บ้าง และมีหลักฐานทางทฤษฎีบางอย่างสำหรับไอออนที่เป็นกลางซึ่งมีฮีเลียมอยู่บ้าง) ในขณะที่ซีนอน คริปทอน และอาร์กอนแสดงปฏิกิริยาเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ความไวต่อปฏิกิริยาเป็นไปตามลำดับ Ne < He < Ar < Kr < Xe < Rn ≪ Og
ในปี ค.ศ. 1933 ไลนัส พอลิง ทำนายว่าแก๊สมีสกุลที่หนักกว่าสามารถสร้างสารประกอบที่มีฟลูออรีนและออกซิเจน เขาทำนายการมีอยู่ของ krypton hexafluoride (KrF
6) และ xenon hexafluoride (XeF
6) โดยสันนิษฐานว่า XeF
8 อาจมีอยู่เป็นสารประกอบที่ไม่เสถียร และเสนอว่า xenic acid สามารถสร้างเกลือ perxenate ได้ การคาดคะเนเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าโดยทั่วไปมีความแม่นยำ ยกเว้นว่า XeF
8 ในขณะนี้ถือว่าไม่เสถียรทั้งทางอุณหพลศาสตร์และทางจลนพลศาสตร์เคมี
สารประกอบซีนอนเป็นสารประกอบของแก๊สมีสกุลจำนวนมากที่สุดที่ก่อตัวขึ้น ส่วนใหญ่มีอะตอมของซีนอนใน สถานะออกซิเดชัน ที่ +2, +4, +6 หรือ +8 ที่สร้างพันธะกับอะตอมที่มี ไฟฟ้าลบ สูง เช่น ฟลูออรีนหรือออกซิเจน เช่นใน ซีนอนไดฟลูออไรด์ (XeF
2), ซีนอนเตตระฟลูออไรด์ (XeF
4), ซีนอนเฮกซาฟลูออไรด์ (XeF
6), ซีนอนเตตรอกไซด์ (XeO
4) และโซเดียมเปอร์ซีเนต (Na
4XeO
6) ซีนอนทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนเพื่อสร้างซีนอนฟลูออไรด์จำนวนมากตามสมการต่อไปนี้:
บางส่วนของ สารประกอบเหล่านี้พบว่าใช้ใน การสังเคราะห์ทางเคมี เป็นตัวออกซิไดซ์; โดยเฉพาะอย่างยิ่ง XeF
2 มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์และสามารถใช้เป็นตัวแทน fluorinating ในปี ค.ศ. 2007 มีการระบุสารประกอบของซีนอนประมาณห้าร้อยตัวที่จับกับธาตุอื่นๆ รวมทั้งสารประกอบออร์แกนซีนอน (ที่มีซีนอนจับกับคาร์บอน) และซีนอนจับกับไนโตรเจน คลอรีน ทอง ปรอท และซีนอนเอง สารประกอบของซีนอนที่จับกับโบรอน ไฮโดรเจน โบรมีน ไอโอดีน เบริลเลียม กำมะถัน ไททาเนียม ทองแดง และเงิน ยังพบได้เฉพาะที่อุณหภูมิต่ำในแก๊สมีสกุล matrices หรือในแก๊สมีสกุลที่มีความเร็วเหนือเสียง
เรดอนมีปฏิกิริยามากกว่าซีนอน และสร้างพันธะเคมีได้ง่ายกว่าซีนอน อย่างไรก็ตาม เนื่องจากกัมมันตภาพรังสีสูงและครึ่งชีวิตสั้นของ เรดอนไอโซโทป จึงเกิดเรดอนเพียงไม่กี่ ฟลูออไรด์ และ ออกไซด์ เท่านั้น เรดอนก้าวไปสู่พฤติกรรมของโลหะมากกว่าซีนอน ไดฟลูออไรด์ RnF2 เป็นไอออนิกสูง และ Rn2+ ประจุบวกจะเกิดขึ้นในสารละลายฮาโลเจนฟลูออไรด์ ด้วยเหตุผลนี้ อุปสรรคทางจลนพลศาสตร์ทำให้ยากที่จะออกซิไดซ์เรดอนเกินสถานะ +2 มีเพียงการทดลองตามรอยเท่านั้นที่ประสบความสำเร็จในการทำเช่นนั้น อาจสร้าง RnF4 , RnF6 และ RnO3
คริปทอนมีปฏิกิริยาน้อยกว่าซีนอน แต่มีรายงานสารประกอบหลายตัวที่มีคริปทอนใน สถานะออกซิเดชัน ที่ +2 คริปทอนไดฟลูออไรด์ มีความโดดเด่นที่สุดและจำแนกได้ง่ายที่สุด ภายใต้สภาวะที่รุนแรง คริปทอนจะทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนเพื่อสร้าง KrF2 ตามสมการต่อไปนี้:
สารประกอบที่คริปทอนสร้างพันธะเดี่ยวกับไนโตรเจนและออกซิเจนก็มีลักษณะเช่นกัน แต่จะคงที่ต่ำกว่า −60 องศาเซลเซียส (−76 องศาฟาเรนไฮต์) และ −90 องศาเซลเซียส (−130 องศาฟาเรนไฮต์) ตามลำดับ
อะตอมของคริปทอนจับกันทางเคมีกับอโลหะอื่นๆ (ไฮโดรเจน คลอรีน คาร์บอน) รวมถึง โลหะทรานซิชัน บางส่วน (ทองแดง เงิน ทอง) ที่ยังสังเกตพบ แต่ที่อุณหภูมิต่ำในเมทริกซ์แก๊สมีสกุลเท่านั้น หรือในเครื่องบินไอพ่นที่มีความเร็วเหนือเสียง มีการใช้เงื่อนไขที่คล้ายกันเพื่อให้ได้สารประกอบสองสามชนิดแรกของอาร์กอนในปี ค.ศ. 2000 เช่น อาร์กอนฟลูออโรไฮไดรด์ (HArF) และบางส่วนจับกับโลหะทรานซิชันช่วงปลายอย่างทองแดง เงิน และทอง ในปี ค.ศ. 2007 ยังไม่มีข้อมูลโมเลกุลที่เป็นกลางที่เสถียรซึ่งเกี่ยวข้องกับฮีเลียมหรือนีออนที่มีพันธะโควาเลนต์
การคาดคะเนจากแนวโน้มจากการทำนายว่าออกาเนสสันควรเป็นแก๊สมีสกุลที่มีปฏิกิริยามากที่สุด การบำบัดทางทฤษฎีที่ซับซ้อนมากขึ้นบ่งชี้ว่ามีปฏิกิริยามากกว่าที่คาดการณ์ไว้ ถึงจุดที่มีการตั้งคำถามเกี่ยวกับการใช้คำอธิบายของ 'แก๊สมีสกุล' โอกาเนสซอนคาดว่าจะค่อนข้างเหมือน ซิลิคอน หรือ ดีบุก ในหมู่ 14: องค์ประกอบปฏิกิริยาที่มีสถานะ +4 ทั่วไปและสถานะ +2 ทั่วไปน้อยกว่า ซึ่งที่อุณหภูมิและความดันห้องไม่ได้เป็นแก๊สแต่เป็นสารกึ่งตัวนำที่เป็นของแข็ง จำเป็นต้องมีการทดสอบเชิงประจักษ์ / เชิงทดลองเพื่อตรวจสอบการคาดการณ์เหล่านี้ (ในทางกลับกัน ฟลีโรเวียม แม้จะอยู่ในหมู่ 14 แต่คาดการณ์ว่าจะระเหยผิดปกติ ซึ่งบ่งชี้ถึงคุณสมบัติคล้ายแก๊สมีสกุล)
แก๊สมีสกุลรวมถึงฮีเลียมสามารถสร้าง โมเลกุลไอออน ที่เสถียรในเฟสของแก๊ส วิธีที่ง่ายที่สุดคือ ฮีเลียมไฮไดรด์โมเลกุลไอออน, HeH+ ค้นพบในปี ค.ศ. 1925 เนื่องจากประกอบด้วยธาตุที่มีมากที่สุด 2 ชนิดในเอกภพ ได้แก่ ไฮโดรเจนและฮีเลียม จึงเชื่อว่าเกิดขึ้นตามธรรมชาติในตัวกลางระหว่างดวงดาว และในที่สุดก็ตรวจพบในเดือนเมษายน ค.ศ. 2019 โดยใช้อากาศกล้องโทรทรรศน์โซเฟีย นอกจากไอออนเหล่านี้แล้ว ยังมีแก๊สมีสกุลที่เป็นกลาง excimer อีกหลายชนิด เหล่านี้เป็นสารประกอบเช่น ArF และ KrF ที่เสถียรเฉพาะเมื่ออยู่ในสถานะกระตุ้น; บางส่วนพบการใช้งานใน excimer laser
นอกจากสารประกอบที่อะตอมของแก๊สมีสกุลมีส่วนร่วมใน พันธะโควาเลนต์ แล้ว แก๊สมีสกุลยังก่อตัวเป็นสารประกอบ ที่ไม่ใช่โควาเลนต์ clathrates อธิบายครั้งแรกในปี ค.ศ. 1949 ประกอบด้วยอะตอมของแก๊สมีสกุลที่ติดอยู่ภายในโพรงของ ผลึกขัดแตะ ของสารอินทรีย์และอนินทรีย์บางชนิด เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของพวกมันคืออะตอมแก๊สมีสกุล จะต้องมีขนาดที่เหมาะสมเพื่อให้พอดีกับโพรงของโครงตาข่ายคริสตัลโฮสต์ ตัวอย่างเช่น อาร์กอน คริปทอน และซีนอนสร้างคลาเทรตด้วย ไฮโดรควิโนน แต่ฮีเลียมและนีออนไม่มีเพราะพวกมันมีขนาดเล็กเกินไปหรือไม่เพียงพอ นีออน อาร์กอน คริปทอน และซีนอนยังก่อตัวเป็นคลาเทรตไฮเดรต ซึ่งแก๊สมีสกุลขังอยู่ในน้ำแข็ง
แก๊สมีสกุลสามารถก่อตัวเป็น เอนโดฮีดรัล ฟูลเลอรีน ซึ่งอะตอมของแก๊สมีสกุลขังอยู่ภายในโมเลกุล ฟูลเลอรีน ในปี ค.ศ. 1993 มีการค้นพบว่าเมื่อ C
60 ซึ่งเป็นโมเลกุลทรงกลมที่ประกอบด้วย 60 คาร์บอน อะตอม สัมผัสกับแก๊สมีสกุลที่ความดันสูง ซับซ้อน เช่น He@C
60 สามารถสร้างขึ้นได้ (สัญลักษณ์ @ ระบุว่ามีเขาอยู่ภายใน C
60 แต่ไม่ผูกพันโควาเลนต์กับมัน) ในปี ค.ศ. 2008 เอ็นโดฮีดรัลคอมเพล็กซ์ที่มีฮีเลียม นีออน อาร์กอน คริปทอน และซีนอนได้สร้างขึ้นแล้ว พบสารประกอบเหล่านี้ใช้ในการศึกษาโครงสร้างและความว่องไวต่อปฏิกิริยาของฟูลเลอรีนโดยวิธี นิวเคลียร์ แมกเนติก เรโซแนนซ์ ของอะตอมของแก๊สมีสกุล
สารประกอบของแก๊สมีสกุลเช่น ซีนอนไดฟลูออไรด์ (XeF
2) ถูกพิจารณาว่าเป็น ไฮเปอร์วาเลนต์ เนื่องจากพวกมันละเมิด กฎออกเตต พันธะในสารประกอบดังกล่าวสามารถอธิบายได้โดยใช้แบบจำลอง พันธะสามศูนย์สี่อิเล็กตรอน แบบจำลองนี้เสนอครั้งแรกในปี ค.ศ. 1951 พิจารณาถึงพันธะของอะตอมคอลลิเนียร์สามตัว ตัวอย่างเช่น พันธะใน XeF
2 อธิบายโดยชุดของทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุล (MO) สามชุดที่ได้มาจาก p-orbital บนแต่ละอะตอม พันธะผลลัพธ์จากการรวมกันของ p-orbital ที่เติมจาก Xe กับ p-orbital ที่เติมครึ่งหนึ่งจากแต่ละอะตอม  F ทำให้เกิดออร์บิทัลที่มีพันธะที่เติมเต็ม, ออร์บิทัลที่ไม่มีพันธะที่เติม และว่างเปล่า ออร์บิทัลโมเลกุลแบบต้านพันธะ การโคจรของโมเลกุลที่ถูกครอบครองสูงสุด อยู่ในช่วงปลายของอะตอมทั้งสอง สิ่งนี้แสดงถึงตำแหน่งของประจุที่อำนวยความสะดวกโดยค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงของฟลูออรีน
คุณสมบัติทางเคมีของแก๊สมีสกุลที่หนักกว่า คริปทอนและซีนอน ได้รับการยอมรับอย่างดี เคมีของสารที่เบากว่า อาร์กอนและฮีเลียมยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ในขณะที่ยังไม่สามารถระบุสารประกอบของนีออนได้