稀有气体化合物

稀有气体包合物在近几十年曾被广泛研究过，它们由于有可能用于储存稀有气体而引起了人们的兴趣。在这些包合物中，稀有气体原子基本上都是被包容在笼状的主体分子中，即主体分子构成笼状晶格，将稀有气体包藏在笼中。能否形成包合物主要决定于主体分子和客体分子间的几何因素是否合适。例如，氩、氪和氙可以与β-氢醌形成包合物，氦和氖却因为体积太小而无法包合在内。

稀有气体包合物中，研究较多的主体分子是水、氢醌、苯酚和氟代苯酚。

包合物可以用来从稀有气体中分离出He和Ne，及运输Ar、Kr和Xe。此类化合物亦可用作放射源，⁸⁵Kr的包合物是β粒子的安全来源，¹³³Xe的包合物则是γ射线的来源。

曾经一度认为诸如Ar·BF₃之类的配位化合物可在低温下存在，但始终未经实验验证。并且，有报道称化合物WHe₂和HgHe₂可由电子轰击制得。然而最近的研究表明，它们并不是真正的化合物，He很有可能只是被金属表面吸附。

水合物可由将稀有气体压入水中制得。有理论认为，强极性的水分子使稀有气体原子产生诱导偶极，产生偶极-偶极作用力。因此原子序数较大的稀有气体所形成的水合物，如Xe·6H₂O，比原子序数小的稀有气体元素形成的要更加稳定。但近年来对于这些化合物是否存在产生了疑问。

曾经有人预测过CsFHeO、NMe₄FHeO等化合物可能存在，但并没有实验可以证实[4]。也有人预测了通过衰变来制备氦和氟的化合物，但至今未能成功[5]。

早期時，就只有氦合氢离子（HeH⁺）在1925年有文獻提及過[6]，但有關離子是用撞擊法，而非化學方法製成。先前已知的关于氦的物种，只有氦的包合物或者一些离子碎片。在2017年2月，Xiao Dong团队发现了在高压（113 GPa）可以稳定存在的第一个氦的化合物——氦化鈉（Na₂He），并将其发表在Nature Chemistry上。Na₂He的体系为电子盐体系，反应过程中He得到了0.15个电子。此外，该团队在发表Na₂He的同时，还预测了Na₂HeO在15 GPa可能存在。[7]

氖化合物理论上存在的可能性依然不确定。

目前唯一知道的氩化合物是氟氩化氢，於2000年制得。虽然2003年时有媒體报道ArF₂的存在，但尚未证实。

氪与氟反应得到二氟化氪。过去有报道称“四氟化氪”（实际上是二氟化氪）与水在-30℃时反应得到2-3%的“氪酸”KrO₃·xH₂O，该溶液有氧化性，能将碘离子氧化为碘单质，与氢氧化钡溶液反应得到产率7%的白色晶体“氪酸钡”。这些报道可信度不高，后来也未能重现。在含放射性同位素二氧化硒衰变产物中用光谱检测到Kr-O键的存在，理论上也已证实存在Kr-O键的可能性[8]，但目前还没有方法合成氧化氪。

1962年，巴特利特在研究无机氟化物时，发现强氧化性的六氟化铂可将O₂氧化为O₂⁺。由于O₂到O₂⁺的电离能（1165 kJ mol^–1）与Xe到Xe⁺的电离能相差不大（1170 kJ mol^–1），因此他尝试用PtF₆氧化Xe。结果反应得到了橙黄色的固体。巴特利特认为它是六氟合铂酸氙（Xe⁺[PtF₆]^–）。[2][9]这是第一个制得的稀有气体化合物。后期的实验证明该化合物化学式并非如此简单，包括XeFPtF₆和XeFPt₂F₁₁。

在成功合成六氟合铂酸氙，化学家又尝试用类似的六氟化钌来氧化氙。结果发现除了生成Xe(RuF₆)_x外，还存在有氙和氟气直接生成二元氙氟化物的副反应。因此克拉森（Howard Claassen）通过让氙和氟在高温下反应，成功合成了四氟化氙。[10]

目前合成的稀有气体化合物绝大多数都是氙的化合物，其中比较重要的包括：

• 氙氟化物——XeF₂、XeF₄、XeF₆
• 氙的氟氧化物——XeOF₂、XeOF₄、XeO₂F₂、XeO₃F₂、XeO₂F₄
• 氙氧化物——XeO₃、XeO₄

二氟化氙可由Xe和F₂混合气暴露在阳光下製得。但有趣的是，1960年代之前的半个世纪中，却没有人发现仅仅混合这两种气体就有可能发生反应。

AuXe₄²⁺的球棍模型

最近制得了一大种类形式为XeO_xM₂的稀有气体化合物，其中x = 1、2、3，M是任何电负性强的基团，比如CF₃、N(SO₂F)₂或OTeF₅。这类化合物范围相当广，可以有上千个之多，并且涉及氙和氧、氮、碳甚至金之间的化学键。一同报道的还有高氙酸、一些稀有气体卤化物和配离子。化合物Xe₂Sb₂F₁₁中含有目前已知最长的化学键，其中的Xe–Xe键长308.71 pm。

激发二聚体Xe₂及稀有气体卤化物，如XeCl₂都被用在准分子激光器中。

由於氡的半衰期很短、放射性很強，針對氡的化學研究較為困難，已知化合物也很少。氡可与氟反应生成二氟化氡，在固态时会发出黄色光。

目前已知的同位素的壽命都極短，因此目前未能通過實驗來研究其化學性質，也尚無已知的化合物。[11]理論預測將比氡更具反應性，其化學性質可能更像普通元素而不是惰性氣體。[12]

稀有气体原子可以被包覆在富勒烯分子中形成内嵌富勒烯。广义上看，它们也属于稀有气体化合物的范畴。