Kestabilan kimia dan kreaktifan gas mulia

Pada bagian ini, kondisi yang diperlukan untuk reaksi kimia diringkas dan kereaktifan untuk gas mulia akan didiskusikan.

a. Kondisi untuk kestabilan kimia

Kestabilan kimia dinyatakan sebagai hal untuk tidak berubah menjadi senyawa yang lain secara mudah. Ini memerlukan kestabilan fisik, karena sistem harus tetap ketika muncul sendiri. Sebagai tambahan, empat kondisi berikut untuk kestabilan kimia adalah sangat penting dalam usaha untuk menjaga dirinya sendiri jika berhadapan dengan spesies yang lain.
(1) Tidak ada elektron yang tidak berpasangan.
(2) HOMO sangat rendah. (Hampir tidak memiliki kemampuan untuk pemberian elektron yang disebabkan energi ionisasi yang terlalu besar).
(3) LUMO sangat tinggi. (Tidak memiliki kemampuan untuk menerima elektron, disebabkan oleh afinitas elektron negatif).
(4) Daerah spasial di mana HOMO dan LUMO berada tidak dapat dicapai oleh orbital dari spesies yang lain.
Jika ketiga kondisi di atas (1)-(3) dipenuhi, tidak akan ada reaksi yang terjadi dengan spesies yang lain yang tidak memiliki elektron yang tidak berpasangan. Kondisi (4) dapat dipenuhi ketika sistem ditempatkan dalam vakum atau matriks padatan pada suhu yang rendah (teknik ini disebut sebagai isolasi matriks). Kondisi (4) ini dapat dipenuhi jika daerah di mana HOMO dan LUMO berada dilindungi secara fisik terhadap spesies lain oleh grup fungsional yang besar (teknik demikian disebut sebagai perlindungan sterik). Dalam pengaruh kondisi (4), reaksi ditekan bahkan jika spesies yang lain memiliki radikal dengan elektron yang tidak berpasangan. Ketika kondisi (4) tidak dipenuhi, berhadapan dengan sebuah radikal yang memiliki SOMO yang terdistribusi secara luas akan menyebabkan reaksi bahkan jika kondisi (1)-(3) dipenuhi.
Agar suatu sistem dapat stabil secara kimia, sistem tersebut perlu stabil secara fisik. Dengan demikian sistem tersebut harus berada dalam keadaan energi elektronik yang paling rendah (keadaan elektronik dasar). Lebih lanjut, kecuali untuk sistem monoatomik, energi ikatan harus lebih besar dari energi termal. Kondisi fisik seperti ini lebih mudah untuk dipertahankan; kita hanya harus berhati-hati untuk tidak memberikan aksi energetik dengan cahaya dan panas. Ketika cahaya diserap untuk menghasilkan eksitasi elektron dan menjadikannya keadaan tereksitasi, kondisi fisik ini tidak dipenuhi dan secara simultan kondisi kimia (1)-(3) juga tidak dipenuhi.
Dalam usaha untuk mempertahankan senyawa tidak berubah dalam waktu yang cukup lama, senyawa yang tidak stabil secara kimia dan fotokimia harus disimpan dalam tempat yang gelap dan dingin. Bagi yang bereaksi dengan air atau oksigen, mereka harus diletakkan dalam atmosfer nitrogen atau diletakkan dalam keadaan vakum. Perlakuan yang khusus untuk setiap senyawa harus dilakukan dengan memperhatikan kondisi di atas.

b. Kereaktifan gas mulia

Gas mulia dalam keadaan dasarnya memenuhi kondisi (1)-(3) untuk kestabilan kimia (1) tidak memiliki elektron yang tidak berpasangan, (2) energi ionisasi sangat besar dan (3) afinitas elektronnya negatif dan dengan demikian kereaktifannya sangat rendah. Akan tetapi, beberapa reaksi dapat terjadi jika kondisinya sebagian tidak dipenuhi. Meskipun energi ionisasi untuk atom gas mulia besar, nilainya menurun dalam urutan sebagai berikut, He (24.6 eV), Ne (21.6 eV), Ar (15.8 eV), Kr (14.0 eV) dan ionisasi energi untuk Xe adalah 12.1 eV, yang lebih kecil dari energi ionisasi untuk atom hidrogen (13.6 eV). Hal ini memberikan indikasi bahwa kondisi (2) tidak berlaku untuk Xe. Dengan mencatat kecenderungan ini, N. Bartlet melakukan sintesis XePtF₆ dari Xe dan PtF₆ pada tahun 1962 dan juga N. H. Clasen memperoleh XeF4 melalui reaksi termal antara Xe dan F2 pada tahun 1962. Selanjutnya, XeF₂, XeF₆, XeO₃, XeO₄ dan beberapa senyawa gas mulia lainnya telah berhasil disintesis dan mengakibatkan hipotesis bahwa gas mulia adalah gas yang tidak reaktif ditolak.
Ion-ion dan atom-atom gas mulia yang tereksitasi (He*, Ne*, Ar*, Kr*, Xe:) tidak memenuhi kondisi (1)-(3) untuk kestabilan kimia dan mengakibatkan reaksi berikut dapat terjadi.

Dalam reaksi (a), He+ berlaku sebagai sebuah penerima elektron yang sangat kuat. Produk reaksi (b) disebut sebagai eksimer (excimer, excited dimers) yang digunakan sebagai osilasi laser. Reaksi dalam (c) adalah reaksi ionisasi yang berkaitan dengan tumbukan antara sebuah atom tereksitasi dan sebuah molekul yang disebut sebagai ionisasi Penning.