中文名 | 稀有氣體 | 外文名 | noble gases |
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別????名 | 惰性氣體、貴氣體 | 水溶性 | 不溶于水 |
外????觀 | 無色無味氣體 | 應(yīng)????用 | 充電燈泡,作保護(hù)氣等 |
包????括 | 氦氣,氖氣,氬氣,氪氣,氙氣,氡氣,Og | 數(shù)????量 | 已發(fā)現(xiàn)7個(gè) |
族 | 0族 |
在惰性氣體元素的原子中,電子在各個(gè)電子層中的排列,剛好達(dá)到穩(wěn)定數(shù)目。因此原子不容易失去或得到電子,也就很難與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),因此這些元素被稱為“惰性氣體元素”。
在原子量較大、電子數(shù)較多的惰性氣體原子中,最外層的電子離原子核較遠(yuǎn),所受的束縛相對較弱。如果遇到吸引電子強(qiáng)的其他原子,這些最外層電子就會失去,從而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
1933年,美國著名化學(xué)家鮑林(L.Pauling)通過對離子半徑的計(jì)算,曾預(yù)言可以制得六氟化氙(XeF6)、六氟化氪(KrF6)、氙酸及其鹽。揚(yáng)斯特(D.M.Younst)受阿因托波夫的第一個(gè)報(bào)道和鮑林預(yù)言的啟發(fā),用紫外線照射和放電法試圖合成氟化氙和氯化氙,均未成功。他在放電法合成氟化氙的實(shí)驗(yàn)中將氟和氙按一定比例混合后,在銅電極間施以30000伏的電壓,進(jìn)行火花放電,但未能檢驗(yàn)出氟化氙的生成。令人遺憾的是,到了1961年,鮑林也否定了自己原來的預(yù)言,認(rèn)為“氙在化學(xué)上是完全不反應(yīng)的,它無論如何都不能生成通常含有共價(jià)鍵或離子鍵化合物的能力”。
歷史的發(fā)展頗具戲劇性,就在鮑林否定其預(yù)言的第二年,1962年,加拿大化學(xué)家巴特列特(N.Bartlett)首次合成了氙和氟的化合物。自1960年以來,文獻(xiàn)上報(bào)道了數(shù)種新的鉑族金屬氟化物,它們都是強(qiáng)氧化劑,其中高價(jià)鉑的氟化物六氟化鉑(PtF6)的氧化性甚至比氟還要強(qiáng)。巴特列特首先用PtF6與等摩爾氧氣在室溫條件下混合反應(yīng),得到了一種深紅色固體,經(jīng)X射線衍射分析和其他實(shí)驗(yàn)確認(rèn)此化合物的化學(xué)式為O2PtF6,其反應(yīng)方程式為:O2 PtF6→O2PtF6。巴特列特頭腦機(jī)敏,善于聯(lián)想類比和推理。他考慮到O2的第一電離能是1175.7kJ/mol,氙的第一電離能是1175.5kJ/mol,比氧分子的第一電離能還略低,既然O2可以被PtF6氧化,那么氙也應(yīng)能被PtF6氧化。他同時(shí)還計(jì)算了晶格能,若生成XePtF6,其晶格能只比O2PtF6小41.84kJ/mol。這說明XePtF6一旦生成,也應(yīng)能穩(wěn)定存在。于是巴特列特根據(jù)以上推論,仿照合成O2PtF6的方法,將PtF6的蒸氣與等摩爾的氙混合,在室溫下竟然輕而易舉地得到了一種橙黃色固體XePtF6:Xe PtF6→XePtF6
第一個(gè)稀有氣體化合物——六氟合鉑酸氙(XePtF6)奇跡般地出現(xiàn)了,并以它獨(dú)特的經(jīng)歷和風(fēng)姿震驚了整個(gè)化學(xué)界,標(biāo)志著稀有氣體化學(xué)的建立,開創(chuàng)了稀有氣體化學(xué)研究的嶄新領(lǐng)域。該化合物在室溫下穩(wěn)定,其蒸氣壓很低。它不溶于非極性溶劑四氯化碳,這說明它可能是離子化合物。它在真空中加熱可以升華,遇水則迅速水解,并逸出氣體:2XePtF6 6H2O→2Xe↑ O2↑ 2PtO2 12HF
1962年6月,巴特列特在英國Proccedings of the Chemical Society雜志上發(fā)表了一篇重要短文,正式向化學(xué)界公布了自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,一下震動(dòng)了整個(gè)化學(xué)界。就在同年8月,柯拉森(H.H.Classen)在加熱加壓的情況下,以1:5體積比混合氙與氟時(shí),直接得到了XeF4,年底又制得了XeF2和XeF6。氙的氟化物的直接合成成功,更加激發(fā)了化學(xué)家合成稀有氣體化合物的熱情。在此后不長的時(shí)間內(nèi),人們相繼又合成了一系列不同價(jià)態(tài)的氙氟化合物、氙氟氧化物、氙氧酸鹽等,并對其物理化學(xué)性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵本質(zhì)進(jìn)行了廣泛的研究和探討,從而大大豐富和拓寬了稀有氣體化學(xué)的研究領(lǐng)域。
到1963年初,關(guān)于氪和氡的一些化合物也陸續(xù)被合成出來了。原子越小,電子所受約束越強(qiáng),元素的“惰性”也越強(qiáng),因此合成氦、氖和氬的化合物更加困難。芬蘭赫爾辛基大學(xué)的科學(xué)家在24日出版的英國《自然》雜志上報(bào)告說,他們首次合成了惰性氣體元素氬的穩(wěn)定化合物——氟氬化氫,分子式為HArF。它在低溫下是一種固態(tài)穩(wěn)定物質(zhì),遇熱又會分解成氬和氟化氫??茖W(xué)家認(rèn)為,使用這種新技術(shù),也可望分別制取出氦和氖的穩(wěn)定化合物。
2017年2月6日,中國南開大學(xué)的王慧田、周向鋒團(tuán)隊(duì)及其合作者在《Nature Chemistry》上發(fā)表了有關(guān)在高壓條件下合成氦鈉化合物——Na?He的論文 ,結(jié)束了氦元素?zé)o化合物的歷史,這標(biāo)志著中國在稀有氣體化學(xué)領(lǐng)域走向了最前端。
空氣中約含0.94%(體積百分)的稀有氣體,其中絕大部分是氬氣。
稀有氣體都是無色、無臭、無味的,微溶于水,溶解度隨分子量的增加而增大。稀有氣體的分子都是由單原子組成的,它們的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)都很低,隨著原子量的增加,熔點(diǎn)和沸點(diǎn)增大。它們在低溫時(shí)都可以液化。
稀有氣體原子的最外層電子結(jié)構(gòu)為ns2np6(氦為1s2),是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),它們的特性可以用現(xiàn)代的原子結(jié)構(gòu)理論來解釋:它們都具有穩(wěn)定的8電子構(gòu)型。它們的最外電子層的電子已“滿”(即已達(dá)成八隅體狀態(tài)),所以它們非常穩(wěn)定,極少進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),至今只成功制備出幾百種稀有氣體化合物。每種稀有氣體的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)十分接近,溫度差距小于10 °C(18 °F),因此它們僅在很小的溫度范圍內(nèi)以液態(tài)存在。稀有氣體的電子親合勢都接近于零,與其他元素相比較,它們都有很高的電離勢。因此,稀有氣體原子在一般條件下不容易得到或失去電子而形成化學(xué)鍵。表現(xiàn)出化學(xué)性質(zhì)很不活潑,不僅很難與其它元素化合,而且自身也是以單原子分子的形式存在,原子之間僅存在著微弱的范德華力(主要是色散力)。
經(jīng)氣體液化和分餾方法可從空氣中獲得氖、氬、氪和氙,而氦氣通常提取自天然氣,氡氣則通常由鐳化合物經(jīng)放射性衰變后分離出來。稀有氣體在工業(yè)方面主要應(yīng)用在照明設(shè)備、焊接和太空探測。氦也會應(yīng)用在深海潛水。如潛水深度大于55米,潛水員所用的壓縮空氣瓶內(nèi)的氮要被氦代替,以避免氧中毒及氮麻醉的征狀。另一方面,由于氫氣非常不穩(wěn)定,容易燃燒和爆炸,現(xiàn)今的飛艇及氣球都采用氦氣替代氫氣。
稀有氣體元素的基本性質(zhì)列于下表中。
性 質(zhì) |
He |
Ne |
Ar |
Kr |
Xe |
Rn |
顏 色 |
無色 |
無色 |
無色 |
無色 |
無色 |
無色 |
光譜顏色(放電管中) |
粉紅 |
紅 |
藍(lán)紫 |
藍(lán)綠 |
亮白色 |
- |
氣體密度(g/L) |
0.1785 |
0.9002 |
1.7809 |
3.708 |
5.851 |
9.73 |
熔點(diǎn)(K) |
0.95 |
24.5 |
84.0 |
116.6 |
161.2 |
202.2 |
沸點(diǎn)(K) |
4.25 |
27.3 |
87.5 |
120.3 |
166.1 |
208.2 |
溶解度(mol/L,293K) |
13.8 |
14.7 |
37.9 |
73 |
110.9 |
- |
臨界溫度(K) |
5.25 |
44.45 |
153.15 |
210.65 |
289.75 |
377.65 |
氣化熱(kJ/mol) |
0.09 |
1.8 |
6.3 |
9.7 |
13.7 |
18.0 |
性 質(zhì) |
He |
Ne |
Ar |
Kr |
Xe |
Rn |
原子序數(shù) |
2 |
10 |
18 |
36 |
54 |
86 |
原子量 |
4.00 |
20.18 |
39.95 |
83.80 |
131.3 |
222.0 |
價(jià)電子結(jié)構(gòu) |
1s |
2s2p |
3s3p |
4s4p |
5s5p |
6s6p |
原子(范得華)半徑(pm) |
122 |
160 |
191 |
198 |
- |
- |
第Ⅰ電離勢(kJ/mol) |
2372 |
2081 |
1521 |
1351 |
1170 |
1037 |
第Ⅱ電離勢(kJ/mol) |
5250 |
3952 |
2666 |
2350 |
2046 |
- |
恒壓熱容Cp(J/K·mol) |
20.79 |
20.79 |
20.79 |
20.79 |
20.79 |
20.79 |
熱容商Cp/CV |
1.65 |
1.64 |
1.66 |
1.69 |
1.67 |
- |
“noble gases”在十九世紀(jì)被化學(xué)家發(fā)現(xiàn)以來,由于深入理解其性質(zhì)而多次改名。原本它們被稱為稀有氣體(rare gases),因?yàn)榛瘜W(xué)家認(rèn)為它們是很罕見的。不過,這種說法只適用其中部分元素,并非所有都很少見。例如氬氣(Ar, argon)在地球大氣層的含量占0.923%,勝過二氧化碳(0.03%);而氦氣(He, helium)在地球大氣層的含量確實(shí)很少,但在宇宙卻是相當(dāng)充沛,它占有23%,僅次于氫(75%)。所以化學(xué)家又改稱為惰性氣體(又稱鈍氣,inert gases),表示它們的反應(yīng)性很低,不曾在自然中出現(xiàn)化合物過。對于那些早期需借由化合物來尋找元素的科學(xué)家,這些元素是比較難以尋找的。不過,最近的研究指出他們是可以和其他元素結(jié)合成化合物(此即稀有氣體化合物),只是需要借助人工合成的方式。故最后改稱為貴重氣體(又稱貴族氣體、貴氣體或高貴氣體,noble gases),這個(gè)稱呼是源自德語的Edelgas所翻譯來的,是由雨果·埃德曼于1898年所定名。“noble”與黃金等的“貴金屬”類似,表示它們不易發(fā)生化學(xué)反應(yīng),但并非不能產(chǎn)生任何化合物。
在中文譯名方面,兩岸三地有著不同的稱呼。中國大陸全國自然科學(xué)名詞審定委員會于1991年公布的《化學(xué)名詞》中正式規(guī)定“noble gases”稱為稀有氣體一詞。香港教育局的《中學(xué)化學(xué)科常用英漢詞匯》稱“noble gases”為(高)貴氣體,而一般社會仍有使用惰性氣體的稱呼。而臺灣方面,由國立編譯館的國家教育研究院建議常稱“noble gases”為惰性氣體,比較少用鈍氣、稀有氣體等,然而也有被稱為高貴氣體。
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1868年,天文學(xué)家在太陽的光譜中發(fā)現(xiàn)一條特殊的黃色譜線D3,這和早已知道的鈉元素的D1和D2兩條黃色譜線不同,由此預(yù)言在太陽中可能有一種未知元素存在。后來將這種元素命名為“氦”,意為“太陽元素” 。
20多年后,拉姆塞證實(shí)了地球上也存在氦元素。1895年,美國地質(zhì)學(xué)家希爾布蘭德觀察到釔鈾礦放在硫酸中加熱會產(chǎn)生一種不能自燃、也不能助燃的氣體。他認(rèn)為這種氣體可能是氮?dú)饣驓鍤?,但沒有繼續(xù)研究。拉姆塞知道這一實(shí)驗(yàn)后,用釔鈾礦重復(fù)了這一實(shí)驗(yàn),得到少量氣體。在用光譜分析法檢驗(yàn)該氣體時(shí),原以為能看到氬的譜線,卻意外地發(fā)現(xiàn)一條黃線和幾條微弱的其他顏色的亮線。拉姆塞把它與已知的譜線對照,沒有一種同它相似。經(jīng)過苦苦思索,終于想起27年前發(fā)現(xiàn)的太陽上的氦。氦的光譜正是黃線,如果這兩條黃線能夠重合,那么釔鈾礦中放出的氣體應(yīng)是太陽元素氦了。拉姆塞十分謹(jǐn)慎,請當(dāng)時(shí)英國最著名的光譜專家克魯克斯幫助檢驗(yàn),證實(shí)拉姆塞所得的未知?dú)怏w即為“太陽元素”氣體。1895年3月,拉姆塞在《化學(xué)新聞》上首先發(fā)表了在地球上發(fā)現(xiàn)氦的簡報(bào),同年在英國化學(xué)年會上正式宣布這一發(fā)現(xiàn)。后來,人們在大氣中、水中、天然氣中、石油氣中以及鈾和外的礦石中,甚至在隕石中也發(fā)現(xiàn)了氦。
1902年,德米特里·門捷列夫接受了氦和氬元素的發(fā)現(xiàn),并這些稀有氣體納入他的元素排列之內(nèi),分類為0族,而元素周期表即從該排列演變而來 。
拉姆塞繼續(xù)使用分餾法把液態(tài)空氣分離成不同的成分以尋找其他的稀有氣體。他于1898年發(fā)現(xiàn)了三種新元素:氪、氖和氙?!半础痹醋韵ED語“κρυπτ(kruptós)”,意為“隱藏”;“氖”源自希臘語“νο(néos)”,意為“新”;“氙”源自希臘語“ξνο(xénos)”,意為“陌生人”。
氡氣于1898年由弗里德里希·厄恩斯特·當(dāng)發(fā)現(xiàn),最初取名為鐳放射物,但當(dāng)時(shí)并未列為稀有氣體 。直到1904年才發(fā)現(xiàn)它的特性與其他稀有氣體相似。1904年,瑞利和拉姆塞分別獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng),以表彰他們在稀有氣體領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn) 。瑞典皇家科學(xué)院主席西德布洛姆致詞說:“即使前人未能確認(rèn)該族中任何一個(gè)元素,卻依然能發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的元素族,這是在化學(xué)歷史上獨(dú)一無二的,對科學(xué)發(fā)展有本質(zhì)上的特殊意義。 ”
稀有氣體的發(fā)現(xiàn)有助于對原子結(jié)構(gòu)一般理解的發(fā)展。在1895年,法國化學(xué)家亨利·莫瓦桑嘗試進(jìn)行氟(電負(fù)性最高的元素)與氬(稀有氣體)之間的反應(yīng),但沒有成功。直到20世紀(jì)末,科學(xué)家仍無法制備出氬的化合物,但這些嘗試有助于發(fā)展新的原子結(jié)構(gòu)理論。由這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果,丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾在1913年提出,在原子中的電子以電子層形式圍繞原子核排列,除了氦氣以外的所有稀有氣體元素的最外層的電子層總是包含8個(gè)電子。1916年,吉爾伯特·牛頓·路易斯制定了八隅體規(guī)則,指出最外電子層上有8個(gè)電子是任何原子最穩(wěn)定的排布,此電子排布使它們不會與其他元素發(fā)生反應(yīng),因?yàn)樗鼈儾恍枰嗟碾娮右蕴顫M其最外層電子層。
但到了1962年,尼爾·巴特利特發(fā)現(xiàn)了首個(gè)稀有氣體化合物六氟合鉑酸氙。其他稀有氣體化合物隨后陸續(xù)被發(fā)現(xiàn):在1962年發(fā)現(xiàn)了氡的化合物二氟化氡;并于1963年發(fā)現(xiàn)氪的化合物二氟化氪。2000年,第一種穩(wěn)定的氬化合物氟氬化氫(HArF)在40K(-233.2℃)下成功制備。
1998年12月,俄羅斯杜布納的聯(lián)合核研究所的科學(xué)家以鈣原子轟擊钚來產(chǎn)生114號元素的單一原子,后來被命名為Fl。初步化學(xué)實(shí)驗(yàn)已顯示該元素可能是第一種超重元素,盡管它位于元素周期表的第14族,卻有著的稀有氣體特性。2006年10月,聯(lián)合核研究所與美國勞倫斯利福摩爾國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家成功地以鈣原子轟擊锎的方法,人工合成了Og,它是0族的第七個(gè)元素 。
英國倫敦大學(xué)學(xué)院教授邁克·巴洛與同事利用歐洲航天局的赫舍爾太空望遠(yuǎn)鏡,在遠(yuǎn)紅外波段觀測距地球6500光年的蟹狀星云,結(jié)果發(fā)現(xiàn)了氬氫分子。他們所觀測到的是氬的同位素氬-36,來自蟹狀星云中心的中子星的能量令其發(fā)生電離,然后與氫形成氬氫分子。這一發(fā)現(xiàn)也同時(shí)支持氬-36同位素起源于超新星中心的理論。
大約氮?dú)獍l(fā)現(xiàn)的百年之后,英國化學(xué)家瑞利(Rayleigh,J.W.S.1842-1919),一方面從空氣中除掉氧氣、二氧化碳、水蒸氣得到氮?dú)?;另一方面從氮化物分解制得氮?dú)?。他把這兩種來源不同的氮?dú)膺M(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)在正常狀態(tài)下前者的密度是1.2572克/升,后者的密度是1.2508克/升,為什么空氣中的氮?dú)饷芏纫笮┠兀渴遣皇瞧渲羞€有較重的不活潑氣體?英國化學(xué)家萊姆大塞(Ramsay,W.1852-1916)用燃燒的鎂與空氣中的氮?dú)庾饔?,以除去空氣中的氮,結(jié)果剩下少量的稀有氣體。經(jīng)光譜檢驗(yàn),證明是一種新的氣體元素叫做氬。后幾年他用分級蒸餾法,從粗制的氬中分離出其它三種稀有氣體──氖、氪、氙。1895年,萊姆塞用硫酸處理瀝青油礦,產(chǎn)生一種氣體,用光譜鑒定為氦。由于他先后發(fā)現(xiàn)氦、氖、氪、氬、氙,獲得了1904年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,稀有氣體越來越廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、尖端科學(xué)技術(shù)以至日常生活里。
利用稀有氣體極不活潑的化學(xué)性質(zhì),有的生產(chǎn)部門常用它們來作保護(hù)氣。例如,在焊接精密零件或鎂、鋁等活潑金屬,以及制造半導(dǎo)體晶體管的過程中,常用氬作保護(hù)氣。原子能反應(yīng)堆的核燃料钚,在空氣里也會迅速氧化,也需要在氬氣保護(hù)下進(jìn)行機(jī)械加工。電燈泡里充氬氣可以減少鎢絲的氣化和防止鎢絲氧化,以延長燈泡的使用壽命。氦是氣相色譜法中的載色劑、溫度計(jì)的填充氣,并用于蓋革計(jì)數(shù)器和氣泡室等輻射測量設(shè)備中。氦和氬都用作焊接電弧的保護(hù)氣和賤金屬的焊接及切割的惰性保護(hù)氣。它們在其他冶金過程和半導(dǎo)體工業(yè)中硅的生產(chǎn)中同樣有著廣泛應(yīng)用。
稀有氣體通電時(shí)會發(fā)光。世界上第一盞霓虹燈是填充氖氣制成的(霓虹燈的英文原意是“氖燈”)。氖燈射出的紅光,在空氣里透射力很強(qiáng),可以穿過濃霧。因此,氖燈常用在機(jī)場、港口、水陸交通線的燈標(biāo)上。燈管里充入氬氣或氦氣,通電時(shí)分別發(fā)出淺藍(lán)色或淡紅色光。有的燈管里充入了氖、氬、氦、水銀蒸氣等四種氣體(也有三種或兩種的)的混合物。由于各種氣體的相對含量不伺,便制得五光十色的各種霓虹燈。人們常用的熒光燈,是在燈管里充入少量水銀和氬氣,并在內(nèi)壁涂熒光物質(zhì)(如鹵磷酸鈣)而制成的。通電時(shí),管內(nèi)因水銀蒸氣放電而產(chǎn)生紫外線,激發(fā)熒光物質(zhì),使它發(fā)出近似日光的可見光,所以又叫做日光燈。氪可降低燈絲的蒸發(fā)率而常用于色溫和效率更高性能白熾燈,特別在鹵素?zé)糁锌蓪㈦磁c少量碘或溴的化合物混合充入。氙通常用于氙弧燈,因?yàn)樗鼈兊倪B續(xù)光譜與日光相似。這種燈可用于電影放映機(jī)和汽車前燈等 。
利用稀有氣體可以制成多種混合氣體激光器。氦-氖激光器就是其中之一。氦氖混合氣體被密封在一個(gè)特制的石英管中,在外界高頻振蕩器的激勵(lì)下,混合氣體的原子間發(fā)生非彈性碰撞,被激發(fā)的原子之間發(fā)生能量傳遞,進(jìn)而產(chǎn)生電子躍遷,并發(fā)出與躍遷相對應(yīng)的受激輻射波,近紅外光。氦-氖激光器可應(yīng)用于測量和通訊。稀有氣體可用于準(zhǔn)分子激光器,這是因?yàn)樗鼈兛尚纬啥虝捍嬖诘碾娮蛹ぐl(fā)態(tài)受激子。這些用于激光器的受激子可能是稀有氣體二聚體,例如Ar2、Kr2或Xe2,更有可能是與鹵素結(jié)合的受激子,例如ArF、KrF、XeF或XeCl。 這些激光器產(chǎn)生波長較短的紫外線,其中ArF產(chǎn)生的紫外線波長為193nm,而KrF為248nm。這種高頻率的激光使高精密成像成為現(xiàn)實(shí)。準(zhǔn)分子激光有諸多工業(yè)、醫(yī)藥和科學(xué)用途。集成電路制造過程中的顯微光刻法和微制造必須用到準(zhǔn)分子激光。激光手術(shù),例如血管再成形術(shù)和眼部手術(shù)也需用到準(zhǔn)分子激光。
氦氣是除了氫氣以外最輕的氣體,可以代替氫氣裝在飛艇里,不會著火和發(fā)生爆炸。液態(tài)氦的沸點(diǎn)為-269℃,是所有氣體中最難液化的,利用液態(tài)氦可獲得接近絕對零度(-273.15℃)的超低溫。氦氣還用來代替氮?dú)庾魅嗽炜諝?,供探海潛水員呼吸,因?yàn)樵趬簭?qiáng)較大的深海里,用普通空氣呼吸,會有較多的氮?dú)馊芙庠谘豪铩.?dāng)潛水員從深海處上升,體內(nèi)逐漸恢復(fù)常壓時(shí),溶解在血液里的氮?dú)庖懦鰜硇纬蓺馀荩?對微血管起阻塞作用,引起“氣塞癥”。氦氣在血液里的溶解度比氮?dú)庑〉枚?,用氦跟氧的混合氣體(人造空氣)代替普通空氣,就不會發(fā)生上述現(xiàn)象。溫度在2.2K以上的液氦是一種正常液態(tài),具有一般液體的通性。溫度在2.2K以下的液氦則是一種超流體,具有許多反常的性質(zhì)。例如具有超導(dǎo)性、低粘滯性等。它的粘度變得為氫氣粘度的百分之一,并且這種液氦能沿著容器的內(nèi)壁向上流動(dòng),再沿著容器的外壁往下慢慢流下來。這種現(xiàn)象對于研究和驗(yàn)證量子理論很有意義。
氬氣經(jīng)高能的宇宙射線照射后會發(fā)生電離。利用這個(gè)原理,可以在人造地球衛(wèi)星里設(shè)置充有氬氣的計(jì)數(shù)器。當(dāng)人造衛(wèi)星在宇宙空間飛行時(shí),氬氣受到宇宙射線的照射。照射得越厲害,氬氣發(fā)生電離也越強(qiáng)烈。衛(wèi)星上的無線電機(jī)把這些電離信號自動(dòng)地送回地球,人們就可根據(jù)信號的大小來判定空間宇宙輻射帶的位置和 強(qiáng)度。
氪能吸收X射線,可用作X射線工作時(shí)的遮光材料。
氙燈還具有高度的紫外光輻射,可用于醫(yī)療技術(shù)方面。氙能溶于細(xì)胞質(zhì)的油脂里,引起細(xì)胞的麻醉和膨脹,從而使神經(jīng)末梢作用暫時(shí)停止。人們曾試用80%氙和20%氧組成的混合氣體,作為無副作用的麻醉劑。在原子能工業(yè)上,氙可以用來檢驗(yàn)高速粒子、粒子、介子等的存在。
氪、氙的同位素還被用來測量腦血流量等。
氡是自然界唯一的天然放射性氣體,氡在作用于人體的同時(shí)會很快衰變成人體能吸收的氡子體,進(jìn)入人體的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷,誘發(fā)肺癌。一般在劣質(zhì)裝修材料中的釷雜質(zhì)會衰變釋放氡氣體,從而對人體造成傷害。體外輻射主要是指天然石材中的輻射體直接照射人體后產(chǎn)生一種生物效果,會對人體內(nèi)的造血器官、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和消化系統(tǒng)造成損傷。然而,氡也有著它的用途,將鈹粉和氡密封在管子內(nèi),氡衰變時(shí)放出的α粒子與鈹原子核進(jìn)行核反應(yīng),產(chǎn)生的中子可用作實(shí)驗(yàn)室的中子源。氡還可用作氣體示蹤劑,用于檢測管道泄漏和研究氣體運(yùn)動(dòng)。2100433B
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氧、氮、氬及稀有氣體在玻璃行業(yè)中的應(yīng)用 一、玻璃工藝流程 玻璃分類: 1、平板玻璃(普通平板玻璃、浮法玻璃); 2、安全玻璃(鋼化玻璃、夾絲玻璃、夾層玻璃、鈦化玻璃); 3、節(jié)能型玻璃(吸熱玻璃、熱反射玻璃)。 玻璃生產(chǎn)工藝流程介紹: 玻璃的生產(chǎn)工藝包括:配料、熔制、成形、退火等工序。分別介紹如下: 1、配料: 按照設(shè)計(jì)好的料方單,將各種原料稱量后在一混料機(jī)內(nèi)混合均勻。玻璃的主要原料有:石英 砂、石灰石、長石、純堿、硼酸等。 2、熔制: 將配好的原料經(jīng)過高溫加熱,形成均勻的無氣泡的玻璃液。玻璃的熔制在熔窯內(nèi)進(jìn)行。熔窯 主要有兩種類型:一種是坩堝窯,玻璃料盛在坩堝內(nèi),在坩堝外面加熱。小的坩堝窯只放一個(gè)坩堝,大的 可多到 20 個(gè)坩堝。坩堝窯是間隙式生產(chǎn)的, 現(xiàn)在僅有光學(xué)玻璃和顏色玻璃采用坩堝窯生產(chǎn)。 另一種是池窯, 玻璃料在窯池內(nèi)熔制,明火在玻璃液面上部加熱。玻璃的熔制溫度大多在 1300~
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氧、氮、氬及稀有氣體在玻璃行業(yè)中的應(yīng)用 一、玻璃工藝流程 玻璃分類: 1、平板玻璃(普通平板玻璃、浮法玻璃); 2、安全玻璃(鋼化玻璃、夾絲玻璃、夾層玻璃、鈦化玻璃); 3、節(jié)能型玻璃(吸熱玻璃、熱反射玻璃)。 玻璃生產(chǎn)工藝流程介紹: 玻璃的生產(chǎn)工藝包括:配料、熔制、成形、退火等工序。分別介紹如下: 1、配料: 按照設(shè)計(jì)好的料方單,將各種原料稱量后在一混料機(jī)內(nèi)混合均勻。玻璃的主要原料有:石英 砂、石灰石、長石、純堿、硼酸等。 2、熔制: 將配好的原料經(jīng)過高溫加熱,形成均勻的無氣泡的玻璃液。玻璃的熔制在熔窯內(nèi)進(jìn)行。熔窯 主要有兩種類型:一種是坩堝窯,玻璃料盛在坩堝內(nèi),在坩堝外面加熱。小的坩堝窯只放一個(gè)坩堝,大的 可多到 20 個(gè)坩堝。坩堝窯是間隙式生產(chǎn)的, 現(xiàn)在僅有光學(xué)玻璃和顏色玻璃采用坩堝窯生產(chǎn)。 另一種是池窯, 玻璃料在窯池內(nèi)熔制,明火在玻璃液面上部加熱。玻璃的熔制溫度大多在 1300~
稀有氣體化學(xué)是六十年代以后發(fā)展起來的一門新的分支學(xué)科.本書系統(tǒng)地介紹了這門分支學(xué)科的發(fā)展情況,論述了稀有氣體化合物的制備和性質(zhì)、化學(xué)鍵理論和實(shí)際應(yīng)用,試圖反映這一學(xué)科的全貌.本書可供高等院校與化學(xué)專業(yè)有關(guān)的師生和化學(xué)、化工工作者參考.
引論
第一章 稀有氣體單質(zhì)簡介、稀有氣體化合物早期的工作
第二章 氙的復(fù)合氟化物
第三章 氙的鹵素化合物
第四章 氙的氧化物和氟氧化物
第五章 氙化合物的水溶液化學(xué)
第六章 氙的復(fù)合物
第七章 其他稀有氣體化合物
第八章 稀有氣體化合物中化學(xué)鍵的性質(zhì)
第九章 稀有氣體化合物的應(yīng)用
主題索引
分子式索引 2100433B
六種稀有氣體元素是在1894-1900年間陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)的。發(fā)現(xiàn)稀有氣體的主要功績應(yīng)歸于英國化學(xué)家萊姆賽(Ramsay W,1852-1916)。二百多年前,人們已經(jīng)知道,空氣里除了少量的水蒸氣、二氧化碳外,其余的就是氧氣和氮?dú)狻?785年,英國科學(xué)家卡文迪許在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),把不含水蒸氣、二氧化碳的空氣除去氧氣和氮?dú)夂?,仍有很少量的殘余氣體存在。這種現(xiàn)象在當(dāng)時(shí)并沒有 引起化學(xué)家的重視。一百多年后,英國物理學(xué)家雷利測定氮?dú)獾拿芏葧r(shí),發(fā)現(xiàn)從空氣里分離出來的氮?dú)饷可|(zhì)量是1.2572克/升,而從含氮物質(zhì)制得的氮?dú)饷可|(zhì)量是1.2505克/升。經(jīng)多次測定,兩者質(zhì)量相差仍然是幾毫克??少F的是雷利沒有忽視這種微小的差異,他懷疑從空氣分離出來的氮?dú)饫锖袥]被發(fā)現(xiàn)的較重的氣體。于是,他查閱了卡文迪許過去寫的資料,并重新做了實(shí)驗(yàn)。1894年,他在除掉空氣里的氧氣和氮?dú)庖院螅玫搅撕苌倭康臉O不活潑的氣體。與此同時(shí),雷利的朋友、英國化學(xué)家萊姆塞用其它方法從空氣里也得到了這樣的氣體。經(jīng)過分析,判斷該氣體是一種新物質(zhì)。由于這氣體極不活潑,所以命名為氬(拉丁文原 意是"懶惰")。以后幾年里,拉姆塞等人又陸續(xù)從空氣里發(fā)現(xiàn)了氦氣、氖氣(名稱原意是"新的"意思)、氪氣(名稱原意是"隱藏"意思)和氙氣(名稱原意是"奇異"意思)。
氡是一種具有天然放射性的稀有氣體,它是鐳、釷和錒這些放射性元素在蛻變過程中的產(chǎn)物,因此,只有這些元素發(fā)現(xiàn)后才有可能發(fā)現(xiàn)氡。
1899年,英國物理學(xué)家歐文斯(Owens R B)和盧瑟福(Rutherford E,1871-1937)在研究釷的放射性時(shí)發(fā)現(xiàn)釷射氣,即氡-220。1900年,德國人道恩(Dorn F E)在研究鐳的放射性時(shí)發(fā)現(xiàn)鐳射氣,即氡-222。1902年,德國人吉賽爾(Giesel F O,1852-1927)在錒的化合物中發(fā)現(xiàn)錒射氣,即氡-219。直到1908年,萊姆賽確定鐳射氣是一種新元素,和已發(fā)現(xiàn)的其它稀有氣體一樣,是一種化學(xué)惰性的稀有氣體元素。其它兩種射氣,是它的同位素。1923年國際化學(xué)會議上命名這種新元素為radon,中文音譯成氡,化學(xué)符號為Rn。