稀有气体发现简史.docx

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稀有气体发现简史

稀有气体发现简史

周期表中零族元素有氦、氖、氩、氪、氙和氡一共六种，它们都是气体。

六种稀有气体元素是在1894-1900年间陆续被发现的。

发现稀有气体的主要功绩应归于英国化学家莱姆赛（RamsayW,1852-1916）。

下面我们按元素发现的先后顺序，分别简介这六种元素的发现经过。

氩Ar

早在1785年，英国著名科学家卡文迪什（CavendishH,1731-1810）在研究空气组成时，发现一个奇怪的现象。

当时人们已经知道空气中含有氮、氧、二氧化碳等，卡文迪什把空气中的这些成分除尽后，发现还残留少量气体，这个现象当时并没有引起化学家们应有的重视。

谁也没有想到，就在这少量气体里竟藏着一个化学元素家族。

100多年后，英国物理学家瑞利（RayleighJWS,1842-1919）在研究氮气时发现从氮的化合物中分离出来的氮气每升重1.2508g，而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重1.2572g，这0.0064g的微小差别引起了瑞利的注意。

他与化学家莱姆赛合作，把空气中的氮气和氧气除去，用光谱分析鉴定剩余气体，终于在1894年发现了氩。

由于氩和许多试剂都不发生反应，极不活泼，故被命名为Argon，即“不活泼”之意。

中译名为氩，化学符号为Ar。

氦He

早在1868年，法国天文学家简森（JanssenPJC,1824-1907）在观察日全蚀时，就曾在太阳光谱上观察到一条黄线D，这和早已知道的钠光谱的D1和D2两条线不相同。

同时，英国天文学家洛克耶尔（LockyerJN,1836-1920）也观测到这条黄线D。

当时天文学家认为这条线只有太阳才有，并且还认为是一种金属元素。

所以洛克耶尔把这个元素取名为Helium，这是由两个字拼起来的，helio是希腊文太阳神的意思，后缀-ium是指金属元素而言。

中译名为氦。

1895年，莱姆赛和另一位英国化学家特拉弗斯（TraversMW,1872-1961）合作，在用硫酸处理沥青铀矿时，产生一种不活泼的气体，用光谱鉴定为氦，证实了氦元素也是一种稀有气体，这种元素地球上也有，并且是非金属元素。

氪Kr、氖Ne、氙Xe

由于氦和氩的性质非常相近，而且它们与周期系中已被发现的其它元素在性质上有很大差异，莱姆赛根据周期系的规律性，推测出氦和氩可能是另一族元素，在它们之间一定有一个性质和氦、氩相近的家族。

果然，在1898年5月30日莱姆赛和特拉弗斯在大量液态空气蒸发后的残余物中，用光谱分析首先发现了比氩重的氪，他们把它命名为Krypton，即隐藏之意。

隐藏于空气中多年才被发现。

1898年6月，莱姆赛和特拉弗斯在蒸发液态氩时收集了最先逸出的气体，用光谱分析发现了比氩轻的氖。

他们把它命名为neon，源自希腊词neos，意为新，即从空气中发现的新气体。

中译名为氖。

也就是现在氖灯里的气体。

1898年7月12日，莱姆赛和特拉弗斯在分馏液态空气，制得了氪和氖后，又把氪反复地分次萃取，从其中又分出一种质量比氪更重的新气体，他们把它命名为Xenon，源自希腊文xenos，意为陌生人，即为人们所生疏的气体，因为它在空气中的含量极少，仅占总体积的一亿分之八。

氡Rn

氡是一种具有天然放射性的稀有气体，它是镭、钍和锕这些放射性元素在蜕变过程中的产物，因此，只有这些元素发现后才有可能发现氡。

1899年，英国物理学家欧文斯（OwensRB）和卢瑟福（RutherfordE,1871-1937）在研究钍的放射性时发现钍射气，即氡-220。

1900年，德国人道恩（DornFE）在研究镭的放射性时发现镭射气，即氡-222。

1902年，德国人吉赛尔（GieselFO,1852-1927）在锕的化合物中发现锕射气，即氡-219。

直到1908年，莱姆赛确定镭射气是一种新元素，和已发现的其它稀有气体一样，是一种化学惰性的稀有气体元素。

其它两种射气，是它的同位素。

1923年国际化学会议上命名这种新元素为radon，中文音译成氡，化学符号为Rn。

至此，氦、氖、氩、氪、氙、氡六种稀有气体作为一个家族全被发现了，它们占据了元素周期表零族的位置。

这个位置相当特殊，在它前面是电负性最强的非金属元素，在它后面是电负性最小的金属活泼性最强的金属元素。

由于这六种气体元素的化学惰性，很久以来，它们被称为"隋性气体"。

人类的认识是永无止境的，经过实践的检验，理论的相对真理性会得到发展和完善。

1962年，在加拿大工作的英国青年化学家巴特列特（BartlettN,1932~）首先合成出第一个惰性气体的化合物──六氟合铂酸氙Xe[PtF6]，动摇了长期禁锢人们思想。

"隋性气体"也随之改名"稀有气体"。

稀有气体的性质和用途

稀有气体的性质

稀有气体的化学性质是由它的原子结构所决定的。

除氦以外，稀有气体原子的最外电子层都是由充满的ns和np轨道组成的，它们都具有稳定的8电子构型。

稀有气体的电子亲合势都接近于零，与其它元素相比较，它们都有很高的电离势。

因此，稀有气体原子在一般条件下不容易得到或失去电子而形成化学键。

表现出化学性质很不活泼，不仅很难与其它元素化合，而且自身也是以单原子分子的形式存在，原子之间仅存在着微弱的范德华力（主要是色散力）。

稀有气体的熔、沸点都很低，氦的沸点是所有单质中最低的。

它们的蒸发热和在水中的溶解度都很小，这些性质随着原子序数的增加而逐渐升高。

稀有气体的原子半径都很大，在族中自上而下递增。

应该注意的是，这些半径都是未成键的半径，应该仅把它们与其它元素的范德华半径进行对比，不能与共价或成键半径进行对比。

氦是所有气体中最难液化的，温度在2.2K以上的液氦是一种正常液态，具有一般液体的通性。

温度在2.2K以下的液氦则是一种超流体，具有许多反常的性质。

例如具有超导性、低粘滞性等。

它的粘度变得为氢气粘度的百分之一，并且这种液氦能沿着容器的内壁向上流动，再沿着容器的外壁往下慢慢流下来。

这种现象对于研究和验证量子理论很有意义。

稀有气体的用途

稀有气体广泛应用到光学、冶金和医学等领域中。

例如：

氦氖激光器、氩离子激光器等在国防和科研上有着广泛的用途。

氖在放电管内放射出美丽的红光，加入一些汞蒸气后又发射出蓝光，所以，氖被广泛用来制造霓虹灯。

氙在电场的激发下能放出强烈的白光，高压长弧氙灯经常用于电影摄影、舞台照明等。

在冶金工业中，氩和氦的最大用途是为熔焊不锈钢等提供惰性气氛。

氪、氙和氡还能用于医疗上，氙灯能放出紫外线，氪、氙的同位素还被用来测量脑血流量等。

氦还被用来代替氢充填气象气球和飞船，由于它不燃烧，比氢安全得多。

由于氦的沸点低，还被用于超低温技术。