惰性气体

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我们在地球上所见到的一切东西都是由元素化合而成的,而有些元素与其他元素相比,显得不大愿意参与化合反应。然而,在1988年年初,一位名叫W.科克(W. Koch)的美国化学家证明,即使最不合群的元素也可以诱使它参与化合反应。 最不喜欢结合的元素是一组被称作“惰性气体”的元素(“惰性”一词的英文原意是“高贵”,英文中惰性气体为“inert gas”或“noble gas”,“inert”意为“惰性的”,而“noble”意为“高贵的”。这些元素之所以被以此相称,是与它们孤傲、排他不易与其他物质发生反应的特性有关)。现又称稀有气体(rare gas),因为在地壳和大气层中含量很少,除氡外都可作为工业气体由空气分离而制得。通常具有化学惰性,但近年来已能制得、氪、氡的一些具有一定稳定性的化合物

惰性气体共有六种,按照原子量递增的顺序排列,依次是氦、氖、氩、氪、氙、氡。在通常情况下,它们不与其他元素化合,而仅以单个原子的形式存在。

事实上,这些原子对于它们自己同类中的其他原子的存在也漠不关心,甚至不愿互相靠近到可以形成液体的程度,因而在常温下,它们都不会液化。它们全是气体,存在于大气之中。

首先被发现的惰性气体是,1894年就被探测到。它也是最常见的惰性气体,占大气总量的1%。其他惰性气体几年之后才被发现,它们在地球上的含量很少。当一个原子向另一个原子转移电子或与另一个原子共享电子时,它们便相互化合了。惰性气体不愿这么做,其原因是它们的原子中的电子分布得非常匀称,要想改变其位置就需要输入很大的能量,这种情况是不大可能发生的。

较大的惰性气体原子,例如,它的最外层的电子(参与化合反应者)与原子核离得较远。因此,外层电子与原子核之间的吸引力相对来说比较弱。由于这一原因,氡是惰性气体中惰性最弱的,只要化学家创造出合适的条件,也最容易迫使氡参与化合反应。

较小的惰性气体原子,其最外层电子离原子核比较近。这些电子被抓得比较牢固,使其原子难以与其他原子发生化合反应。

事实上,化学家已经迫使原子比较大的惰性气体——氪、氙、氡,与氟和氧那样的原子进行化合,氟与氧特别喜欢接受其他原子的电子。原子更小一些的惰性气体——氦、氖、氩——已经小到惰性十足的程度,迄今为止任何化学家都无法使它们参与化合反应。

原子最小的惰性气体是。在所有各类元素中,它是最不喜欢参与化合反应的,也是惰性最强的元素。甚至氦原子本身之间也极不愿意结合,因而直到温度降到4K时,才能变成液态。液态氦是能够存在的温度最低的液体,它对于科学家研究低温是至关重要的。

氦在大气中只有微量的存在,不过当像铀与钍这样的放射性元素衰变时,也能生成氦。这种积聚过程发生在地下,因而在一些油井中能产生氦。这种资源很有限,不过至今尚未耗尽。

每个氦原子只有两个电子,它被氦原子核束缚得如此之紧,以至要想抓走其中的一个电子,比之任何其他原子而言,要付出更多的能量。面对这样紧的束缚,那么是否能使氦原子放弃一个电子,或与其他原子共享一个电子,从而产生化合反应呢?

为了计算电子的行为,化学家采用了一种被称为“量子力学”的数学体系,这是在20世纪20年代创立的。化学家科克把它的原理应用到对氦的研究中。比如.假设一个铍原子(有四个电子)与一个氧原子(有八个电子)进行化合反应。在化合过程中,铍原子交出两个电子给氧原子,从而使它们结合在一起。

用量子力学进行计算的结果表明,铍原子中背对着氧原子的那一侧电子出现的几率非常小。

根据量子力学方程,如果一个氦原子参与进来。它就会与铍原子上电子出现几率非常小的那一侧共享两个电子,从而形成氦-铍-氧的化合物。

迄今为止,还没有其他原子化合反应能够产生俘获氦原子的条件,而且即便是氦-铍-氧,也只有在足以使空气液化的温度条件下,或许能结合在一起。现在对于化学家来说,必须对在极低温度条件下的物质进行研究,看看是否真能够通过实践证实理论,迫使氦参与化合反应,从而打垮这种惰性最强的元素!

惰性气体:又称钝气、稀有气体、贵重气体。

1.钝气包括:氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn),均为无色、无臭、气态的单原子分子。周期表中为第0族(零族),外层电子已达饱和,活性极小。

2.一般通性:

(1)原子量、密度、熔点、沸点、原子半径随原子序增加而增加。

(2)游离能随原子序增加而减少。

3.用途:

(1)He:可用作安全气球或飞船,与氧混合供潜水用,可防止潜水夫病,也可作保护气。

制备法:将天然气压缩及冷却而液化,He难液化而分离。

(2)Ne:在真空放电管中发生红色光,用於广告灯。 在电工用具试电笔中也存在氖管

或氖泡,试电笔测试时如果氖泡发光,说明导线有电,或者为通路的火线。

(3)Ar:填充灯泡保护钨丝。一般还做为焊接的保护气,即氩弧焊

(4)Kr,Xe:用在照相工业。Kr,Xe在真空放电管中,发出蓝色光。

(5)Rn:为放射性气体,自然界中几乎不存在。但是在劣质装修材质中会有钍的杂质,从而衰变产生氡气。

4.钝气化合物

1962年加拿大巴勒特发现了第一种钝气化合物—Xe之氟化物,接著有数百种Kr、Xe的化合物相继合成成功(如XeF2、KrF2),而传统的”惰性气体不能形成化合物”的观念需加以修正,惰性气体只是不活泼而已。所以,现在已经不称其为“惰性气体”,而改称为“稀有气体”了。  

惰性气体的发泡过程及特点有哪些?

惰性气体的发泡过程是将惰性气体压缩,用高压将其注入聚合物熔体中混合均匀,当熔体所受的外压去除后,熔体中受压缩的惰性气体急速膨胀而形成气泡的过程。

特点是:化学活性弱,无色,无味,发泡剂利用完全,聚合物中不会留下残渣,也不会对泡沫塑料性能产生不良影响。

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