稀有氣體發(fā)現(xiàn)簡史[1]

1、稀有氣體發(fā)現(xiàn)簡史 周期表中零族元素有氦、氖、氬、氪、氙和氡一共六種，它們都是氣體。 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歸于英國化學家萊姆賽（RamsayW,1852-1916）。下面我們按元素發(fā)現(xiàn)的先后順序，分別簡介這六種元素的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過。氬Ar 早在1785年，英國著名科學家卡文迪什（CavendishH,1731-1810）在研究空氣組成時，發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象。當時人們已經(jīng)知道空氣中含有氮、氧、二氧化碳等，卡文迪什把空氣中的這些成分除盡后，發(fā)現(xiàn)還殘留少量氣體，這個現(xiàn)象當時并沒有引起化學家們應有的重視。誰也沒有想到，就在這少量氣體里竟藏著一個化學元

2、素家族。 100多年后，英國物理學家瑞利（Rayleigh J W S,1842-1919）在研究氮氣時發(fā)現(xiàn)從氮的化合物中分離出來的氮氣每升重1.2508g，而從空氣中分離出來的氮氣在相同情況下每升重1.2572g，這0.0064g的微小差別引起了瑞利的注意。他與化學家萊姆賽合作，把空氣中的氮氣和氧氣除去，用光譜分析鑒定剩余氣體，終于在1894年發(fā)現(xiàn)了氬。由于氬和許多試劑都不發(fā)生反應，極不活潑，故被命名為Argon，即“不活潑”之意。中譯名為氬，化學符號為Ar。氦He 早在1868年，法國天文學家簡森(Janssen P JC,1824-1907)在觀察日全蝕時，就曾在太陽光譜上觀察到一條黃線

3、D，這和早已知道的鈉光譜的D1和D2兩條線不相同。同時，英國天文學家洛克耶爾(Lockyer JN,1836-1920)也觀測到這條黃線D。當時天文學家認為這條線只有太陽才有，并且還認為是一種金屬元素。所以洛克耶爾把這個元素取名為Helium，這是由兩個字拼起來的，helio是希臘文太陽神的意思，后綴-ium是指金屬元素而言。中譯名為氦。1895年，萊姆賽和另一位英國化學家特拉弗斯(Travers MW,1872-1961)合作，在用硫酸處理瀝青鈾礦時，產(chǎn)生一種不活潑的氣體，用光譜鑒定為氦，證實了氦元素也是一種稀有氣體，這種元素地球上也有，并且是非金屬元素。氪Kr、氖Ne、氙Xe 由于氦和氬的

4、性質非常相近，而且它們與周期系中已被發(fā)現(xiàn)的其它元素在性質上有很大差異，萊姆賽根據(jù)周期系的規(guī)律性，推測出氦和氬可能是另一族元素，在它們之間一定有一個性質和氦、氬相近的家族。果然，在1898年5月30日萊姆賽和特拉弗斯在大量液態(tài)空氣蒸發(fā)后的殘余物中，用光譜分析首先發(fā)現(xiàn)了比氬重的氪，他們把它命名為Krypton，即隱藏之意。隱藏于空氣中多年才被發(fā)現(xiàn)。1898年6月，萊姆賽和特拉弗斯在蒸發(fā)液態(tài)氬時收集了最先逸出的氣體，用光譜分析發(fā)現(xiàn)了比氬輕的氖。他們把它命名為neon，源自希臘詞neos，意為新，即從空氣中發(fā)現(xiàn)的新氣體。中譯名為氖。也就是現(xiàn)在氖燈里的氣體。 1898年7月12日，萊姆賽和特拉弗斯在分餾

5、液態(tài)空氣，制得了氪和氖后，又把氪反復地分次萃取，從其中又分出一種質量比氪更重的新氣體，他們把它命名為Xenon，源自希臘文xenos，意為陌生人，即為人們所生疏的氣體，因為它在空氣中的含量極少，僅占總體積的一億分之八。氡Rn 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，英國物理學家歐文斯(Owens R B)和盧瑟福(RutherfordE,1871-1937)在研究釷的放射性時發(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發(fā)現(xiàn)鐳射氣，即氡-222。1902年，德

6、國人吉賽爾(Giesel FO,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年國際化學會議上命名這種新元素為radon，中文音譯成氡，化學符號為Rn。 至此，氦、氖、氬、氪、氙、氡六種稀有氣體作為一個家族全被發(fā)現(xiàn)了，它們占據(jù)了元素周期表零族的位置。這個位置相當特殊，在它前面是電負性最強的非金屬元素，在它后面是電負性最小的金屬活潑性最強的金屬元素。由于這六種氣體元素的化學惰性，很久以來，它們被稱為"隋性氣體"。 人類的認識

7、是永無止境的，經(jīng)過實踐的檢驗，理論的相對真理性會得到發(fā)展和完善。1962年，在加拿大工作的英國青年化學家巴特列特(Bartlett N,1932)首先合成出第一個惰性氣體的化合物六氟合鉑酸氙XePtF6，動搖了長期禁錮人們思想。"隋性氣體"也隨之改名"稀有氣體"。 稀有氣體的性質和用途稀有氣體的性質 稀有氣體的化學性質是由它的原子結構所決定的。 除氦以外，稀有氣體原子的最外電子層都是由充滿的ns和np軌道組成的，它們都具有穩(wěn)定的8電子構型。稀有氣體的電子親合勢都接近于零，與其它元素相比較，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

8、去電子而形成化學鍵。表現(xiàn)出化學性質很不活潑，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）。 稀有氣體的熔、沸點都很低，氦的沸點是所有單質中最低的。它們的蒸發(fā)熱和在水中的溶解度都很小，這些性質隨著原子序數(shù)的增加而逐漸升高。 稀有氣體的原子半徑都很大，在族中自上而下遞增。應該注意的是，這些半徑都是未成鍵的半徑，應該僅把它們與其它元素的范德華半徑進行對比，不能與共價或成鍵半徑進行對比。 氦是所有氣體中最難液化的，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。例如具有超導性、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壁向上流動，再沿著容器的外壁往下慢慢流下來。這種現(xiàn)象對于研究和驗證量子理論很有意義。稀有氣體的用途 稀有氣體廣泛應用到光學、冶金和醫(yī)學等領域中。例如：氦氖激光器、氬離子激光器等在國防和科研上有著廣泛的用途。氖在放電管內放射出美麗的紅光，加入一些汞蒸氣后又發(fā)射出藍光，所以，氖被廣泛用來制造霓虹燈。氙在電場的激發(fā)下能放出強烈的白光，高壓長弧氙