稀有氣體有哪些:稀有氣體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)?稀有氣體元素指氦、氖、氬、氪、氙、氡以及不久前發(fā)現(xiàn)的Uuo7種元素,又
因?yàn)樗鼈冊(cè)谠刂芷诒砩衔挥谧钣覀?cè)的零族,因此亦稱零族元素。稀有氣體單質(zhì)都是由單個(gè)原子構(gòu)成的分子組成的,所以其固態(tài)時(shí)都
是分子晶體。初中階段只學(xué)習(xí)氦、氖、氬、氪、氙。
稀有氣體的單質(zhì)在常溫下為氣體,且除氬氣外,其余幾種在大氣中含量很少(尤其是氦),故得名“稀有氣體”,歷史上稀有氣體曾被稱為“惰性氣體”,這是因?yàn)樗鼈兊脑幼钔鈱与娮訕?gòu)型除氦為1s2(上標(biāo))外,其余均為8電子構(gòu)型(ns2np6,均為上標(biāo)),而這兩種構(gòu)型均為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。因此,稀有氣體的化學(xué)性質(zhì)很不活潑,所以過去人們?cè)J(rèn)為他們與其他元素之間不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),稱之為“惰性氣體”。然而正是這種絕對(duì)的概念束縛了人們的思想,阻礙了對(duì)稀有氣體化合物的研究。1962年,在加拿大工作的26歲的英國青年化學(xué)家N.Bartlett合成了第一個(gè)稀有氣體化合物Xe[PtF6],引起了化學(xué)界的很大興趣和重視。許多化學(xué)家競相開展這方面的工作,先后陸續(xù)合成了多種“稀有氣體化合物”,促進(jìn)了稀有氣體化學(xué)的發(fā)展。而“惰性氣體”一名也不再符合事實(shí),故改稱稀有氣體。
空氣中約含0.94%(體積百分)稀有氣體,其中絕大部分是氬。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?cè)诘蜏?br/>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),因此,在通常條件下不與其他元素作用,長期以來被認(rèn)為是化學(xué)性質(zhì)極不活潑,不能形成化合物的惰性元素。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(gòu)型。稀有氣體的電子親合勢(shì)都接近于零,與其它元素相比較,它們都有很高的電離勢(shì)。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)。直到1962年,英國化學(xué)家N.巴利特才利用強(qiáng)氧化劑PtF6與氙作用,制得了第一種惰性氣體的化合物Xe[PtF6],以后又陸續(xù)合成了其他惰性氣體化合物,并將它的名稱改為稀有氣體??諝馐侵迫∠∮袣怏w的主要原料,通過液態(tài)空氣分級(jí)蒸餾,可得稀有氣體混合物,再用活性炭低溫選擇吸附法,就可以將稀有氣體分離開來。
一般我們都知道,稀有氣體的性質(zhì)決定著稀有氣體用途,很多用途與作用都是通過稀有氣體的那些特殊性質(zhì)來發(fā)現(xiàn)的。 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動(dòng)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(huì)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。
稀有氣體通電時(shí)會(huì)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(duì)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。
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(duì)
應(yīng)的受激輻射波,近紅外光。氦-氖激光器可應(yīng)用于測(cè)量和通訊。
氦氣是除了氫氣以外最輕的氣體,可以代替氫氣裝在飛船里,不會(huì)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(duì)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(huì)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(duì)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(huì)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(duì)于研究和驗(yàn)證量子理論很有意義。