稀有气体课件

稀有气体的发现
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（Ramsay W,1852-1916）。二百多年前，人们已经知道，空 气里除了少量的水蒸气、二氧化碳外，其余的就是氧气和氮气。1785年，英国科学家 卡文迪许在实验中发现，把不含水蒸气、二氧化碳的空气除去氧气和氮气后，仍有很 少量的残余气体存在。这种现象在当时并没有 引起化学家的重视。一百多年后，英国 物理学家雷利测定氮气的密度时，发现从空气里分离出来的氮气每升质量是1.2572克， 而从含氮物质制得的氮气每升质量是1.2505克。经多次测定，两者质量相差仍然是几 毫克。可贵的是雷利没有忽视这种微小的差异，他怀疑从空气分离出来的氮气里含有 没被发现的较重的气体。于是，他查阅了卡文迪许过去写的资料，并重新做了实验。 1894年，他在除掉空气里的氧气和氮气以后，得到了很少量的极不活泼的气体。与此 同时，雷利的朋友、英国化学家拉姆塞用其它方法从空气里也得到了这样的气体。经 过分析，判断该气体是一种新物质。由于这气体极不活泼，所以命名为氩（拉丁文原 意是“懒惰”）。以后几年里，拉姆塞等人又陆续从空气里发现了氦气、氖气（名称 原意是“新的”意思）、氪气（名称原意是“隐藏”意思）和氙气（名称原意是“奇 异”意思）。 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(Owens R B)和卢瑟福(Rutherford E,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(Dorn F E)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(Giesel F O,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。
汽车中的发光电线
泡沫灯管
多彩霓虹灯
单色霓虹灯
稀有气体
稀有气体的得名
稀有气体的单质在常温下为气体，且除氩气外，其余几种在 大气中含量很少（尤其是氦），故得名“稀有气体”，历史 上稀有气体曾被称为“惰性气体”，这是因为它们的原子最 外层电子构型除氦为1s外，其余均为8电子构型（ns2np6， 均为上标），而这两种构型均为稳定的结构。因此，稀有气 体的化学性质很不活泼，所以过去人们曾认为他们与其他元 素之间不会发生化学反应，称之为“惰性气体”。然而正是 这种绝对的概念束缚了人们的思想，阻碍了对稀有气体化合 物的研究。1962年，在加拿大工作的26岁的英国青年化学 家N.Bartlett合成了第一个稀有气体化合物Xe[PtF6]，引 起了化学界的很大兴趣和重视。许多化学家竞相开展这方面 的工作，先后陆续合成了多种“稀有气体化合物”，促进了 稀有气体化学的发展。而“惰性气体”一名也不再符合事实， 故改称稀有气体。
利用稀有气体可以制成多种混合气体激光器。氦-氖激光器就是其中之一。 氦氖混合气体被密封在一个特制的石英管中，在外界高频振荡器的激励下， 混合气体的原子间发生非弹性碰撞，被激发的原子之间发生能量传递，进而 产生电子跃迁，并发出与跃迁相对应的受激辐射波，近红外光。氦-氖激光器 可应用于测量和通讯。
氦气是除了氢气以外最轻的气体，可以代替氢气装在飞船里，不 会着火和发生爆炸。 液态氦的沸点为-269℃，是所有气体中最难液化的，利用液态氦 可获得接近绝对零度（-273.15℃）的超低温。氦气还用来代替 氮气作人造空气，供探海潜水员呼吸，因为在压强较大的深海里， 用普通空气呼吸，会有较多的氮气溶解在血液里。当潜水员从深 海处上升，体内逐渐恢复常压时，溶解在血液里的氮气要放出来 形成气泡， 对微血管起阻塞作用，引起“气塞症”。氦气在血 液里的溶解度比氮气小得多，用氦跟氧的混合气体（人造空气） 代替普通空气，就不会发生上述现象。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。 氩气经高能的宇宙射线照射后会发生电离。利用这个原理，可以 在人造地球卫星里设置充有氩气的计数器。当人造卫星在宇宙空 间飞行时，氩气受到宇宙射线的照射。照射得越厉害，氩气发生 电离也越强烈。卫星上的无线电机把这些电离信号自动地送回地 球，人们就可根据信号的大小来判定空间宇宙辐射带的位置和 强度。
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氪能吸收X射线，可用作X射线工作时的遮光材料。
氙灯还具有高度的紫外光辐射，可用于医疗技术方面。氙能溶于 细胞质的油脂里，引起细胞的麻醉和膨胀，从而使神经末梢作用 暂时停止。人们曾试用80%氙和20%氧组成的混合气体，作为 无副作用的麻醉剂。在原子能工业上，氙可以用来检验高速粒子、 粒子、介子等的存在。
稀有气体通电时会发光。世界上第一盏霓虹灯是填充氖气制成的（霓虹灯的 英文原意是“氖灯”）。氖灯射出的红光，在空气里透射力很强，可以穿过 浓雾。因此，氖灯常用在机场、港口、水陆交通线的灯标上。灯管里充入氩 气或氦气，通电时分别发出浅蓝色或淡红色光。有的灯管里充入了氖、氩、 氦、水银蒸气等四种气体（也有三种或两种的）的混合物。由于各种气体的 相对含量不伺，便制得五光十色的各种霓虹灯。人们常用的荧光灯，是在灯 管里充入少量水银和氩气，并 在内壁涂荧光物质（如卤磷酸钙）而制成的。 通电时，管内因水银蒸气放电而产生紫外线，激发荧光物质，使它发出近似 日光的可见光，所以又叫做日光灯。
稀有气体的物理和化学性质
空气中约含0.94％（体积百分）的稀有气体，其中绝大部分是氩气。 稀有气体都是无色、无臭、无味的，微溶于水，溶解度随分子量的增加而增 大。稀有气体的分子都是由单原子组成的，它们的熔点和沸点都很低，随着 原子量的增加，熔点和沸点增大。它们在低温时都可以液化。 稀有气体原子的最外层电子结构为ns2np6（氦为 1s2），是最稳定的结构， 因此，在通常条件下不与其它元素作用，长期以来被认为是化学性质极不活 泼，不能形成化合物的惰性元素。 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）。直到1962年，英国化学家N˙巴利特才利用 强氧化剂PtF6与氙作用，制得了第一种惰性气体的化合物Xe[PtF6]，以后又 陆续合成了其他惰性气体化合物，并将它的名称改为稀有气体。 空气是制取稀有气体的主要原料，通过液态空气分级蒸馏，可得稀有气体混 合物，再用活性炭低温选择吸附法，就可以将稀有气体分离开来。
氪、氙的同位素还被用来测量脑血流量等。
氡是自然界唯一的天然放射性气体，氡在作用于人体的同时会很 快衰变成人体能吸收的氡子体，进入人体的呼吸系统造成辐射损 伤，诱发肺癌。一般在劣质装修材料中的钍杂质会衰变释放氡气 体，从而对人体造成伤害。体外辐射主要是指天然石材中的辐射 体直接照射人体后产生一种生物效果，会对人体内的造血器官、 神经系统、生殖系统和消化系统造成损伤。
然而，氡也有着它的用途，将铍粉和氡密封在管子内，氡衰变时 放出的α粒子与铍原子核进行核反应，产生的中子可用作实验室 的中子源。氡还可用作气体示踪剂，用于检测管道泄漏和研究气 体运动。
稀有气体的化合物
目前合成的稀有气体化合物绝大多数都是氙的化合物，其 中比较重要的包括： 氙氟化物——XeF2、XeF4、XeF6 氙的氟氧化物——XeOF2、XeOF4、XeO2F2、XeO3F2、 XeO2F4 氙氧化物——XeO3、XeO4 二氟化氙可由Xe和F2混合气暴露在阳光下制得。 氡可与氟反应生成二氟化氡，在固态时会发出黄色光 。 氪与氟反应得到二氟化氪。 目前唯一知道的氩化合物是HArF，于2000年制得。虽然 2003年时有媒体报道ArF2的存在，但尚未证实。 目前还没有制得He和Ne的化合物。
பைடு நூலகம்
稀有气体的应用
随着工业生产和科学技术的发展，稀有气体越来越广泛地应用在工业、医学、 尖端科学技术以至日常生活里。
利用稀有气体极不活动的化学性质，有的生产部门常用它们来作保护气。例 如，在焊接精密零件或镁、铝等活泼金属，以及制造半导体晶体管的过程中， 常用氩作保护气。原子能反应堆的核燃料钚，在空气里也会迅速氧化，也需 要在氩气保护下进行机械加工。电灯泡里充氩气可以减少钨丝的气化和防止 钨丝氧化，以 延长灯泡的使用寿命。