诺贝尔化学奖百年史话第二章无机化学

1.稀有气体的发现
惰性气体的活性
• 在加拿大工作的英国年轻化学家巴特列特 （N．Bartlett）一直从事无机氟化学的研究。
• 1962年，巴特列特首先用PtF6与等摩尔氧气 在室温条件下混合反应，得到了一种深红色 固体： O2+PtF6→O2PtF6 六氟合铂酸氧
这是人类第一次制得O+2的盐。 将PtF6的蒸气与等摩尔的氙混合：
• 1813年戴维曾经尝试利用电 解氟化物的方法制取单质氟。
萤石（Fluorite），又称氟石，氟 化钙（CaF2） ，Ca常被Y和Ce等稀 土元素替代，Fe2O3 ，SiO2和微量 的Cl，O3，He等。
世界萤石在中国，中国萤石在浙江，浙江萤石在金华，金华萤石在武义。 蕴藏量约4000万吨。
2.制备最活泼的非金属单质—氟
惰性气体（又称钝气，inert gases），最近的 研究指出他们是可以和其他元素结合成化合物 （稀有气体化合物
贵重气体（又称贵族气体、贵气体或高贵气体， noble gases），这个称呼是源自德语的 Edelgas所翻译来的，是由雨果·埃德曼于1898 年所定名。
rare gases inert gases noble gases
胶和冷冻机（氟氯烷）中的关键元素。
2.制备最活泼的非金属单质—氟
• 亨利·莫瓦桑于1852年9月28日出生在 巴黎，家境清寒，中途辍学。
• 二十岁时到巴黎一家药房学徒，由于 喜爱化学，在实际工作中获得了许多 化学知识，并且曾经利用自学的知识 救活过一位企图服砷自尽的人。
• 1872年他在法国自然博物馆馆长和工 艺学院教授雷米法的实验室学习化学；
1.稀有气体的发现
• 拉姆塞从小喜欢大自然，极善音律，爱读书也爱收藏书， 而且很喜欢学习外语。
• 14岁时被格拉斯哥学院破格录取为大学生。 • 1870年，大学毕业去德国海德堡拜本生为师继续学习。 • 由本生推荐到蒂宾很大学继续深造，获博士学位。 • 1872一1880年问，拉姆塞在格拉斯哥学院任教职 • 1880年被布里斯托尔学院聘为化学教授 • 1882年任该学院院长 • 1888年被选为英国皇家学会会员 • 1895年获戴维奖章，同年还被选为法国科学院院士 • 1911年担任英国科学促进协会主席。
1.稀有气体的发现
• 稀有气体或惰性气体是 指元素周期表上的18族 元素（IUPAC新规定， 即原来的0族）。
• 在常温常压下，它们都 是无色无味的单原子气 体，很难进行化学反应。
• 天然存在的稀有气体： 氦（He）、氖（Ne）、 氩（Ar）、氪（Kr）、 氙（Xe）和具放射性的 氡（Rn）。
Ar Argon 1894 瑞利与蓝塞发现 He Helium 1895 蓝塞与特拉弗斯发现 Kr Krypton 1898 蓝塞与特拉弗斯发现 Ne Neon 1898 蓝塞与特拉弗斯发现 Xe Xenon 1898 蓝塞与特拉弗斯发现 Rn Radon 1908 蓝塞与索迪发现
• 1874年到巴黎药学院台赫伦教授的实 验室工作，1877年才获得理学士学位， 后来又取得了高级药剂师的资格。
2.制备最活泼的非金属单质—氟
• 1529年阿格里柯拉利用萤石 （氟化钙）作为熔矿的熔剂。
• 1670年，施万哈德家族利用 萤石与硫酸的反应所产生的 气体能腐蚀玻璃。
• 1768年马格拉夫德对萤石进 行了研究，萤石并不是一种 硫酸盐。
• 世界由物质组成，化学则是 人类用以认识和改造物质世 界的主要方法和手段之一。
• 历史悠久而又富有活力的学 科，它的成就是社会文明的 重要标志
• 化学中存在着化学变化和物 理变化两种变化形式。
化学
无机化学
• 无机化学是除碳氢化合物及其衍生物外，对所有元素及其 化合物的性质和它们的反应进行实验研究和理论解释的科 学，是化学学科中发展最早的一个分支学科。
• 为了制备出单质氟，前后 一共经历了六、七十年的 时间。不少化学家为之损 害了健康，甚至献出了自 己的生命，可以称得上化 学发展史中一段悲壮的历 程。
氟元素的单质是F2，它是一种淡黄色， 剧毒的气体。氟气的腐蚀性很强，化 学性质极为活泼，是氧化性最强的物
质之一，甚至可以和部分惰性气体在 一定条件下反应 。氟是特种塑料、橡
自然界 已有的 元素共 109种， 其中94 种存在 于自然 界，15 种是人 造的。
无机化学
诺贝尔化学奖学科分布
研究领域 1901-1920 1921-1940 1941-1960 1961-1980 1981-2005
物理化学
6
4
4
3
4
生物化学
1
7
6
8
9
无机化学
5
2
3
1
3
有机化学
4
0
1
5
6
分析ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ学
该方法由于腐蚀严重，使得氟气的 成本很高，每制得1g的氟气，须消 耗5-6g的铂，代价十分昂贵
2.制备最活泼的非金属单质—氟
• 1925年，Lebeou及Damiens使熔融 KF.3HF（熔点65.8℃）作电解质， 镍作阳极制氟。
• 1942年，G.H.Cady使用分子式为 KF.2HF的电解质，阳极材料为镍 或碳的电解槽制得F2。电解温度 控制在80-100℃，称之为中温法。
Xe+PtF6→XePtF6 六氟合铂酸氙 2XePtF6+6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2+12HF • XeF4、XeF2、XeF6。。。。。。
1.稀有气体的发现
• 威廉·拉姆塞(William Ramsay)，英国 化学家。
• 1852年10月2日生于苏格兰。
• 因发现氦、氖、氩、氙、氡等气态惰性 元素，并确定了它们在元素周期表中的 位置，而获得1904年诺贝尔化学奖。
• 铂制的曲颈甑中蒸馏氟氢酸钾KHF2 以制取无水氟化氢。
• 铂制的U形管做电解容器；用铂铱 合金做电极，并用氯仿做冷却剂 将无水氟化氢冷却到-23℃进行电 解。
• 1886年6月26日莫瓦桑在电解氟化 氢时，在阳极部分产生了氟气。
• 分子比1:12的氟化钾和无水氟化 氢熔融液
• 莫瓦桑在研究氟的制备和氟的化 合物上卓有成就而获得1906年诺 贝尔化学奖
物 • 荧光灯：水银和氩气，荧光物质（如卤磷酸钙）。 • 氦-氖激光器：近红外光，用于测量和通讯。 • 液态氦的沸点为-269℃，接近绝对零度（-273.15℃） • 氦气代替氮气作人造空气，供探海潜水员呼吸
1.稀有气体的发现
• 氩气经高能的宇宙射线照射后电离，人造地球卫 星计数器。
• 氪吸收X射线，可用作X射线工作时的遮光材料。 • 氙灯具有高度的紫外光辐射，可用于医疗 • 氡，衰变时放出的α粒子与铍原子核进行核反应，
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。 • 氦改善哮喘患者的呼吸 • 氙在脂质中的高溶解度成为一种麻醉剂。 • 氙，超极化核磁共振成像
2.制备最活泼的非金属单质—氟
• 在化学元素发现史上，持 续时间最长的，参加的化 学家人数相当多的，危险 很大的，莫过于元素氟的 制取了。
• ClF3与BrF3可作火箭燃料的氧化剂； • 制杀虫剂与灭火剂；
• 氟代烃可用于血液的临时代用品；
• 氟化物玻璃（含有ZrF4、BaF2、NaF）的透明 度比传统氧化物玻璃大百倍，即使在强辐射 下也不变暗，制成光导纤维比SiO2效果大百 倍；
• 现代制氟工业一般采用中温型电 槽。为了贮存、运输安全，以氟 化物（如六氟化硫和六氟化铀等） 为最终产品。电解制氟，现制现 用。
2.制备最活泼的非金属单质—氟
• 制取UF6（g，分离出铀的同位素； • 合成氟利昂（ Freon ）等冷却剂；
• 制氟化试剂（二氟化氙等）以及金属冶炼中 的助熔剂（冰晶石等）等；
1.稀有气体的发现
稀有气体在高压电场下发光
1.稀有气体的发现
• Helium，希腊文，意为太阳 • Neon，希腊文，意为新 • Argon，希腊文，意为懒惰者 • Krypton，希腊文，意为隐藏 • Xenon，希腊文，意为陌生 • radon，希腊文，意为发光
1.稀有气体的发现
稀有气体（rare gases，氩气（Ar, argon）在 地球大气层的含量占0.9%，胜过二氧化碳；氦 气（He, helium）在地球大气层的含量确实很 少，但在宇宙却是相当充沛，占有25%，仅次于 氢。
1.稀有气体的发现
• 1868年，天文学家在太阳的光谱中发现一 条特殊的黄色谱线D3，这和早已知道的钠 元素的D1和D2两条黄色谱线不同，由此预 言在太阳中可能有一种未知元素存在。后 来将这种元素命名为“氦”。
• 1895年，美国地质学家希尔布兰德观察到 钇铀矿放在硫酸中加热会产生一种不能自 燃、也不能助燃的气体。他认为这种气体 可能是氮气或氩气，但没有继续研究。
第二章 无机化学
本章内容
2.1 稀有气体的发现 2.2 制备最活泼的非金属单质——氟 2.3 α、β、γ射线与蜕变理论 2.4 放射化学的鼻祖 2.5 氚和重水的发现 2.6 发现人工放射性元素 2.7 元素发现史上的奇才 2.8 无机氧化还原反应机理 2.9 足球分子——富勒烯
Chemistry
• 1852年10月2日生于英国的格拉斯哥。他 的父母结婚时，都已年近四十，没想到 第二年就生下小拉姆塞。
• 拉姆塞的父母都是善良聪明的苏格兰人， 家庭幸福美满，他们努力使拉姆塞受到 良好的教育。
格拉斯哥（Glasgow）， 人口58万，是苏格兰最 大城市，英国第三大城 市。
1852.10.2-1916.7.23
• 拉姆塞用钇铀矿重复了这一实验，得到少 量气体。在用光谱分析法检验，意外地发 现一条黄线和几条微弱的其他颜色的亮线。