稀有气体发现简史[1]

1、稀有气体发现简史周期表中零族元素有 氦、氖、氩、氪、氙和氡 一共 六种，它们都是气体。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 ( RamsayW,1852-1916 )。下面我们按元素发现的先后顺序，分别简介这六种元素的发现经过。氩 Ar早 在 1785 年 ， 英 国 著 名 科 学 家 卡 文 迪 什 (CavendishH,1731-1810)在研究空气组成时，发现一个奇怪的现象。当时人们已经知道空气中含有氮、氧、 二氧化碳等， 卡文迪什把空气中的这些成分除尽后， 发现还残留少量气体， 这个现象当时并没有引起化学家们应有

2、 的重视。 谁也没有想到， 就在这少量气体里竟藏着一个化 学元素家族。100 多年后，英国物理学家瑞利( Rayleigh J W S,1842-1919 )在研究氮气时发现从氮的化合物中分离 出来的氮气每升重 1.2508g ，而从空气中分离出来的氮 气在相同情况下每升重 1.2572g ，这 0.0064g 的微小差 别引起了瑞利的注意。 他与化学家莱姆赛合作， 把空气中的氮气和氧气除去，用光谱分析鉴定剩余气体，终于在1894 年发现了氩。由于氩和许多试剂都不发生反应，极 不活泼，故被命名为 Argon ，即“不活泼”之意。中译 名为氩，化学符号为 Ar 。氦 He早 在 1868 年，法

3、国天文学家简森 (Janssen PJC,1824-1907) 在观察日全蚀时，就曾在太谱上观察到 一条黄线 D ，这和早已知道的钠光谱的 D1 和 D2 两条线 不 相 同 。 同 时 ， 英 国 天 文 学 家 洛 克 耶 尔 (Lockyer JN,1836-1920) 也观测到这条黄线 D 。当时天文学家认 为这条线只有太阳才有， 并且还认为是一种金属元素。 所 以洛克耶尔把这个元素取名为 Helium ，这是由两个字拼 起来的， helio 是希腊文太阳神的意思，后缀 -ium 是指 金属元素而言。中译名为氦。 1895 年，莱姆赛和另一位 英国化学家特拉弗斯 (Travers MW

4、,1872-1961) 合作， 在用硫酸处理沥青铀矿时， 产生一种不活泼的气体， 用光 谱鉴定为氦， 证实了氦元素也是一种稀有气体， 这种元素 地球上也有，并且是非金属元素。氪 Kr 、氖 Ne 、氙 Xe由于氦和氩的性质非常相近， 而且它们与周期系中已 被发现的其它元素在性质上有很大差异， 莱姆赛根据周期 系的规律性， 推测出氦和氩可能是另一族元素， 在它们之 间一定有一个性质和氦、氩相近的家族。果然，在 1898 年 5 月 30 日莱姆赛和特拉弗斯在大量液态空气蒸发后的 残余物中， 用光谱分析首先发现了比氩重的氪， 他们把它 命名为 Krypton ，即隐藏之意。隐藏于空气中多年才被 发

5、现。1898 年 6 月，莱姆赛和特拉弗斯在蒸发液态氩时收集了 最先逸出的气体， 用光谱分析发现了比氩轻的氖。 他们把 它命名为 neon ，源自希腊词 neos ，意为新，即从空气 中发现的新气体。 中译名为氖。也就是现在氖灯里的气体。1898 年 7 月 12 日，莱姆赛和特拉弗斯在分馏液态 空气， 制得了氪和氖后， 又把氪反复地分次萃取， 从其中 又分出一种质量比氪更重的新气体，他们把它命名为Xenon ，源自希腊文 xenos ，意为陌生人，即为人们所生疏的气体， 因为它在空气中的含量极少， 仅占总体积的 一亿分之八。氡 Rn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

6、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 (RutherfordE,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 FO,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

7、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 。至此，氦、氖、氩、氪、氙、氡六种稀有气体作为一 个家族全被发现了，它们占据了元素周期表零族的位置。 这个位置相当特殊， 在它前面是电负性最强的非金属元素， 在它后面是电负性最小的金属活泼性最强的金属元素。 由 于这六种气体元素的化学惰性，很久以来，它们被称为 " 隋性气体 " 。人类的认识是永无止境的， 经过实践的检验， 理论的 相对真理性会得到发展和完善。 1962 年，在加拿大工作 的英国青年化学家巴特列特 (Bartlett N,1932) 首先合 成出第一个惰性气体的

8、化合物六氟合铂酸氙" 隋性气体 " 也随XePtF6 ，动摇了长期禁锢人们思想 之改名 " 稀有气体 " 。稀有气体的性质和用途稀有气体的性质稀有气体的化学性质是由它的原子结构所决定的。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德华力

9、（主要是色散力）。稀有气体的熔、沸点都很低，氮的沸点是所有单质中 最低的。它们的蒸发热和在水中的溶解度都很小，这些性质随着原子序数的增加而逐渐升高。稀有气体的原子半径都很大，在族中自上而下递增。 应该注意的是，这些半径都是未成键的半径， 应该仅把它 们与其它元素的德华半径进行对比，不能与共价或成键半径进行对比。氦是所有气体中最难液化的， 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。稀有气体的用途稀有气体广泛应用到光学、 冶金和医学等领域中。例 如：氮氖激光器、氮离子激光器等在国防和科研上有着广 泛的用途。氖在放电管放射出美丽的红光， 加入一些汞蒸 气后又发射出蓝光，所以，氖被广泛用来制造霓虹灯。 氙 在电场的激发下能放出强烈的白光