《最稳定的化学元素》
惰性气体
我们在地球上所见到的一切东西都是由元素化合而成的.而有些元素与其他元素相比.显得不大愿意参与化合反应.然而.在1988年年初.一位名叫W·科克(W. Koch)的美国化学家证明.即使最不合群的元素也可以诱使它参与化合反应. 最不喜欢结合的元素是一组被称作[惰性气体"的元素([惰性"一词的英文原意是[高贵".英文中惰性气体为[inert gas"或[noble gas".[inert"意为[惰性的".而[noble"意为[高贵的".这些元素之所以被以此相称.是与它们孤傲.排他的特性有关).也称稀有气体(rare gas).因为在地壳和大气层中含量很少.除氡外都可作为工业气体由空气分离而制得.通常具有化学惰性.但近年来已能制得氙.氪.氡的一些具有一定稳定性的化合物.
惰性气体共有六种.按照原子量递增的顺序排列.依次是氦.氖.氩.氪.氙.氡.在通常情况下.它们不与其他元素化合.而仅以单个原子的形式存在.
事实上.这些原子对于它们自己同类中的其他原子的存在也漠不关心.甚至不愿互相靠近到可以形成液体的程度.因而在常温下.它们都不会液化.它们全是气体.存在于大气之中.
首先被发现的惰性气体是氩.1894年就被探测到.它也是最常见的惰性气体.占大气总量的1%.其他惰性气体几年之后才被发现.它们在地球上的含量很少.当一个原子向另一个原子转移电子或与另一个原子共享电子时.它们便相互化合了.惰性气体不愿这么做.其原因是它们的原子中的电子分布得非常匀称.要想改变其位置就需要输入很大的能量.这种情况是不大可能发生的.
较大的惰性气体原子.例如氡.它的最外层的电子(参与化合反应者)与原子核离得较远.因此.外层电子与原子核之间的吸引力相对来说比较弱.由于这一原因.氡是惰性气体中惰性最弱的.只要化学家创造出合适的条件.也最容易迫使氡参与化合反应.
较小的惰性气体原子.其最外层电子离原子核比较近.这些电子被抓得比较牢固.使其原子难以与其他原子发生化合反应.
事实上.化学家已经迫使原子比较大的惰性气体--氪.氙.氡.与氟和氧那样的原子进行化合.氟与氧特别喜欢接受其他原子的电子.原子更小一些的惰性气体--氦.氖.氩--已经小到惰性十足的程度.迄今为止任何化学家都无法使它们参与化合反应.
原子最小的惰性气体是氦.在所有各类元素中.它是最不喜欢参与化合反应的.也是惰性最强的元素.甚至氦原子本身之间也极不愿意结合.因而直到温度降到4K时.才能变成液态.液态氦是能够存在的温度最低的液体.它对于科学家研究低温是至关重要的.
氦在大气中只有微量的存在.不过当像铀与钍这样的放射性元素衰变时.也能生成氦.这种积聚过程发生在地下.因而在一些油井中能产生氦.这种资源很有限.不过至今尚未耗尽.
每个氦原子只有两个电子.它被氦原子核束缚得如此之紧.以至要想抓走其中的一个电子.比之任何其他原子而言.要付出更多的能量.面对这样紧的束缚.那么是否能使氦原子放弃一个电子.或与其他原子共享一个电子.从而产生化合反应呢?
为了计算电子的行为.化学家采用了一种被称为[量子力学"的数学体系.这是在20世纪20年代创立的.化学家科克把它的原理应用到对氦的研究中.比如.假设一个铍原子(有四个电子)与一个氧原子(有八个电子)进行化合反应.在化合过程中.铍原子交出两个电子给氧原子.从而使它们结合在一起.用量子力学进行计算的结果表明.铍原子中背对着氧原子的那一侧电子出现的几率非常小.
根据量子力学方程.如果一个氦原子参与进来.它就会与铍原子上电子出现几率非常小的那一侧共享两个电子.从而形成氦-铍-氧的化合物.
迄今为止.还没有其他原子化合反应能够产生俘获氦原子的条件.而且即便是氦-铍-氧.也只有在足以使空气液化的温度条件下.或许能结合在一起.现在对于化学家来说.必须对在极低温度条件下的物质进行研究.看看是否真能够通过实践证实理论.迫使氦参与化合反应.从而打垮这种惰性最强的元素!
惰性气体:又称钝气.稀有气体.贵重气体
1.钝气包括:氦(He).氖(Ne).氩(Ar).氪(Kr).氙(Xe).氡(Rn).均为无色.无臭.气态的单原子分子.周期表中为第18族(ⅧA族).外层电子已达饱和.活性极小.
2.一般通性:
(1)原子量.密度.熔点.沸点.原子半径随原子序增加而增加.
(2)游离能随原子序增加而减少.
3.用途:
(1)He:可用作安全气球或飞船.与氧混合供潜水用.可防止潜水夫病.
*在油井中所产天然气含2%.为工业用的主要来源.
制备法:将天然气压缩及冷却而液化.He难液化而分离.
(2)Ne:在真空放电管中发生红色光.用於广告灯.
(3)Ar:填充灯泡保护钨丝.
(4)Kr.Xe:用在照相工业.Kr.Xe在真空放电管中.发出蓝色光.
(5)Rn:为放射性气体.自然界中几乎不存在.
4.钝气化合物
1962年加拿大巴勒特发现了第一种钝气化合物-Xe之氟化物.接著有数百种Kr.Xe的化合物相继合成成功(如XeF2.KrF2).而传统的"惰性气体不能形成化合物"的观念需加以修正.惰性气体只是不活泼而已
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