惰性氣體

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我們在地球上所見到的一切東西都是由元素化合而成的,而有些元素與其他元素相比,顯得不大願意參與化合反應。然而,在1988年年初,一位名叫W.科克(W. Koch)的美國化學家證明,即使最不合群的元素也可以誘使它參與化合反應。 最不喜歡結合的元素是一組被稱作「惰性氣體」的元素(「惰性」一詞的英文原意是「高貴」,英文中惰性氣體為「inert gas」或「noble gas」,「inert」意為「惰性的」,而「noble」意為「高貴的」。這些元素之所以被以此相稱,是與它們孤傲、排他不易與其他物質發生反應的特性有關)。現又稱稀有氣體(rare gas),因為在地殼和大氣層中含量很少,除氡外都可作為工業氣體由空氣分離而製得。通常具有化學惰性,但近年來已能製得、氪、氡的一些具有一定穩定性的化合物

惰性氣體共有六種,按照原子量遞增的順序排列,依次是氦、氖、氬、氪、氙、氡。在通常情況下,它們不與其他元素化合,而僅以單個原子的形式存在。

事實上,這些原子對於它們自己同類中的其他原子的存在也漠不關心,甚至不願互相靠近到可以形成液體的程度,因而在常溫下,它們都不會液化。它們全是氣體,存在於大氣之中。

首先被發現的惰性氣體是,1894年就被探測到。它也是最常見的惰性氣體,佔大氣總量的1%。其他惰性氣體幾年之後才被發現,它們在地球上的含量很少。當一個原子向另一個原子轉移電子或與另一個原子共享電子時,它們便相互化合了。惰性氣體不願這麼做,其原因是它們的原子中的電子分布得非常勻稱,要想改變其位置就需要輸入很大的能量,這種情況是不大可能發生的。

較大的惰性氣體原子,例如,它的最外層的電子(參與化合反應者)與原子核離得較遠。因此,外層電子與原子核之間的吸引力相對來說比較弱。由於這一原因,氡是惰性氣體中惰性最弱的,只要化學家創造出合適的條件,也最容易迫使氡參與化合反應。

較小的惰性氣體原子,其最外層電子離原子核比較近。這些電子被抓得比較牢固,使其原子難以與其他原子發生化合反應。

事實上,化學家已經迫使原子比較大的惰性氣體——氪、氙、氡,與氟和氧那樣的原子進行化合,氟與氧特別喜歡接受其他原子的電子。原子更小一些的惰性氣體——氦、氖、氬——已經小到惰性十足的程度,迄今為止任何化學家都無法使它們參與化合反應。

原子最小的惰性氣體是。在所有各類元素中,它是最不喜歡參與化合反應的,也是惰性最強的元素。甚至氦原子本身之間也極不願意結合,因而直到溫度降到4K時,才能變成液態。液態氦是能夠存在的溫度最低的液體,它對於科學家研究低溫是至關重要的。

氦在大氣中只有微量的存在,不過當像鈾與釷這樣的放射性元素衰變時,也能生成氦。這種積聚過程發生在地下,因而在一些油井中能產生氦。這種資源很有限,不過至今尚未耗盡。

每個氦原子只有兩個電子,它被氦原子核束縛得如此之緊,以至要想抓走其中的一個電子,比之任何其他原子而言,要付出更多的能量。面對這樣緊的束縛,那麼是否能使氦原子放棄一個電子,或與其他原子共享一個電子,從而產生化合反應呢?

為了計算電子的行為,化學家採用了一種被稱為「量子力學」的數學體系,這是在20世紀20年代創立的。化學家科克把它的原理應用到對氦的研究中。比如.假設一個鈹原子(有四個電子)與一個氧原子(有八個電子)進行化合反應。在化合過程中,鈹原子交出兩個電子給氧原子,從而使它們結合在一起。

用量子力學進行計算的結果表明,鈹原子中背對著氧原子的那一側電子出現的幾率非常小。

根據量子力學方程,如果一個氦原子參與進來。它就會與鈹原子上電子出現幾率非常小的那一側共享兩個電子,從而形成氦-鈹-氧的化合物。

迄今為止,還沒有其他原子化合反應能夠產生俘獲氦原子的條件,而且即便是氦-鈹-氧,也只有在足以使空氣液化的溫度條件下,或許能結合在一起。現在對於化學家來說,必須對在極低溫度條件下的物質進行研究,看看是否真能夠通過實踐證實理論,迫使氦參與化合反應,從而打垮這種惰性最強的元素!

惰性氣體:又稱鈍氣、稀有氣體、貴重氣體。

1.鈍氣包括:氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn),均為無色、無臭、氣態的單原子分子。周期表中為第0族(零族),外層電子已達飽和,活性極小。

2.一般通性:

(1)原子量、密度、熔點、沸點、原子半徑隨原子序增加而增加。

(2)游離能隨原子序增加而減少。

3.用途:

(1)He:可用作安全氣球或飛船,與氧混合供潛水用,可防止潛水夫病,也可作保護氣。

製備法:將天然氣壓縮及冷卻而液化,He難液化而分離。

(2)Ne:在真空放電管中發生紅色光,用於廣告燈。 在電工用具試電筆中也存在氖管

或氖泡,試電筆測試時如果氖泡發光,說明導線有電,或者為通路的火線。

(3)Ar:填充燈泡保護鎢絲。一般還做為焊接的保護氣,即氬弧焊

(4)Kr,Xe:用在照相工業。Kr,Xe在真空放電管中,發出藍色光。

(5)Rn:為放射性氣體,自然界中幾乎不存在。但是在劣質裝修材質中會有釷的雜質,從而衰變產生氡氣。

4.鈍氣化合物

1962年加拿大巴勒特發現了第一種鈍氣化合物—Xe之氟化物,接著有數百種Kr、Xe的化合物相繼合成成功(如XeF2、KrF2),而傳統的」惰性氣體不能形成化合物」的觀念需加以修正,惰性氣體只是不活潑而已。所以,現在已經不稱其為「惰性氣體」,而改稱為「稀有氣體」了。  

惰性氣體的發泡過程及特點有哪些?

惰性氣體的發泡過程是將惰性氣體壓縮,用高壓將其注入聚合物熔體中混合均勻,當熔體所受的外壓去除後,熔體中受壓縮的惰性氣體急速膨脹而形成氣泡的過程。

特點是:化學活性弱,無色,無味,發泡劑利用完全,聚合物中不會留下殘渣,也不會對泡沫塑料性能產生不良影響。

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