無處不在的化學「消極怠工」的惰性氣體

2020-12-05 初中化學大師

在化學元素周期表上,每個系列的元素都有自己的特點,而有一個元素家族他們的特點有點怪,他們是元素家族中的小懶蟲。

這個元素家族包括氦、氖、氬、氪、氙、氡這六種元素,他們通常以氣體形式存在。原本它們被稱為「稀有氣體」,因為化學家認為它們是很罕見的。不過,這種說法只適用其中部分元素,並非所有都很少見。例如氦氣在宇宙中相當充沛,僅次於氫。因為這些元素的外層電子數是飽和的,很難和其他物質發生反應,並且,這些元素的分子是由單個原子組成的,原子間彼此也不會結合,因此性質一點也不活,所以化學家又稱其為「惰性氣體」。

在高壓電場下的惰性氣體

惰性氣體的發現

太陽元素——「氦」

1868年,天文學家在太陽的光譜中發現一條特殊的黃色譜線,由此預言在太陽中可能有一種未知元素存在。後來將這種元素命名為「氦」,意為「太陽元素」。 20多年後,拉姆塞證實了地球上也存在氦元素。拉姆塞繼續使用分餾法把液態空氣分離成不同的成分以尋找其他的惰性氣體。他於1898年發現了三種新元素:氪、氖和氙。

榮獲諾獎

1904年,瑞利和拉姆塞分別獲得諾貝爾物理學獎和化學獎,以表彰他們在惰性氣體領域的發現。瑞典皇家科學院主席西德布洛姆致詞說:「即使前人未能確認該族中任何一個元素,卻依然能發現一個新的元素族,這是在化學歷史上獨一無二的,對科學發展有本質上的特殊意義。」

瑞利

拉姆塞

八隅(yú)體和八隅律

為什麼惰性氣體化學性質這麼不活潑呢?

這就要從八隅體和八隅律說起。

1916年,路易斯提出了原子共用電子對成鍵的概念,也就是我們俗稱的「八隅律」。

那什麼是八隅體和八隅律呢?

八隅律是指主族元素的原子和其他原子反應結合時或形成離子,傾向於形成每個原子周圍都有8個電子的化合物;原子最外層電子數為8時,達到穩定的類似惰性氣體的原子構型結構,稱為八隅體。

八隅律能較好的適用於部分元素的原子,但對其他元素的原子並不完全適用。

路易斯

而正是因為惰性氣體具有這樣穩定的結構,直至1962年才由加拿大化學家巴特列特合成了第一種稀有氣體化合物——六氟合鉑酸氙(XePtF6)

XePtF6

雖然惰性氣體性格懶洋洋,但是在我們的生活中也發揮著巨大的作用哦!

用作保護氣

惰性氣體元素很難和其他物質發生化學反應,但這並不完全是一件壞事。利用這種化學性質,有的生產部門常用它們來作保護氣。例如,在焊接精密零件或鎂、鋁等活潑金屬,以及製造半導體電晶體的過程中,常用氬作保護氣。原子能反應堆的核燃料,在空氣裡會迅速氧化,也需要在氬氣保護下進行機械加工。電燈泡裡充氬氣可以減少鎢絲的氣化和防止鎢絲氧化,以延長燈泡的使用壽命。

白熾燈

製作霓虹燈

惰性氣體通電時會發光,我們在大街上看到的花花綠綠的霓虹燈,也是惰性氣體的傑作。世界上第一盞霓虹燈是填充氖氣製成的(霓虹燈的英文原意是「氖燈」)。氖燈射出的紅光,在空氣裡透射力很強,可以穿過濃霧。因此,氖燈常用在機場、港口、水陸交通線的燈標上。燈管裡充入氬氣或氦氣,通電時分別發出淺藍色或淡紅色光。有的燈管裡充入了氖、氬、氦、水銀蒸氣等多種氣體的混合物。由於各種氣體的相對含量不伺,便製得五光十色的各種霓虹燈。當夜幕降臨的時候,我們的城市被五彩斑斕的霓虹燈交織出一片光的海洋

發光的惰性氣體和霓虹燈

氦氣是除了氫氣以外最輕的氣體,可以代替氫氣裝在飛艇裡,不會著火和發生爆炸。液態氦的沸點為-269℃,是所有氣體中最難液化的,利用液態氦可獲得接近絕對零度(-273.15℃)的超低溫。

氦氣還用來代替氮氣作人造空氣,供探海潛水員呼吸,因為在壓強較大的深海裡,用普通空氣呼吸,會有較多的氮氣溶解在血液裡。當潛水員從深海處上升,體內逐漸恢復常壓時,溶解在血液裡的氮氣要放出來形成氣泡, 對微血管起阻塞作用,引起「氣塞症」。氦氣在血液裡的溶解度比氮氣小得多,用氦跟氧的混合氣體(人造空氣)代替普通空氣,就不會發生上述現象。

現在你認識惰性氣體這些小夥伴了嗎?但是我們可不能像他們一樣懶惰,不然我們可能就會像惰性氣體這樣很難跟其他元素交朋友。我們可能並沒有惰性氣體這樣的種種特性,即使怠惰也能發揮作用,但我們可以通過努力,一樣綻放出霓虹燈那樣絢麗的光芒。

(文 圖 / 源自網絡)

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