氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)等氣體,以“懶惰”出名,叫做惰性氣體。
1984年8月13日,英國(guó)化學(xué)家拉姆賽和物理學(xué)家瑞利在一次會(huì)議上報(bào)告,他們發(fā)現(xiàn)了一種性質(zhì)奇特的新元素。這種元素以氣體狀態(tài)存在,對(duì)于任何最活潑的、作用力最強(qiáng)的物質(zhì),它都無(wú)動(dòng)于衷,因給它取名叫氬,意思就是“懶惰”。之后,又發(fā)現(xiàn)了幾種元素,也有類似的性質(zhì),它們像是元素中的“隱士”,從來(lái)不同其他元素進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
這究竟是什么原因呢?原來(lái),除了氦原子是以2個(gè)電子為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的以外,其他氣體的原子最外層都有8個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。那時(shí)的化學(xué)理論認(rèn)為,具有這結(jié)構(gòu)的元素,是不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的。所以,化學(xué)家下結(jié)論說(shuō),惰性氣體元素不可能形成化合物。 美國(guó)英思科MX4 Ventis 手持泵吸式四合一多氣體檢測(cè)儀
1962年,英國(guó)年輕化學(xué)家巴特列特在進(jìn)行鉑族金屬和氟反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí),意外地得到了一深紅色的固體,經(jīng)過(guò)分析才知道它是六氟鉑酸氧的化合物(O2PtF6),并從這個(gè)化合物中看到這樣一個(gè)事實(shí):已經(jīng)達(dá)到8個(gè)電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的氧分子居然能失去一個(gè)電子的,形成陽(yáng)離子。而氧是很難失去電子的,它的第一電離能(即原子失去電子的困難程度)比氙的第一電離能還大些。那么,惰性元素氙是否也能形成陽(yáng)離子呢?再說(shuō),六氟化鉑是一種強(qiáng)氧化劑,如果讓六氟鉑同氙作用,又會(huì)怎樣呢?
巴特列特仿照合成六氟鉑酸氧的條件和方法,在常溫下把六氟化鉑蒸氣和過(guò)量氙氣混合,結(jié)果得到六氟鉑酸氙的橙黃色固體。這是世界上第一個(gè)惰性氣體化合物。之后,氙的氟化物、氯化物、氧化物也相繼問(wèn)世,現(xiàn)在,氟化氡、二氟化氬等惰性氣體化合物已有數(shù)年百種之多。
惰性氣體化合物的合成,給了科學(xué)家又一次啟示:科學(xué)是無(wú)止境的,今天的真理,明天很可能變成謬誤。只有勇于探索,才能永遠(yuǎn)站在真理一邊。
我們在地球上
所見(jiàn)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,顯得不大愿意參與
化合反應(yīng)
。然而,在1988年年初,一位名叫W&midDOt;科克(W.
Koch)的美國(guó)化學(xué)家證明,即使最不合群的元素也可以誘使它參與化合反應(yīng)。
最不喜歡結(jié)合的元素是一組被稱作“惰性氣體”(“惰性”一詞的英文原意是“高貴”,(異調(diào)注: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、排他的特性有關(guān))的元素。
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(gè)原子的形式存在。
事實(shí)上,這些原子對(duì)于它們自己同類中的其他原子的存在也漠不關(guān)心,甚至不愿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(huì)液化。它們?nèi)?br /> 氣體
,存在于大氣之中。
首先被發(fā)現(xiàn)的惰性氣體是氬,1894年就被探測(cè)到。它也是最常見(jiàn)的惰性氣體,占大氣總量的1%。其他惰性氣體
幾年之后
才被發(fā)現(xiàn),它們?cè)诘厍蛏系?br /> 含量
很少。
當(dāng)一個(gè)原子向另一個(gè)原子轉(zhuǎn)移電子或與另一個(gè)原子共享電子時(shí),它們便相互化合了。惰性氣體不愿這么做,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(fā)生的。
較大的惰性氣體原子,例如氡,它的最外層的電子(參與化合反應(yīng)者)與原子核離得較遠(yuǎn)。因此,外層電子與原子核之間的吸引力相對(duì)來(lái)說(shuō)比較弱。由于這一原因,氡是惰性氣體中惰性最弱的,只要化學(xué)家創(chuàng)造出合適的條件,也最容易迫使氡參與化合反應(yīng)。
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(fā)生化合反應(yīng)。
事實(shí)上,化學(xué)家已經(jīng)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(jìn)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(jīng)小到惰性十足的程度,迄今為止任何化學(xué)家都無(wú)法使它們參與化合反應(yīng)。
原子最小的惰性氣體是氦。在所有各類元素中,它是最不喜歡參與化合反應(yīng)的,也是惰性最強(qiáng)的元素。甚至
氦原子
本身之間也極不愿意結(jié)合,因而直到溫度降到4K時(shí),才能變成
液態(tài)
。液態(tài)氦是能夠存在的溫度最低的液體,它對(duì)于科學(xué)家研究低溫是至關(guān)重要的。
氦在大氣中只有微量的存在,不過(guò)當(dāng)像鈾與釷這樣的
放射性元素
衰變時(shí),也能生成氦。這種積聚
過(guò)程
發(fā)生
在地下
,因而在一些
油井
中能產(chǎn)生氦。這種資源很有限,不過(guò)至今尚未耗盡。
每個(gè)氦原子只有兩個(gè)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(gè)電子,比之任何其他原子而言氣體,要付出更多的能量。面對(duì)這樣緊的束縛,那么是否能使氦原子放棄一個(gè)電子,或與其他原子共享一個(gè)電子,從而產(chǎn)生化合反應(yīng)呢?
為了計(jì)算電子的行為,化學(xué)家采用了一種被稱為“量子力學(xué)”的數(shù)學(xué)體系,這是在20世紀(jì)20年代創(chuàng)立的。化學(xué)家科克把它的
原理
應(yīng)用到對(duì)氦的研究中。比如.假設(shè)一個(gè)鈹原子(有四個(gè)電子)與一個(gè)氧原子(有八個(gè)電子)進(jìn)行化合反應(yīng)。在化合過(guò)程中,鈹原子交出兩個(gè)電子給氧原子,從而使它們結(jié)合在一起。用量子力學(xué)進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果表明,鈹原子中背對(duì)著氧原子的那一側(cè)電子出現(xiàn)的幾率非常小。
根據(jù)量子力學(xué)方程,如果一個(gè)氦原子參與進(jìn)來(lái)。它就會(huì)與鈹原子上電子出現(xiàn)幾率非常小的那一側(cè)共享兩個(gè)電子,從而形成氦-鈹-氧的
化合物
。
迄今為止,還沒(méi)有其他原子化合反應(yīng)能夠產(chǎn)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(jié)合在一起?,F(xiàn)在對(duì)于化學(xué)家來(lái)說(shuō),必須對(duì)在極低溫度條件下的物質(zhì)進(jìn)行研究,看看是否真能夠通過(guò)實(shí)踐證實(shí)理論,迫使氦參與化合反應(yīng),從而打垮這種惰性最強(qiáng)的元素!
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。
最不喜歡結(jié)合的元素是一組被稱作“惰性氣體”(“惰性”一詞的英文原意是“高貴”,(異調(diào)注: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、排他的特性有
關(guān))的元素。
在通常情況下,它們不與其他元素化合,而僅以單個(gè)
原子
的形式存在。事實(shí)上,這些原子對(duì)于它們自己同類中的其他原子的存在也漠
不關(guān)心,甚至不愿互相靠近到可以形成液體的程度,因而在常溫下,它們都甲醛檢測(cè)不會(huì)液化。較大的惰性氣體原子,例如氡,它的最外層的電子(參與化合反應(yīng)者)與原子核離得較遠(yuǎn)。因此,外層電子與原子核之間的吸引力相對(duì)來(lái)說(shuō)比較弱。由于這一原因,氡是惰性氣體中惰性最弱的,只要化學(xué)家創(chuàng)造出合適的條件,也最容易迫使氡參與化合反應(yīng)。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(fā)生化合反應(yīng)。事實(shí)上,化學(xué)家已經(jīng)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(jìn)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(jīng)小到惰性十足的程度,迄今為止任何化學(xué)家都無(wú)法使它們參與化合反應(yīng)。
原子最小的惰性氣體是氦。在所有各類元素中,它是最不喜歡參與化合反應(yīng)的,也是惰性最強(qiáng)的元素。甚至氦原子本身之間也極不愿
意結(jié)合,因而直到溫度降到4K時(shí),才能變成液態(tài)。液態(tài)氦是能夠存在的溫度最低的液體,它對(duì)于科學(xué)家研究低溫是至關(guān)重要的。
氦在大氣中只有微量的存在,不過(guò)當(dāng)像鈾與釷這樣的放射性元素衰變時(shí),也能生成氦。這種積聚過(guò)程發(fā)生在地下,因而在一些油井中
能產(chǎn)生氦。這種資源很有限,不過(guò)至今尚未耗盡。
每個(gè)氦原子只有兩個(gè)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(gè)電子,比之任何其他原子而言,要付出更多的能
量。面對(duì)這樣緊的束縛,那么是否能使氦原子放棄一個(gè)電子,或與其他原子共享一個(gè)電子,從而產(chǎn)生化合反應(yīng)呢?
為了計(jì)算電子的行為,化學(xué)家采用了一種被稱為“量子力學(xué)”的數(shù)學(xué)體系,這是在20世紀(jì)20年代創(chuàng)立的。化學(xué)家科克把它的原理應(yīng)用
到對(duì)氦的研究中。比如.假設(shè)一個(gè)鈹原子(有四個(gè)電子)與一個(gè)氧原子(有八個(gè)電子)進(jìn)行化合反應(yīng)。在化合過(guò)程中,鈹原子交出兩個(gè)電子給氧原子,從而使它們結(jié)合在一起。用量子力學(xué)進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果表明,鈹原子中背對(duì)著氧原子的那一側(cè)電子出現(xiàn)的幾率非常小。
根據(jù)量子力學(xué)方程,如果一個(gè)氦原子參與進(jìn)來(lái)。它就會(huì)與鈹原子上電子出現(xiàn)幾率非常小的那一側(cè)共享兩個(gè)電子,從而形成氦-鈹-氧的
化合物。
迄今為止,還沒(méi)有其他原子化合反應(yīng)能夠產(chǎn)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(jié)合在一起。現(xiàn)在對(duì)于化學(xué)家來(lái)說(shuō),必須對(duì)在極低溫度條件下的物質(zhì)進(jìn)行研究,看看是否真能夠通過(guò)實(shí)踐證實(shí)理論,迫使氦參與化合反應(yīng),從而打垮這種惰性最強(qiáng)的元素!




通過(guò)認(rèn)證 










