稀氣為惰性氣體,對人體無直接危害。但是,如果工業(yè)使用后,產(chǎn)生的廢氣則對人體危害很大會造成矽肺、眼部損壞等情況。
稀有氣體的應(yīng)用 隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,稀有氣體越來越廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、尖端科學(xué)技術(shù)以至日常生活里。 利用稀有氣體極不活動的化學(xué)性質(zhì),有的生產(chǎn)部門常用它們來作保護(hù)氣。例如,在焊接精密零件或鎂、鋁等活潑金屬,以及制造半導(dǎo)體晶體管的過程中, 常用氬作保護(hù)氣。原子能反應(yīng)堆的核燃料钚,在空氣里也會迅速氧化,也需要在氬氣保護(hù)下進(jìn)行機(jī)械加工。電燈泡里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。稀有氣體通電時(shí)會發(fā)光。世界上第一盞霓虹燈是填充氖氣制成的(霓虹燈的英文原意是“氖燈”)。
氖燈射出的紅光,在空氣里透射力很強(qiáng),可以穿過濃霧。因此,氖燈常用在機(jī)場、港口、水陸交通線的燈標(biāo)上。燈管里充入氬氣或氦氣,通電時(shí)分別發(fā)出淺藍(lán)色或淡紅色光。有的燈管里充入了氖、氬、氦、水銀蒸氣等四種氣體(也有三種或兩種的)的混合物。由于各種氣體的相對含量不伺,便制得五光十色的各種霓虹燈。人們常用的熒光燈,是在燈管里充入少量水銀和氬氣,并 在內(nèi)壁涂熒光物質(zhì)(如鹵磷酸鈣)而制成的。通電時(shí),管內(nèi)因水銀蒸氣放電而產(chǎn)生紫外線,激發(fā)熒光物質(zhì),使它發(fā)出近似日光的可見光,所以又叫做日光燈。 利用稀有氣體可以制成多種混合氣體激光器。氦-氖激光器就是其中之一。氦氖混合氣體被密封在一個(gè)特制的石英管中,在外界高頻振蕩器的激勵(lì)下,混合氣體的原子間發(fā)生非彈性碰撞,被激發(fā)的原子之間發(fā)生能量傳遞,進(jìn)而產(chǎn)生電子躍遷,并發(fā)出與躍遷相對應(yīng)的受激輻射波,近紅外光。氦-氖激光器可應(yīng)用于測量和通訊。 氦氣是除了氫氣以外最輕的氣體,可以代替氫氣裝在飛船里,不會著火和發(fā)生爆炸。
液態(tài)氦的沸點(diǎn)為-269℃,是所有氣體中最難液化的,利用液態(tài)氦可獲得接近絕對零度(-273.15℃)的超低溫。氦氣還用來代替氮?dú)庾魅嗽炜諝猓┨胶撍畣T呼吸,因?yàn)樵趬簭?qiáng)較大的深海里,用普通空氣呼吸,會有較多的氮?dú)馊芙庠谘豪铩.?dāng)潛水員從深海處上升,體內(nèi)逐漸恢復(fù)常壓時(shí),溶解在血液里的氮?dú)庖懦鰜硇纬蓺馀荩?對微血管起阻塞作用,引起“氣塞癥”。氦氣在血液里的溶解度比氮?dú)庑〉枚啵煤じ醯幕旌蠚怏w(人造空氣)代替普通空氣,就不會發(fā)生上述現(xiàn)象。溫度在2.2K以上的液氦是一種正常液態(tài),具有一般液體的通性。溫度在2.2K以下的液氦則是一種超流體,具有許多反常的性質(zhì)。例如具有超導(dǎo)性、低粘滯性等。它的粘度變得為氫氣粘度的百分之一,并且這種液氦能沿著容器的內(nèi)壁向上流動,再沿著容器的外壁往下慢慢流下來。這種現(xiàn)象對于研究和驗(yàn)證量子理論很有意義。 氬氣經(jīng)高能的宇宙射線照射后會發(fā)生電離。利用這個(gè)原理,可以在人造地球衛(wèi)星里設(shè)置充有氬氣的計(jì)數(shù)器。當(dāng)人造衛(wèi)星在宇宙空間飛行時(shí),氬氣受到宇宙射線的照射。照射得越厲害,氬氣發(fā)生電離也越強(qiáng)烈。衛(wèi)星上的無線電機(jī)把這些電離信號自動地送回地球,人們就可根據(jù)信號的大小來判定空間宇宙輻射帶的位置和 強(qiáng)度。 氪能吸收X射線,可用作X射線工作時(shí)的遮光材料。 氙燈還具有高度的紫外光輻射,可用于醫(yī)療技術(shù)方面。氙能溶于細(xì)胞質(zhì)的油脂里,引起細(xì)胞的麻醉和膨脹,從而使神經(jīng)末梢作用暫時(shí)停止。人們曾試用80%氙和20%氧組成的混合氣體,作為無副作用的麻醉劑。在原子能工業(yè)上,氙可以用來檢驗(yàn)高速粒子、粒子、介子等的存在。 氪、氙的同位素還被用來測量腦血流量等。
氡是自然界唯一的天然放射性氣體,氡在作用于人體的同時(shí)會很快衰變成人體能吸收的氡子體,進(jìn)入人體的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷,誘發(fā)肺癌。一般在劣質(zhì)裝修材料中的釷雜質(zhì)會衰變釋放氡氣體,從而對人體造成傷害。體外輻射主要是指天然石材中的輻射體直接照射人體后產(chǎn)生一種生物效果,會對人體內(nèi)的造血器官、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和消化系統(tǒng)造成損傷。 然而,氡也有著它的用途,將鈹粉和氡密封在管子內(nèi),氡衰變時(shí)放出的α粒子與鈹原子核進(jìn)行核反應(yīng),產(chǎn)生的中子可用作實(shí)驗(yàn)室的中子源。氡還可用作氣體示蹤劑,用于檢測管道泄漏和研究氣體運(yùn)動。編輯本段稀有氣體的化合物 芬蘭赫爾辛基大學(xué)的科學(xué)家在24日出版的英國《自然》雜志上報(bào)告說,他們首次合成了惰性氣體元素氬的穩(wěn)定化合物——氟氬化氫,分子式為HArF。 這樣,6種惰性氣體元素氦、氖、氬、氪、氙和氡中,就只有原子量最小的氦和氖尚未被合成穩(wěn)定化合物了。惰性氣體可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、光學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域,合成惰性氣體穩(wěn)定化合物有助于科學(xué)家進(jìn)一步研究惰性氣體的化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用技術(shù)。 在惰性氣體元素的原子中,電子在各個(gè)電子層中的排列,剛好達(dá)到穩(wěn)定數(shù)目。因此原子不容易失去或得到電子,也就很難與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),因此這些元素被稱為“惰性氣體元素”。 在原子量較大、電子數(shù)較多的惰性氣體原子中,最外層的電子離原子核較遠(yuǎn),所受的束縛相對較弱。如果遇到吸引電子強(qiáng)的其他原子,這些最外層電子就會失去,從而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。1962年,加拿大化學(xué)家首次合成了氙和氟的化合物。此后,氡和氪各自的化合物也出現(xiàn)了。 原子越小,電子所受約束越強(qiáng),元素的“惰性”也越強(qiáng),因此合成氦、氖和氬的化合物更加困難。赫爾辛基大學(xué)的科學(xué)家使用一種新技術(shù),使氬與氟化氫在特定條件下發(fā)生反應(yīng),形成了氟氬化氫。它在低溫下是一種固態(tài)穩(wěn)定物質(zhì),遇熱又會分解成氬和氟化氫。科學(xué)家認(rèn)為,使用這種新技術(shù),也可望分別制取出氦和氖的穩(wěn)定化合物。
自19世紀(jì)末以來,稀有氣體元素不能生成熱力學(xué)穩(wěn)定化合物的結(jié)論給科學(xué)家人為地劃定了一個(gè)禁區(qū),致使絕大多數(shù)化學(xué)家不愿再涉獵這一被認(rèn)為是荒涼貧瘠的不毛之地,關(guān)于稀有氣體化學(xué)性質(zhì)的研究被忽略了。盡管如此,仍有少數(shù)化學(xué)家試圖合成稀有氣體化合物。1932年,前蘇聯(lián)的阿因托波夫(A.R.Antropoff)曾報(bào)道,他在液體空氣冷卻器內(nèi),用放電法使氪與氯、溴反應(yīng),制得了較氯易揮發(fā)的暗紅色物質(zhì),并認(rèn)為是氪的鹵化物。但當(dāng)有人采用他的方法重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)卻未獲成功。阿因托波夫就此否定了自己的報(bào)道,認(rèn)為所謂氪的鹵化物實(shí)際上是氧化氮和鹵化氫,并非氪的鹵化物。
1933年,美國著名化學(xué)家鮑林(L.Pauling)通過對離子半徑的計(jì)算,曾預(yù)言可以制得六氟化氙(XeF6)、六氟化氪(KrF6)、氙酸及其鹽。揚(yáng)斯特(D.M.Younst)受阿因托波夫的第一個(gè)報(bào)道和鮑林預(yù)言的啟發(fā),用紫外線照射和放電法試圖合成氟化氙和氯化氙,均未成功。他在放電法合成氟化氙的實(shí)驗(yàn)中將氟和氙按一定比例混合后,在銅電極間施以30000伏的電壓,進(jìn)行火花放電,但未能檢驗(yàn)出氟化氙的生成。揚(yáng)斯特由于對傳統(tǒng)觀念心有余悸,沒有堅(jiān)持繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),使一個(gè)極有希望的方法半途而廢。一系列的失敗,致使在以后的30多年中很少有人再涉足這一領(lǐng)域。令人遺憾的是,到了1961年,鮑林也否定了自己原來的預(yù)言,認(rèn)為“氙在化學(xué)上是完全不反應(yīng)的,它無論如何都不能生成通常含有共價(jià)鍵或離子鍵化合物的能力”。 歷史的發(fā)展頗具戲劇性,就在鮑林否定其預(yù)言的第二年,第一個(gè)稀有氣體化合物——六氟合鉑酸氙(XePtF6)竟奇跡般地出現(xiàn)了,并以它獨(dú)特的經(jīng)歷和風(fēng)姿震驚了整個(gè)化學(xué)界,標(biāo)志著稀有氣體化學(xué)的建立,開創(chuàng)了稀有氣體化學(xué)研究的嶄新領(lǐng)域。 在加拿大工作的英國年輕化學(xué)家巴特列特(N.Bartlett)一直從事無機(jī)氟化學(xué)的研究。自1960年以來,文獻(xiàn)上報(bào)道了數(shù)種新的鉑族金屬氟化物,它們都是強(qiáng)氧化劑,其中高價(jià)鉑的氟化物六氟化鉑(PtF6)的氧化性甚至比氟還要強(qiáng)。巴特列特首先用PtF6與等摩爾氧氣在室溫條件下混合反應(yīng),得到了一氣體種深紅色固體,經(jīng)X射線衍射分析和其他實(shí)驗(yàn)確認(rèn)此化合物的化學(xué)式為O2PtF6,其反應(yīng)方程式為: O2+PtF6→O2PtF6 這是人類第一次制得O+2的鹽,證明PtF6是能夠氧化氧分子的強(qiáng)氧化劑。
巴特列特頭腦機(jī)敏,善于聯(lián)想類比和推理。他考慮到O2的第一電離能是1175.7千焦/摩爾,氙的第一電離能是1175.5千焦/摩爾,比氧分子的第一電離能還略低,既然O2可以被PtF6氧化,那么氙也應(yīng)能被PtF6氧化。他同時(shí)還計(jì)算了晶格能,若生成XePtF6,其晶格能只比O2PtF6小41.84千焦/摩爾。這說明XePtF6一旦生成,也應(yīng)能穩(wěn)定存在。于是巴特列特根據(jù)以上推論,仿照合成O2PtF6的方法,將PtF6的蒸氣與等摩爾的氙混合,在室溫下竟然輕而易舉地得到了一種橙黃色固體XePtF6: Xe+PtF6→XePtF6 該化合物在室溫下穩(wěn)定,其蒸氣壓很低。它不溶于非極性溶劑四氯化碳,這說明它可能是離子型化合物。它在真空中加熱可以升華,遇水則迅速水解,并逸出氣體: 2XePtF6+6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2+12HF 這樣,具有歷史意義的第一個(gè)含有化學(xué)鍵的“惰性”氣體化合物誕生了,從而很好地證明了巴特列特的正確設(shè)想。
1962年6月,巴特列特在英國Proccedings of the Chemical Society雜志上發(fā)表了一篇重要短文,正式向化學(xué)界公布了自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,一下震動了整個(gè)化學(xué)界。持續(xù)70年之久的關(guān)于稀有氣體在化學(xué)上完全惰性的傳統(tǒng)說法,首先從實(shí)踐上被推翻了。化學(xué)家們開始改變了原來的觀念,摘掉了冠以稀有氣體頭上名不副有毒氣體檢測固定式氣體檢測儀實(shí)的“惰性”的帽子,拆除了人為的樊籬,很快形成了一個(gè)合成和研究新的稀有氣體化合物的熱潮,開辟了一個(gè)稀有氣體化學(xué)的新天地。 認(rèn)識上的障礙一旦拆除,更多的稀有氣體化合物很快被陸續(xù)合成出來。就在同年8月,柯拉森(H.H.Classen)在加熱加壓的情況下,以1∶5體積比混合氙與氟時(shí),直接得到了XeF4,年底又制得了XeF2和XeF6。氙的氟化物的直接合成成功,更加激發(fā)了化學(xué)家合成稀有氣體化合物的熱情。在此后不長的時(shí)間內(nèi),人們相繼又合成了一系列不同價(jià)態(tài)的氙氟化合物、氙氟氧化物、氙氧酸鹽等,并對其物理化學(xué)性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵本質(zhì)進(jìn)行了廣泛的研究和探討,從而大大豐富和拓寬了稀有氣體化學(xué)的研究領(lǐng)域。到1963年初,關(guān)于氪和氡的一些化合物也陸續(xù)被合成出來了。至今,人們已經(jīng)合成出了數(shù)以百計(jì)的稀有氣體化合物,但卻僅限于原子序數(shù)較大的氪、氙、氡,至于原子序數(shù)較小的氦、氖、氬,目前仍未制得它們的化合物,但有人已從理論上預(yù)測了合成這些化合物的可能性。1963年,皮門陶(Pimentaw)等人根據(jù)HeF2的電子排布與穩(wěn)定的HF-2離子相似這一點(diǎn),提出了利用核反應(yīng)制備HeF2的3種設(shè)想:(1)制取TF-2,再利用氚〔3H(T)〕的β衰變合成HeF2:TF-2→HeF2+β;(2)用熱中子輻射LiF,生成HeF2;(3)直接用α粒子轟擊固態(tài)氟而產(chǎn)生HeF2。但毛姆等人則認(rèn)為,HeF2和HF-2的電子排布雖然相似,但HF-2可以看成是一個(gè)H-跟兩個(gè)F原子作用成鍵,H-的電離能僅為22.44千焦/摩爾,而He的電離能卻高達(dá) 801.5千焦/摩爾,因此是否存在HeF2,在理論上是值得懷疑的,氦能否形成化合物,至今仍是個(gè)不解之謎。
稀有氣體化合物的制成 1962年6月,英國青年化學(xué)家巴特利特發(fā)表了合成Xe(PtF6)的簡報(bào),使科學(xué)界大為震驚,從此打破了人為劃定的不存在“稀有氣體元素”化合物的禁區(qū),使“稀有氣體元素”化學(xué)得到了飛躍的發(fā)展。至今,已合成了四百多種“稀有體元素”化合物,其中有的并不需要精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,如氙和氟的混和氣體只需要放在日光下照射,即可生成二氟化氙。 穩(wěn)定的氙碳化合物首次制成 1989年,聯(lián)邦德國多特蒙德大學(xué)首次制備出一種穩(wěn)定的氙碳化合物。這種化合物是在乙腈液體中和0 ℃下,使二氟化氙和三(五氯酚氟代苯基)甲硼烷反應(yīng)生成的。研究人員已用核磁共振裝置研究了這種含氙碳鍵化合物的結(jié)構(gòu)。 低溫下穩(wěn)定的氪氮化合物制備成功。
1988年,加拿大麥克馬斯特大學(xué)的施陶貝根宣稱,他首次制備并表征了含有氪—氮鍵的化合物。他用二氟化氪(KrF2)和質(zhì)子化的氫氰酸鹽進(jìn)行反應(yīng),把這兩種化合物放入氫氟酸中,并以液氮冷卻。然后讓反應(yīng)溫度緩慢上升,使這兩種化合物溶解,并發(fā)生相互作用,在約-60 ℃時(shí)生成含有氪—氮鍵的白色固體化合物。這種氪—氮化合物與其他氙同系物相比是相當(dāng)不穩(wěn)定的,它似乎不能在高于-50 ℃的溫度下存在 在一定條件下,Xe可與F2發(fā)生反應(yīng),生成三種穩(wěn)定的Xe的氟化物。XeF2、XeF4和XeF6: Xe+nF2→XeF2n(n=1、2、3) 其中XeF4在堿性溶液中迅速分解. 6XeF4+12H2O→2XeO3+4Xe+24HF+3O2 XeF6不完全水解,產(chǎn)物為XeOF4 XeF6+3H2O→XeFO4+6HF Xe的含氧化物除了XeO3,XeOF4外還有XeF4,HXeO4-和(XeO6)4-等 XeO3+OH- →HXeO4- 2HXeO4-+2OH-→(XeO6)4-+Xe+O2+2H2O 氙金屬化合物 三氟化金與氙和原子態(tài)氫反應(yīng),生成了一種新的黑色晶體,經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)這種晶體的成分是新的化合物四氙化金。
氯是鹵族元素氙為惰性氣體,在正常情況下氯和氙是不會發(fā)生反應(yīng)的,在自然界中也不存在氯和氙的化合物,但在高壓和強(qiáng)電場作用下氯可以接受氙的一個(gè)電子,形成氯化氙分子,氯化氙不穩(wěn)定維持的時(shí)間很短,很快會解離成為氯和氙,這中不穩(wěn)定的分子稱為準(zhǔn)分子,由不穩(wěn)定的氯化氙準(zhǔn)分子受激發(fā)而發(fā)出的波長為308nm的紫外線激光。 穩(wěn)定的氙碳化合物首次制成 1989年,聯(lián)邦德國多特蒙德大學(xué)首次制備出一種穩(wěn)定的氙碳化合物。這種化合物是在乙腈液體中和0 ℃下,使二氟化氙和三(五氯酚氟代苯基)甲硼烷反應(yīng)生成的。研究人員已用核磁共振裝置研究了這種含氙碳鍵化合物的結(jié)構(gòu)。 氟化氙分三種:二氟化氙,四氟化氙和六氟化氙。他們均為無色晶體,其中二氟化氙熔點(diǎn)為129℃,四氟化氙為113℃,六氟化氙為89℃。XeF2在堿溶液中易被還原成Xe。XeF4則在水中岐化為XeO3+Xe。XeF6則水解成XeO3。氟化氙能被氫氣還原為Xe。XeF2能將Cl-變?yōu)镃l2,BrO3-變?yōu)锽rO4-。都可以用氙和氟直接化合生成,也可做氟化劑。
易升華,前二者氣態(tài)無色,后者黃色。化學(xué)活潑性、氧化性和氟化性依次遞增。如XeF2 和XeF4 不和SiO2 反應(yīng),而XeF6 最終反應(yīng)生成XeO3 。XeF2 可用作有機(jī)物的氟化劑,選擇性較好,產(chǎn)率較高。XeF4 及XeF6 和某些有機(jī)物接觸會引起燃燒或爆炸。改性的XeF6 為有前途的氟化劑。XeF2 可用作氧化鈾的氟化劑,以分離鈾235。用生成氟化氙除去核反應(yīng)堆裂變產(chǎn)物放射性氙的小型試驗(yàn)已獲成功。用135 XeF4 作核反應(yīng)堆的減速劑正在試驗(yàn)。控制不同的溫度,壓力等條件,可由氙和氟直接反應(yīng)制得上述三種氟化氙。還有氧氣。更多追問追答追問
稀有氣體的應(yīng)用 隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,稀有氣體越來越廣泛地應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、尖端科學(xué)技術(shù)以至日常生活里。 利用稀有氣體極不活動的化學(xué)性質(zhì),有的生產(chǎn)部門常用它們來作保護(hù)氣。例如,在焊接精密零件或鎂、鋁等活潑金屬,以及制造半導(dǎo)體晶體管的過程中, 常用氬作保護(hù)氣。原子能反應(yīng)堆的核燃料钚,在空氣里也會迅速氧化,也需要在氬氣保護(hù)下進(jìn)行機(jī)械加工。電燈泡里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。稀有氣體通電時(shí)會發(fā)光。世界上第一盞霓虹燈是填充氖氣制成的(霓虹燈的英文原意是“氖燈”)。
氖燈射出的紅光,在空氣里透射力很強(qiáng),可以穿過濃霧。因此,氖燈常用在機(jī)場、港口、水陸交通線的燈標(biāo)上。燈管里充入氬氣或氦氣,通電時(shí)分別發(fā)出淺藍(lán)色或淡紅色光。有的燈管里充入了氖、氬、氦、水銀蒸氣等四種氣體(也有三種或兩種的)的混合物。由于各種氣體的相對含量不伺,便制得五光十色的各種霓虹燈。人們常用的熒光燈,是在燈管里充入少量水銀和氬氣,并 在內(nèi)壁涂熒光物質(zhì)(如鹵磷酸鈣)而制成的。通電時(shí),管內(nèi)因水銀蒸氣放電而產(chǎn)生紫外線,激發(fā)熒光物質(zhì),使它發(fā)出近似日光的可見光,所以又叫做日光燈。 利用稀有氣體可以制成多種混合氣體激光器。氦-氖激光器就是其中之一。氦氖混合氣體被密封在一個(gè)特制的石英管中,在外界高頻振蕩器的激勵(lì)下,混合氣體的原子間發(fā)生非彈性碰撞,被激發(fā)的原子之間發(fā)生能量傳遞,進(jìn)而產(chǎn)生電子躍遷,并發(fā)出與躍遷相對應(yīng)的受激輻射波,近紅外光。氦-氖激光器可應(yīng)用于測量和通訊。 氦氣是除了氫氣以外最輕的氣體,可以代替氫氣裝在飛船里,不會著火和發(fā)生爆炸。
液態(tài)氦的沸點(diǎn)為-269℃,是所有氣體中最難液化的,利用液態(tài)氦可獲得接近絕對零度(-273.15℃)的超低溫。氦氣還用來代替氮?dú)庾魅嗽炜諝猓┨胶撍畣T呼吸,因?yàn)樵趬簭?qiáng)較大的深海里,用普通空氣呼吸,會有較多的氮?dú)馊芙庠谘豪铩.?dāng)潛水員從深海處上升,體內(nèi)逐漸恢復(fù)常壓時(shí),溶解在血液里的氮?dú)庖懦鰜硇纬蓺馀荩?對微血管起阻塞作用,引起“氣塞癥”。氦氣在血液里的溶解度比氮?dú)庑〉枚啵煤じ醯幕旌蠚怏w(人造空氣)代替普通空氣,就不會發(fā)生上述現(xiàn)象。溫度在2.2K以上的液氦是一種正常液態(tài),具有一般液體的通性。溫度在2.2K以下的液氦則是一種超流體,具有許多反常的性質(zhì)。例如具有超導(dǎo)性、低粘滯性等。它的粘度變得為氫氣粘度的百分之一,并且這種液氦能沿著容器的內(nèi)壁向上流動,再沿著容器的外壁往下慢慢流下來。這種現(xiàn)象對于研究和驗(yàn)證量子理論很有意義。 氬氣經(jīng)高能的宇宙射線照射后會發(fā)生電離。利用這個(gè)原理,可以在人造地球衛(wèi)星里設(shè)置充有氬氣的計(jì)數(shù)器。當(dāng)人造衛(wèi)星在宇宙空間飛行時(shí),氬氣受到宇宙射線的照射。照射得越厲害,氬氣發(fā)生電離也越強(qiáng)烈。衛(wèi)星上的無線電機(jī)把這些電離信號自動地送回地球,人們就可根據(jù)信號的大小來判定空間宇宙輻射帶的位置和 強(qiáng)度。 氪能吸收X射線,可用作X射線工作時(shí)的遮光材料。 氙燈還具有高度的紫外光輻射,可用于醫(yī)療技術(shù)方面。氙能溶于細(xì)胞質(zhì)的油脂里,引起細(xì)胞的麻醉和膨脹,從而使神經(jīng)末梢作用暫時(shí)停止。人們曾試用80%氙和20%氧組成的混合氣體,作為無副作用的麻醉劑。在原子能工業(yè)上,氙可以用來檢驗(yàn)高速粒子、粒子、介子等的存在。 氪、氙的同位素還被用來測量腦血流量等。
氡是自然界唯一的天然放射性氣體,氡在作用于人體的同時(shí)會很快衰變成人體能吸收的氡子體,進(jìn)入人體的呼吸系統(tǒng)造成輻射損傷,誘發(fā)肺癌。一般在劣質(zhì)裝修材料中的釷雜質(zhì)會衰變釋放氡氣體,從而對人體造成傷害。體外輻射主要是指天然石材中的輻射體直接照射人體后產(chǎn)生一種生物效果,會對人體內(nèi)的造血器官、神經(jīng)系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)和消化系統(tǒng)造成損傷。 然而,氡也有著它的用途,將鈹粉和氡密封在管子內(nèi),氡衰變時(shí)放出的α粒子與鈹原子核進(jìn)行核反應(yīng),產(chǎn)生的中子可用作實(shí)驗(yàn)室的中子源。氡還可用作氣體示蹤劑,用于檢測管道泄漏和研究氣體運(yùn)動。編輯本段稀有氣體的化合物 芬蘭赫爾辛基大學(xué)的科學(xué)家在24日出版的英國《自然》雜志上報(bào)告說,他們首次合成了惰性氣體元素氬的穩(wěn)定化合物——氟氬化氫,分子式為HArF。 這樣,6種惰性氣體元素氦、氖、氬、氪、氙和氡中,就只有原子量最小的氦和氖尚未被合成穩(wěn)定化合物了。惰性氣體可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、光學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域,合成惰性氣體穩(wěn)定化合物有助于科學(xué)家進(jìn)一步研究惰性氣體的化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用技術(shù)。 在惰性氣體元素的原子中,電子在各個(gè)電子層中的排列,剛好達(dá)到穩(wěn)定數(shù)目。因此原子不容易失去或得到電子,也就很難與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),因此這些元素被稱為“惰性氣體元素”。 在原子量較大、電子數(shù)較多的惰性氣體原子中,最外層的電子離原子核較遠(yuǎn),所受的束縛相對較弱。如果遇到吸引電子強(qiáng)的其他原子,這些最外層電子就會失去,從而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。1962年,加拿大化學(xué)家首次合成了氙和氟的化合物。此后,氡和氪各自的化合物也出現(xiàn)了。 原子越小,電子所受約束越強(qiáng),元素的“惰性”也越強(qiáng),因此合成氦、氖和氬的化合物更加困難。赫爾辛基大學(xué)的科學(xué)家使用一種新技術(shù),使氬與氟化氫在特定條件下發(fā)生反應(yīng),形成了氟氬化氫。它在低溫下是一種固態(tài)穩(wěn)定物質(zhì),遇熱又會分解成氬和氟化氫。科學(xué)家認(rèn)為,使用這種新技術(shù),也可望分別制取出氦和氖的穩(wěn)定化合物。
自19世紀(jì)末以來,稀有氣體元素不能生成熱力學(xué)穩(wěn)定化合物的結(jié)論給科學(xué)家人為地劃定了一個(gè)禁區(qū),致使絕大多數(shù)化學(xué)家不愿再涉獵這一被認(rèn)為是荒涼貧瘠的不毛之地,關(guān)于稀有氣體化學(xué)性質(zhì)的研究被忽略了。盡管如此,仍有少數(shù)化學(xué)家試圖合成稀有氣體化合物。1932年,前蘇聯(lián)的阿因托波夫(A.R.Antropoff)曾報(bào)道,他在液體空氣冷卻器內(nèi),用放電法使氪與氯、溴反應(yīng),制得了較氯易揮發(fā)的暗紅色物質(zhì),并認(rèn)為是氪的鹵化物。但當(dāng)有人采用他的方法重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)卻未獲成功。阿因托波夫就此否定了自己的報(bào)道,認(rèn)為所謂氪的鹵化物實(shí)際上是氧化氮和鹵化氫,并非氪的鹵化物。
1933年,美國著名化學(xué)家鮑林(L.Pauling)通過對離子半徑的計(jì)算,曾預(yù)言可以制得六氟化氙(XeF6)、六氟化氪(KrF6)、氙酸及其鹽。揚(yáng)斯特(D.M.Younst)受阿因托波夫的第一個(gè)報(bào)道和鮑林預(yù)言的啟發(fā),用紫外線照射和放電法試圖合成氟化氙和氯化氙,均未成功。他在放電法合成氟化氙的實(shí)驗(yàn)中將氟和氙按一定比例混合后,在銅電極間施以30000伏的電壓,進(jìn)行火花放電,但未能檢驗(yàn)出氟化氙的生成。揚(yáng)斯特由于對傳統(tǒng)觀念心有余悸,沒有堅(jiān)持繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),使一個(gè)極有希望的方法半途而廢。一系列的失敗,致使在以后的30多年中很少有人再涉足這一領(lǐng)域。令人遺憾的是,到了1961年,鮑林也否定了自己原來的預(yù)言,認(rèn)為“氙在化學(xué)上是完全不反應(yīng)的,它無論如何都不能生成通常含有共價(jià)鍵或離子鍵化合物的能力”。 歷史的發(fā)展頗具戲劇性,就在鮑林否定其預(yù)言的第二年,第一個(gè)稀有氣體化合物——六氟合鉑酸氙(XePtF6)竟奇跡般地出現(xiàn)了,并以它獨(dú)特的經(jīng)歷和風(fēng)姿震驚了整個(gè)化學(xué)界,標(biāo)志著稀有氣體化學(xué)的建立,開創(chuàng)了稀有氣體化學(xué)研究的嶄新領(lǐng)域。 在加拿大工作的英國年輕化學(xué)家巴特列特(N.Bartlett)一直從事無機(jī)氟化學(xué)的研究。自1960年以來,文獻(xiàn)上報(bào)道了數(shù)種新的鉑族金屬氟化物,它們都是強(qiáng)氧化劑,其中高價(jià)鉑的氟化物六氟化鉑(PtF6)的氧化性甚至比氟還要強(qiáng)。巴特列特首先用PtF6與等摩爾氧氣在室溫條件下混合反應(yīng),得到了一氣體種深紅色固體,經(jīng)X射線衍射分析和其他實(shí)驗(yàn)確認(rèn)此化合物的化學(xué)式為O2PtF6,其反應(yīng)方程式為: O2+PtF6→O2PtF6 這是人類第一次制得O+2的鹽,證明PtF6是能夠氧化氧分子的強(qiáng)氧化劑。
巴特列特頭腦機(jī)敏,善于聯(lián)想類比和推理。他考慮到O2的第一電離能是1175.7千焦/摩爾,氙的第一電離能是1175.5千焦/摩爾,比氧分子的第一電離能還略低,既然O2可以被PtF6氧化,那么氙也應(yīng)能被PtF6氧化。他同時(shí)還計(jì)算了晶格能,若生成XePtF6,其晶格能只比O2PtF6小41.84千焦/摩爾。這說明XePtF6一旦生成,也應(yīng)能穩(wěn)定存在。于是巴特列特根據(jù)以上推論,仿照合成O2PtF6的方法,將PtF6的蒸氣與等摩爾的氙混合,在室溫下竟然輕而易舉地得到了一種橙黃色固體XePtF6: Xe+PtF6→XePtF6 該化合物在室溫下穩(wěn)定,其蒸氣壓很低。它不溶于非極性溶劑四氯化碳,這說明它可能是離子型化合物。它在真空中加熱可以升華,遇水則迅速水解,并逸出氣體: 2XePtF6+6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2+12HF 這樣,具有歷史意義的第一個(gè)含有化學(xué)鍵的“惰性”氣體化合物誕生了,從而很好地證明了巴特列特的正確設(shè)想。
1962年6月,巴特列特在英國Proccedings of the Chemical Society雜志上發(fā)表了一篇重要短文,正式向化學(xué)界公布了自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,一下震動了整個(gè)化學(xué)界。持續(xù)70年之久的關(guān)于稀有氣體在化學(xué)上完全惰性的傳統(tǒng)說法,首先從實(shí)踐上被推翻了。化學(xué)家們開始改變了原來的觀念,摘掉了冠以稀有氣體頭上名不副有毒氣體檢測固定式氣體檢測儀實(shí)的“惰性”的帽子,拆除了人為的樊籬,很快形成了一個(gè)合成和研究新的稀有氣體化合物的熱潮,開辟了一個(gè)稀有氣體化學(xué)的新天地。 認(rèn)識上的障礙一旦拆除,更多的稀有氣體化合物很快被陸續(xù)合成出來。就在同年8月,柯拉森(H.H.Classen)在加熱加壓的情況下,以1∶5體積比混合氙與氟時(shí),直接得到了XeF4,年底又制得了XeF2和XeF6。氙的氟化物的直接合成成功,更加激發(fā)了化學(xué)家合成稀有氣體化合物的熱情。在此后不長的時(shí)間內(nèi),人們相繼又合成了一系列不同價(jià)態(tài)的氙氟化合物、氙氟氧化物、氙氧酸鹽等,并對其物理化學(xué)性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵本質(zhì)進(jìn)行了廣泛的研究和探討,從而大大豐富和拓寬了稀有氣體化學(xué)的研究領(lǐng)域。到1963年初,關(guān)于氪和氡的一些化合物也陸續(xù)被合成出來了。至今,人們已經(jīng)合成出了數(shù)以百計(jì)的稀有氣體化合物,但卻僅限于原子序數(shù)較大的氪、氙、氡,至于原子序數(shù)較小的氦、氖、氬,目前仍未制得它們的化合物,但有人已從理論上預(yù)測了合成這些化合物的可能性。1963年,皮門陶(Pimentaw)等人根據(jù)HeF2的電子排布與穩(wěn)定的HF-2離子相似這一點(diǎn),提出了利用核反應(yīng)制備HeF2的3種設(shè)想:(1)制取TF-2,再利用氚〔3H(T)〕的β衰變合成HeF2:TF-2→HeF2+β;(2)用熱中子輻射LiF,生成HeF2;(3)直接用α粒子轟擊固態(tài)氟而產(chǎn)生HeF2。但毛姆等人則認(rèn)為,HeF2和HF-2的電子排布雖然相似,但HF-2可以看成是一個(gè)H-跟兩個(gè)F原子作用成鍵,H-的電離能僅為22.44千焦/摩爾,而He的電離能卻高達(dá) 801.5千焦/摩爾,因此是否存在HeF2,在理論上是值得懷疑的,氦能否形成化合物,至今仍是個(gè)不解之謎。
稀有氣體化合物的制成 1962年6月,英國青年化學(xué)家巴特利特發(fā)表了合成Xe(PtF6)的簡報(bào),使科學(xué)界大為震驚,從此打破了人為劃定的不存在“稀有氣體元素”化合物的禁區(qū),使“稀有氣體元素”化學(xué)得到了飛躍的發(fā)展。至今,已合成了四百多種“稀有體元素”化合物,其中有的并不需要精密的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,如氙和氟的混和氣體只需要放在日光下照射,即可生成二氟化氙。 穩(wěn)定的氙碳化合物首次制成 1989年,聯(lián)邦德國多特蒙德大學(xué)首次制備出一種穩(wěn)定的氙碳化合物。這種化合物是在乙腈液體中和0 ℃下,使二氟化氙和三(五氯酚氟代苯基)甲硼烷反應(yīng)生成的。研究人員已用核磁共振裝置研究了這種含氙碳鍵化合物的結(jié)構(gòu)。 低溫下穩(wěn)定的氪氮化合物制備成功。
1988年,加拿大麥克馬斯特大學(xué)的施陶貝根宣稱,他首次制備并表征了含有氪—氮鍵的化合物。他用二氟化氪(KrF2)和質(zhì)子化的氫氰酸鹽進(jìn)行反應(yīng),把這兩種化合物放入氫氟酸中,并以液氮冷卻。然后讓反應(yīng)溫度緩慢上升,使這兩種化合物溶解,并發(fā)生相互作用,在約-60 ℃時(shí)生成含有氪—氮鍵的白色固體化合物。這種氪—氮化合物與其他氙同系物相比是相當(dāng)不穩(wěn)定的,它似乎不能在高于-50 ℃的溫度下存在 在一定條件下,Xe可與F2發(fā)生反應(yīng),生成三種穩(wěn)定的Xe的氟化物。XeF2、XeF4和XeF6: Xe+nF2→XeF2n(n=1、2、3) 其中XeF4在堿性溶液中迅速分解. 6XeF4+12H2O→2XeO3+4Xe+24HF+3O2 XeF6不完全水解,產(chǎn)物為XeOF4 XeF6+3H2O→XeFO4+6HF Xe的含氧化物除了XeO3,XeOF4外還有XeF4,HXeO4-和(XeO6)4-等 XeO3+OH- →HXeO4- 2HXeO4-+2OH-→(XeO6)4-+Xe+O2+2H2O 氙金屬化合物 三氟化金與氙和原子態(tài)氫反應(yīng),生成了一種新的黑色晶體,經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)這種晶體的成分是新的化合物四氙化金。
氯是鹵族元素氙為惰性氣體,在正常情況下氯和氙是不會發(fā)生反應(yīng)的,在自然界中也不存在氯和氙的化合物,但在高壓和強(qiáng)電場作用下氯可以接受氙的一個(gè)電子,形成氯化氙分子,氯化氙不穩(wěn)定維持的時(shí)間很短,很快會解離成為氯和氙,這中不穩(wěn)定的分子稱為準(zhǔn)分子,由不穩(wěn)定的氯化氙準(zhǔn)分子受激發(fā)而發(fā)出的波長為308nm的紫外線激光。 穩(wěn)定的氙碳化合物首次制成 1989年,聯(lián)邦德國多特蒙德大學(xué)首次制備出一種穩(wěn)定的氙碳化合物。這種化合物是在乙腈液體中和0 ℃下,使二氟化氙和三(五氯酚氟代苯基)甲硼烷反應(yīng)生成的。研究人員已用核磁共振裝置研究了這種含氙碳鍵化合物的結(jié)構(gòu)。 氟化氙分三種:二氟化氙,四氟化氙和六氟化氙。他們均為無色晶體,其中二氟化氙熔點(diǎn)為129℃,四氟化氙為113℃,六氟化氙為89℃。XeF2在堿溶液中易被還原成Xe。XeF4則在水中岐化為XeO3+Xe。XeF6則水解成XeO3。氟化氙能被氫氣還原為Xe。XeF2能將Cl-變?yōu)镃l2,BrO3-變?yōu)锽rO4-。都可以用氙和氟直接化合生成,也可做氟化劑。
易升華,前二者氣態(tài)無色,后者黃色。化學(xué)活潑性、氧化性和氟化性依次遞增。如XeF2 和XeF4 不和SiO2 反應(yīng),而XeF6 最終反應(yīng)生成XeO3 。XeF2 可用作有機(jī)物的氟化劑,選擇性較好,產(chǎn)率較高。XeF4 及XeF6 和某些有機(jī)物接觸會引起燃燒或爆炸。改性的XeF6 為有前途的氟化劑。XeF2 可用作氧化鈾的氟化劑,以分離鈾235。用生成氟化氙除去核反應(yīng)堆裂變產(chǎn)物放射性氙的小型試驗(yàn)已獲成功。用135 XeF4 作核反應(yīng)堆的減速劑正在試驗(yàn)。控制不同的溫度,壓力等條件,可由氙和氟直接反應(yīng)制得上述三種氟化氙。還有氧氣。更多追問追答追問
大姐,我說的是氣體,不是解釋說明。。。。。。。。。。。。追答
水蒸氣,氧氣,少量臭氧對人體有益,一氧化碳,二氧化碳,氯氣,二氧化氮,二氧化硫?qū)ι眢w有害追問
二氧化碳?一氧化碳?氧氣?寫一些她們的作用。N2 H2 CO2 O2
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