惰性氣體
我們?cè)诘厍蛏纤姷降囊磺袞|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·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”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、排他的特性有關(guān)）.也稱稀有氣體（rare gas）,因?yàn)樵诘貧ず痛髿鈱又泻亢苌?除氡外都可作為工業(yè)氣體由空氣分離而制得.通常具有化學(xué)惰性,但近年來(lái)已能制得氙、氪、氡的一些具有一定穩(wěn)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(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)菤怏w,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)诘厍蛏系暮亢苌?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：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(wú)色、無(wú)臭、氣態(tài)的單原子分子.周期表中為第18族（ⅧA族）,外層電子已達(dá)飽和,活性極小.
2.一般通性：
(1)原子量、密度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、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?jié)撍虿?
*在油井中所產(chǎn)天然氣含2%,為工業(yè)用的主要來(lái)源.
制備法：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(fā)生紅色光,用於廣告燈.
(3)Ar：填充燈泡保護(hù)鎢絲.
(4)Kr,Xe：用在照相工業(yè).Kr,Xe在真空放電管中,發(fā)出藍(lán)色光.
(5)Rn：為放射性氣體,自然界中幾乎不存在.
4.鈍氣化合物
1962年加拿大巴勒特發(fā)現(xiàn)了第一種鈍氣化合物—Xe之氟化物,接著有數(shù)百種Kr、Xe的化合物相繼合成成功(如XeF2、KrF2),而傳統(tǒng)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