自然界中的稀有气体.docx

化学论文班级： ___------_______学号： ___-------姓名： ___------______ 自然界中的稀有气体----机电与信息工程学院 ----0 ------- ----------摘要：稀有气体在常温常压下无色无味，在自然界中的含量很少,并且不容易和其他物质作用,因此发现它们是一件很困难的事稀有气体的发现前后共经历了一个多世纪,整个过程既曲折又有趣在地球上,人类首先发现的稀有气体是氩，后陆续发现了其他稀有气体由于稀有气体是一种很稳定的气体，随着工业生产和科学技术的发展，稀有气体越来越广泛地应用在工业、医学、尖端科学技术以至日常生活里关键词：稀有气体（氦、氖、氩、氪、氙和氡） ；稀少；惰性；稀有气体的发现史：周期表中零族元素有氦、氖、氩、氪、氙和氡一共六种，它们都是气体六种稀有气体元素是在 1894-1900 年间陆续被发现的发现稀有气体的主要功绩应归于英国化学家莱姆赛（Ramsay W,1852-1916） 氩气的发现：早在 1785 年，英国著名科学家卡文迪什（Cavendish H,1731-1810）在研究空气组成时，发现一个奇怪的现象当时人们已经知道空气中含有氮、氧、二氧化碳等，卡文迪什把空气中的这些成分除尽后，发现还残留少量气体，这个现象当时并没有引起化学家们应有的重视。

谁也没有想到，就在这少量气体里竟藏着一个化学元素家族100 多年后，英国物理学家瑞利（Rayleigh J W S,1842-1919）在研究氮气时发现从氮的化合物中分离出来的氮气每升重 1.2508g，而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重 1.2572g，这 0.0064g 的微小差别引起了瑞利的注意他与化学家莱姆赛合作，把空气中的氮气和氧气除去，用光谱分析鉴定剩余气体，终于在 1894 年发现了氩由于氩和许多试剂都不发生反应，极不活泼，故被命名为 Argon，即“不活泼”之意中译名为氩，化学符号为 Ar氦气的发现：在 1868 年，法国天文学家简森(Janssen P J C,1824-1907)在观察日全蚀时，就曾在太阳光谱上观察到一条黄线 D，这和早已知道的钠光谱的 D1 和 D2 两条线不相同同时，英国天文学家洛克耶尔(Lockyer J N,1836-1920)也观测到这条黄线 D当时天文学家认为这条线只有太阳才有，并且还认为是一种金属元素所以洛克耶尔把这个元素取名为Helium，这是由两个字拼起来的，helio 是希腊文太阳神的意思，后缀-ium 是指金属元素而言中译名为氦。

1895 年，莱姆赛和另一位英国化学家特拉弗斯(Travers M W,1872-1961)合作，在用硫酸处理沥青铀矿时，产生一种不活泼的气体，用光谱鉴定为氦，证实了氦元素也是一种稀有气体，这种元素地球上也有，并且是非金属元素氪 Kr、氖 Ne、氙 Xe 的发现：由于氦和氩的性质非常相近，而且它们与周期系中已被发现的其它元素在性质上有很大差异，莱姆赛根据周期系的规律性，推测出氦和氩可能是另一族元素，在它们之间一定有一个性质和氦、氩相近的家族果然，在 1898 年 5 月 30 日莱姆赛和特拉弗斯在大量液态空气蒸发后的残余物中，用光谱分析首先发现了比氩重的氪，他们把它命名为Krypton，即隐藏之意隐藏于空气中多年才被发现1898 年 6 月，莱姆赛和特拉弗斯在蒸发液态氩时收集了最先逸出的气体，用光谱分析发现了比氩轻的氖他们把它命名为 neon，源自希腊词 neos，意为新，即从空气中发现的新气体中译名为氖也就是现在氖灯里的气体1898 年 7 月 12 日，莱姆赛和特拉弗斯在分馏液态空气，制得了氪和氖后，又把氪反复地分次萃取，从其中又分出一种质量比氪更重的新气体，他们把它命名为 Xenon，源自希腊文 xenos，意为陌生人，即为人们所生疏的气体，因为它在空气中的含量极少，仅占总体积的一亿分之八。

氡的发现：氡是一种具有天然放射性的稀有气体，它是镭、钍和锕这些放射性元素在蜕变过程中的产物，因此，只有这些元素发现后才有可能发现氡1899 年，英国物理学家欧文斯(Owens R B)和卢瑟福(Rutherford E,1871-1937)在研究钍的放射性时发现钍射气，即氡-2201900 年，德国人道恩(Dorn F E)在研究镭的放射性时发现镭射气，即氡-2221902 年，德国人吉赛尔(Giesel F O,1852-1927)在锕的化合物中发现锕射气，即氡-219直到 1908 年，莱姆赛确定镭射气是一种新元素，和已发现的其它稀有气体一样，是一种化学惰性的稀有气体元素其它两种射气，是它的同位素1923 年国际化学会议上命名这种新元素为 radon，中文音译成氡，化学符号为 Rn稀有气体的记法由于价电子层已满，因此稀有气体可以与电子排布记法结合起来，形成稀有气体记法这种记法是先写出元素之前的最近的稀有气体，然后再写出从那里开始的电子排布例如，碳的电子排布是 1s22s22p2，稀有气体记法则是[He]2s22p2使用这种记法更容易识别元素，也比完整的原子轨道记法要简短稀有气体的理化性质：空气中只含有少量的稀有气体，约占空气的 0.94%，并且其中大部分是氩气。

稀有气体的物理性质是无色、无臭、无味的，微溶于水，溶解度随分子量的增加而增大稀有气体的分子都是由单原子组成的，它们的熔点和沸点都很低，随着原子量的增加，熔点和沸点增大它们在低温时都可以液化稀有气体的结构是最稳定的，其最外层电子层为 ns2np6，这样的结构决定了他的化学性质是在通常条件下不与其他元素作用，被认为是不能形成化合物的元素稀有气体的提炼方法：氖、氩、氪和氙都是从空气中使用气体液化的方法获得的，先将各种气体液化，再根据沸点不同来分馏，将混合物分离成不同的馏分氦通常提取自天然气，而氡可以从镭化合物放射性衰变的产物中分离出来稀有气体的化合物：1962 年 6 月，巴特列特在英国 Proccedings of the Chemical Society 杂志上发表了一篇重要短文，正式向化学界公布了自己的实验报告，一下震动了整个化学界持续 70 年之久的关于稀有气体在化学上完全惰性的传统说法，首先从实践上被推翻了化学家们开始改变了原来的观念，摘掉了冠以稀有气体头上名不副实的“惰性”的帽子，拆除了人为的樊篱，很快形成了一个合成和研究新的稀有气体化合物的热潮，开辟了一个稀有气体化学的新天地认识上的障碍一旦拆除，更多的稀有气体化合物很快被陆续合成出来。

就在同年8 月，柯拉森（H．H．Classen）在加热加压的情况下，以 1∶5 体积比混合氙与氟时，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，这更加激发了化学家合成稀有气体化合物的热情在此后不长的时间内，人们相继又合成了一系列不同价态的氙氟化合物、氙氟氧化物、氙氧酸盐等，并对其物理化学性质、分子结构和化学键本质进行了广泛的研究和探讨，从而大大丰富和拓宽了稀有气体化学的研究领域到 1963年初，关于氪和氡的一些化合物也陆续被合成出来了至今，人们已经合成出了数以百计的稀有气体化合物然而，对于原子序数较小的氦、氖、氩，目前仍未制得它们的化合物，但有人已从理论上预测了合成这些化合物的可能性稀有气体的途：作保护气由于稀有气体极不活动的化学性质，生产部门常用它们来作保护气例如，日常生活中，食品中冲入稀有气体，有增加保质期，防潮等作用工业上，在焊接精密零件或镁、铝等活泼金属，以及制造半导体晶体管的过程中， 常用氩作保护气原子能反应堆的核燃料钚，在空气里也会迅速氧化，也需要在氩气保护下进行机械加工电灯泡里充氩气可以减少钨丝的气化和防止钨丝氧化，以延长灯泡的使用寿命。

制作灯泡稀有气体具有通电发光的性质氖灯射出红光，灯管里充入氩气或氦气，通电时分别发出浅蓝色或淡红色光有的灯管里充入了氖、氩、氦、水银蒸气等四种气体（也有三种或两种的）的混合物由于各种气体的相对含量不伺，便制得五光十色的各种霓虹灯人们常用的荧光灯，是在灯管里充入少量水银和氩气，并在内壁涂荧光物质而制成的制成多种混合气体激光器以氦-氖激光器为例：氦氖混合气体被密封在一个特制的石英管中，在外界高频振荡器的激励下，混合气体的原子间发生非弹性碰撞，被激发的原子之间发生能量传递，进而产生电子跃迁，并发出与跃迁相对应的受激辐射波氦-氖激光器可应用于测量和通讯准分子激光器：准分子激光有诸多工业、医药和科学用途集成电路制造过程中的显微光刻法和微制造必须用到准分子激光激光手术，例如血管再成形术和眼部手术也需用到准分子激光代替氮气作人造空气因为在压强较大的深海里，用普通空气呼吸，会有较多的氮气溶解在血液里当潜水员从深海处上升，体内逐渐恢复常压时，溶解在血液里的氮气要放出来形成气泡，对微血管起阻塞作用，引起“气塞症” 氦气在血液里的溶解度比氮气小得多，用氦跟氧的混合气体（人造空气）代替普通空气，就不会发生上述现象。

人造地球卫星里设置充有氩气的计数器氩气经高能的宇宙射线照射后会发生电离当人造卫星在宇宙空间飞行时，氩气受到宇宙射线的照射照射得越厉害，氩气发生电离也越强烈卫星上的无线电机把这些电离信号自动地送回地球，人们就可根据信号的大小来判定空间宇宙辐射带的位置和强度作麻醉剂氙能溶于细胞质的油脂里，引起细胞的麻醉和膨胀，从而使神经末梢作用暂时停止人们曾试用 80%氙和 20%氧组成的混合气体，作为无副作用的麻醉剂比常用的一氧化二氮（俗称笑气）更为有效，且容易从体内排出而麻醉后苏醒也较快总结：稀有气体作为一种在近百年刚发现的气体，由于其特殊的物理和化学性质，已经被运用在了工业，医学，高端科技等方面稀有气体解决了其他活泼气体所不能解决的问题，在多方面都具有很好的用处对于稀有气体，我们应该继续研究，拓宽他的应用，优化他的提炼方法，降低生产的成本通过稀有气体的发现到运用我们可以看出，生活中处处有化学，某项化学物质的发现和产生，经过很好的研究以后，其本身或者其附属的产品都会对我们生活水平的提高有很大的贡献能够解决我们原本不能够解决的问题，或者能够优化我们原有的发明和技术，提高各方面的效率，有利于促进环境友好型社会的形成。

21 世纪是个创新型的世纪，是个值得不断探索的世纪，今天的我们应培养自己的创新意识和创新观念，我们要像那些伟大的科学家一样，不迷信盲从，敢于挑战传统观念,全面实现由中国制造到中国创造的转变参考文献：1、 Flerov laboratory of nuclear reactions. JINR. [2009-08-08]2、 国际科研小组称在宇宙中首次发现惰性气体分子 ．网易网 ．2013-12-133、 The matrix isolation technique and its application to organic chemistry ．泰晤士化学新闻网4、 冯光熙、黄祥玉. 无机化学丛书（第一卷）：稀有气体、氢、碱金属. 北京: 科学出版社. 1984: P15.5、 北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学无机化学教研室. 无机化学（第四版）. 北京: 高等教育出版社. 2003: P444.6、 ^ CliffsNotes 2007，第 15 页。