惰性气体

王朝百科·作者佚名 2009-11-10

我们在地球上所见到的一切东西都是由元素化合而成的，而有些元素与其他元素相比，显得不大愿意参与化合反应。然而，在1988年年初，一位名叫W·科克（W. Koch）的美国化学家证明，即使最不合群的元素也可以诱使它参与化合反应。最不喜欢结合的元素是一组被称作“惰性气体”的元素（“惰性”一词的英文原意是“高贵”，英文中惰性气体为“inert gas”或“noble gas”，“inert”意为“惰性的”，而“noble”意为“高贵的”。这些元素之所以被以此相称，是与它们孤傲、排他不易与其他物质发生反应的特性有关）。现又称稀有气体（rare gas），因为在地壳和大气层中含量很少，除氡外都可作为工业气体由空气分离而制得。通常具有化学惰性，但近年来已能制得氙、氪、氡的一些具有一定稳定性的化合物。

惰性气体共有六种，按照原子量递增的顺序排列，依次是氦、氖、氩、氪、氙、氡。在通常情况下，它们不与其他元素化合，而仅以单个原子的形式存在。

事实上，这些原子对于它们自己同类中的其他原子的存在也漠不关心，甚至不愿互相靠近到可以形成液体的程度，因而在常温下，它们都不会液化。它们全是气体，存在于大气之中。

首先被发现的惰性气体是氩，1894年就被探测到。它也是最常见的惰性气体，占大气总量的1%。其他惰性气体几年之后才被发现，它们在地球上的含量很少。当一个原子向另一个原子转移电子或与另一个原子共享电子时，它们便相互化合了。惰性气体不愿这么做，其原因是它们的原子中的电子分布得非常匀称，要想改变其位置就需要输入很大的能量，这种情况是不大可能发生的。

较大的惰性气体原子，例如氡，它的最外层的电子（参与化合反应者）与原子核离得较远。因此，外层电子与原子核之间的吸引力相对来说比较弱。由于这一原因，氡是惰性气体中惰性最弱的，只要化学家创造出合适的条件，也最容易迫使氡参与化合反应。

较小的惰性气体原子，其最外层电子离原子核比较近。这些电子被抓得比较牢固，使其原子难以与其他原子发生化合反应。

事实上，化学家已经迫使原子比较大的惰性气体——氪、氙、氡，与氟和氧那样的原子进行化合，氟与氧特别喜欢接受其他原子的电子。原子更小一些的惰性气体——氦、氖、氩——已经小到惰性十足的程度，迄今为止任何化学家都无法使它们参与化合反应。

原子最小的惰性气体是氦。在所有各类元素中，它是最不喜欢参与化合反应的，也是惰性最强的元素。甚至氦原子本身之间也极不愿意结合，因而直到温度降到4K时，才能变成液态。液态氦是能够存在的温度最低的液体，它对于科学家研究低温是至关重要的。

氦在大气中只有微量的存在，不过当像铀与钍这样的放射性元素衰变时，也能生成氦。这种积聚过程发生在地下，因而在一些油井中能产生氦。这种资源很有限，不过至今尚未耗尽。

每个氦原子只有两个电子，它被氦原子核束缚得如此之紧，以至要想抓走其中的一个电子，比之任何其他原子而言，要付出更多的能量。面对这样紧的束缚，那么是否能使氦原子放弃一个电子，或与其他原子共享一个电子，从而产生化合反应呢？

为了计算电子的行为，化学家采用了一种被称为“量子力学”的数学体系，这是在20世纪20年代创立的。化学家科克把它的原理应用到对氦的研究中。比如．假设一个铍原子（有四个电子）与一个氧原子（有八个电子）进行化合反应。在化合过程中，铍原子交出两个电子给氧原子，从而使它们结合在一起。用量子力学进行计算的结果表明，铍原子中背对着氧原子的那一侧电子出现的几率非常小。

根据量子力学方程，如果一个氦原子参与进来。它就会与铍原子上电子出现几率非常小的那一侧共享两个电子，从而形成氦-铍-氧的化合物。

迄今为止，还没有其他原子化合反应能够产生俘获氦原子的条件，而且即便是氦-铍-氧，也只有在足以使空气液化的温度条件下，或许能结合在一起。现在对于化学家来说，必须对在极低温度条件下的物质进行研究，看看是否真能够通过实践证实理论，迫使氦参与化合反应，从而打垮这种惰性最强的元素！

惰性气体：又称钝气、稀有气体、贵重气体

1.钝气包括：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn)，均为无色、无臭、气态的单原子分子。周期表中为第0族（零族），外层电子已达饱和，活性极小。

2.一般通性：

(1)原子量、密度、熔点、沸点、原子半径随原子序增加而增加。

(2)游离能随原子序增加而减少。

3.用途：

(1)He：可用作安全气球或飞船，与氧混合供潜水用，可防止潜水夫病，也可作保护气。

*在油井中所产天然气含2%，为工业用的主要来源。

制备法：将天然气压缩及冷却而液化，He难液化而分离。

(2)Ne：在真空放电管中发生红色光，用於广告灯。在电工用具试电笔中也存在氖管