“惰性气体”不惰

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1、“惰性气体”不惰“惰性气体”不惰发现新元素1785年英国科学家卡文迪许在一个盛有空气并加有氧气的装置中，利用电火花使其中的氮和氧化合并将生成的氮的氧化物用水溶去。他将上面这个过程反复多次后，发现无论往其中加多少氧气，空气试样中总有大约原来体积的1％左右的气体被残留了下来。卡文迪许因此成为了世界上最早用实验方法从空气分离出惰性气体的第一位科学家。遗憾的是，卡文迪许的这个发现到人们认识到这种在放电条件下也不能和氧化合的气体物质是当时尚未发现的新元素、却经历了漫长的岁月，大约有100多年！直到1892年由一位在英国剑桥卡文迪许实验室工作的名叫瑞利的

2、物理学家和另一位在伦敦大学学院担任化学教授的名叫拉姆塞的化学家，才真正揭开了卡文迪许实验中残余的稀有气体之谜。瑞利善于精确地测量气体的密度，因而发现用卡文迪许方法得到的这种残余气体，其密度比纯氮气要高出约%。他百思不得其解，于是写信给《自然》杂志征求解答。拉姆塞联想起卡文迪许实验中剩下的那点和氧无法化合的气体，以更为精密的方法重复了卡文迪许的实验，他继而和瑞利共同研究了这种气体的发射光谱，借助于大约30年前才为化学家所熟悉的分光技术，发现这种气体所发射的谱线是一种未知元素的谱线，因此是一种新元素。他们用一个在希腊文里表示“惰性”的字来命名这种

3、气体元素，这就是后来称之为氩的元素。接着拉姆塞等又从空气中陆续分离出惰性气体族中的其他成员，并分别命名为氦、氖、氙和氡，和氩一起构成了元素周期表中的第0族，长期以来被统称为惰性气体。稀有气体的活泼性大量的实验事实证实，稀有气体成员的化学性质都呈现出超常的不活泼，它们的单质被认为是这些元素稳定存在时的唯一形式。因而被当成最安全的惰性气体，用来保护处于高温或电弧作用下的金属或它们的化合物。更为重要的是，稀有气体的发现使门捷列夫元素周期系变得更加完善，它成为从第ⅦA族的强非金属元素到第ⅠA族的强金属元素之间的非常合理的一种过渡。由具有很强的吸电子能

4、力的元素变为既不失也不吸电子的稀有气体元素，再过渡到下一个周期的有很强失电子能力的金属元素，真是顺理成章，天衣无缝！稀有气体元素的发现，对于近代原子结构理论和化学键理论的形成也起了不可低估的作用。人们以稀有气体元素原子所特有的原子结构为基础，提出了其他元素的原子在丢失或获得电子后成为稳定的离子时，离子应具有和它在周期表上最邻近的稀有气体元素相同的电子结构的理论，并依此提出了原子或离子的核外电子的构造原理。按照这种理论，当原子在丢失或获得电子使其最外层满足8个电子后，将成为该元素的稳定的正离子或负离子，从而将元素在周期系中所处的位置和元素的典型

5、化合价、典型化合物的化学式联系了起来。并对原子形成分子时的化学键理论的形成有很大作用，成为书写分子结构式时的一种重要依据。这些以稀有气体元素的性质和原子结构为基础而形成的化学理论，不仅在作为化学启蒙教育的中学化学教材里占有重要的地位，由它所构成的化学理论体系和化学教学体系，已被人们在一本本厚厚的教科书中所引用。几乎没有人怀疑过稀有气体元素有化合能力和稀有气体元素的原子结构是一种稳定结构的结论。揭开了新的一页1962年，29岁的英国化学家巴特利特在研究铂的氟化合物时，分离出一种淡红色的固体。在指认这种固体的化学式是O2+之后，他根据氙的第一电离

6、能为1130kJ/mol，和氧分子变成O2+时所需的能量1110kJ/mol相近的事实，认为用同样的合成条件应当能够得到与O2+-相似的Xe+-，结果获得了成功，并在实验室里用不太激烈的条件合成了第一个稳定的稀有气体元素化合物，揭开了稀有气体元素化学的新的一页。巴特利特的发现和随之而来的种种稀有气体元素化合物的逐一出现，对于化学家们所熟悉的经典原子结构理论和化学键理论无疑是一次强烈的冲击，使人们耳目为之一新。不能低估理论的作用有趣的是，化学家至今仍信奉化学是一门实验的科学，且大部分用来解释化学现象的理论仍然是一些应用范围有限的经验规律。上面读

7、到过在教科书中沿用的在稀有气体元素化合物发现以前的种种理论或原理，依然是现行教科书中的理论基础。这个事实说明化学界对于因稀有气体元素化合物的出现而遭受的“冲击”有很大的承受能力，对于化学理论的革新持一种过分慎重以至有点异常的态度。但是与此相反的是，化学界对于事实的接受和物理学中一些新技术成就的“引进”却是勇气百倍和从不受传统观念或理论的束缚。这种相互矛盾的心态决定了现代化学的一种特点，即实验技术的迅速更新，实验事实和化学信息量的急剧增长，与化学理论的举步维艰和仍未摆脱经验化影响的同时并存。1962年以后，合成稀有气体元素化合物的工作有了长足的

8、进展。就在巴特利特合成Xe+-的几个月之后，美国的阿贡国家实验室在400℃和不大的压力条件下，制备出第一个性质稳定的稀有气体元素和卤素的二元化合物XeF4。四氟化氙