Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

8.8: 稀有气体
目录

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Noble Gases
 
文字本

8.8: 稀有气体


第18组中的元素是稀有气体(氦气、氖气、氩气、氪气、氙气和氡气)。它们获得了“稀有”的名字。因为它们被装满了价壳,因此被认为是非反应性的。 1962年,不列颠哥伦比亚大学的尼尔·巴特利特(Neil Bartlett)博士证明了这一假设是错误的。

这些元素少量存在于大气中。某些天然气包含按质量计1-2%的氦气。通过液化可冷凝成分将氦气与天然气隔离,仅剩下氦气。来自其他放射性元素。最近,观察到这种放射性气体在土壤和矿物质中的含量非常少。但是,它在绝缘良好,密封良好的建筑物中的积累构成健康危害,主要是肺癌。 相对于其他可比原子或分子质量的物质,稀有气体的沸点和熔点极低。这是因为只有弱的伦敦色散力存在,并且这些力只有在分子运动非常小(因为温度很低)时才能将原子保持在一起。 价壳的完整 s p 轨道增加了稀有气体的稳定性。这些元素具有最大的第一电离能,表明电子的去除是困难的。沿着原子团向下移动,原子半径增加而电离能减少。这些元素的正电子亲和力值表明它们也不太可能获得电子。表1总结了稀有气体的性质。

表1:稀有气体的性质。

元素 电子配置 原子半径(pm) IE1 (kJ/mol) EA (kJ/mol) STP (g/L)的密度
He 1s2 32 2370 +20 0.18
Ne [He] 2s22p6 70 2080 −30 0.90
Ar [Ne] 3s23p6 98 1520 +35 1.78
Kr [Ar] 4s24p6 112 1350 +40 3.74
Xe [Kr] 5s25p6 130 1170 +40 5.90
氩气可用于制造充气式电灯泡,其中较低的热导率和化学惰性使其比氮气更可取,以抑制钨丝的蒸发并延长灯泡的寿命。荧光灯管通常包含氩气和汞蒸气的混合物。氩是干燥空气中的第三大气体。

氦气用于填充气球和比空气轻的飞行器,因为它不燃烧,因此比氢更安全使用。液态氦(沸点为4.2 K)是一种重要的冷却剂,可达到低温研究所需的低温,并且对于实现强磁体和其他设备中使用的传统超导材料中产生超导所必需的低温至关重要。 >

霓虹灯是霓虹灯和招牌的组成部分。将电火花穿过装有低压氖灯的灯管,会产生熟悉的霓虹灯红色光。可以通过将氩气或汞蒸气与氖气混合或使用特殊颜色的玻璃管来改变光的颜色。

氪氙闪光灯用于拍摄高速照片。通过这种灯管的放电会发出非常强的光,仅持续1 / 50,000秒。 氪形成二氟化物,在室温下热不稳定。 氙与氟反应时会形成稳定的氙化合物。在用氟气加热过量的氙气并冷却后,形成二氟化氙XeF 2 。该材料形成无色晶体,该晶体在室温下在干燥气氛中稳定。以类似的方式分别制备化学计量的氟和过量的氟的氙四氟化氙XeF 4 和六氟氙XeF 6 。含氧化合物是通过用氧置换氙气氟化物中的氟原子而制得的。

当XeF 6 与水反应时,得到XeO 3 的溶液,氙气保持+6氧化态。干燥的固态三氧化氙XeO 3 具有极强的爆炸性-它会自发爆炸。

不稳定的氩气化合物会在低温下形成,但稳定的氦气和氖气化合物未知。

此文本改编自 Openstax,化学2e,第18.2节:稀有气体的发生、制备和性质。

Waiting X
Simple Hit Counter