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零族元素也就是稀有氣體元素。它們分別是氦(He),氖(Ne),氬(Ar),氪(Kr),氙(Xe),氡(Rn),這六種稀有氣體元素是在1894年—1900年間陸續發現的。發現稀有氣體的主要功績應歸於英國化學家萊姆賽(Ramsay W.)。

零族元素的物理性質

  零族元素的物理性質

1基本介紹

化學元素周期表上第零族元素的總稱。

2零族元素

下面我們按元素髮現的先後順序,分別簡價七種零族元素(包括118號)的發現經過。其原子的最外層電子構型除氦為1s2(上標)外,其餘均為穩定的8電子構型ns2np6(均為上標)。稀有氣體的化學性質很不活波,所以過去人們曾認為他們與其他元素之間不會發生化學反應,將他們列為周期表中的零族,並稱之為「惰性氣體」。然而正是這種絕對的概念束縛了人們的思想,阻礙了對稀有氣體化合物的研究。1962年,在加拿大工作的26歲的英國青年化學家N.Bartlett合成了第一個稀有氣體化合物Xe[PtF6](6為下標),引起了化學界的很大興趣和重視。許多化學家競相開展這方面的工作,先後陸續合成了多種「稀有氣體化合物」,促進了稀有氣體化學的發展。

3 1. 氬 Ar

早在1785年,英國著名科學家卡文迪許(Cavendish H.,1732—1810)在研究空氣組成時,就發現了一個奇怪現象。當時人們已經知道空氣中含有氮、氧、二氧化碳等,卡文迪許把空氣中的這些成分除盡后,發現還殘留少量氣體。這個現象當時並沒有引起化學家們的重視,誰也沒有想到,就在這少量氣體里竟藏著整整一個族的化學元素。
100多年後,英國物理學家瑞利(Rayleigh J.W.S.,1842—1919)在研究氮氣時發現,從氮的化合物中分離出來的氮氣每升重1.2508g,而從空氣中分離出來的氮氣在相同情況下每升重1.2572g,這0.0064g的微小差別引丐了瑞利的注意。他與化學家萊姆賽合作,把空氣中的氮氣和氧氣除去,用光譜分析鑒定乘餘氣體,終於在1894年發現了氬。由於氬和許多試劑都不發生反應,極不活潑,故命名為 Argon。在希臘文中是「懶惰」的意思,中譯為氬,元素符號是 Ar。

4 2. 氦 He

早在1868年,法國天文學家簡森(Janssen P.J.C.,1824—1907)在觀察日全蝕時,就曾在太陽光譜中觀察到一條黃線 D3,這和早已知道的鈉光譜的 D1 和 D2兩條線不相同。同時,英國天文學家洛克耶爾(Lockyer J.N.,1836—1920)也觀測到這條黃線 D3。當時天文學家認為,這條線只有太陽才有,並且還認為是一種金屬元素。所以洛克耶爾把這個元素取名為 Helium (這是由兩個字拼起來的,helio 在希臘文是太陽神的意思,後綴 -ium 指的金屬元素)
1895年,萊姆賽和另一位英國化學家特拉弗斯(Travers M.W.,1872—1961)合作,在用硫酸處理瀝清鈾礦時,產生一種不活潑的報導體,用光譜鑒定為氦,並證實了氦元素也是一種稀有氣體。這種元素在地球上也有,並且是非金屬元素。

5 3. 氪 Kr、氖 Ne、氙 Xe

由於氦和氬的性質非常相近,而且它們與周期系中已被發現的其他元素在性質上有很大差異,因此萊姆賽根據周期系的規律性,推測氦和氬可能是另一族元素,並且他們之間一定有一個與其性質相似的家族。果然,1898年5月30日,萊姆賽和物特拉弗斯在大量液態空氣蒸發后的殘餘物中,用光譜分析首先發現了比氬重的氪,他們把它命名為 Krypton(即「隱藏」之意。它隱藏於空氣中多年才被發現)。
1898年6月,萊姆賽和特拉弗斯在蒸發液態氬時收集了最先逸出的氣體,用光譜分析發出了比氬輕的氖。他們把它命名為 Neon(Neon 源自希臘詞 neos,意為「新的」,即從空氣中發現的新氣體。中譯名為氖,也就是現在霓虹燈里的氣體)。
1898年7月12日,萊姆賽和特拉弗斯在分餾液態空氣、製得了氪和氖后,又把氪反覆地分次萃取,從其中又分出一種質量比氪更重的新氣體,他們把它命名為 Xenon(源自希臘文 Xenos,意為「陌生的」,即人們所生疏的氣體。中譯名為氙。它在空氣中的含量極少,僅佔總體積的一億分之八)。

6 4. 氡 Rn

氡是一種具有天然放射性的稀有氣體,它是鐳、釷和錒等放射性元素蛻變過程中的產物,因此,只有這些元素髮現后才有可能發現氡。
1899年,英國物理學家歐文斯(Owens R.B.,1842—1936)和盧瑟福(Rutherford E.,1871—1937)在研究釷的放射性時發現釷射氣,即氡—220。1900年,德國人道恩(Dorn F.E.)在研究鐳的放射性時發現鐳射氣,即氡—219。直到1908年,萊姆賽確定鐳射氣是一種新元素,和已發現的其它稀有氣體一樣,是一種化學惰性的稀有氣體元素。其他兩種氣體,是它的同位素。在1923年國際化學會議上命名這種新元素為 Radon,中文音譯成氡。

7 5.Ununoctium Uuo

Berkeley實驗室的V. Ninov等人於1999年發表了利用86Kr+208Pb通過1n道生成118號元素的實驗結果[Nin99],但結果於2001年宣布收回。2002年6月25日,Dubna的Yu. Ts. Oganessian在德國重離子研究中心GSI作的一次學術報告上報告了Dubna合成118號元素的新結果。入射束流48Ca的能量為5.1 MeV/u,對應複合核的激發能為29 MeV,束流強度為0.8 pmA靶為230 mg/cm2的純度為97.3%的249Cf(總重量為7.1 mg,自身每秒鐘放出2&acute;109個a粒子)。總束流時間為75天,對應的總照射量為2&acute;1019個束流粒子。實驗前估計,3n道的截面~0.5 pb,4n的截面<0.1 pb。整個實驗過程中觀察到兩個可能的事件。一個是2002年3月19日5:28得到的一個如下衰變鏈(選自Oganessian報告的照片),其中290116和286114均是第一次被觀察到。另一個是3月16日7:04觀察到的一個壽命為3.2 ms的自發裂變事件。
2006年10月16日,美國與俄羅斯科學家以鈣離子與鐦(Cf,Californium)碰撞製造Uuo,並宣稱存在千分之一秒。
至此,氦、氖、氬、氪、氙、氡、Uuo七種稀有氣體作為一定族全被發現了。它們占元素周期表零族的位置。這個位置相當物殊,在它前面的是電負性最強的非金屬元素,在它後面是電負性最小的最強金屬元素。而其本身則是電離最大的一族元素。由於這六種氣體元素的化學惰性,因此很久以來它們被稱為「惰性氣體元素」,直到 Xe 被 PtF6 氧化后,「惰性氣體」也隨之改名為「稀有氣體」。

8稀有氣體

稀有氣體,又稱作惰性氣體或貴氣體,是指元素周期表上的第18族元素(IUPAC新規定,即原來的0族),它們在常溫下全部是以單原子為分子的氣體。
包括氦、氖、氬、氪、氙、氡6個元素,屬周期系零族元素。曾稱惰性氣體。在稀有氣體發現的初期,認為這6種元素在地殼中的含量很少,故稱為稀有氣體。根據現有資料,氬的含量並不稀少,而且在太陽中,氦是蘊藏量僅次於氫的元素。因此,稀有氣體只能作為歷史名稱而被沿用下來。稀有氣體是19世紀末、20世紀初陸續由英國W.拉姆齊等從空氣中發現的。
空氣中約含1%(體積百分)稀有氣體,其中絕大部分是氬。稀有氣體都是無色、無臭、無味的,微溶於水,溶解度隨分子量的增加而增大。稀有氣體的分子都是由單原子組成的,它們的熔點和沸點都很低,隨著原子量的增加,熔點和沸點增大。它們在低溫時都可以液化。稀有氣體原子的最外層電子結構為ns2np6(氦為1s2),是最穩定的結構,因此,在通常條件下不與其他元素作用,長期以來被認為是化學性質極不活潑,不能形成化合物的惰性元素。直到1962年,英國化學家N.巴利特才利用強氧化劑PtF6與氙作用,製得了第一種惰性氣體的化合物XePtF6,以後又陸續合成了其他惰性氣體化合物,並將它的名稱改為稀有氣體。空氣是製取稀有氣體的主要原料,通過液態空氣分級蒸餾,可得稀有氣體混合物,再用活性炭低溫選擇吸附法,就可以將稀有氣體分離開來。

9霓紅燈的原理

將城市的夜晚打扮得流光溢彩的是霓虹燈,這是一種氣體放電燈。在製作霓虹燈時,首先將封裝有電極的細長玻璃管內的氣體抽出,然後充入情性氣體(氦氣、氖氣、氮氣)或水銀蒸氣。這樣,當霓虹燈的電極被加上高電壓后,電極中的電子在電場的作用下逸出並撞擊氣體原子,大量的氣體原子被激發和電離,從而「充滿」能量。這些能量以光輻射射的形式被釋放,霓虹燈就會發出光了。
霓紅燈的顏色是由充入的氣體種類決定的。

10霓虹燈放光顏色

所充氣體 光的顏色
He 白(帶藍綠色)
O2 黃
Ne 紅 紫
空氣 桃紅
Ar 紅
H2O 薔薇色
Hg 綠
H2 薔薇色
K 黃 紅 Kr 黃 綠
Na 金黃
Co 白
Na 黃 紅
Co2 灰 白
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