2025年高考稀有氣體的發現史

　　周期表中零族元素有氦、氖、氬、氪、氙和氡一共六種，它們都是氣體。

　　六種稀有氣體元素是在1894-1900年間陸續被發現的。發現稀有氣體的主要功績應歸于英國化學家萊姆賽（RamsayW,1852-1916）。下面我們按元素發現的先后順序，分別簡介這六種元素的發現經過。

　　氬Ar

　　早在1785年，英國著名科學家卡文迪什（CavendishH,1731-1810）在研究空氣組成時，發現一個奇怪的現象。當時人們已經知道空氣中含有氮、氧、二氧化碳等，卡文迪什把空氣中的這些成分除盡后，發現還殘留少量氣體，這個現象當時并沒有引起化學家們應有的重視。誰也沒有想到，就在這少量氣體里竟藏著一個化學元素家族。

　　100多年后，英國物理學家瑞利（RayleighJWS,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的微小差別引起了瑞利的注意。他與化學家萊姆賽合作，把空氣中的氮氣和氧氣除去，用光譜分析鑒定剩余氣體，終于在1894年發現了氬。由于氬和許多試劑都不發生反應，極不活潑，故被命名為Argon，即“不活潑”之意。中譯名為氬，化學符號為Ar。

　　氦He

　　早在1868年，法國天文學家簡森(JanssenPJC,1824-1907)在觀察日全蝕時，就曾在太陽光譜上觀察到一條黃線D，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(LockyerJN,1836-1920)也觀測到這條黃線D。當時天文學家認為這條線只有太陽才有，并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是希臘文太陽神的意思，后綴-ium是指金屬元素而言。中譯名為氦。

　　1895年，萊姆賽和另一位英國化學家特拉弗斯(TraversMW,1872-1961)合作，在用硫酸處理瀝青鈾礦時，產生一種不活潑的氣體，用光譜鑒定為氦，證實了氦元素也是一種稀有氣體，這種元素地球上也有，并且是非金屬元素。

　　氪Kr、氖Ne、氙Xe

　　由于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它元素在性質上有很大差異，萊姆賽根據周期系的規律性，推測出氦和氬可能是另一族元素，在它們之間一定有一個性質和氦、氬相近的家族。果然，在1898年5月30日萊姆賽和特拉弗斯在大量液態空氣蒸發后的殘余物中，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。隱藏于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，用光譜分析發現了比氬輕的氖。他們把它命名為neon，源自希臘詞neos，意為新，即從空氣中發現的新氣體。中譯名為氖。也就是現在氖燈里的氣體。

　　1898年7月12日，萊姆賽和特拉弗斯在分餾液態空氣，制得了氪和氖后，又把氪反復地分次萃取，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，意為陌生人，即為人們所生疏的氣體，因為它在空氣中的含量極少，僅占總體積的一億分之八。

　　氡Rn

　　氡是一種具有天然放射性的稀有氣體，它是鐳、釷和錒這些放射性元素在蛻變過程中的產物，因此，只有這些元素發現后才有可能發現氡。

　　1899年，英國物理學家歐文斯(OwensRB)和盧瑟福(RutherfordE,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(DornFE)在研究鐳的放射性時發現鐳射氣，即氡-222。1902年，德國人吉賽爾(GieselFO,1852-1927)在錒的化合物中發現錒射氣，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。其它兩種射氣，是它的同位素。1923年國際化學會議上命名這種新元素為radon，中文音譯成氡，化學符號為Rn。

　　至此，氦、氖、氬、氪、氙、氡六種稀有氣體作為一個家族全被發現了，它們占據了元素周期表零族的位置。這個位置相當特殊，在它前面是電負性最強的非金屬元素，在它后面是電負性最小的金屬活潑性最強的金屬元素。由于這六種氣體元素的化學惰性，很久以來，它們被稱為"隋性氣體"。

　　人類的認識是永無止境的，經過實踐的檢驗，理論的相對真理性會得到發展和完善。1962年，在加拿大工作的英國青年化學家巴特列特(BartlettN,1932~)首先合成出第一個惰性氣體的化合物──六氟合鉑酸氙Xe[PtF6]，動搖了長期禁錮人們思想。"隋性氣體"也隨之改名"稀有氣體"。

　　稀有氣體的性質

　　稀有氣體的化學性質是由它的原子結構所決定的。

　　除氦以外，稀有氣體原子的最外電子層都是由充滿的ns和np軌道組成的，它們都具有穩定的8電子構型。稀有氣體的電子親合勢都接近于零，與其它元素相比較，它們都有很高的電離勢。因此，稀有氣體原子在一般條件下不容易得到或失去電子而形成化學鍵。表現出化學性質很不活潑，不僅很難與其它元素化合，而且自身也是以單原子分子的形式存在，原子之間僅存在著微弱的范德華力（主要是色散力）。

　　稀有氣體的熔、沸點都很低，氦的沸點是所有單質中最低的。它們的蒸發熱和在水中的溶解度都很小，這些性質隨著原子序數的增加而逐漸升高。

　　稀有氣體的原子半徑都很大，在族中自上而下遞增。應該注意的是，這些半徑都是未成鍵的半徑，應該僅把它們與其它元素的范德華半徑進行對比，不能與共價或成鍵半徑進行對比。

　　氦是所有氣體中最難液化的，溫度在2.2K以上的液氦是一種正常液態，具有一般液體的通性。溫度在2.2K以下的液氦則是一種超流體，具有許多反常的性質。例如具有超導性、低粘滯性等。它的粘度變得為氫氣粘度的百分之一，并且這種液氦能沿著容器的內壁向上流動，再沿著容器的外壁往下慢慢流下來。這種現象對于研究和驗證量子理論很有意義。

　　稀有氣體的用途

　　稀有氣體廣泛應用到光學、冶金和醫學等領域中。例如：氦氖激光器、氬離子激光器等在國防和科研上有著廣泛的用途。氖在放電管內放射出美麗的紅光，加入一些汞蒸氣后又發射出藍光，所以，氖被廣泛用來制造霓虹燈。氙在電場的激發下能放出強烈的白光，高壓長弧氙燈經常用于電影攝影、舞臺照明等。在冶金工業中，氬和氦的最大用途是為熔焊不銹鋼等提供惰性氣氛。氪、氙和氡還能用于醫療上，氙燈能放出紫外線，氪、氙的同位素還被用來測量腦血流量等。氦還被用來代替氫充填氣象氣球和飛船，由于它不燃燒，比氫安全得多。由于氦的沸點低，還被用于超低溫技術。

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