浅谈稀有气体

提要:随着工业生产和科学技术的发展,稀有气体越来越广泛地应用在工业、医学、尖端科学技术以至日常生活里。而化学教学也要时时与生产生活相结合,使得学生们不但了解更多的化学知识,同时也对化学这一学科产生浓厚的兴趣。

关键词:稀有气体 元素 用途

远远的街灯亮了,

好像闪着无数的的明星。

天上的明星现了,

好像闪着无数的街灯,

我想那渺茫的空中,

定然有美丽的街市。

美丽的街市,闪着无数的街灯。郭沫若的诗,让多少人浮想联翩,而我则想着那装扮这街市的美丽的街灯。夜幕降临,城市的霓虹灯闪烁着诱人的光芒。可是,我的朋友,你可知道这霓虹灯里有那些物质,又为什么能发出这么美丽的光,他们还有那些用途呢?

原来呀,那些霓虹灯的灯管里充着神秘的气体――稀有气体。什么是稀有气体呢?稀有气体,在大气层的含量极少,它们的化学性质极不活泼,原来被称为惰性气体,随着科学技术的发展,1962年,在加拿大工作的英国青年化学家巴特列特(Bartlett N,1932)首先合成出第一个惰性气体的化合物──六氟合铂酸氙Xe[PtF6],动摇了人们长期禁锢的思想,引起了化学界极大的兴趣和重视。许多化学家开始关注这方面的工作,先后陆续合成了多种稀有气体化合物,促进了稀有气体化学的发展。“惰性气体”一名再也不符合客观事实,因此就改称稀有气体了。

稀有气体包括等氦He(拉丁文原意“太阳”)、氖Ne(拉丁文原意“新的”)、氩Ar(拉丁文原意“懒惰”) 、氪Ke(拉丁文原意“隐藏”)和氙Xe(拉丁文原意“奇异”)、 氡Rn (拉丁文原意"射气")气体。除氦外,稀有气体原子的最外层都是由充满的ns和np轨道组成的。因此,它们都具有稳定的8电子构型(氦原子只有两个电子),这些元素的化学性质很不活泼,不仅难于与其他元素化合,其自身也是以单个原子的形式存在。人们正是利用它们的这种特性,充到灯管里当保护气,有些还能发出色彩艳丽的光,因此,人们对它们情有独钟。

大量的氦用于火箭燃料压力系统、惰性气氛焊接、核反应堆热交换器。由于氦气的密度小又不象氢气那样易燃易爆,使用安全,常用氦气填充气球和飞艇。近来,还用氦气混合在塑料、人造丝 、合成纤维中制成轻盈的泡沫塑料、泡沫纤维。氦在血液中的溶解度比要氮气小的多,用它与氧气混合制成“人造空气”代替压缩空气,供潜水员使用。此外,这种“人造空气”的平均密度只有空气的三分之一左右,易于吸入和呼出,常用于医治气喘和窒息等症。

将氦和氖的混合气体装入特制的石英管中,制成激光器,可以发出红色激光,用于测量和通讯。

氖可以作为彩色霓虹灯的充装气体用于户外广告显示;此外,它还可用于可视发光指示灯、电压调节,以及激光混合气成份。

氖和氩常用于霓虹灯。霓虹灯是两端装有电极,充有稀薄惰性气体的细玻璃管,当两端的电极间存在电压时,惰性气体放电产生色光,灯光的颜色与灯管内的气体种类、气压以及灯管的玻璃颜色有关。

氩和氪常用于填充普通的白炽灯泡。钨丝在空气中加热会与氧气发生氧化反应而断掉,因此,必须抽去灯泡中的空气,但空气抽出后,炽热的钨丝容易升华而变细,钨蒸汽在较冷的灯泡内壁上冷凝,灯光变暗,灯泡的寿命也大大的缩短。把一定量的氩气或氩氮混合气体充入灯泡内,增加灯泡内的气压,减缓钨的升华,增加灯泡的亮度,延长灯泡的寿命。用氪来填充白炽灯泡,可以节约10%的电能。氩和氪的混合气体广泛用于填充荧光灯。除此外,广泛用于航空、航天业中钛以及其他特种金属焊接时的保护气。

氪和氙广泛用于具有特殊性能的电光源,高压长弧氙灯(俗称 “人造小太阳”),便是利用氙在高压电场的激发下能放出强烈的白光这一特性制成的。一种发生紫外线的氙灯,在临床上得到应用,氙和氪的同位素在医学上 用于测量脑血流量和研究肺功能,计算胰岛素的分泌量。

氙作为麻醉剂,在医学上倍受重视。氙能溶解到细胞质的油脂里,引起细胞的膨胀和麻醉,使神经末梢的作用暂时停止。医学家曾试用80%的氙气和20%氧气混合,作为无副作用的麻醉剂。

最迟被发现的稀有气体是氡,具有很强的放射性,而半衰期较短(122Rn的半衰期最长,也只有3.8天),实验和应用较为困难,但它可用于恶性肿瘤的***。

氡虽有功劳,但也暗藏杀机。自然界的,主要来自放射性元素的裂变,有的地层含氡也较高,放射性较强的花岗岩、大理石也能向外释放氡,在这些地层上建房或采用放射性较强的岩石作室内装潢,这种看不见的杀手将潜藏在室内,给人带来可怕的疾病,如恶性肿瘤等。

为了我们的生活更加丰富多彩,让我们了解和熟悉稀有气体,扬其长,避其短,长其功,消其过!为了我们的生活更加丰富多彩,让我们用知识武装头脑,射杀懒惰的思想,迎接新的太阳,让我们的智慧释放奇异的光芒!

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