氦、氖、氩、氪、氙、氡的主要作用是什么?

稀有气体是常温下的气体,除了氩气,大气中其他气体的含量都很少(尤其是氦气),因此被命名为“稀有气体”。历史上稀有气体被称为“惰性气体”,因为其原子的最外层电子组态除氦外全部是8电子组态(ns2np6,全上标)。所以稀有气体的化学性质非常不活泼,所以以前人们认为它们不会和其他元素发生化学反应,被称为“惰性气体”。然而,正是这种绝对的概念束缚了人们的思维,阻碍了稀有气体化合物的研究。1962年,在加拿大工作的26岁年轻英国化学家N.Bartlett合成了第一个稀有气体化合物Xe[PtF6](6为下标),引起了化学界的极大兴趣和关注。许多化学家竞相开展这项工作,相继合成了多种“稀有气体化合物”,推动了稀有气体化学的发展。“惰性气体”这个名称已经不符合事实,所以改名为稀有气体。

稀有气体的物理和化学性质

空气中含有大约65438±0%(体积百分比)的稀有气体,其中大部分是氩气。稀有气体无色、无嗅、无味,微溶于水,溶解度随分子量增大而增大。稀有气体的分子都是由单原子组成的,熔点和沸点都很低。随着原子量的增加,熔点和沸点增加。它们可以在低温下液化。稀有气体原子最外层的电子结构是ns2np6(氦是1s2),是最稳定的结构。因此,它在正常条件下不与其他元素相互作用,长期以来被认为是化学性质极其不活泼的惰性元素,不能形成化合物。直到1962年,英国化学家N. Balet利用强氧化剂PtF6与氙反应,制备出第一个惰性气体化合物Xe[PtF6],随后又陆续合成了其他惰性气体化合物,并改名为稀有气体。

空气是制备稀有气体的主要原料。液态空气经分馏可得到稀有气体混合物,然后用活性炭低温选择性吸附法分离稀有气体。

氦气是除氢气之外最轻的气体,可以代替氢气安装在飞船内,不会着火爆炸。

液氦的沸点为-269℃,利用液氦可以获得接近绝对零度的超低温(-273.5438+05℃)。氦气还被用来代替氮气作为人工空气供海潜水员呼吸,因为在高压的深海中,用普通空气呼吸会有更多的氮气溶解在血液中。当潜水员从深海上升,逐渐恢复到常压时,血液中溶解的氮气会释放出来形成气泡,堵塞微血管,造成“气堵”。氦气在血液中的溶解度远小于氮气,如果用氦氧混合气(人工空气)代替普通空气,就不会发生上述现象。

氩被高能宇宙射线照射后会电离。利用这一原理,可以在人造地球卫星上安装一个充有氩气的计数器。当卫星在太空飞行时,氩会受到宇宙射线的照射。辐射越强,氩的电离越强。卫星上的无线电机会自动将这些电离信号发回地球,因此人们可以根据信号的大小来判断太空宇宙辐射带的位置和强度。

氪气可以吸收X射线,在X射线工作时可以作为遮光材料。

氙灯还具有高度的紫外线辐射,可用于医疗技术。氙能溶解在细胞质的脂质中,引起细胞的麻醉和扩张,从而暂时停止神经末梢。人们曾尝试使用80%氙气和20%氧气的混合物作为麻醉剂,而没有副作用。在原子能工业中,氙可以用来检验高速粒子、粒子和介子的存在。

氡是自然界中唯一的天然放射性气体。氡作用于人体后,会迅速衰变为氡子体被人体吸收,进入人体呼吸系统造成辐射损伤,诱发肺癌。体外辐射主要是指天然石材中的辐射体直接照射人体后产生的一种生物效应,会对人体内的造血器官、神经系统、生殖系统、消化系统等造成损伤。

不过,氡也有它的用处。铍粉和氡密封在一个管子里,氡衰变时释放的α粒子与铍核反应,产生的中子可作为实验室的中子源。氡也可以用作气体示踪剂来检测管道泄漏和研究气体运动。

氙作为一种麻醉剂,在医学上受到高度重视。氙能溶解在细胞质的脂质中,引起细胞的麻醉和扩张,从而暂时停止神经末梢。人们曾尝试用80%氙气和20%氧气的混合物作为麻醉剂,没有副作用。

氦气是除氢气之外最轻的气体,可以代替氢气安装在飞船内,不会着火爆炸。

液氦的沸点为-269℃,利用液氦可以获得接近绝对零度的超低温(-273.5438+05℃)。氦气还被用来代替氮气作为人工空气供海潜水员呼吸,因为在高压的深海中,用普通空气呼吸会有更多的氮气溶解在血液中。当潜水员从深海上升,逐渐恢复到常压时,血液中溶解的氮气会释放出来形成气泡,堵塞微血管,造成“气堵”。氦气在血液中的溶解度远小于氮气,如果用氦氧混合气(人工空气)代替普通空气,就不会发生上述现象。

随着工业生产和科学技术的发展,稀有气体在工业、医学、尖端科技乃至日常生活中的应用越来越广泛。

由于稀有气体极不活泼的化学性质,一些生产部门常将其作为保护气体。例如,在焊接精密零件或镁、铝等活性金属以及制造半导体晶体管的过程中,氩气经常被用作保护气体。原子能反应堆的核燃料钚在空气中也会迅速氧化,也需要在氩气的保护下进行加工。电灯泡充氩气可以减少钨丝的气化,防止钨丝氧化,从而延长灯泡的使用寿命。

稀有气体通电后会发光。世界上第一盏霓虹灯是用氖气制成的(霓虹灯的英文原意是“霓虹灯”)。霓虹灯发出的红光在空气中有很强的透射性,可以穿过浓雾。因此,霓虹灯常被用在机场、港口和水陆交通线的灯光上。灯管内充有氩气或氦气,通电时发出浅蓝色或浅红色的光。有些灯充有四种气体(三种或两种)的混合物,如氖、氩、氦和汞蒸气。因为各种气体的相对含量不等,所以做出了五颜六色的霓虹灯。人们常用的荧光灯是在灯管内充入少量的汞和氩,内壁涂上荧光物质(如卤磷酸钙)制成的。通电时,灯管因汞蒸气放电而产生紫外线,激发荧光物质,使其发出类似太阳光的可见光,故又称荧光灯。

氦气是除氢气之外最轻的气体,可以代替氢气装在飞船或气球里,不会着火爆炸。

氦也被用来代替氮作为人工空气供潜水员呼吸。潜水员不能用普通空气呼吸,因为气体的溶解度随着压力的增加而增加,所以在高压深海用普通空气呼吸时,血液中会溶解更多的氮气。潜水员上升到常压时,血液中溶解的氮气会释放出来形成气泡,堵塞微血管,造成“气堵”。氦气在血液中的溶解度远小于氮气,如果用氦氧混合气(人工空气)代替普通空气,就不会发生上述现象。

液氦可以用来获得接近绝对零度的低温(-273.15℃)。

氩被高能宇宙射线照射后会电离。利用这一原理,可以在人造地球卫星上安装一个充有氩气的计数器。当卫星在太空飞行时,氩会受到宇宙射线的照射。辐射越强,氩的电离越强。卫星上的无线电机会自动将这些电离信号发回地球,因此人们可以根据信号的大小来判断太空宇宙辐射带的位置和强度。

氪气可以吸收X射线,在X射线工作时可以作为遮光材料。

氙灯还具有高度的紫外线辐射,可用于医疗技术。氙能溶解在细胞质的脂质中,引起细胞的麻醉和扩张,从而暂时停止神经末梢。人们曾尝试使用80%氙气和20%氧气的混合物作为麻醉剂,而没有副作用。

在原子能工业中,氙可以用来检验高速粒子、粒子和介子的存在。