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稀有氣體發現史

* 來源 : * 作者 : admin * 發表時間 : 2018-03-12 * 瀏覽 : 0

1868年,天文學家在太陽的光譜中發現一條特殊的黃色譜線D3,這和早已知道的鈉元素的D1和D2兩條黃色譜線不同,由此預言在太陽中可能有一種未知元素存在。后來將這種元素命名為"氦",意為"太陽元素" 。

20多年后,拉姆塞證實了地球上也存在氦元素。1895年,美國地質學家希爾布蘭德觀察到釔鈾礦放在硫酸中加熱會產生一種不能自燃、也不能助燃的氣體。他認為這種氣體可能是氮氣或氬氣,但沒有繼續研究。拉姆塞知道這一實驗后,用釔鈾礦重復了這一實驗,得到少量氣體。在用光譜分析法檢驗該氣體時,原以為能看到氬的譜線,卻意外地發現一條黃線和幾條微弱的其他顏色的亮線。拉姆塞把它與已知的譜線對照,沒有一種同它相似。經過苦苦思索,終于想起27年前發現的太陽上的氦。氦的光譜正是黃線,如果這兩條黃線能夠重合,那么釔鈾礦中放出的氣體應是太陽元素氦了。拉姆塞十分謹慎,請當時英國最著名的光譜專家克魯克斯幫助檢驗,證實拉姆塞所得的未知氣體即為"太陽元素"氣體。1895年3月,拉姆塞在《化學新聞》上首先發表了在地球上發現氦的簡報,同年在英國化學年會上正式宣布這一發現。后來,人們在大氣中、水中、天然氣中、石油氣中以及鈾和外的礦石中,甚至在隕石中也發現了氦。1902年,德米特里·門捷列夫接受了氦和氬元素的發現,并這些稀有氣體納入他的元素排列之內,分類為第18族,而元素周期表即從該排列演變而來 。

拉姆塞繼續使用分餾法把液態空氣分離成不同的成分以尋找其他的稀有氣體。他于1898年發現了三種新元素:氪、氖和氙。"氪"源自希臘語"κρυπτ(kruptós)",意為"隱藏";"氖"源自希臘語"νο(néos)",意為"新";"氙"源自希臘語"ξνο(xénos)",意為"陌生人"。氡氣于1898年由弗里德里希·厄恩斯特·當發現,最初取名為鐳放射物,但當時并未列為稀有氣體[1] 。直到1904年才發現它的特性與其他稀有氣體相似。1904年,瑞利和拉姆塞分別獲得諾貝爾物理學獎和化學獎,以表彰他們在稀有氣體領域的發現[2] 。瑞典皇家科學院主席西德布洛姆致詞說:"即使前人未能確認該族中任何一個元素,卻依然能發現一個新的元素族,這是在化學歷史上獨一無二的,對科學發展有本質上的特殊意義。[2] "

稀有氣體的發現有助于對原子結構一般理解的發展。在1895年,法國化學家亨利·莫瓦桑嘗試進行氟(電負性最高的元素)與氬(稀有氣體)之間的反應,但沒有成功。直到20世紀末,科學家仍無法制備出氬的化合物,但這些嘗試有助于發展新的原子結構理論。由這些實驗結果,丹麥物理學家尼爾斯·玻爾在1913年提出,在原子中的電子以電子層形式圍繞原子核排列,除了氦氣以外的所有稀有氣體元素的最外層的電子層總是包含8個電子。1916年,吉爾伯特·牛頓·路易斯制定了八隅體規則,指出最外電子層上有8個電子是任何原子最穩定的排布;此電子排布使它們不會與其他元素發生反應,因為它們不需要更多的電子以填滿其最外層電子層。

但到了1962年,尼爾·巴特利特發現了首個稀有氣體化合物六氟合鉑酸氙。其他稀有氣體化合物隨后陸續被發現:在1962年發現了氡的化合物二氟化氡;并于1963年發現氪的化合物二氟化氪。2000年,第一種穩定的氬化合物氟氬化氫(HArF)在40K(-233.2℃)下成功制備。

1998年12月,俄羅斯杜布納的聯合核研究所的科學家以鈣原子轟擊钚來產生114號元素的單一原子,后來被命名為Fl。初步化學實驗已顯示該元素可能是第一種超重元素,盡管它位于元素周期表的第14族,卻有著的稀有氣體特性。2006年10月,聯合核研究所與美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室的科學家成功地以鈣原子轟擊锎的方法,人工合成了Uuo,它是18族的第七個元素 。

2013年12月12日,兩個研究超新星爆炸殘骸的國際科研小組分別在美國《科學》雜志上報告說,他們在宇宙中首次發現了惰性氣體分子,并在恒星爆炸的中心首次觀測到生命的六大基本元素之一--磷的形成。

英國倫敦大學學院教授邁克·巴洛與同事利用歐洲航天局的赫舍爾太空望遠鏡,在遠紅外波段觀測距地球6500光年的蟹狀星云,結果發現了氬氫分子。他們所觀測到的是氬的同位素氬36,來自蟹狀星云中心的中子星的能量令其發生電離,然后與氫形成氬氫分子。這一發現也同時支持氬36同位素起源于超新星中心的理論。

在另一項研究中,韓國與美國研究人員發現銀河系內已知最年輕的超新星殘骸仙后座A中存在大量的磷。他們利用美國加州帕洛馬山天文臺5米口徑的黑爾望遠鏡進行的觀測表明,仙后座A中磷與鐵56同位素的比率比銀河系其他地方高出100倍,這說明磷也是在超新星中產生的。

在2013年以前,科學家已觀測到生命的另五大基本元素碳、氫、氧、氮與硫在宇宙中的起源。[3]

大約氮氣發現的百年之后,英國化學家瑞利(Rayleigh,J.W.S.1842-1919),一方面從空氣中除掉氧氣、二氧化碳、水蒸氣得到氮氣;另一方面從氮化物分解制得氮氣。他把這兩種來源不同的氮氣進行比較,發現在正常狀態下前者的密度是1.2572克/升,后者的密度是1.2508克/升,為什么空氣中的氮氣密度要大些呢?是不是其中還有較重的不活潑氣體?英國化學家萊姆大塞(Ramsay,W.1852-1916)用燃燒的鎂與空氣中的氮氣作用,以除去空氣中的氮,結果剩下少量的稀有氣體。經光譜檢驗,證明是一種新的氣體元素叫做氬。后幾年他用分級蒸餾法,從粗制的氬中分離出其它三種稀有氣體──氖、氪、氙。1895年,萊姆塞用硫酸處理瀝青油礦,產生一種氣體,用光譜鑒定為氦。由于他先后發現氦、氖、氪、氬、氙,獲得了1904年諾貝爾化學獎。

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