稀有气体课件.ppt

泡沫灯管汽车中的发光电线 单色霓虹灯多彩霓虹灯 稀有气体稀有气体的得名稀有气体的得名 稀有气体的单质在常温下为气体，且除稀有气体的单质在常温下为气体，且除氩气氩气外，其余几种在外，其余几种在大气中含量很少（尤其是氦），故得名大气中含量很少（尤其是氦），故得名“稀有气体稀有气体”，历史，历史上稀有气体曾被称为上稀有气体曾被称为“惰性气体惰性气体”，这是因为它们的原子最，这是因为它们的原子最外层电子构型除氦为外层电子构型除氦为1s1s外，其余均为外，其余均为8 8电子构型（电子构型（ns2np6ns2np6，均为上标），而这两种构型均为稳定的结构。因此，稀有气均为上标），而这两种构型均为稳定的结构。因此，稀有气体的化学性质很不活泼，所以过去人们曾认为他们与其他元体的化学性质很不活泼，所以过去人们曾认为他们与其他元素之间不会发生化学反应，称之为素之间不会发生化学反应，称之为“惰性惰性气体气体”。然而正是。然而正是这种绝对的概念束缚了人们的思想，阻碍了对这种绝对的概念束缚了人们的思想，阻碍了对稀有气体化合稀有气体化合物物的研究。的研究。19621962年，在年，在加拿大加拿大工作的工作的2626岁的岁的英国英国青年化学青年化学家家N.BartlettN.Bartlett合成了第一个稀有气体化合物合成了第一个稀有气体化合物XePtF6XePtF6，引，引起了化学界的很大兴趣和重视。许多化学家竞相开展这方面起了化学界的很大兴趣和重视。许多化学家竞相开展这方面的工作，先后陆续合成了多种的工作，先后陆续合成了多种“稀有气体化合物稀有气体化合物”，促进了，促进了稀有气体化学的发展。而稀有气体化学的发展。而“惰性气体惰性气体”一名也不再符合事实，一名也不再符合事实，故改称稀有气体。故改称稀有气体。稀有气体的发现稀有气体的发现 六种六种稀有气体元素稀有气体元素是在是在1894-19001894-1900年间陆续被发现的。发现稀有气体的主要功绩应归年间陆续被发现的。发现稀有气体的主要功绩应归于英国化学家莱姆赛（于英国化学家莱姆赛（Ramsay W,1852-1916Ramsay W,1852-1916）。二百多年前，人们已经知道，空）。二百多年前，人们已经知道，空气里除了少量的气里除了少量的水蒸气水蒸气、二氧化碳外，其余的就是氧气和氮气。、二氧化碳外，其余的就是氧气和氮气。17851785年，英国科学家年，英国科学家卡文迪许卡文迪许在实验中发现，把不含水蒸气、在实验中发现，把不含水蒸气、二氧化碳二氧化碳的空气除去的空气除去氧气氧气和和氮气氮气后，仍有很后，仍有很少量的残余气体存在。这种现象在当时并没有少量的残余气体存在。这种现象在当时并没有 引起化学家的重视。一百多年后，英国引起化学家的重视。一百多年后，英国物理学家物理学家雷利测定氮气的雷利测定氮气的密度密度时，发现从空气里分离出来的氮气每升质量是时，发现从空气里分离出来的氮气每升质量是1.25721.2572克，克，而从含氮物质制得的氮气每升质量是而从含氮物质制得的氮气每升质量是1.25051.2505克。经多次测定，两者质量相差仍然是几克。经多次测定，两者质量相差仍然是几毫克。可贵的是雷利没有忽视这种微小的差异，他怀疑从毫克。可贵的是雷利没有忽视这种微小的差异，他怀疑从空气分离空气分离出来的氮气里含有出来的氮气里含有没被发现的较重的气体。于是，他查阅了卡文迪许过去写的资料，并重新做了实验。没被发现的较重的气体。于是，他查阅了卡文迪许过去写的资料，并重新做了实验。18941894年，他在除掉空气里的氧气和氮气以后，得到了很少量的极不活泼的气体。与此年，他在除掉空气里的氧气和氮气以后，得到了很少量的极不活泼的气体。与此同时，雷利的朋友、英国化学家同时，雷利的朋友、英国化学家拉姆塞拉姆塞用其它方法从空气里也得到了这样的气体。经用其它方法从空气里也得到了这样的气体。经过分析，判断该气体是一种新物质。由于这气体极不活泼，所以命名为氩（拉丁文原过分析，判断该气体是一种新物质。由于这气体极不活泼，所以命名为氩（拉丁文原 意是意是“懒惰懒惰”）。以后几年里，拉姆塞等人又陆续从空气里发现了）。以后几年里，拉姆塞等人又陆续从空气里发现了氦气氦气、氖气氖气（名称（名称原意是原意是“新的新的”意思）、氪气（名称原意是意思）、氪气（名称原意是“隐藏隐藏”意思）和意思）和氙气氙气（名称原意是（名称原意是“奇奇异异”意思）。意思）。氡是一种具有天然放射性的稀有气体，它是镭、钍和锕这些氡是一种具有天然放射性的稀有气体，它是镭、钍和锕这些放射性元素放射性元素在蜕变过程中在蜕变过程中的产物，因此，只有这些元素发现后才有可能发现氡。的产物，因此，只有这些元素发现后才有可能发现氡。18991899年，英国物理学家年，英国物理学家欧文斯欧文斯(Owens R B)(Owens R B)和和卢瑟福卢瑟福(Rutherford E,1871-1937)(Rutherford E,1871-1937)在在研究钍的放射性时发现钍射气，即氡研究钍的放射性时发现钍射气，即氡-220-220。19001900年，德国人年，德国人道恩道恩(Dorn F E)(Dorn F E)在研究在研究镭的放射性时发现镭射气，即氡镭的放射性时发现镭射气，即氡-222-222。19021902年，德国人年，德国人吉赛尔吉赛尔(GieselGiesel F O,1852-F O,1852-1927)1927)在锕的化合物中发现锕射气，即氡在锕的化合物中发现锕射气，即氡-219-219。直到。直到19081908年，莱姆赛确定镭射气是年，莱姆赛确定镭射气是一种新元素，和已发现的其它稀有气体一样，是一种化学惰性的稀有气体元素。其它一种新元素，和已发现的其它稀有气体一样，是一种化学惰性的稀有气体元素。其它两种射气，是它的同位素。两种射气，是它的同位素。19231923年国际化学会议上命名这种新元素为年国际化学会议上命名这种新元素为radonradon，中文音，中文音译成氡，译成氡，化学符号化学符号为为RnRn。稀有气体的物理和化学性质稀有气体的物理和化学性质 空气中约含空气中约含0.940.94（体积百分）的稀有气体，其中绝大部分是氩气。（体积百分）的稀有气体，其中绝大部分是氩气。稀有气体都是无色、无臭、无味的，微溶于水，溶解度随分子量的增加而增稀有气体都是无色、无臭、无味的，微溶于水，溶解度随分子量的增加而增大。稀有气体的分子都是由单原子组成的，它们的熔点和沸点都很低，随着大。稀有气体的分子都是由单原子组成的，它们的熔点和沸点都很低，随着原子量的增加，熔点和沸点增大。它们在低温时都可以液化。原子量的增加，熔点和沸点增大。它们在低温时都可以液化。稀有气体原子的最外层电子结构为稀有气体原子的最外层电子结构为ns2np6ns2np6（氦为（氦为 1s21s2），是最稳定的结构，），是最稳定的结构，因此，在通常条件下不与其它元素作用，长期以来被认为是化学性质极不活因此，在通常条件下不与其它元素作用，长期以来被认为是化学性质极不活泼，不能形成化合物的惰性元素。泼，不能形成化合物的惰性元素。除氦以外，稀有气体原子的最外电子层都是由充满的除氦以外，稀有气体原子的最外电子层都是由充满的nsns和和npnp轨道组成的，它轨道组成的，它们都具有稳定的们都具有稳定的8 8电子构型。稀有气体的电子亲合势都接近于零，与其它元素电子构型。稀有气体的电子亲合势都接近于零，与其它元素相比较，它们都有很高的电离势。因此，稀有气体原子在一般条件下不容易相比较，它们都有很高的电离势。因此，稀有气体原子在一般条件下不容易得到或失去电子而形成化学键。表现出化学性质很不活泼，不仅很难与其它得到或失去电子而形成化学键。表现出化学性质很不活泼，不仅很难与其它元素化合，而且自身也是以元素化合，而且自身也是以单原子分子单原子分子的形式存在，原子之间仅存在着微弱的形式存在，原子之间仅存在着微弱的的范德华力范德华力（主要是（主要是色散力色散力）。直到）。直到19621962年，英国化学家年，英国化学家NN巴利特才利用强巴利特才利用强氧化剂氧化剂PtF6PtF6与氙作用，制得了第一种惰性气体的化合物与氙作用，制得了第一种惰性气体的化合物XePtF6XePtF6，以后又陆，以后又陆续合成了其他惰性气体化合物，并将它的名称改为稀有气体。续合成了其他惰性气体化合物，并将它的名称改为稀有气体。空气是制取稀有气体的主要原料，通过空气是制取稀有气体的主要原料，通过液态空气液态空气分级分级蒸馏蒸馏，可得稀有气体混，可得稀有气体混合物，再用活性炭低温选择吸附法，就可以将稀有气体分离开来。合物，再用活性炭低温选择吸附法，就可以将稀有气体分离开来。稀有气体的应用稀有气体的应用 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、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。尖端科学技术以至日常生活里。利用稀有气体极不活动的化学性质，有的生产部门常用它们来作保护气。例利用稀有气体极不活动的化学性质，有的生产部门常用它们来作保护气。例如，在焊接精密零件或镁、铝等活泼金属，以及制造半导体晶体管的过程中，如，在焊接精密零件或镁、铝等活泼金属，以及制造半导体晶体管的过程中，常用氩作保护气。原子能常用氩作保护气。原子能反应堆反应堆的核燃料钚，在空气里也会迅速的核燃料钚，在空气里也会迅速氧化氧化，也需，也需要在氩气保护下进行机械加工。电灯泡里充氩气可以减少钨丝的气化和防止要在氩气保护下进行机械加工。电灯泡里充氩气可以减少钨丝的气化和防止钨丝氧化，以钨丝氧化，以 延长灯泡的使用寿命。延长灯泡的使用寿命。稀有气体通电时会发光。世界上第一盏稀有气体通电时会发光。世界上第一盏霓虹灯霓虹灯是填充氖气制成的（霓虹灯的是填充氖气制成的（霓虹灯的英文原意是英文原意是“氖灯氖灯”）。氖灯射出的红光，在空气里透射力很强，可以穿过）。氖灯射出的红光，在空气里透射力很强，可以穿过浓雾。因此，氖灯常用在机场、港口、水陆交通线的灯标上。灯管里充入氩浓雾。因此，氖灯常用在机场、港口、水陆交通线的灯标上。灯管里充入氩气或氦气，通电时分别发出浅蓝色或淡红色光。有的灯管里充入了氖、氩、气或氦气，通电时分别发出浅蓝色或淡红色光。有的灯管里充入了氖、氩、氦、氦、水银水银蒸气等四种气体（也有三种或两种的）的混合物。由于各种气体的蒸气等四种气体（也有三种或两种的）的混合物。由于各种气体的相对含量不伺，便制得五光十色的各种霓虹灯。人们常用的荧光灯，是在灯相对含量不伺，便制得五光十色的各种霓虹灯。人们常用的荧光灯，是在灯管里充入少量水银和氩气，并管里充入少量水银和氩气，并 在内壁涂荧光物质（如卤磷酸钙）而制成的。在内壁涂荧光物质（如卤磷酸钙）而制成的。通电时，管内因水银蒸气放电而产生通电时，管内因水银蒸气放电而产生紫外线紫外线，激发荧光物质，使它发出近似，激发荧光物质，使它发出近似日光的可见光，所以又叫做日光灯。日光的可见光，所以又叫做日光灯。利用稀有气体可以制成多种混合气体激光器。氦利用稀有气体可以制成多种混合气体激光器。氦-氖激光器就是其中之一。氖激光器就是其中之一。氦氖混合气体被密封在一个特制的石英管中，在外界高频振荡器的激励下，氦氖混合气体被密封在一个特制的石英管中，在外界高频振荡器的激励下，混合气体的原子间发生非弹性碰撞，被激发的原子之间发生能量传递，进而混合气体的原子间发生非弹性碰撞，被激发的原子之间发生能量传递，进而产生电子跃迁，并发出与跃迁相对应的受激辐射波，产生电子跃迁，并发出与跃迁相对应的受激辐射波，近红外光近红外光。氦。氦-氖激光器氖激光器可应用于测量和通讯。可应用于测量和通讯。氦气是除了氢气以外最轻的气体，可以代替氢气装在飞船里，不氦气是除了氢气以外最轻的气体，可以代替氢气装在飞船里，不会着火和发生爆炸。会着火和发生爆炸。液态氦的沸点为液态氦的沸点为-269-269，是所有气体中最难液化的，利用液态氦，是所有气体中最难液化的，利用液态氦可获得接近可获得接近绝对零度绝对零度（-273.15-273.15）的超低温。氦气还用来代替）的超低温。氦气还用来代替氮气作人造空气，供探海潜水员呼吸，因为在压强较大的深海里，氮气作人造空气，供探海潜水员呼吸，因为在压强较大的深海里，用普通空气呼吸，会有较多的氮气溶解在血液里。当潜水员从深用普通空气呼吸，会有较多的氮气溶解在血液里。当潜水员从深海处上升，体内逐渐恢复常压时，溶解在血液里的氮气要放出来海处上升，体内逐渐恢复常压时，溶解在血液里的氮气要放出来形成气泡，形成气泡，对微血管起阻塞作用，引起对微血管起阻塞作用，引起“气塞症气塞症”。氦气在血。氦气在血液里的溶解度比氮气小得多，用氦跟氧的混合气体（人造空气）液里的溶解度比氮气小得多，用氦跟氧的混合气体（人造空气）代替普通空气，就不会发生上述现象。温度在代替普通空气，就不会发生上述现象。温度在2.2K2.2K以上的液氦以上的液氦是一种正常液态，具有一般液体的通性。温度在是一种正常液态，具有一般液体的通性。温度在2.2K2.2K以下的液以下的液氦则是一种超流体，具有许多反常的性质。例如具有超导性、低氦则是一种超流体，具有许多反常的性质。例如具有超导性、低粘滞性等。它的粘度变得为氢气粘度的百分之一，并且这种液氦粘滞性等。它的粘度变得为氢气粘度的百分之一，并且这种液氦能沿着容器的内壁向上流动，再沿着容器的外壁往下慢慢流下来。能沿着容器的内壁向上流动，再沿着容器的外壁往下慢慢流下来。这种现象对于研究和验证量子理论很有意义。这种现象对于研究和验证量子理论很有意义。氩气经高能的氩气经高能的宇宙射线宇宙射线照射后会发生照射后会发生电离电离。利用这个原理，可以。利用这个原理，可以在在人造地球卫星人造地球卫星里设置充有氩气的计数器。当人造卫星在宇宙空里设置充有氩气的计数器。当人造卫星在宇宙空间飞行时，氩气受到宇宙射线的照射。照射得越厉害，氩气发生间飞行时，氩气受到宇宙射线的照射。照射得越厉害，氩气发生电离也越强烈。卫星上的无线电机把这些电离信号自动地送回地电离也越强烈。卫星上的无线电机把这些电离信号自动地送回地球，人们就可根据信号的大小来判定空间宇宙辐射带的位置和球，人们就可根据信号的大小来判定空间宇宙辐射带的位置和 强度。强度。氪能吸收氪能吸收X X射线射线，可用作，可用作X X射线工作时的遮光材料。射线工作时的遮光材料。氙灯氙灯还具有高度的紫外光辐射，可用于医疗技术方面。氙能溶于还具有高度的紫外光辐射，可用于医疗技术方面。氙能溶于细胞质的油脂里，引起细胞的麻醉和膨胀，从而使神经末梢作用细胞质的油脂里，引起细胞的麻醉和膨胀，从而使神经末梢作用暂时停止。人们曾试用暂时停止。人们曾试用80%80%氙和氙和20%20%氧组成的混合气体，作为氧组成的混合气体，作为无副作用的麻醉剂。在原子能工业上，氙可以用来检验高速粒子、无副作用的麻醉剂。在原子能工业上，氙可以用来检验高速粒子、粒子、介子等的存在。粒子、介子等的存在。氪、氙的同位素还被用来测量脑血流量等。氪、氙的同位素还被用来测量脑血流量等。氡是自然界唯一的天然氡是自然界唯一的天然放射性放射性气体，氡在作用于人体的同时会很气体，氡在作用于人体的同时会很快衰变成人体能吸收的氡子体，进入人体的快衰变成人体能吸收的氡子体，进入人体的呼吸系统呼吸系统造成辐射损造成辐射损伤，诱发肺癌。一般在劣质装修材料中的钍杂质会衰变释放氡气伤，诱发肺癌。一般在劣质装修材料中的钍杂质会衰变释放氡气体，从而对人体造成伤害。体外辐射主要是指天然石材中的辐射体，从而对人体造成伤害。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一种生物效果，会对人体内的造血器官、体直接照射人体后产生一种生物效果，会对人体内的造血器官、神经系统、生殖系统和消化系统造成损伤。神经系统、生殖系统和消化系统造成损伤。然而，氡也有着它的用途，将铍粉和氡密封在管子内，氡衰变时然而，氡也有着它的用途，将铍粉和氡密封在管子内，氡衰变时放出的放出的 粒子与铍原子核进行核反应，产生的中子可用作实验室粒子与铍原子核进行核反应，产生的中子可用作实验室的中子源。氡还可用作气体示踪剂，用于检测管道泄漏和研究气的中子源。氡还可用作气体示踪剂，用于检测管道泄漏和研究气体运动。体运动。稀有气体的化合物稀有气体的化合物 目前合成的稀有气体化合物绝大多数都是氙的化合物，其目前合成的稀有气体化合物绝大多数都是氙的化合物，其中比较重要的包括：中比较重要的包括：氙氟化物氙氟化物XeF2XeF2、XeF4XeF4、XeF6XeF6 氙的氟氧化物氙的氟氧化物XeOF2XeOF2、XeOF4XeOF4、XeO2F2XeO2F2、XeO3F2XeO3F2、XeO2F4 XeO2F4 氙氙氧化物氧化物XeO3XeO3、XeO4 XeO4 二氟化氙可由二氟化氙可由XeXe和和F2F2混合气暴露在混合气暴露在阳光阳光下制得。下制得。氡可与氟反应生成氡可与氟反应生成二氟化氡二氟化氡，在固态时会发出黄色光，在固态时会发出黄色光 。氪与氟反应得到二氟化氪。氪与氟反应得到二氟化氪。目前唯一知道的氩化合物是目前唯一知道的氩化合物是HArFHArF，于，于20002000年制得。虽然年制得。虽然20032003年时有媒体报道年时有媒体报道ArF2ArF2的存在，但尚未证实。的存在，但尚未证实。目前还没有制得目前还没有制得HeHe和和NeNe的化合物。的化合物。学好化学 探索未知世界！Thankyou