p區元素(三):鹵素與惰性氣體
稀有氣體的發現與用途
稀有氣體是最後一整族被加進週期表的元素,而它們的發現,源自一處大多數人會忽略的微小不符。1890 年代,瑞利勳爵注意到從空氣中提取的氮,比從化合物製得的氮稍稍重了一點點。這固執的百分之零點幾,在與拉姆塞的合作下被窮追到底,結果竟是一種全新的、不活潑的氣體——氬,名字取自希臘文「懶惰」——它一直就明晃晃地藏在空氣裡。
一旦找到一個,其餘便接踵而至。氦其實最早並非在地球上、而是在太陽上被發現的——1868 年,陽光裡出現了一條無法解釋的黃色譜線(它的名字便取自太陽神 helios),後來才在鈾礦裡於地球上找到。隨後拉姆塞和特拉弗斯於 1898 年,透過對液化空氣的精細蒸餾,把氖、氪、氙逐一「逼」了出來,分別以希臘文「新」「隱藏」「陌生者」命名。具放射性的氡,來自鐳的衰變。它們的豐度差異極大:氬相當豐富,約佔大氣的 0.93%,而氙只是痕量,不足千萬分之一——這也是氙化學長期無人問津的原因之一。
它們的用途直接源自它們的惰性與物理特性。氬既便宜又不活潑,用來保護焊弧、充入白熾燈泡;氦的沸點是所有物質裡最低的,用來冷卻核磁共振掃描儀裡的超導磁體、並升空氣球;氖等元素在放電管裡發出各自特徵的顏色;氙能給出強烈的白色閃光,並用作麻醉劑和離子推進器的工質。一條老實的腳註:氦是一種真正有限的資源——它一旦釋放就輕到能逃離地球引力,所以我們用的氦來自地下被困住的緩慢放射性衰變,而且一去不返。
瑞利的謎題:「大氣氮」每升約重 1.2506 克,而由氨製得的氮每升重 1.2505 克——這不到 0.1% 的差距被追查到底,揭示出藏在空氣裡的氬。
不到 0.1% 的密度差,徑直引出了一整族新元素。
在任何人類時間尺度上氦都不可再生:一旦排放就逃逸到太空,其供應來自天然氣礦藏中緩慢累積的放射性衰變產物。
又稱
另見