p区元素(三):卤素与稀有气体
稀有气体的发现与用途
稀有气体是最后一整族被加进周期表的元素,而它们的发现,源自一处大多数人会忽略的微小不符。1890 年代,瑞利勋爵注意到从空气中提取的氮,比从化合物制得的氮稍稍重了一点点。这固执的百分之零点几,在与拉姆塞的合作下被穷追到底,结果竟是一种全新的、不活泼的气体——氩,名字取自希腊文「懒惰」——它一直就明晃晃地藏在空气里。
一旦找到一个,其余便接踵而至。氦其实最早并非在地球上、而是在太阳上被发现的——1868 年,阳光里出现了一条无法解释的黄色谱线(它的名字便取自太阳神 helios),后来才在铀矿里于地球上找到。随后拉姆塞和特拉弗斯于 1898 年,通过对液化空气的精细蒸馏,把氖、氪、氙逐一「逼」了出来,分别以希腊文「新」「隐藏」「陌生者」命名。具放射性的氡,来自镭的衰变。它们的丰度差异极大:氩相当丰富,约占大气的 0.93%,而氙只是痕量,不足千万分之一——这也是氙化学长期无人问津的原因之一。
它们的用途直接源自它们的惰性与物理特性。氩既便宜又不活泼,用来保护焊弧、充入白炽灯泡;氦的沸点是所有物质里最低的,用来冷却核磁共振扫描仪里的超导磁体、并升空气球;氖等元素在放电管里发出各自特征的颜色;氙能给出强烈的白色闪光,并用作麻醉剂和离子推进器的工质。一条老实的脚注:氦是一种真正有限的资源——它一旦释放就轻到能逃离地球引力,所以我们用的氦来自地下被困住的缓慢放射性衰变,而且一去不返。
瑞利的谜题:「大气氮」每升约重 1.2506 克,而由氨制得的氮每升重 1.2505 克——这不到 0.1% 的差距被追查到底,揭示出藏在空气里的氩。
不到 0.1% 的密度差,径直引出了一整族新元素。
在任何人类时间尺度上氦都不可再生:一旦排放就逃逸到太空,其供应来自天然气矿藏中缓慢累积的放射性衰变产物。
又称
另见