1、 奇妙的稀有气体氩和氪 13A王亚芳 氩的由来 在地球上，人类首先发现的稀有气体是氩。早在年之前就已经先发现氢的英国化学家卡文迪许在空气中通入过量的氧气用放电法使空气中的氮气和氧气反应生成一氧化氮然后用碱溶液吸收它剩余的氧再用红热的铜除去。但即使把所有的氮气和氧气都除去了仍然存在着少量的残余气体。卡 文迪许报导了他观察到的这项实验结果但在当时并没有引起其他化学家的注意他本人也没有再进一步研究。其实在这“残余气体”内就隐藏着另外一族的化学元素。如此一来发现新元素的机会就这样从他身边溜走了。 另外1882年H.F.纽厄尔和W.N.哈特莱从两个独立的实验中观测空气的颜色光谱时，发现光谱中存在已知元素
2、光谱无法解释的谱线，但并没有意识到那就是氩气。由于在自然界中含量很多，氩是目前最早发现的稀有气体，它的符号为Ar。Ramsay在空气中提取的氩中移除了所有氮，由其和热的镁反应实现的，形成固态的氮化镁。他之后得到了一种不发生反应的气体，当他检查其光谱后，他看到了一组新的红色和绿色的线，从而确认了这是一种新的元素。 19世纪末期，英国物理学家瑞利勋爵发现利用空气除杂制得的氮气和从氨制得的氮气的密度有大约是千分之一的差别。他在当时很有名望的英国自然杂志上发表了他的发现，并请大家帮他分析其中的原因。伦敦大学化学教授莱姆塞推断空气中的氮气里可能含有一种较重的未知气体。他们两人又各自做了大量的实验，终于发
3、现了在空气中还存在一种密度几乎是氮气密度一倍半的未知气体。 1894年8月13日，英国科学协会在牛津开会，瑞利作报告，根据马丹主席的建议，把新的气体叫做argon（希腊文意思就是“不工作”、“懒惰”）。元素符号Ar。当然，当时发现的氩，实际上是氩和其他惰性气体的混合气体，正是因为氩在空气中存在的惰性气体的含量占绝对优势，所以它作为惰性气体的代表被发现。氩的发现是从千分之一微小的差别开始的，是从小数点右边第三位数字的差别引起的，不少化学元素的发现，许多科学技术的发明创造，都是从这种微小的差别开始的。 氩的物理性质 氩在由氦、氖、氩、氪和氙组成的稀有气体家族里，含量最丰富。这些气体的共同特点是，化
4、学活性最差。氩是无色，无嗅和无味的气体。其沸点为一185.87 氩通电之后发出红紫色的光化学性质 化学元素周期表零族（类）主族元素，符号Ar或A，原子序数18。化学性质极不活跃，一般不生成化合物，但可与水、氢醌等形成笼状化合物。氩的化学性质极其稳定，一般不与其它元素化合。 至今仅在极端条件下制得唯一的氩化合物氟氩化氢（HArF）。这个氟、氢和氩的化合物在-265C才能保持稳定。此外，氩还可以作为客体分子，与水形成包合物。除了以上基态的物质外，已经发现含氩的离子和激发态配合物（像ArH和ArF），而根据理论计算显示氩应该可以形成在室温下稳定的化合物，虽然还没有发现它们存在的线索制备方法 氩在地球
5、大气中的含量以体积计算为0.934%，而以质量计算为1.29%。工业用的氩大多就直接从空气中提取。主要是用分馏法提取。 而在火星的大气中，氩-40以体积计算的话占有1.6%，而氩-36的浓度为5ppm；另外1973年水手号计划的太空探测器飞过水星时，发现它稀薄的大气中占有70%氩气，科学家相信这些氩气是从水星岩石本身的放射性同位素衰变而成的。卡西尼-惠更斯号在土星最大的卫星，也就是泰坦上，也发现少量的氩。 可从空气分馏塔抽出含氩的馏分经氩塔制成粗氩，再经过化学反应和物理吸附方法分出纯氩主要用途 氩气最主要的用处就是它的惰性，可以保护一些容易与周围物质发生反应的东西。虽然其他的惰性气体也有这些特
6、性，但是氩气在空气中的含量最多，也是最容易取得，因此相对就比较便宜，具有经济效益。另外氩气便宜的原因还有它是制造液氧和液氮的副产品，而由于它们两个都是工业上重要的原料，生产很多，所以每年都有很多的液氩副产品。 氩可用来制所谓氩灯。氩灯里填充的是纯氩气。这种灯光度较弱，耗电量低，比信号灯便宜 氩气常被注入灯泡内，因为氩即使在高温下也不会与灯丝发生化学作用，从而延长灯丝的寿命。在不锈钢、锰、铝、钛和其它特种金属电弧焊接时、钢铁生产时，氩也用作保护气体。 在高温冶炼纯金属时，常用氩以防止氧化、氮化氢化等作用。在电弧焊接不锈钢、镁铝等时用作保护气体。由于它不易导热，也可用于充气灯泡 可用于灭火，用氩气
7、灭火的好处是几乎不会破坏任何火场的物品，通常使在火场有特殊仪器时才使用，是用于感应耦合等离子的气体之一，保护成长中的硅晶体和锗晶体，这晶体主要用于半导体学。 在博物馆里，会在一些重要文物的玻璃专柜里填充氩气，避免氧化。 在酿酒的过程中，啤酒桶里的填充物，它可以把氧气置换，以避免啤酒桶里的原料被氧化成乙酸。 在药学里，氩可以用于保护一些静脉内的治疗的药物，举个例子，像是对乙酰氨基酚。一样的，这也是防止药物受到氧气的破坏。 用于冷却AIM-9响尾蛇导弹的追踪器，氩当时都是以高压储存，然后当释放气体后就可以带走一些热量。为石墨电熔炉中的保护气体，以免它被氧化。 另外氩气的低传热率也是它的特性之一，像
8、它可以作为隔热窗户中两层玻璃之间的填充物。19因为它的低传热率和惰性，氩气在水肺潜水可以用来作为膨胀潜水衣的气体。氩气还可以在水肺中代替氮气（吸收纯氧对身体不好，因此水肺中要添加其他气体），因为氮气在高压下会溶进血液里而造成氮麻醉，氩气则可以减轻这种症状。 使用特定的方法可以使氩气离子化并且发光，这种功能可用于等离子灯和粒子物理学中的能量器。以氩作成的氩雷射会发出蓝光，它在医学外科中可用于连接动脉、去除肿瘤和治疗眼睛的缺陷等。21氩气还可以用于溅镀。另外氩-39有269年的半衰期，可以用于测定地下水和冰层的年龄，而钾-氩年代测定法适用钾-40衰变成氩-40的过程来用于测定火成岩的年龄。氪的由来
9、 1898年，英国的拉姆赛和特拉威斯用光谱分析液态空气蒸发氧气、氮气、氩后所剩下的残余气体时，发现了氪。 1898年5月24日拉姆赛获得汉普逊送来的少量液态空气。拉姆赛和特拉弗斯让液态空气蒸发，易挥发的也就是沸点较低的组分从液态中先走出来，留下不易挥发的，也就是沸点较高的组分。他们又用赤热的铜和镁将沸点较高的组分中残留的氧和氮除去，研究了这个剩余部分蒸气的光谱，发现除氩线外，还有两条明亮的谱线，一条黄的，一条绿的。黄色的线比氦线略带绿色。这是以前从来没有见到过的。这表明，在这个残留的气体中，除氩外，还有另一种新的气体。拉姆赛决定把它叫做氪krypton（Kr），来自希腊文krptos。根据实验
10、记录，这个时间是1898年5月30日。他们测定了氪的密度约等于41，原子量约等于82，应当把它放置在元素周期表金属铷的前面。 氪正如其他惰性气体一样，不易与其他物质产生化学作用。但1962年首次合成出氙的化合物后，二氟化氪（KrF2）也在1963年成功合成。同年，格罗泽等人宣布合成出四氟化氪（KrF4），但后来证实为鉴定错误。另外有未经证实的报告指出发现氪含氧酸的钡盐。从氪的沸点看，它比氦、氖、氮、氩和氧的沸点都高，只是低于氙，因而被留在沸点较高的组分中被发现。元素分布 氪的唯一工业来源是空气，在矿石和陨石中只发现了痕量的氪。氪在地球大气中的含量为0.000.114 %（体积），天然氪是6种稳
11、定同位素的混合物，由铀裂变和其他核反应产生的氪的放射性同位素约有20种物理性质 无色、无嗅、无味。密度3.736克/升（气），2.155克/厘米3（液：-156.9）。熔点-156.6，沸点-152.300.10。氪原子的外壳是电子数为8的稳定结构，所以它的化学性质极不活泼。液体氪可用作气泡室，探测粒子的轨迹。化学性质 由于氪处于全充满结构，拥有稳定的电子构型，曾被认为没有反应活性。直到20世纪60年代初才发现，氪与氟气同置于一放电管中时可以化合，生成二氟化氪，KrF2的稳定性相对XeF2较差，在-80是较为稳定。氪还能形成笼形包合物，氪被包在冰、有机化合物（对苯二酚、苯酚、氢醌晶体）或小分子
12、（O2、SO2、H2S、CH3OH）中。在这些包合物中，氪以分子间力结合，如Kr6H2O，但并没有成键，当这种包合物溶解时，氪就逃逸出来。 铀经过核裂变后会释出氪。与氟以外原子成链的氪化合物已有发现。 天然氪是6种稳定同位素的混合物，它们的体积比为氪-84（57%）、氪-86（17.3%）氪-82（11.6%）、氪-83（11.5%）、氪-80（2.25%）和氪-78（0.35%）。由铀裂变和其他核反应产生的氪的放射性同位素约有20种，氪85的半衰期为10.73年。氪有约30个已知的不稳定同位素和同质异能素。氪81半衰期为230.000年，是大气反应的产物，可以与其他天然氪同位素一同制备。氪在
13、接近地表水时极易挥发，但氪81可用于鉴定地下水的年代（可推算5万至80万年前）。主要用途 有一些使用在填充在白炽灯泡中。机场跑道的照明也是用氪。 广泛用于电子、电光源工业，还用于气体激光器和等离子流中。 因其透射率特别高，大量用作矿灯、越野车照射灯。 医学上，氪的同位素用作显踪剂。 液体氪可用作气泡室，探测粒子的轨迹。 放射性氪可用于密闭容器的检漏和材料厚度的连续性测定，还可以制成不需电能的原子灯。 用于材料的“氪化”处理，以作为材料的耐腐蚀、耐磨性能的标记。 氪用于某些荧光灯和高速摄影用闪光灯中，在高效白炽灯、灯泡和闸流管中用作惰性保护气体。放射性氪85可用于探测密闭容器的裂缝，逸出的氪原子
14、可利用它们的放射性进行检测。稳定的氪86发射出的光中有一橙红色谱线，由于该谱线极锐，19601983年其波长用作长度米的国际标准（1米等于该谱线波长的1.650.763.73倍）。制取方法 1.从合成氨尾气中提取氪合成氨尾气提氩工艺流程副产氪和氙混合气，再经精馏、洗涤、除氧、吸附、解吸可制得99%氪气。 2.空分法，从空分装置中提取氪、氙混合气。经提取贫氪、清除碳氢化合物和二氧化碳、分离，制得99.99%的纯氪。 3.从核反应堆裂变气中提取氪综合利用核反应堆的裂解废气中放射性的Kr85。 4.工业上实现的有氟里昂溶剂吸收法。 5.工业上用分馏液体空气制得。 6.可从大型的空气液化分离塔内，在制氧或氮的同时从抽出的馏份中分出健康危害 氪无毒性，但因其麻醉性比空气高7倍以上，恐有窒息性之可能。 吸入含有50%氪和50%空气的气体所引致的麻醉相当于在4倍大气压力之下吸入空气，也相当于在30米水深潜水。
