惰性气体
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惰性气体,七个中的任何一个化学元素组成了第18组(第八组)元素周期表.这些元素是氦(他),霓虹灯(Ne),氩(Ar),氪(Kr),氙(Xe),氡(Rn),oganesson(Og)。惰性气体无色、无臭、无味、不易燃气体.传统上,它们在元素周期表中被标记为0族,因为在它们被发现后的几十年里,人们认为它们不能与其他分子成键原子;也就是说,它们的原子不能与其他元素的原子结合而形成化合物.它们的电子结构以及其中一些确实形成的发现化合物有没有导致更合适指定第18组。
当成员集团在被发现和鉴定后,它们被认为是极其罕见的,而且在化学上是惰性的,因此被称为稀有气体或惰性气体。然而,现在我们知道,其中有几种元素在地球上相当丰富地球在剩下的宇宙所以这个名称罕见的是误导性的。同样,术语的使用惰性它的缺点是它意味着化学被动,这表明18族化合物不能形成。在化学而且炼金术字高贵的早已表示不情愿金属,例如黄金而且铂经受,经受化学反应;它同样适用于这一组气体。
惰性气体的丰度随着它们的增加而减少原子序数增加。氦是宇宙中最丰富的元素,除了氢.所有稀有气体都存在于地球的大气中大气而且,除了氦和氡,它们的主要商业来源是空气,通过液化和分馏得到蒸馏.大多数氦气在商业上是由某些天然气井。氡通常作为放射性分解的产物被分离出来镭化合物。镭原子的原子核自发形成衰变通过发射能量和粒子,氦核(阿尔法粒子)和氡原子。惰性气体的一些性质列在表格
氦 | 霓虹灯 | 氩 | 氪 | 氙 | 氡 | ununoctium | |
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* 25.05个大气压。 | |||||||
**hcp =六边形密包,FCC =面心立方(立方密包)。 | |||||||
* * *稳定的同位素。 | |||||||
原子序数 | 2 | 10 | 18 | 36 | 54 | 86 | 118 |
原子量 | 4.003 | 20.18 | 39.948 | 83.8 | 131.293 | 222 | 294 * * * |
熔点(°C) | −272.2 * | −248.59 | −189.3 | −157.36 | −111.7 | −71 | - - - - - - |
沸点(℃) | −268.93 | −246.08 | −185.8 | −153.22 | −108 | −61.7 | - - - - - - |
0°C, 1大气压时的密度(每升克) | 0.17847 | 0.899 | 1.784 | 3.75 | 5.881 | 9.73 | - - - - - - |
20°C在水中的溶解度(每1,000克水含气体立方厘米) | 8.61 | 10.5 | 33.6 | 59.4 | 108.1 | 230 | - - - - - - |
同位素丰度(陆地,百分比) | 3 (0.000137), 4 (99.999863) | 20 (90.48), 21 (0.27), 22 (9.25) | 36 (0.3365), 40 (99.6003) | 78 (0.35), 80 (2.28), 82 (11.58), 83 (11.49), 84 (57), 86 (17.3) | 124 (0.09), 126 (0.09), 128 (1.92), 129 (26.44), 130 (4.08), 131 (21.18), 132 (26.89), 134 (10.44), 136 (8.87) | - - - - - - | - - - - - - |
放射性同位素(质量数) | 5 - 10 | 16 - 19, 23-34 | 30-35, 37, 39, 41-53 | 69-77 79 81 85 87-100 | 110-125 127 133 135-147 | 195 - 228 | 294 |
气体放电管发出的光的颜色 | 黄色的 | 红色的 | 红色还是蓝色 | 黄绿色 | 从蓝到绿 | - - - - - - | - - - - - - |
熔解热(千焦每摩尔) | 0.02 | 0.34 | 1.18 | 1.64 | 2.3 | 3. | - - - - - - |
汽化热(每摩尔卡路里) | 0.083 | 1.75 | 6.5 | 9.02 | 12.64 | 17 | - - - - - - |
比热(焦耳/克开尔文) | 5.1931 | 1.03 | 0.52033 | 0.24805 | 0.15832 | 0.09365 | - - - - - - |
临界温度(K) | 5.19 | 44.4 | 150.87 | 209.41 | 289.77 | 377 | - - - - - - |
临界压力(大气压) | 2.24 | 27.2 | 48.34 | 54.3 | 57.65 | 62 | - - - - - - |
临界密度(克/立方厘米) | 0.0696 | 0.4819 | 0.5356 | 0.9092 | 1.103 | - - - - - - | - - - - - - |
热导率(瓦特每米开尔文) | 0.1513 | 0.0491 | 0.0177 | 0.0094 | 0.0057 | 0.0036 | - - - - - - |
磁化率(cgs单位每摩尔) | −0.0000019 | −0.0000072 | −0.0000194 | −0.000028 | −0.000043 | - - - - - - | - - - - - - |
晶体结构* * | hcp | fcc | fcc | fcc | fcc | fcc | - - - - - - |
半径:原子(埃) | 0.31 | 0.38 | 0.71 | 0.88 | 1.08 | 1.2 | - - - - - - |
半径:共价(晶体)估计(埃) | 0.32 | 0.69 | 0.97 | 1.1 | 1.3 | 1.45 | - - - - - - |
静态极化率(立方埃) | 0.204 | 0.392 | 1.63 | 2.465 | 4.01 | - - - - - - | - - - - - - |
电离势(第一,电子伏) | 24.587 | 21.565 | 15.759 | 13.999 | 12.129 | 10.747 | - - - - - - |
电负性(鲍林) | 4.5 | 4.0 | 2.9 | 2.6 | 2.25 | 2.0 | - - - - - - |
历史
1785年亨利·卡文迪什英国化学家和物理学家,他发现空气含有一小部分(略少于1%)化学活性低于的物质氮.一个世纪后瑞利勋爵他是一位英国物理学家气体他认为那是纯氮,但他发现它的密度比从化合物中释放出来的氮要大。他推断空气中的氮一定含有少量密度更大的气体。在1894年,威廉·拉姆齐爵士他是苏格兰化学家,合作他和瑞利一起分离出了这种气体,这被证明是一种新元素氩.
在发现氩气后,在其他科学家的鼓动下,拉姆齐于1895年研究了加热矿物克利维特时释放的气体,这被认为是氩气的来源。相反,气体是氦,在1868年被光谱探测到太阳但并没有发现地球.拉姆齐和他的同事寻找相关气体,并按分数计算蒸馏液态空气的发现氪,霓虹灯,氙这一切都发生在1898年。氡由德国化学家弗里德里希·e·多恩于1900年首次发现;1904年,它作为稀有气体集团的成员成立。瑞利和拉姆齐赢了诺贝尔奖1904年获奖。
1895年,法国化学家亨利·莫桑他发现了元素氟1886年被授予诺贝尔奖在1906年,他发现了氟和氩之间的反应,但是失败了。这个结果意义重大,因为氟是元素周期表中最活泼的元素。事实上,所有19世纪末和20世纪初的努力准备化合物氩失败了。这些失败所隐含的化学反应性的缺乏对原子结构理论的发展具有重要意义。1913年,丹麦物理学家尼尔斯·玻尔建议电子在原子是安排在连续的壳层中特征能量和容量以及电子壳层的容量决定了元素周期表中元素的行数。根据与化学性质有关的实验证据电子有人认为,在比氦重的惰性气体的原子中,电子以这样一种方式排列在这些壳层中,最外层总是包含8个电子,而不管有多少其他电子(就氡而言,78个电子)排列在内层中。
在一个理论中化学成键美国化学家吉尔伯特·n·刘易斯和德国化学家瓦尔特·科塞尔在1916年的研究中发现了这个八隅体电子的最外层排列被认为是最稳定的原子.虽然只有稀有气体原子具有这种排列方式,但它是所有其他元素原子在化学键中倾向于形成的条件。某些元素满足了这种趋势,要么得到电子,要么失去电子,从而形成离子;其他元素共享电子,形成稳定的组合,通过共价键.各元素原子所占的比例结合形成离子或共价化合物(它们的“价)就这样被它们最外层电子的行为所控制,因此被称为价电子.这个理论解释了反应元素的化学键,以及惰性气体的相对惰性,这被认为是它们的主要化学特征。(另请参阅化学键:原子间的化学键)。
由于有电子介入原子核,较重的惰性气体的外层(价电子)被束缚得不那么牢固,比较轻的惰性气体的电子更容易从原子中移走(电离)。除去一个电子所需要的能量称为第一能量电离能.1962年,我在英属哥伦比亚大学,英国化学家尼尔·巴特利特发现铂六氟化物会从(氧化)分子中除去一个电子氧气为了形成盐[O2+] [PtF6−].氙的第一电离能与氧的第一电离能非常接近;因此巴特利特认为类似的氙盐也可能形成。同年,巴特利特证实了用化学方法从氙中除去电子确实是可能的。他展示了PtF的相互作用6在室温下,蒸汽在氙气的存在下产生黄橙色的固体复合然后形成[Xe .+] [PtF6−].(这种化合物现在已知是[XeF]的混合物+] [PtF6−]、[XeF+][葡文2F11−]和PtF5)。在首次报道这一发现后不久,另外两个化学家团队独立地制备并随后报道了氙的氟化物,即XeF2和XeF4.在这些成就之后,不久又制备了其他氙化合物以及氡(1962年)和氪(1963年)的氟化物。
2006年,联合核研究所的科学家们杜布纳,俄罗斯,宣布oganesson下一个惰性气体是在2002年和2005年回旋加速器.(大多数原子序数大于92的元素。,超铀元素-必须在粒子加速器中制造。)没有物理或化学性质的oganesson可以直接确定,因为只有几个原子的oganesson已经产生。