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【有問有答】為什麼稀有氣體曾被叫作惰性氣體?

2018-09-05

地球大氣層的主要成分是氮氣(約佔總體積的78%),其次為氧氣(約佔21%)。還有氦、氖、氬、氪、氙、氡等6種氣體,約佔 0.94%,由於它們在大氣中的含量較低,人們將其統稱為稀有氣體。與氮氣、氧氣相比,這些氣體佔總體積不到1%的比例確實不算多,不過大氣中還有更「稀有」的氣體呢。例如,氬氣在大氣中的含量達到0.9%,和大氣中的二氧化碳(約佔0.03%)相比,前者是後者的30倍呢!氦氣在地球大氣層中的含量雖然稀少,但是在宇宙中的含量卻並不低,約為27%,僅次於氫。

人們很早就想知道空氣中有什麼東西了,到18世紀70年代,化學家終於發現並認識了空氣中能助燃、助呼吸的氧氣,還發現了較不活潑的氮氣。由於稀有氣體更不活潑,所以在發現了氧氣、氮氣、二氧化碳等氣體之後的整整100年內,人們還是不知道它們的存在。直到19世紀末,科學家才陸續發現了氦、氖、氬、氪、氙等元素,不久又發現了有放射性的氡。

當初化學家在研究這些元素時發現,它們原子的最外層電子數都呈飽和狀態。這是一種穩定的電子層結構,所以它們的化學性質都非常不活潑。在通常狀況下,這些元素很難與其他物質發生反應,形成一般電子轉移或電子共用形式的化合物。即便是這些元素本身的原子間彼此也不結合,因而它們的分子都是由單個原子構成,不像氫氣、氧氣、氮氣等由雙原子構成。正是由於這些氣體的化學性質顯得特別「懶惰」,而且化學性質相似,人們給它們起名為「惰性氣體」。也由於這一特性,它們的化合價都為零,在元素周期表中被列入零族元素。

然而到了1962年,一位年輕的英國化學家巴特利特首次合成出了一種含氙的化合物-六氟合鉑酸氙(XePtF6),改寫了惰性氣體沒有化合物的歷史,使持續70年之久的關於稀有氣體在化學上完全惰性的傳統說法被推翻了。這在當時引起了科學界的很大興趣和重視。之後,多種惰性氣體化合物如雨後春筍般地被合成出來,從而使「惰性氣體」的名稱不再完全符合事實。因此,現在更多人把這六種氣體稱為稀有氣體。

【微博士】自然界唯一天然放射性氣體

氡是自然界唯一的天然放射性氣體,但在大氣中的平均含量極少,通常情況下不會對人體健康造成傷害。但地殼中含有放射性鈾、鐳和釷等物質,它們在衰變時會產生氡氣,使環境中氡的濃度上升。如果住宅裝飾時使用放射性超標的石材,它也會緩慢地釋放出氡氣。據測試,埃及金字塔大石塊產生的氡,已使塔內空氣達到了影響人體健康的程度。氡對人體的輻射有體內輻射和體外輻射,進入人體呼吸系統造成的輻射損傷更嚴重些,會誘發肺癌;強度較高的體外輻射也會對人體的造血器官、神經系統和消化系統等造成損傷。 《十萬個為甚麼(新視野版)化學 I》

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