稀有气体的广泛应用知识讲解.doc

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1、稀有气体的广泛应用稀有气体的广泛应用 氦（He）氖（Ne）氩（Ar）氪（Kr）氙（Xe）氡（Rn）稀有气体，是由“零”族元素He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn六种元素组成的。稀有气体都是无色无臭的，并由单原子分子组成。由于稀有气体分子间的范德华引力很微弱，所以他们的熔点、沸点以及临界温度都很低，并随着相对原子质量的增加而增高。它们在水中的溶解度随着从氦到氡的顺序而迅速增加。在0 ℃时，100个体积的水中溶解一个体积的He，6个体积的Ar，50个体积的Rn。从稀有气体的原子结构来看，在它们的价电子层上都有2个或8个电子，为“稳定结构”。因而在化学性质上是极不活泼的，在一般的情况下不能彼此相化合，

2、也不与其他元素相化合（但这并不是绝对的，见后面稀有元素化合物）。由于稀有气体有着许多优良而宝贵的性质，所以它们在工农业生产中，国防建设中，科研事业中以及人们的日常生活中有着许多种的实际用途。氦：氦气很轻，是除氢以外最轻的元素。它的重量只有同体积空气的1/7。由于氦不象氢那样会燃烧，使用非常安全。因此人们便用氦气来代替氢气填充气球或飞艇的气囊。用氦气填装的飞艇的上升能力，大约等于同体积用氢气填装的飞艇的93%。氦最近还被人们混在塑料、人造丝、合成纤维中，制成非常轻盈的泡沫塑料、泡沫纤维。氦又是极难溶于水的气体，100个体积的水在0 ℃时大约只能溶解1个体积的氦。在医学上，便利用氦的这一特性来防止

3、“潜水病”。过去当潜水员潜入海底时，由于深海压力很大，吸进体内的空气中的氮气随着压力的增加大量溶解在血液中，而当潜水员出海时压力猛然下降，原先溶在血液中的氮气便纷纷跑了出来，以致使血管阻塞而造成死亡，这种病叫作“潜水病”，现在人们利用氦气与氧气混合，制成“人造空气”（79%的氦气，21%的氧气）来供给潜水员呼吸，由于氦在血液中溶解很少，因此，潜水员即使潜入海中100米以下，也不会再得“潜水病”。这种“人造空气”也常用来医治支气管气喘和窒息等病。因为它的密度只有空气的1/3，因此呼吸时要比吸空气轻松的多，可以减少病人的呼吸困难。氦是最难液化的气体，曾被认为是“永久气体”，直到1908年才终于被液

4、化。一方面它在-250℃节流膨胀时才自身开始冷却，另一方面它的临界温度最低，只有先用液氢预冷后才可以被液化。氦在-267.9 ℃以下才能变成液体，在-272.2 ℃以下才会变成“氦冰”。现在，在低温工业上，液氦常被用作冷却剂。由于氦的性质与理想气体接近（绝对零度为-273.16 ℃），所以是精密气体温度计理想的填充材料。氦具有极高的激发电势，在电子管工业上，常用氦作填充气体。也可用来作辉光灯、验极器，高压指示器等。氦由于化学性质极不活泼，几乎不与别的元素相化合。在工业上焊接金属Mg、Al、Ti和不锈钢时作为保护气体，隔绝空气以防金属在焊接时被氧化。氦在大气中的含量很少，按体积计算仅占百万分之五

5、，但在天然气中含量较多，达2～6％。现在工业上大都是从天然气中来制取氦。氖：氖Ne──氖的导电性比空气大75倍。在放电管内，在电场的激发下，氖能射出红色的光，霓虹灯便是利用氖的这一特性制成的。在霓虹灯的两端，装着两个用Fe、Cu、Al或Ni制成的电极，灯管里装着氖气，一通电氖气受到电场的激发，放出红色的光。这种红光在空气中的透射性能很强，可以穿过浓雾，因此氖灯还常用在港口、机场、水陆交通线的标灯上。氖在空气中的含量极少，1 m3的空气中只含氖气18 cm3。现在人们用分馏液态空气的方法制取氖。氩：氩Ar──氩也是无色气体，但比较重，在一个大气压和0 ℃时，1L氩重1.783 7g，几乎比空气重

6、50%。在电场的激发下，氩会发出浅蓝色的光，因此它被用来填充在霓虹灯管里。除了装氖和氩以外，还有的霓虹灯管里充进氦气，射出浅红色的光，有的充入水银蒸气射出绿紫色的光，也有的是装着He、Ne、Ar、Hg蒸气等四种气体（或者其中两种或三种）的混合物。由于各种气体的比例不同，便能得到五光十色的各种霓虹灯。由于氩是空气中含量最多的一种稀有气体，比较易得，而氩的分子运动速率较小，导热性小，用含有15%的氩气充填电灯泡，耗费同样的电能而能发出更多的光，从而大大的延长灯泡的寿命和增加亮度。在焊接金属时，常用氩作保护剂。特别是焊接一些活泼金属Mg、Al等，这样可以防止这些金属在高温时氧化。原子反应堆的核燃料钚

7、，在空气中也可迅速氧化。同样需要在氩气保护下进行机械加工。现在我国许多工厂都已采用氩弧焊接技术。工业上采用分馏液态空气得到氩气，在低温下使用铝酸钠作“分子筛”吸附氧而得纯度为99.996%的氩气。氪：氪气用来填充电离室以测量宇宙射线。氙：Xe──氙气在电场的激发下，能射出类似于太阳光的连续光谱，高压长弧氙灯就是利用这一特性制成的。氙灯是60年代才发展起来的新光源之一，这种灯的灯管是耐高温、耐高压的