稀有氣體發現史

1868年，天文學家(jia)在太(tai)陽的(de)光譜(pu)中(zhong)發現一條特殊(shu)的(de)黃(huang)色譜(pu)線D3，這和早已知道的(de)鈉(na)元(yuan)素(su)(su)的(de)D1和D2兩條黃(huang)色譜(pu)線不(bu)同，由此預言在太(tai)陽中(zhong)可能有(you)一種未知元(yuan)素(su)(su)存在。后來將(jiang)這種元(yuan)素(su)(su)命名為“氦”，意為“太(tai)陽元(yuan)素(su)(su)”[3]  。

稀有(you)氣(qi)體發光

20多年(nian)(nian)后，拉姆(mu)(mu)(mu)塞(sai)證實(shi)(shi)(shi)了(le)地球上(shang)也存在(zai)氦元(yuan)素。1895年(nian)(nian)，美國地質學家(jia)希爾布蘭德觀(guan)察到(dao)(dao)釔鈾礦放在(zai)硫酸中(zhong)(zhong)(zhong)加熱會產生一(yi)種(zhong)不(bu)能(neng)自燃(ran)、也不(bu)能(neng)助燃(ran)的(de)(de)(de)(de)氣體(ti)。他認為(wei)這(zhe)種(zhong)氣體(ti)可能(neng)是氮氣或氬氣，但沒(mei)有(you)繼續研究。拉姆(mu)(mu)(mu)塞(sai)知道這(zhe)一(yi)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)后，用(yong)釔鈾礦重復(fu)了(le)這(zhe)一(yi)實(shi)(shi)(shi)驗(yan)(yan)，得(de)到(dao)(dao)少量氣體(ti)。在(zai)用(yong)光譜(pu)(pu)分析法檢驗(yan)(yan)該氣體(ti)時(shi)，原以為(wei)能(neng)看到(dao)(dao)氬的(de)(de)(de)(de)譜(pu)(pu)線(xian)(xian)，卻意外地發(fa)(fa)(fa)現一(yi)條黃線(xian)(xian)和(he)幾條微弱的(de)(de)(de)(de)其他顏色(se)的(de)(de)(de)(de)亮線(xian)(xian)。拉姆(mu)(mu)(mu)塞(sai)把它與已(yi)知的(de)(de)(de)(de)譜(pu)(pu)線(xian)(xian)對照，沒(mei)有(you)一(yi)種(zhong)同它相似。經過(guo)苦苦思索(suo)，終于想起27年(nian)(nian)前發(fa)(fa)(fa)現的(de)(de)(de)(de)太(tai)陽(yang)上(shang)的(de)(de)(de)(de)氦。氦的(de)(de)(de)(de)光譜(pu)(pu)正是黃線(xian)(xian)，如(ru)果(guo)這(zhe)兩條黃線(xian)(xian)能(neng)夠重合，那么釔鈾礦中(zhong)(zhong)(zhong)放出(chu)的(de)(de)(de)(de)氣體(ti)應是太(tai)陽(yang)元(yuan)素氦了(le)。拉姆(mu)(mu)(mu)塞(sai)十(shi)分謹(jin)慎，請當時(shi)英國較著(zhu) 名(ming)的(de)(de)(de)(de)光譜(pu)(pu)專家(jia)克(ke)(ke)魯克(ke)(ke)斯幫助檢驗(yan)(yan)，證實(shi)(shi)(shi)拉姆(mu)(mu)(mu)塞(sai)所(suo)得(de)的(de)(de)(de)(de)未知氣體(ti)即為(wei)“太(tai)陽(yang)元(yuan)素”氣體(ti)。1895年(nian)(nian)3月，拉姆(mu)(mu)(mu)塞(sai)在(zai)《化學新(xin)聞》上(shang)首先發(fa)(fa)(fa)表了(le)在(zai)地球上(shang)發(fa)(fa)(fa)現氦的(de)(de)(de)(de)簡報，同年(nian)(nian)在(zai)英國化學年(nian)(nian)會上(shang)正式宣(xuan)布這(zhe)一(yi)發(fa)(fa)(fa)現。后來(lai)，人們在(zai)大氣中(zhong)(zhong)(zhong)、水中(zhong)(zhong)(zhong)、天然氣中(zhong)(zhong)(zhong)、石(shi)油氣中(zhong)(zhong)(zhong)以及(ji)鈾和(he)外的(de)(de)(de)(de)礦石(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)，甚(shen)至在(zai)隕石(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)也發(fa)(fa)(fa)現了(le)氦。

1902年(nian)，德(de)米特(te)里·門捷(jie)列夫接受了氦和(he)氬(ya)元(yuan)素的發現，并這些稀有氣體納(na)入他的元(yuan)素排(pai)列之內，分類(lei)為第18族，而(er)元(yuan)素周(zhou)期表(biao)即從該排(pai)列演變而(er)來(lai) 。

拉姆塞(sai)繼續使(shi)用分(fen)餾法(fa)把液態(tai)空(kong)氣分(fen)離成不同的成分(fen)以尋(xun)找其他的稀有氣體(ti)。他于1898年發現了三種新(xin)元素：氪、氖和氙。“氪”源(yuan)自(zi)(zi)希(xi)臘(la)(la)語(yu)“κρυπτ(kruptós)”，意(yi)(yi)為“隱藏”；“氖”源(yuan)自(zi)(zi)希(xi)臘(la)(la)語(yu)“νο(néos)”，意(yi)(yi)為“新(xin)”；“氙”源(yuan)自(zi)(zi)希(xi)臘(la)(la)語(yu)“ξνο(xénos)”，意(yi)(yi)為“陌(mo)生人”。

氡氣(qi)(qi)于1898年(nian)(nian)由弗里德里希·厄恩斯(si)特·當(dang)(dang)發(fa)現(xian)，當(dang)(dang)初取名為鐳放射物(wu)，但當(dang)(dang)時并未列為稀有氣(qi)(qi)體(ti) 。直(zhi)到1904年(nian)(nian)才發(fa)現(xian)它的(de)特性與(yu)其(qi)他稀有氣(qi)(qi)體(ti)相似。1904年(nian)(nian)，瑞(rui)利和拉(la)姆塞分別獲得諾貝爾(er)物(wu)理(li)學(xue)(xue)獎和化(hua)學(xue)(xue)獎，以表彰他們在稀有氣(qi)(qi)體(ti)領域的(de)發(fa)現(xian)  。瑞(rui)典皇家科(ke)學(xue)(xue)院主席西德布(bu)洛姆致詞說(shuo)：“即(ji)使前人未能確認該族中任(ren)何一(yi)個元素，卻依(yi)然能發(fa)現(xian)一(yi)個新的(de)元素族，這是在化(hua)學(xue)(xue)歷(li)史上獨一(yi) 無二的(de)，對科(ke)學(xue)(xue)發(fa)展有本質(zhi)上的(de)特殊意義。”

稀有(you)(you)氣體(ti)的(de)(de)(de)發現有(you)(you)助(zhu)于(yu)對原子(zi)(zi)結(jie)構一般理解的(de)(de)(de)發展。在1895年，法國化(hua)學(xue)家(jia)亨(heng)利·莫瓦桑嘗試進(jin)行(xing)氟(fu)（電(dian)負性較高的(de)(de)(de)元素）與(yu)氬(ya)（稀有(you)(you)氣體(ti)）之間的(de)(de)(de)反應，但沒有(you)(you)成功。直到(dao)20世紀末，科學(xue)家(jia)仍無法制備出氬(ya)的(de)(de)(de)化(hua)合物，但這些(xie)嘗試有(you)(you)助(zhu)于(yu)發展新的(de)(de)(de)原子(zi)(zi)結(jie)構理論。由這些(xie)實驗結(jie)果，丹麥物理學(xue)家(jia)尼爾斯·玻爾在1913年提出，在原子(zi)(zi)中的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)以(yi)(yi)電(dian)子(zi)(zi)層形(xing)式(shi)圍(wei)繞(rao)原子(zi)(zi)核排(pai)(pai)列，除了氦氣以(yi)(yi)外的(de)(de)(de)大部(bu)分(fen)稀有(you)(you)氣體(ti)元素的(de)(de)(de)較外層的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)層總是包含8個電(dian)子(zi)(zi)。1916年，吉(ji)爾伯(bo)特·牛頓·路(lu)易(yi)斯制定了八隅體(ti)規(gui)則(ze)，指出較外電(dian)子(zi)(zi)層上有(you)(you)8個電(dian)子(zi)(zi)是任何原子(zi)(zi)較穩(wen)定的(de)(de)(de)排(pai)(pai)布(bu)(bu)；此(ci)電(dian)子(zi)(zi)排(pai)(pai)布(bu)(bu)使它們不會與(yu)其(qi)他(ta)元素發生反應，因(yin)為它們不需(xu)要(yao)更多(duo)的(de)(de)(de)電(dian)子(zi)(zi)以(yi)(yi)填滿(man)其(qi)較外層電(dian)子(zi)(zi)層。

但(dan)到了(le)1962年(nian)，尼爾·巴(ba)特利特發(fa)(fa)現(xian)了(le)首 個稀有氣體化(hua)(hua)合(he)物(wu)六氟合(he)鉑酸氙。其(qi)他稀有氣體化(hua)(hua)合(he)物(wu)隨(sui)后(hou)陸(lu)續(xu)被發(fa)(fa)現(xian)：在(zai)1962年(nian)發(fa)(fa)現(xian)了(le)氡(dong)的化(hua)(hua)合(he)物(wu)二氟化(hua)(hua)氡(dong)；并于1963年(nian)發(fa)(fa)現(xian)氪的化(hua)(hua)合(he)物(wu)二氟化(hua)(hua)氪。2000年(nian)，第 一(yi)種穩定的氬(ya)化(hua)(hua)合(he)物(wu)氟氬(ya)化(hua)(hua)氫（HArF）在(zai)40K（-233.2℃）下成功(gong)制備。

1998年12月，俄羅(luo)斯杜(du)布納的(de)(de)(de)聯(lian)合(he)核研究所(suo)的(de)(de)(de)科學(xue)家以鈣(gai)原(yuan)子轟(hong)(hong)擊钚來產生114號元(yuan)(yuan)素的(de)(de)(de)單一原(yuan)子，后來被(bei)命名(ming)為Fl。初步(bu)化學(xue)實驗(yan)已顯示該元(yuan)(yuan)素可能(neng)是第(di) 一種超(chao)重元(yuan)(yuan)素，盡(jin)管它位于元(yuan)(yuan)素周期表的(de)(de)(de)第(di)14族，卻(que)有著的(de)(de)(de)稀(xi)有氣體特(te)性。2006年10月，聯(lian)合(he)核研究所(suo)與美國勞(lao)倫(lun)斯利福摩爾國 家實驗(yan)室的(de)(de)(de)科學(xue)家成功地以鈣(gai)原(yuan)子轟(hong)(hong)擊锎的(de)(de)(de)方法，人工(gong)合(he)成了Uuo，它是18族的(de)(de)(de)第(di)七個元(yuan)(yuan)素 。

英國倫(lun)敦(dun)大學學院(yuan)教(jiao)授邁克(ke)·巴(ba)洛(luo)與同(tong)事利用歐洲航天局(ju)的(de)赫舍(she)爾太(tai)空(kong)望遠鏡，在(zai)遠紅外波段(duan)觀測(ce)(ce)距地球6500光年的(de)蟹狀(zhuang)星(xing)(xing)云(yun)，結果(guo)發現(xian)(xian)了氬(ya)氫分子。他們所觀測(ce)(ce)到的(de)是氬(ya)的(de)同(tong)位素氬(ya)36，來(lai)自蟹狀(zhuang)星(xing)(xing)云(yun)中心的(de)中子星(xing)(xing)的(de)能量令其發生電離，然(ran)后與氫形成氬(ya)氫分子。這一發現(xian)(xian)也(ye)同(tong)時(shi)支持氬(ya)36同(tong)位素起源于超新星(xing)(xing)中心的(de)理(li)論。

大約氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)發現的(de)(de)(de)百年之后(hou)，英國化(hua)學(xue)家瑞利(li)（Rayleigh,J.W.S.1842-1919），一(yi)方(fang)面從(cong)(cong)空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)除掉(diao)氧(yang)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、二氧(yang)化(hua)碳、水蒸(zheng)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)得到氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)；另一(yi)方(fang)面從(cong)(cong)氮(dan)化(hua)物(wu)分(fen)解(jie)制得氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)。他把這兩(liang)種來源不同的(de)(de)(de)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)進行比較(jiao)，發現在正(zheng)常狀(zhuang)態下前者(zhe)的(de)(de)(de)密(mi)(mi)度是1.2572克/升(sheng)，后(hou)者(zhe)的(de)(de)(de)密(mi)(mi)度是1.2508克/升(sheng)，為什(shen)么空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)密(mi)(mi)度要大些呢？是不是其中(zhong)(zhong)還有(you)較(jiao)重的(de)(de)(de)不活潑氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體？英國化(hua)學(xue)家萊姆大塞（Ramsay,W.1852-1916）用(yong)燃(ran)燒的(de)(de)(de)鎂與空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)氮(dan)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)作用(yong)，以除去空氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)氮(dan)，結果(guo)剩下少(shao)量的(de)(de)(de)稀有(you)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體。經光譜(pu)檢驗，證明是一(yi)種新的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體元素叫做(zuo)氬。后(hou)幾年他用(yong)分(fen)級(ji)蒸(zheng)餾法，從(cong)(cong)粗制的(de)(de)(de)氬中(zhong)(zhong)分(fen)離出其它三種稀有(you)氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體──氖、氪、氙。1895年，萊姆塞用(yong)硫酸處理(li)瀝青油礦，產(chan)生(sheng)一(yi)種氣(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)體，用(yong)光譜(pu)鑒定為氦(hai)。由于他先后(hou)發現氦(hai)、氖、氪、氬、氙，獲(huo)得了1904年諾貝爾(er)化(hua)學(xue)獎。