稀有气体的发现简史

    六种稀有气体元素是在1894-1900年间陆续被发现。发现稀有气体的主要功绩应归于英国化学家莱姆赛(Ramsay W.,1852-1916)。下面我们按元素发现的先后顺序,分别简介这六种元素的发现经过。

氩(Ar)

    早在1785年,英国著名科学家卡文迪什(Cavendish H.,1731~1810)在研究空气组成时,就发现了一个奇怪的现象。当时人们已经知道空气中含有氮、氧、二氧化碳等气体,卡文迪什把空气中的这些成分除尽后,发现还残留少量气体。这个现象当时并没有引起化学家们应有的重视。谁也没有想到,就在这少量气体里竟藏着一个化学元素家族。
    100多年后,英国物理学家瑞利(Rayleigh J.W.S.,1842~1919)在研究氮气时发现,从氮的化合物中分离出来的氮气每升重1.2508g,而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重1.2572g,这0.0064g的微小差别引起了瑞利的注意。他与化学家莱姆赛合作,把空气中的氮气和氧气除去,用光谱分析鉴定剩余气体,终于在1894年发现了氩。由于氩和许多试剂都不发生反应,极不活泼,故被命名为Argon(希腊文是“懒惰”之意。中译名为氩,元素符号为Ar)。

氦(He)

    早在1868年,法国天文学家简森(Janssen P.J.C.,1824~1907)在观察日全蚀时,就曾在太阳光谱中观察到一条黄线D3,这和早已知道的钠光谱的D1和D2两条线不相同。同时,英国天文学家洛克耶尔(Lockyer J.N.,1836~1920)也观测到这条黄线D3。当时天文学家认为,这条线只有太阳才有,并且还认为是一种金属元素。所以洛克耶尔把这个元素取名为 Helium(这是由两个字拼起来的,helio希腊文是太阳神的意思,后缀-ium是指金属元素而言。中译名为氦)。
   1895年,莱姆赛和另一位英国化学家特拉弗斯(Travers M.W.,1872~1961)合作,在用硫酸处理沥青铀矿时,产生一种不活泼的气体,用光谱鉴定为氦,并证实了氦元素也是一种稀有气体。这种元素地球上也有,并且是非金属元素。

氪(Kr)、氖(Ne)、氙(Xe)

    由于氦和氩的性质非常相近,而且它们与周期系中已被发现的其他元素在性质上有很大差异,因此莱姆赛根据周期系的规律性,推测氦和氩可能是另一族元素,并且在它们之间一定有一个与其性质相近的家族。果然,1898年5月30日,莱姆赛和特拉弗斯在大量液态空气蒸发后的残余物中,用光谱分析首先发现了比氩重的氪,他们把它命名为Krypton(即“隐藏”之意。它隐藏于空气中多年才被发现)。
    1898年6月,莱姆赛和特拉弗斯在蒸发液态氩时收集了最先逸出的气体,用光谱分析发现了比氩轻的氖。他们把它命名为Neon(Neon源自希腊词neos,意为“新的”,即从空气中发现的新气体。中译名为氖,也就是现在霓虹灯里的气体)。
    1898年7月12日,莱姆赛和特拉弗斯在分馏液态空气、制得了氪和氖后,又把氪反复地分次萃取,从其中又分出一种质量比氪更重的新气体,他们把它命名为Xenon(源自希腊文Xenos,意为“陌生的”,即为人们所生疏的气体。中译名为氙。它在空气中的含量极少,仅占总体积的一亿分之八)。

氡(Rn)

    氡是一种具有天然放射性的稀有气体,它是镭、钍和锕等放射性元素蜕变过程中的产物,因此,只有这些元素发现后才有可能发现氡。
    1899年,英国物理学家欧文斯(Owens R.B.,1842~1936)和卢瑟福(Rutherford E.,1871~1937)在研究钍的放射性时发现钍射气,即氡-220。1900年,德国人道恩(Dorn F.E.)在研究镭的放射性时发现镭射气,即氡-222。1902年,德国人吉赛尔(Giesel F.O.,1852~1927)在锕的化合物中发现锕射气,即氡-219。直到1908年,莱姆赛确定镭射气是一种新元素,和已发现的其他稀有气体一样,是一种化学惰性的稀有气体元素。其他两种射气,是它的同位素。在1923年国际化学会议上命名这种新元素为Radon,中文音译成氡,元素符号为Rn。
    至此,氦、氖、氩、氪、氙、氡六种稀有气体作为一个家族全被发现了。它们占据了元素周期表零族的位置。这个位置相当特殊,在它前面是电负性最强的非金属元素,在它后面是电负性最小的金属活泼性最强的金属元素。由于这六种气体元素的化学惰性,因此很久以来它们被称为“惰性气体元素”。人类的认识是永无止境的,经过实践的检验,理论的相对真理性会得到发展和完善。1962年,在加拿大工作的英国青年化学家巴特列特(Bartlett N.,1932~)首先合成出第一个惰性气体的化合物—六氟合铂酸氙Xe[PtF6],动摇了长期禁锢人们思想的“惰性气体惰性”的形而上学的观念。“惰性气体”也随之改名为“稀有气体”。