时间,空间和其他事情Page 16/18

科学和其他一切都有时尚。进行一项实验,取得了不同寻常的成功,然后才可以说:“有十几个模仿!”有十几个模仿!

考虑元素氙(发音为zee'non),1898年威廉拉姆齐和莫里斯威廉特拉弗斯。与同类型的其他元素一样,它与液态空气隔离。经过一个多世纪对空气的热烈化学分析,这些元素在空气中的存在一直未被预料到,因此当他们最终意识到化学意识时,他们被称为奇怪和意想不到的新人。实际上,氙的名称是希腊语中“陌生”的中性形式。所以氙是“奇怪的”在氙气属于一组通常称为“惰性气体”的元素。 (因为它们是化学惰性的)或“稀有气体”。 (因为它们很少见),或“稀有气体”。因为化学惰性导致的僵硬似乎表明了一种傲慢的重要感。

氙气是最稀有的稳定惰性气体,事实上,它是地球上所有稳定元素中最稀有的。氙只在大气中发生,在重量百万分之5.3左右。由于大气重约5,500,000,000,000,000(五千五百万亿吨),这意味着氙的行星供应量约为30,000,000,000(300亿)吨。这看起来很充实,完整,但pi从绰号更多的玉米中汲取氙气原子,大气成分是一项艰巨的任务,因此氙气不是一种常见的物质而且永远不会。

一件事和另一件事,然后,氙气不是化学实验室的流行物质。它的化学,物理和核性质得到了解决,但除此之外似乎没什么值得做的。它仍然是一个奇怪的人,收到冷酷的肩膀和冰冷的微笑。

然后,在1962年,宣布了一个涉及氙的不寻常的实验,随后来自世界各地的化学面貌爆发了广泛的微笑,小氙被引入试管友好关怀。

“欢迎,陌生人!”到处都是哭,现在你可以&#039在任何地方打开化学杂志而没有在氙气上找到几篇论文。

发生了什么事?

如果你期待快速回答,你几乎不认识我。让我沿着罗宾汉的谷仓走我的习惯路线,首先说明氙是一种气体。

作为一种气体是一个意外问题。没有物质本质上是一种气体,但只是在温度的作用下。

在金星上,水和氨都是气体。在地球上,氨是一种气体,但水不是。在土卫六上,monia和水都不是气体。

所以我必须设定一个适合我目前目的的任意标准。假设任何在-1000℃(-148'F)保持气体的物质都是具有大写字母的气体,并专注于那些。这是一个永远不会的温度即使在非常严重的南极冬季,地球也到达地球,因此除了偶尔在化学实验室工作之外,地球上除了气体之外没有任何气体。

现在为什么天然气是气体?

我可以开始通过说每种物质都是由原子或紧密编织的原子团组成,所述组被称为分子。原子或分子之间存在吸引力,使它们“粘”。并倾向于把它们放在一起。然而,热量会给这些原子或分子带来一定的动能(运动能量),这会使它们分开,因为每个原子或鼹鼠都有自己想要去的地方。 [我喜欢罪]

一组给定原子或分子中的吸引力相对恒定,但动能随t变化温度。因此,如果温度升高到足够高,则任何一组原子或分子都会飞散,材料变成气体。在超过60000℃的温度下,所有已知物质都是气体。

当然,只有极少数特殊物质具有原子间或分子间作用力如此之强,需要6000摄氏度才能克服它们。 。另一方面,一些物质具有如此弱的分子间吸引力,使得夏日的温暖提供足够的动能将它们转化为气体(常见的anes thetic,ether,是一个例子)。

还有一些物质具有分子间作用。在-I 00'C的温度下有足够的热量来保持它们的气体,这些吸引力仍然很弱,而这些气体就是我所说的气体分子间或原子间力由原子或分子内的电子分布产生。电子分布在各种“电子壳”中。根据我们可以接受的系统,无需详细解释即可接受。例如,铝原子包含13个电子,其分布如下:最内壳中的2个,下一个壳中的8个,以及下一个壳中的3个。因此,我们可以将铝原子中的电子分布表示为2,8,3。

电子壳中电子最稳定和最对称的分布是最外壳保持它能容纳的所有电子的分布。 ,或8个电子 - 以较少者为准。最里面的电子壳只能容纳2个,下一个可以容纳d 8,其余每个都可以容纳8个以上。除了只有最里面的壳包含电子的情况,*不,我并不是说原子知道他们在做什么并且有意识。这只是我讲话的目的论方式。科学的目标中禁止使用目的论,然后就会发生这种情况,稳定的情况包括最外壳中的8个电子。

已知有六种元素,其中存在最大稳定性:[ 123]电子元素符号分布总氦He 2 2氖Ne 2,8 10氩Ar 2,8,8是氪Kr 2,8,18,8 36氙Xe 2,8,18,18,8 54氡Rn 2,8,18,32,18,8 86

没有这种幸运的电子分布的其他原子被迫通过抓住附加物来实现它电子,或摆脱他们已经拥有的一些,或共享电子。这样做,他们经历了化学反应。然而,上面列出的六种元素的原子不需要这样做,并且本身就足够了。它们不需要以任何方式转移电子,这意味着它们不参与任何化学反应并且是惰性的。 (至少,这是我在1962年之前所说的。)

上面列出的惰性气体族的原子是如此自给自足,事实上,原子甚至互相忽视。几乎没有原子吸引力,因此所有气体都是室温下的气体,除了氡之外的所有气体都是气体。

可以肯定的是,有一些原子间的吸引力(没有原子或分子存在,其中根本没有吸引力) 。如果一个人充分降低温度,就会达到吸引力超过动能破坏性影响的点,并且每一种惰性气体最终都会变成惰性液体。其他因素如何? ?正如我所说,这些原子的电子分布小于最大稳定性,并且每个原子都有改变稳定方向分布的趋势。例如,钠原子(Na)具有2,8,I的分布。如果它可以去除最外层的电子,那么剩下的将具有稳定的2 8氖配置。同样,氯原子(CI) [email protected]

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分布为2,8,7。如果它可以获得一个电子,它将有2,8,8分布的氩气。[123因此,如果钠原子遇到氯原子,则电子从钠原子向氯原子的转移满足两者。然而,带负电的电子的损失使钠原子带负电荷的缺乏,或者同样的事情是过量的正电荷。它变成带正电荷的钠离子(Na +)。在另一个带上获得电子的氯原子获得过量的负电荷并变成带负电荷的氯离子[“氯离子”]。作为chemi amp; al nomenclature的惯例,我们也可以接受疲惫的叹息。无论如何,“d”是指“d”。不是印刷错误](CI - )。

相反的电荷吸引,所以钠离子吸引到达范围内的所有氯离子,反之亦然。该在常温下加入的动能不能克服强烈的吸引力,因此离子足够牢固地保持足够的“氯化钠”。 (普通盐)是一种固体。事实上,在达到1413℃的温度之前,它不会变成气体。接下来,考虑碳原子(C)。它的电子分布是2,4。如果它失去4个电子,它将获得2氦配置;如果它获得4个电子,它将获得2,8氖配置。失去或获得那么多电子并不容易,因此碳原子会共享电子。例如,它可以将其电子之一贡献给“共享池”。两个电子,一个相邻碳原子也贡献电子的池。它可以形成第二个电子另一个共享池与第二个邻居,第三个和第四个,另外两个池和另外两个邻居。每个邻居*带电荷的氯原子被称为“氯离子”。并没有运行与其他邻居建立额外的池。通过这种方式,每个碳原子被四个其他碳原子包围。

这些共享电子适合每个贡献的碳原子的最外层电子壳。每个碳原子在最外层的壳中有4个电子,4个电子贡献了4个电子(一个)。现在,每个碳原子都有2,8个配置的氖,但只是以保持接近的价格尽管不涉及电荷,但结果却是强烈的原子间吸引力。碳是一种固体和在达到42000℃的温度之前,它不是气体。

由于类似的原因,金属元素的原子也强烈地粘在一起,因此,例如,钨直到温度为59000℃时才是气体。因此,当原子通过以获得电荷的方式转移电子来实现稳定的电子分布时,我们不能期望得到气体。或者通过以如此复杂的方式共享电子,使得大量原子一起粘在一起。

我们需要的是中间的东西。我们需要一种情况,即原子通过共享电子来实现稳定(这样就不会产生电荷),但是共享中涉及的原子总数非常小,只能产生小分子。在分子内,有吸引力力可能很大,并且在没有极端温度的情况下分子可能不会被分开。然而,一个分子与其邻居之间的吸引力可能是微不足道的,而且可以做到。

例如,让我们考虑一下氢原子。它只有一个电子。两个氢原子可以各自贡献其单个电子以形成共享池。只要它们保持在一起,每个都可以计算其最外壳中的两个电子,并且每个都具有稳定的氦构型。此外,氢原子都不会留下任何电子与其他邻居形成池,因此分子将在那里结束。氢气将由两个原子分子(H2)组成。分子中原子之间的吸引力很大,温度超过20001C.甚至将一小部分氢分子摇动成单个原子。然而,在单独的氢分子之间的牵引力将是微弱的,在新的安排下,每个氢分子都将达到令人满意的自给自足。因此,氢气不是由不同的原子组成的气体,就像惰性气体一样,而是由两个原子分子组成。

在氟的情况下也会出现类似情况(电子分布2,7) ,氧气(2,6)和氮气(2,5)。氟原子可以贡献电子并形成两个电子的共用池,其中相邻的氟原子也贡献电子。两个氧原子可以分别贡献两个电子以形成四个电子的共享池,并且两个氮原子可以贡献每个三个电子,形成一个共享的六个电子池。

I在每种情况下,原子将以牺牲配对分子为代价实现2,8的氖分布。结果,实现了足够的稳定性以使氟(F2)。氧气(O2)和氮气(N2)都是气体。

氧原子也可以与两个邻居中的每一个形成两个电子的共用池,这两个邻居可以在它们自己之间形成另一个共享的两个电子池。结果是三个氧原子(O:j)的组合,每个氧原子具有氖构型。这种组合03称为臭氧,它也是气体。

氧气,氮气和氟也可以形成混合的分子。例如,氮和氧原子可以结合以实现每个的必要稳定性。

硝基n也可以与三个氟原子中的每一个形成两个电子的共享池,而氧可以与两个中的每一个一起形成。得到的化合物:氮氧化物(NO),三氟化氮(NF3)和二氧化二氟(OF2)都是气体。

如果与氢气,氧气结合,它们本身不会形成气体的原子可以这样做,氮或氟。例如,两个氯原子(2,8,7,re成员)将形成两个电子的共用池,从而两者都达到2,8,8氩配置。因此,氯(CI2)在室温下是一种气体 - 具有相互作用的吸引力,但足够大以防止它成为气体。然而,如果氯原子与氟原子形成两个电子的共用池,结果,氟化氯(CIF),是a.Gas。

硼原子(2,3)可以与三个氟原子中的每一个形成两个电子的共用池,并且碳原子是具有四个氟原子中的每一个的两个电子的共用池。得到的化合物,三氟化硼(BF3)和四氟化碳(CF4),是气体。

碳原子可以与四个氢原子中的每一个形成两个电子的共用池,或者四个电子的共享池。氧原子和所得化合物甲烷(CH-4)和一氧化碳(CO)是气体。一个双碳组合可以建立一个共有的两个电子池,每个有四个氢原子(和四个电子共用的一个池);硅原子可以与四个氢原子中的每一个建立共享的两个电子池。化合物,乙烯(C2H4)和硅烷(SiH4),是气体。

A总而言之,我可以列出二十种气体,分为以下几类:

(1)由单个原子组成的五个元素:氦,氖,氩,氪和氙。

(2)四个元素制成双原子分子:氢,氮,氧和氟。

(3)一种元素形式由三原子分子组成:臭氧(氧气)。

(4)十种化合物,含有由两种不同元素构成的分子,其中至少有一种属于第(2)类。

二十种气体按照附表中增加沸点的顺序列出,并且沸点在两个摄氏度中给出标度('C)和绝对标度('K。)。

清单上的五种惰性气体分散在十五种其他气体中。可以肯定的是,三个最低的192个沸腾Ga中的两个ses是氦和氖,但是氩是第七,氪是第十,氙是第十七。如果所有的气体都像惰性气体一样惰性,那就不足为奇了。

二十气体

物质Fori ula B.P. (C.-)B.P。 (K .-)

氦气He -268.9 4.2

氢H,-252.8 20.3

Neon Ne -245.9 27.2

氮N,-195.8 77.3 f

一氧化碳'-O -192

氟F2 -188 85

氩Ar -185.7 87.4

氧气0,-183.0 90.1

甲烷CH4 -161.5 111.6

氪Kr-152.9 120.2

氮氧化物NO-151.8 121.3

二氟化钨OF,-144.8 128.3

四氟化碳CF,-128 145

三氟化氮NF3 -120 153

臭氧0,-111.9 161.2

硅烷SiH,-111.8 161.3

] Xenon Xe -107.1 166.0

乙烯C,H,-103.9 169.2

三氟化硼e BF,-101 172

氯氟化物CIF -100.8 172.3

也许他们可能就是这样,如果构成它们的自鸣得意,自给自足的分子是永久的,不可破坏的事务,但它们不是。所有分子都可以在某些条件下分解,自由原子(特别是氟和氧的原子)在物质中是活跃的。

这并没有出现在气体本身。 Sup将氟分子分解成两个氟原子,这些氟原子只能被氟分子包围?唯一可能的结果是重新形成氟分子,并没有发生太多事情。然而,如果存在除氟以外的分子,则可能出现比F2更高稳定性的新分子组合(事实上,在fl的情况下几乎可以肯定)(123)氟化物分子确实具有即使在普通温度下也会分裂(在很小程度上)的倾向,这就足够了。游离氟原子几乎可以攻击任何氟离子,反应热会升高温度,从而导致氟分子更广泛地分裂,等等。结果是分子氟是所有气体中化学活性最高的(氟化物几乎与它相当,而臭氧则相当不错)。

氧分子被撕裂而且难度更大,因此仍然存在完全(和惰性)在氟不会的条件下。你可能认为氧气是一种活跃的元素,但在大多数情况下,这只是真实的温度升高,可以将更多的能量撕裂。毕竟,我们生活在一片无氧的海洋中,没有受到伤害。无气体物质如pa per,木材,煤炭和汽油都被认为是易燃的,可以无限期地用氧气浸泡而不会发生明显的化学反应 - 直到加热。

当然,一旦加热,氧气就会变得活跃并容易结合与其他气体如氢气,一氧化碳和甲烷一样,也不能被认为是特别惰性的。

氮气分子在更加困难的情况下被撕裂,并且在发现惰性气体之前,氮气是卓越的惰性气体。除了惰性气体本身之外,它和四氟化碳是列表中唯一的气体相当惰性,但即使它们也可能被撕裂。

生命取决于某些细菌可以分裂氮分子的事实;而且重要的工业过程源于人类已经学会大规模地做同样的事情。一旦氮分子被撕裂,单个氮原子就会非常活跃,在各种反应中反弹,实际上,它是活组织中第四个最常见的原子,对其所有作用都是必不可少的。

惰性气体的情况,都是不同的。没有分子可以分开。我们正在处理自足原子本身,并且似乎很少有可能与任何其他原子的组合产生更大稳定性的情况。试图让惰性气体形成化合物,at他们被发现的时间,失败了,化学家很快就意识到这是有道理的。

可以肯定的是,化学家们一次又一次地继续尝试,但他们也继续失败。然后,直到1962年,化学家将inert.gas原子与其他原子结合的唯一成功就是“包合物”的形成。在包合物中,构成分子的原子形成笼状结构,有时,外来原子 - 甚至是惰性气体原子 - 在形成时被捕获在笼内。

然后将惰性气体与物质结合并且在不破坏分子的情况下不能被释放。然而,惰性气体原子仅在物理上受到限制;它还没有形成化学键。

然而,让我们推断一下。氦的沸点为4.2'K。氖的含量为27.20K,氩87.4'K,氪的含量为120.2'K,氙的含量为166.0'K。氡的沸点,第六和最后的惰性气体以及质量最大的氡的沸点原子,是211.3-K。( - 61.8-C。)氡甚至不是气体,而只是气体。

此外,随着惰性气体原子的质量增加,电离势(测量的量)可以轻易地将电子从特定原子中除去的容易度降低。沸点升高和电离电势降低都表明随着单个原子质量的增加,惰性气体变得不那么惰性。

通过这种推理,氡气是惰性气体中最不惰性的,形成化合物的努力应该是把它作为提供的东西最好的机会。然而,氡是一种半衰期小于四天的放射性元素,并且非常罕见,只能在非常特殊的条件下才能使用。那么,下一个最好的选择是氙气。这是非常罕见的,但它是可用的,它至少是稳定的。

那么,如果氙是要形成化学键,其他原子可能会发生什么反应?当然,最合理的选择是选择全氟或一些含氟化合物的最具反应性的物质。如果氙气不会对此作出反应,它就不会对任何事情做出反应。

(这听起来好像我在事件发生后非常聪明,而且我是。但是,有些人是合情合理的。我有人告诉我,Linus Pauling在1932年就这么说了在事件之前,一位名叫A. von Antropoff的绅士于1924年这样做了。)

1962年,不列颠哥伦比亚大学的Neil Bartlett和其他人正在研究一种非同寻常的化合物,即六氟化铂(PtF6)。令他们惊讶的是,他们发现它是一种特别活跃的化合物。

当然,他们想看看它应该做些什么,并且出现的一个想法是,这可能是可能的(可能的)最后将一个惰性气体原子固定下来。

因此,巴特利特将PtF6的蒸气与氙混合,令他惊讶的是,得到了一种似乎是XePtFc,六氟化氙的化合物。然而,这一结果的宣布留下了一定的疑问。

六氟化铂是一种足够复杂的化合物因此,它几乎不可能形成一个蛤蜊速率并将氙气困住。

因此,芝加哥阿贡国家实验室的一群化学家尝试了直接氙气加氟试验,将氙气的一部分加热到五部分。在镍容器中在400℃下加压氟。

它们得到四氟化氙(XeF4),一种惰性气体的直接化合物,不可能是包合物。 (可以肯定的是,这个实验本来可以在几年前尝试过,但它并不是耻辱。纯氙很难得到,纯氟很难处理,没有合理的化学家可以预料到在巴特利特之后,承担费用以及作为惰性气体化合物如此渺茫的风险实验增加了“渺茫的机会”。非常好。)

一旦阿贡的结果公布,所有的哈迪斯都爆发了。看起来好像世界上每个无机化学家都在喋喋不休地进入惰性气体领域。已经报道了一大堆氙化合物,不仅包括XeF4,还包括XeF,XeF6,XeOF2,XeOF3,XeOF4,XeO3,H4XeO4和H,XeO。

足够的氡被刮在一起形成氡四氟化碳(RnF4)。甚至比氙更惰性的氪已被驯化,并且已形成二氟化氪(KrF2)和四氟化氪(KrF4)。

剩余的三种惰性气体,氩,氖和氦(按增加的顺序) (123)他们是最后一个单身汉,但化学世界的尝试却是听到婚礼铃声响起的声音,这对单身汉来说是一个不好的时候。

作为一个古老(又谨慎)的已婚男子,我只能对此说 - 没有评论。

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