關于奇妙的稀有氣體氬和氪第1頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三

氬的由來

在地球上，人類首先發現的稀有氣體是氬。早在１７８５年之前就已經先發現氫的英國化學家卡文迪許在空氣中通入過量的氧氣用放電法使空氣中的氮氣和氧氣反應生成一氧化氮然后用堿溶液吸收它剩余的氧再用紅熱的銅除去。但即使把所有的氮氣和氧氣都除去了仍然存在著少量的殘余氣體。卡文迪許報導了他觀察到的這項實驗結果但在當時并沒有引起其他化學家的注意他本人也沒有再進一步研究。其實在這“殘余氣體”內就隱藏著另外一族的化學元素。如此一來發現新元素的機會就這樣從他身邊溜走了。第2頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三另外1882年H.F.紐厄爾和W.N.哈特萊從兩個獨立的實驗中觀測空氣的顏色光譜時，發現光譜中存在已知元素光譜無法解釋的譜線，但并沒有意識到那就是氬氣。由于在自然界中含量很多，氬是目前最早發現的稀有氣體，它的符號為Ar。Ramsay在空氣中提取的氬中移除了所有氮，由其和熱的鎂反應實現的，形成固態的氮化鎂。他之后得到了一種不發生反應的氣體，當他檢查其光譜后，他看到了一組新的紅色和綠色的線，從而確認了這是一種新的元素。第3頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三19世紀末期，英國物理學家瑞利勛爵發現利用空氣除雜制得的氮氣和從氨制得的氮氣的密度有大約是千分之一的差別。他在當時很有名望的英國《自然》雜志上發表了他的發現，并請大家幫他分析其中的原因。倫敦大學化學教授萊姆塞推斷空氣中的氮氣里可能含有一種較重的未知氣體。他們兩人又各自做了大量的實驗，終于發現了在空氣中還存在一種密度幾乎是氮氣密度一倍半的未知氣體。第4頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三1894年8月13日，英國科學協會在牛津開會，瑞利作報告，根據馬丹主席的建議，把新的氣體叫做argon（希臘文意思就是“不工作”、“懶惰”）。元素符號Ar。當然，當時發現的氬，實際上是氬和其他惰性氣體的混合氣體，正是因為氬在空氣中存在的惰性氣體的含量占絕對優勢，所以它作為惰性氣體的代表被發現。氬的發現是從千分之一微小的差別開始的，是從小數點右邊第三位數字的差別引起的，不少化學元素的發現，許多科學技術的發明創造，都是從這種微小的差別開始的。第5頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三

氬的物理性質

氬在由氦、氖、氬、氪和氙組成的稀有氣體家族里，含量最豐富。這些氣體的共同特點是，化學活性最差。氬是無色，無嗅和無味的氣體。其沸點為一185.87℃

第6頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三氬通電之后發出紅紫色的光第7頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三化學性質化學元素周期表零族（類）主族元素，符號Ar或A，原子序數18?；瘜W性質極不活躍，一般不生成化合物，但可與水、氫醌等形成籠狀化合物。氬的化學性質極其穩定，一般不與其它元素化合。至今僅在極端條件下制得唯一的氬化合物氟氬化氫（HArF）。這個氟、氫和氬的化合物在-265°C才能保持穩定。此外，氬還可以作為客體分子，與水形成包合物。除了以上基態的物質外，已經發現含氬的離子和激發態配合物（像ArH和ArF），而根據理論計算顯示氬應該可以形成在室溫下穩定的化合物，雖然還沒有發現它們存在的線索第8頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三制備方法氬在地球大氣中的含量以體積計算為0.934%，而以質量計算為1.29%。工業用的氬大多就直接從空氣中提取。主要是用分餾法提取。而在火星的大氣中，氬-40以體積計算的話占有1.6%，而氬-36的濃度為5ppm；另外1973年水手號計劃的太空探測器飛過水星時，發現它稀薄的大氣中占有70%氬氣，科學家相信這些氬氣是從水星巖石本身的放射性同位素衰變而成的?？ㄎ髂?惠更斯號在土星最大的衛星，也就是泰坦上，也發現少量的氬?？蓮目諝夥逐s塔抽出含氬的餾分經氬塔制成粗氬，再經過化學反應和物理吸附方法分出純氬第9頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三主要用途氬氣最主要的用處就是它的惰性，可以保護一些容易與周圍物質發生反應的東西。雖然其他的惰性氣體也有這些特性，但是氬氣在空氣中的含量最多，也是最容易取得，因此相對就比較便宜，具有經濟效益。另外氬氣便宜的原因還有它是制造液氧和液氮的副產品，而由于它們兩個都是工業上重要的原料，生產很多，所以每年都有很多的液氬副產品。氬可用來制所謂氬燈。氬燈里填充的是純氬氣。這種燈光度較弱，耗電量低，比信號燈便宜第10頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三氬氣常被注入燈泡內，因為氬即使在高溫下也不會與燈絲發生化學作用，從而延長燈絲的壽命。在不銹鋼、錳、鋁、鈦和其它特種金屬電弧焊接時、鋼鐵生產時，氬也用作保護氣體。在高溫冶煉純金屬時，常用氬以防止氧化、氮化氫化等作用。在電弧焊接不銹鋼、鎂鋁等時用作保護氣體。由于它不易導熱，也可用于充氣燈泡第11頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三可用于滅火，用氬氣滅火的好處是幾乎不會破壞任何火場的物品，通常使在火場有特殊儀器時才使用，是用于感應耦合等離子的氣體之一，保護成長中的硅晶體和鍺晶體，這晶體主要用于半導體學。在博物館里，會在一些重要文物的玻璃專柜里填充氬氣，避免氧化。在釀酒的過程中，啤酒桶里的填充物，它可以把氧氣置換，以避免啤酒桶里的原料被氧化成乙酸。在藥學里，氬可以用于保護一些靜脈內的治療的藥物，舉個例子，像是對乙酰氨基酚。一樣的，這也是防止藥物受到氧氣的破壞。第12頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三用于冷卻AIM-9響尾蛇導彈的追蹤器，氬當時都是以高壓儲存，然后當釋放氣體后就可以帶走一些熱量。為石墨電熔爐中的保護氣體，以免它被氧化。另外氬氣的低傳熱率也是它的特性之一，像它可以作為隔熱窗戶中兩層玻璃之間的填充物。[19]因為它的低傳熱率和惰性，氬氣在水肺潛水可以用來作為膨脹潛水衣的氣體。氬氣還可以在水肺中代替氮氣（吸收純氧對身體不好，因此水肺中要添加其他氣體），因為氮氣在高壓下會溶進血液里而造成氮麻醉，氬氣則可以減輕這種癥狀。第13頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三使用特定的方法可以使氬氣離子化并且發光，這種功能可用于等離子燈和粒子物理學中的能量器。以氬作成的氬雷射會發出藍光，它在醫學外科中可用于連接動脈、去除腫瘤和治療眼睛的缺陷等。[21]氬氣還可以用于濺鍍。另外氬-39有269年的半衰期，可以用于測定地下水和冰層的年齡，而鉀-氬年代測定法適用鉀-40衰變成氬-40的過程來用于測定火成巖的年齡。第14頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三氪的由來1898年，英國的拉姆賽和特拉威斯用光譜分析液態空氣蒸發氧氣、氮氣、氬后所剩下的殘余氣體時，發現了氪。1898年5月24日拉姆賽獲得漢普遜送來的少量液態空氣。拉姆賽和特拉弗斯讓液態空氣蒸發，易揮發的也就是沸點較低的組分從液態中先走出來，留下不易揮發的，也就是沸點較高的組分。他們又用赤熱的銅和鎂將沸點較高的組分中殘留的氧和氮除去，研究了這個剩余部分蒸氣的光譜，發現除氬線外，還有兩條明亮的譜線，一條黃的，一條綠的。黃色的線比氦線略帶綠色。這是以前從來沒有見到過的。這表明，在這個殘留的氣體中，除氬外，還有另一種新的氣體。拉姆賽決定把它叫做氪krypton（Kr），來自希臘文krptos。根據實驗記錄，這個時間是1898年5月30日。他們測定了氪的密度約等于41，原子量約等于82，應當把它放置在元素周期表金屬銣的前面。第15頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三氪正如其他惰性氣體一樣，不易與其他物質產生化學作用。但1962年首次合成出氙的化合物后，二氟化氪（KrF2）也在1963年成功合成。同年，格羅澤等人宣布合成出四氟化氪（KrF4），但后來證實為鑒定錯誤。另外有未經證實的報告指出發現氪含氧酸的鋇鹽。從氪的沸點看，它比氦、氖、氮、氬和氧的沸點都高，只是低于氙，因而被留在沸點較高的組分中被發現。第16頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三元素分布氪的唯一工業來源是空氣，在礦石和隕石中只發現了痕量的氪。氪在地球大氣中的含量為0.000.114%（體積），天然氪是6種穩定同位素的混合物，由鈾裂變和其他核反應產生的氪的放射性同位素約有20種第17頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三物理性質

無色、無嗅、無味。密度3.736克/升（氣），2.155克/厘米3（液：-156.9℃）。熔點-156.6℃，沸點-152.30±0.10℃。氪原子的外殼是電子數為8的穩定結構，所以它的化學性質極不活潑。液體氪可用作氣泡室，探測粒子的軌跡。第18頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三化學性質由于氪處于全充滿結構，擁有穩定的電子構型，曾被認為沒有反應活性。直到20世紀60年代初才發現，氪與氟氣同置于一放電管中時可以化合，生成二氟化氪，KrF2的穩定性相對XeF2較差，在-80℃是較為穩定。氪還能形成籠形包合物，氪被包在冰、有機化合物（對苯二酚、苯酚、氫醌晶體）或小分子（O2、SO2、H2S、CH3OH）中。在這些包合物中，氪以分子間力結合，如Kr·6H2O，但并沒有成鍵，當這種包合物溶解時，氪就逃逸出來。第19頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三鈾經過核裂變后會釋出氪。與氟以外原子成鏈的氪化合物已有發現。天然氪是6種穩定同位素的混合物，它們的體積比為氪-84（57%）、氪-86（17.3%）氪-82（11.6%）、氪-83（11.5%）、氪-80（2.25%）和氪-78（0.35%）。由鈾裂變和其他核反應產生的氪的放射性同位素約有20種，氪–85的半衰期為10.73年。氪有約30個已知的不穩定同位素和同質異能素。氪81半衰期為230.000年，是大氣反應的產物，可以與其他天然氪同位素一同制備。氪在接近地表水時極易揮發，但氪81可用于鑒定地下水的年代（可推算5萬至80萬年前）。第20頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三主要用途有一些使用在填充在白熾燈泡中。機場跑道的照明也是用氪。廣泛用于電子、電光源工業，還用于氣體激光器和等離子流中。因其透射率特別高，大量用作礦燈、越野車照射燈。醫學上，氪的同位素用作顯蹤劑。液體氪可用作氣泡室，探測粒子的軌跡。第21頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三放射性氪可用于密閉容器的檢漏和材料厚度的連續性測定，還可以制成不需電能的原子燈。用于材料的“氪化”處理，以作為材料的耐腐蝕、耐磨性能的標記。氪用于某些熒光燈和高速攝影用閃光燈中，在高效白熾燈、燈泡和閘流管中用作惰性保護氣體。放射性氪–85可用于探測密閉容器的裂縫，逸出的氪原子可利用它們的放射性進行檢測。穩定的氪–86發射出的光中有一橙紅色譜線，由于該譜線極銳，1960～1983年其波長用作長度米的國際標準（1米等于該譜線波長的1.650.763.73倍）。第22頁，共25頁，2022年，5月20日，20點18分，星期三制取方法1.從合成氨尾氣中提取氪合成氨尾氣提氬工藝流程副產氪和氙混合氣，再經精餾、洗滌、除氧、吸附、解吸可制得99%氪氣。2.空分法，從空分裝置中提取氪、氙混合氣。經提取貧氪、清除碳氫化合物和二氧化碳、分離，制得99.99%的純氪。3.從核反應堆裂變氣中提取氪綜合利用核反應堆的裂解廢氣中放射性的Kr85。

4.