文档介绍：稀有气体元素的发现小史
郭保章董德沛
门捷列夫所预言的尚未发现的元素性质得到了证实。使化学家对寻找新元素发生了广泛的兴趣,这些新元素应该填满周期表上的空位。但是稀有气体一族元素的发现是完全出人意料的。门捷列夫预见到氢与锂之间有一个元素存在,但他没有能够预见到一族元素。
稀有气体中最先被发现的是氩。1882年J·瑞利想要证实谱劳特的假说,着手测定氢和氧的密度以便证实或否定它们的相对原子质量。经过十年后他宣布,氢和氧的相对原子质量比实际上是1∶。瑞利还测定了氮的密度,结果发现从大气中所分的氮的密度为/cm3,而从化学法中所得到的氮的密度为 g/cm3,两者数值在小数点后第三位不相同。他提出了好几种假说来解释造成这种不一致的原因。他假定在大气氮中含有与臭氧相似的成分N3,但他在《自然》杂志上发表这一意见后没有引起广泛的注意。只有W·拉姆塞注意到了瑞利的实验,要求共同研究这一问题。拉姆塞检验了已测定的氮密度值,获得了同样的结果,他宣布这是因为大气氮中含有N3成分。
但是当拉姆塞着手对大气进行光谱分析时,他发现,在光谱中除了已知的氮谱线外还清楚地观察到了不属于任何一种已知元素的一组红色与绿色光谱线。毫无疑问,在大气氮中含有某种未知元素。这时他想起了卡文迪许过去做过的一种实验。卡文迪许让含有充足氧气的空气通过放电,以便固定全部氮气。但是结果剩下约1/120的氮气不能被氧化。拉姆塞和端利重做了卡文迪许的实验,结果发现确实有体积约占1/80的氮不能被氧化。
两位科学家在研究这种剩余气体时发现,它的密度比氮气的密度要大得多。新的气体被命名为氩,其希腊文原意是“不活泼的、惰性的”。原来大气中含有%的氩。在卡文迪许以后经过了一百多年,人们对空气进行了无数次的分析,但是都没有能够确定其中存在有1%左右的氩。氩是一种单原子的气体。
氩的发现在科学界引起了极大的反响。它的性质是出乎意料的。它的化学性质不活泼特别令人难以理解。人们也不知道氩在周期表中应该放在什么位置上。
在氩于1894年被发现以后不久,又发现了一个稀有气体元素──氦。它的发现过程是这样的:1868年法国天文学家P·让森在印度观察日食,摄下了太阳色球层的光谱,在研究明片时发现在光谱中存在着明亮的谱线,与钠的黄色谱线不相吻合。两个月以后英国天文学家N·洛克耶研究日珥的光谱时又重新发现了不属于任何已知元素的黄色谱线。新元素被命名为氦。希腊文原意是太阳。两位天文学家的报告于1868年9月23日同时送到了巴黎科学院。
二十五年以后在太阳大气中发现氦这一事实仍然只是一件趣闻,虽然早有迹象表明地球上也存在这一元素。例如1881年意大利人L·帕尔米里报导,他自维苏威火山岩放出的气体中发现了氦,但是人们完全不相信他的报导。
1895年初瑞利和拉姆塞得悉美国人W·希尔布兰德在研究含铀的矿石钇铀矿时发现,将这种矿物加硫酸煮沸,放出了某种气体,他猜想这是氮气。1895年3月,拉姆塞重做了希尔布兰德的实验,获得了约20立方厘米的气体。在研究它的光谱时看到了明亮的黄色谱能,差不多与钠的黄色谱线相吻合。他猜想其中含有未知元素,暂定名为氪。他把气体样品送去请著名光谱学家w·克鲁克斯进行分析,第二天就收到回电:《氪就是氦,请来看吧!》这样,第二个稀有气体就被发现了。不久人们又发现氦不仅存在于铀矿中,而且也存在于其他天然物中,特别