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不稀有的“稀有气体”
来源: 陕西省地质调查院实验中心 | 作者:鱼甜甜 | 时间:2023-12-04 16:27:33 | 人气:

  稀有气体是指元素周期表上所有0族元素对应的气体单质,也称为惰性气体。在常温常压下,稀有气体是无色无味的单原子气体,在大气中以游离状态存在,很难进行化学反应。
  稀有气体共有7种,它们是氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氡气(Rn,放射性)、气奥(Og,放射性,人造元素)。其中Og是人工合成的稀有气体,原子核非常不稳定,其原子序数和原子量为所有已发现元素中最高的,也是人类已合成的最重元素。

  稀有气体并不稀有,在地球大气层中,氩是含量最高的稀有气体,其体积分数为0.923%,胜过二氧化碳(0.03%)。在接近地球表面的空气中,1000升空气中含有9.2升氩、18毫升氖、5毫升氦、1毫升氪和0.09 毫升氙。在地壳中,氩的丰度比溴、汞的丰度还大。氦在宇宙中的含量多达23%。
  稀有气体广泛应用于工业、医学等科技领域以及日常生活中。
  利用稀有气体极不活泼的化学性质,有的生产部门常用它们来作保护气。在焊接精密零件或镁、铝等活泼金属,以及制造半导体晶体管的过程中,常用氩作保护气。电灯泡里充氩气可以减少钨丝的气化和防止钨丝氧化,延长灯泡的使用寿命。氦是气相色谱法中的载色剂、温度计的填充气,并用于盖革计数器和气泡室等辐射测量设备中。氦和氩都用作焊接电弧的保护气和贱金属的焊接及切割的惰性保护气。它们在其他冶金过程和半导体工业硅的生产中同样有着广泛应用。
  稀有气体通电时会发光。世界上第一盏霓虹灯是填充氖气制成的。氖灯射出的红光,在空气里透射力很强,可以穿过浓雾。氖灯常用在机场、港口、水陆交通线的灯标上。灯管里充入氩气或氦气,通电时分别会发出浅蓝色或淡红色光。有的灯管里充入了氖、氩、氦、水银蒸气等四种气体(也有三种或两种的)的混合物,由于各种气体的相对含量不同,便制得各种五光十色的霓虹灯。氪可降低灯丝的蒸发率而常用于色温和效率更高的白炽灯,特别在卤素灯中可将氪与少量碘或溴的化合物混合充入。氙通常用于氙弧灯,因为它们的连续光谱与日光相似,这种灯可用于电影放映机和汽车前灯等。
  利用稀有气体可以制成多种混合气体激光器。氦-氖激光器就是其中之一,可应用于测量和通讯。氦氖混合气体被密封在一个特制的石英管中,在外界高频振荡器的激励下,混合气体的原子间发生非弹性碰撞,被激发的原子之间发生能量传递,进而产生电子跃迁,并发出与跃迁相对应的受激辐射波,近红外光。
  稀有气体也可用于准分子激光器,这是因为它们可形成短暂存在的电子激发态受激子。这些用于激光器的受激子可能是稀有气体二聚体,例如Ar2、Kr2或Xe2,更有可能是与卤素结合的受激子,例如ArF、KrF、XeF或XeCl。这些激光器产生波长较短的紫外线,其中ArF产生的紫外线波长为193nm,而KrF为248nm。这种高频率的激光使高精密成像成为现实。