惰性最强的元素

惰性最强的元素 我们在地球上所见到的一切东西都是由元素化合而成的，而有些 元素与其他元素相比，显得不大愿意参与化合反应。然而，在1988年 年初，一位名叫W?科克(W. Koch)的美国化学家证明，即使最不合 群的元素也可以诱使它参与化合反应。 最不喜欢结合的元素是一组被称作“惰性气体”(“惰性”一 词的英文原意是“高贵”，(异调注:英文中惰性气体为“inert gas” 或“noble gas”，“inert”意为“惰性的”，而“noble”意为“高 贵的”)这些元素之所以被以此相称，是与它们孤傲、排他的特性有 关)的元素。 惰性气体共有六种，按照原子量递增的顺序排列，依次是氦、 氖、氩、氪、氙、氡。在通常情况下，它们不与其他元素化合，而仅 以单个原子的形式存在。 事实上，这些原子对于它们自己同类中的其他原子的存在也漠 不关心，甚至不愿互相靠近到可以形成液体的程度，因而在常温下， 它们都不会液化。它们全是气体，存在于大气之中。 首先被发现的惰性气体是氩，1894年就被探测到。它也是最常见 的惰性气体，占大气总量的1%。其他惰性气体几年之后才被发现，它 们在地球上的含量很少。 当一个原子向另一个原子转移电子或与另一个原子共享电子时， 它们便相互化合了。惰性气体不愿这么做，其原因是它们的原子中的 电子分布得非常匀称，要想改变其位置就需要输入很大的能量，这种 情况是不大可能发生的。 较大的惰性气体原子，例如氡，它的最外层的电子(参与化合反 应者)与原子核离得较远。因此，外层电子与原子核之间的吸引力相 对来说比较弱。由于这一原因，氡是惰性气体中惰性最弱的，只要化 学家创造出合适的条件，也最容易迫使氡参与化合反应。 较小的惰性气体原子，其最外层电子离原子核比较近。这些电子 被抓得比较牢固，使其原子难以与其他原子发生化合反应。 事实上，化学家已经迫使原子比较大的惰性气体——氪、氙、氡， 与氟和氧那样的原子进行化合，氟与氧特别喜欢接受其他原子的电子。 原子更小一些的惰性气体——氦、氖、氩——已经小到惰性十足 的程度，迄今为止任何化学家都无法使它们参与化合反应。 原子最小的惰性气体是氦。在所有各类元素中，它是最不喜欢参 与化合反应的，也是惰性最强的元素。甚至氦原子本身之间也极不愿 意结合，因而直到温度降到4K时，才能变成液态。液态氦是能够存在 的温度最低的液体，它对于科学家研究低温是至关重要的。 氦在大气中只有微量的存在，不过当像铀与钍这样的放射性元素 衰变时，也能生成氦。这种积聚过程发生在地下，因而在一些油井中 能产生氦。这种资源很有限，不过至今尚未耗尽。 每个氦原子只有两个电子，它被氦原子核束缚得如此之紧，以至 要想抓走其中的一个电子，比之任何其他原子而言，要付出更多的能 量。面对这样紧的束缚，那么是否能使氦原子放弃一个电子，或与其 他原子共享一个电子，从而产生化合反应呢, 为了计算电子的行为，化学家采用了一种被称为“量子力学”的 数学体系，这是在20世纪20年代创立的。化学家科克把它的原理应用 到对氦的研究中。比如(假设一个铍原子(有四个电子)与一个氧原 子(有八个电子)进行化合反应。在化合过程中，铍原子交出两个电 子给氧原子，从而使它们结合在一起。用量子力学进行计算的结果 明，铍原子中背对着氧原子的那一侧电子出现的几率非常小。 根据量子力学方程，如果一个氦原子参与进来。它就会与铍原子 上电子出现几率非常小的那一侧共享两个电子，从而形成氦-铍-氧的 化合物。 迄今为止，还没有其他原子化合反应能够产生俘获氦原子的条件， 而且即便是氦-铍-氧，也只有在足以使空气液化的温度条件下，或许 能结合在一起。现在对于化学家来说，必须对在极低温度条件下的物 质进行研究，看看是否真能够通过实践证实理论，迫使氦参与化合反 应，从而打垮这种惰性最强的元素～