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看,有「氙氣」(上)——打破惰性氣體的鐵律

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在「氪」的篇章里,我們提到拉姆塞和助手特拉弗斯發現了氬和氦之後,大膽預言了三個原子量分別為20、82和129的未知元素。

前兩個很快被發現了,分別是氖和氪

他們沒有滿足,他們相信那原子量129的元素一定存在,之前的勝利更加堅定了他們的信念。

所以他們信心滿滿投入工作,將獲得的氖和氪繼續液化、揮發,一個月以後,新元素終於被找到了,拉姆塞用希臘文中的奇異(xenos)命名它為:Xenon,

翻譯為中文是「氙」

(拼音:xian,真的是仙氣哦)。

【54號氙元素果然是很奇異的元素,我們後面慢慢講。】

氙在空氣里比氪還少得多,只有87ppb(十億分之87,體積比),因此它是最昂貴的惰性氣體,價格是氪的10倍,氖的50倍,氬的1000倍。能聯想到,它出現的地方,絕對是高精尖!

【氙離子發動機,它的故事我們下集好好說。】

我們知道氖是霓虹元素,將它加入燈管,通電以後會顯示紅光,氙也有這本事,只是它釋放出來的是強烈的藍白色光。

這種藍白色光和太陽光非常接近,因而廣受人們青睞。

20世紀30年代,美國工程師哈羅德*艾格頓在開發高速攝影技術,需要配套特製的閃光燈。在開發過程中,他將氙氣裝入一根玻璃管,兩頭通上頻率很高、時間間隔極短的電流,發出強烈的藍白色光的高頻閃光燈被發明出來了。

艾格頓依靠這根「氙閃光燈」,成功的將曝光時間縮短到一微秒,高速攝影技術迎來了新的里程碑。

【艾格頓發明的「氙閃光燈」。】

二戰結束之後,氙燈得到了更廣泛的用途,1954年,德國科隆世界照明和電影博覽會上,蔡司-依康公司展出了第一隻作為電影放映光源的氙燈,這一發明立刻傳遍全球。在以前的電影院里,那放映機投射出的藍白色光就來自氙燈,現在氙燈已經逐漸被激光技術所取代。

以前的汽車燈也用的氙燈,現在也逐漸被更廉價的鹵素鹼金屬化合物所取代。

索尼和諾基亞的一些手機閃光燈也用過氙燈,超薄手機成為時尚之後,略顯笨重的氙燈力有不逮,逐漸被LED取代。

【沐浴著氙燈輝光的「亞特蘭蒂斯」號太空梭。】

1939年,美國醫師貝恩克受命對深海潛水員一種奇怪的病展開調查,潛水員在極限深度下,會頭暈目眩,好像 「醉酒」一樣。他研究後發現,這種怪病竟然來自空氣里極低含量的氙氣,潛水越深,氙氣的麻醉效果越明顯。

1941年,蘇聯毒理學家拉扎列夫也發現了這一現象。1946年,美國藥物研究員勞倫斯用小老鼠做實驗,並發表了論文,指出了氙氣的麻醉特性。

1951年,美國首次用1/5氙氣和4/5氧氣混合,作為麻醉劑成功的在兩個病人身上實驗,效果非常好,不僅對神經系統沒有傷害,還對大腦有保護作用。但是氙氣還是太貴,這種麻醉劑沒有推廣開。

【這種氙氣麻醉系統很少見。】

拉姆塞發現惰性氣體之後的很長一段時間裡,惰性氣體被認為是高冷的冰美人,根本看不上其他元素,死活也不會跟它們結合。但這一「鐵律」在1962年被打破了,在化學家「媒婆」的撮合下,終於有惰性氣體春心蕩漾了。

巴特萊特是加拿大英屬哥倫比亞大學的一位講師,他的研究方向是氟元素的化合物。他發現六氟化鉑的氧化性能特彆強,甚至能氧化氧氣,得到六氟合鉑酸氧。他看到氧氣和氙氣的電離電位非常接近,於是突發奇想,是不是可以用六氟化鉑去檢驗一下氙這種傳說中的冰美人呢?

他果然獲得成功,第一種惰性氣體的化合物——六氟合鉑酸氙——誕生了。

【第一個得到惰性氣體化合物的化學家:巴特萊特。】

在這之後,化學家這些「媒婆」們發現原來惰性氣體這些冰美人也並非無孔不入,於是都來撮合其他元素和惰性氣體談婚論嫁。氡、氪、氬的防線輪番被破,截至1971年,化學家已經發現了80種氙的化合物,原來,在冰美人的外表下,氙元素其實也很「水性楊花」。

氙的氟化物就有二氟化氙、四氟化氙和六氟化氙三種,後來甚至還發現了二氯化氙,但也有質疑表明這其實是氯原子和氙原子依靠范德華力結合在一起,並不是共價鍵結合的二氯化氙分子。

【四氟化氙晶體。】

將六氟化氙和水反應,就可以得到氙的氧化物三氧化氙。除此之外,還有二氧化氙、四氧化氙。

用二氟化氧和氙反應,可以得到各種各樣的氟氧化氙:XeOF2, XeOF4, XeO2F2, XeO3F2。

氙甚至可以生成有機物,比如[C6F5]2Xe,[C6F5]是氟代苯基。

還有一種奇異的化合物氟銻酸氙:Xe2Sb2F11,其中竟然有Xe–Xe鍵,這是最長的同元素化學鍵。

氙是惰性氣體,金是不活躍的金屬,但氙的冰冷竟然讓金也動了凡心,金和氙竟然可以形成四氙合金離子。

【四氙合金離子。】

氙元素還有一件小軼事,1989年,IBM公司的科學家們展示了一種移動原子的技術,用掃描隧道顯微鏡將35個氙原子在鎳晶體表面排布成IBM的名稱。「氙」元素見證了納米技術的誕生!

其實,「奇異」的氙元素魅力遠不止如此,下一集我們繼續看看它如何幫助我們走向太空。

【35個氙原子排列成IBM。】

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