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【裕隆气体】惰性气体真的“懒惰”吗?

发表时间:2020-01-10 16:56

元素周期表里最右边有一列元素,它们被认为是“懒惰”的元素,所以称为惰性气体(inert gas)。大部分元素的原子都愿意与其它原子一起共享电子,构成化学键,结合成分子。唯独惰性气体与众不同,它们的原子核最外层的电子数量达到了这一层所能容纳的电子数量的上限,所以把这一层的位置全部占满了,既没有空位共享给其它原子,又没有欲望夺取其它原子的电子。惰性气体的原子对自己的状态很满意,所以不容易与其它原子结合在一起。在整个地球上,还没有发现过天然的、含有惰性气体元素的化合物。

科学家不忍心看惰性气体一直单身,从20世纪开始,在实验室里探索惰性气体能不能与其它元素结合。1925年,科学家令最小的惰性气体氦(He)将一个电子共享给了最小的离子氢离子(H),合成了氦合氢离子(HeH)。它是一种带正电荷的“分子离子”,化学家并不十分满意,因为“分子离子”严格来讲并不能算是一种稳定的化合物。1962年,化学家尼尔·巴特利特(Neil Bartlett)令氙(Xe)、氟和铂在一起发生反应,获取了一种芥黄色的物质——六氟合铂酸氙。它不带电荷,是一种电中性的分子,这是人类第一次合成出惰性气体化合物。

放眼整个宇宙,惰性气体元素的含量相当丰富。氦仅次于氢,是宇宙中第2多的元素,氖(Ne)也排在第5或第6位。宇宙的环境与地球大不相同,地球上想都不敢想的各种极端条件在宇宙中可谓是应有尽有,想找个像地球这样条件温和的星球可是不太容易哦。所以,在太空中寻找各种惰性气体化合物并不是难事。

国际顶级学术期刊《科学》在2013年报道了一种在宇宙中发现的、纯天然的、含有惰性气体元素的“分子离子”,氩合氢离子(ArH)。氩在地球上也是含量很丰富的元素,仅次于氮气和氧气,在空气的成分中位居第三,远高于二氧化碳。然而因为化学性质不活泼,所以氩成了一种存在感很薄弱的元素。

科学家在探索宇宙的时候,敏锐地注意到有一种特别的物质在吸收波长485微米的远红外光,它就是氩合氢离子。它是怎么产生的呢?在宇宙射线的轰击下,氩原子丢失一个电子,变成氩离子(Ar),它不甘心缺失一个电子,所以从宇宙中含量最为丰富的氢原子那里抢夺电子,氢原子顺势与氩结合在了一起。

氦的原子比氩更小,所以找到氩合氢离子之后,科学家推断必然存在氦合氢离子,也就是1925年科学家在地球上的实验室里合成出来的那种不能算作稳定化合物的“离子分子”。

科学家花了大约四十年的时间寻找宇宙中的氦合氢离子,终于到了2019年,在探测一个较为年轻的行星状星云(编号NGC 7027)时,找到了HeH。科学家认为氦与氢结合成氦合氢离子是宇宙演化的第1步,大约从宇宙大爆炸发生之后的10万年左右,就开始产生这种结构简单的分子离子。

结语

宇宙这么大,什么都有可能发生。或许还存在氖氢离子、氪氢离子或氙氢离子,等待科学家去发现,一步步揭示宇宙的奥秘。


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