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芬蘭科學(xué)家合成惰性氣體元素氬化合物

芬蘭赫爾辛基大學(xué)的科學(xué)家在24日出版的英國(guó)《自然》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們合成了惰性氣體元素氬的穩(wěn)定化合物--氟氬化氫，分子式為HArF。這樣，6種惰性氣體元素氦、氖、氬、氪、氙和氡中，就只有原子量較小的氦和氖尚未被合成穩(wěn)定化合物了。惰性氣體可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、光學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域，HArF模型合成惰性氣體穩(wěn)定化合物有助于科學(xué)家進(jìn)一步研究惰性氣體的化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用技術(shù)。

在惰性氣體元素的原子中，電子在各個(gè)電子層中的排列，剛好達(dá)到穩(wěn)定數(shù)目。因此原子不容易失去或得到電子，也就很難與其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此這些元素被稱(chēng)為"惰性氣體元素"。

在原子量較大、電子數(shù)較多的惰性氣體原子中，外層的電子離原子核較遠(yuǎn)，所受的束縛相對(duì)較弱。如果遇到吸引電子強(qiáng)的其他原子，這些外層電子就會(huì)失去，從而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。1962年，加拿大化學(xué)家合成了氙和氟的化合物。此后，氡和氪各自的化合物也出現(xiàn)了。

原子越小，電子所受約束越強(qiáng)，元素的"惰性"也越強(qiáng)，因此合成氦、氖和氬的化合物更加困難。赫爾辛基大學(xué)的科學(xué)家使用一種新技術(shù)，使氬與氟化氫在特定條件下發(fā)生反應(yīng)，形成了氟氬化氫。它在低溫下是一種固態(tài)穩(wěn)定物質(zhì)，遇熱又會(huì)分解成氬和氟化氫?？茖W(xué)家認(rèn)為，使用這種新技術(shù)，也可望分別制取出氦和氖的穩(wěn)定化合物。

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在加拿大工作的英國(guó)年輕化學(xué)家巴特列特(N.Bartlett)一直從事無(wú)機(jī)氟化學(xué)的研究。自1960年以來(lái)，文獻(xiàn)上報(bào)道了數(shù)種新的鉑族金屬氟化物，它們都是強(qiáng)氧化劑，其中高價(jià)鉑的氟化物六氟化鉑(PtF6)的氧化性甚至比氟還要強(qiáng)。巴特列特首先用PtF6與等摩爾氧氣在室溫條件下混合反應(yīng)，得到了一種深紅色固體，經(jīng)X射線(xiàn)衍射分析和其他實(shí)驗(yàn)確認(rèn)此化合物的化學(xué)式為O2PtF6，其反應(yīng)方程式為:

O2+PtF6→O2PtF6

這是人類(lèi)制得O+2的鹽，證明PtF6是能夠氧化氧分子的強(qiáng)氧化劑。巴特列特頭腦機(jī)敏，善于聯(lián)想類(lèi)比和推理。他考慮到O2的電離能是1175.7千焦/摩爾，氙的電離能是1175.5千焦/摩爾，比氧分子的電離能還略低，既然O2可以被PtF6氧化，那么氙也應(yīng)能被PtF6氧化。他同時(shí)還計(jì)算了晶格能，若生成XePtF6，其晶格能只比O2PtF6小41.84千焦/摩爾。這說(shuō)明XePtF6一旦生成，也應(yīng)能穩(wěn)定存在。于是巴特列特根據(jù)以上推論，仿照合成O2PtF6的方法，將PtF6的蒸氣與等摩爾的氙混合，在室溫下竟然輕而易舉地得到了一種橙色固體XePtF6:

Xe+PtF6→XePtF6 該化合物在室溫下穩(wěn)定，其蒸氣壓很低。它不溶于非極性溶劑四氯化碳，這說(shuō)明它可能是離子型化合物。它在真空中加熱可以升華，遇水則迅速水解，并逸出氣體:

2XePtF6+6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2+12HF

認(rèn)識(shí)上的障礙一旦拆除，更多的稀有氣體化合物很快被陸續(xù)合成出來(lái)。就在同年8月，柯拉森(H.H.Classen)在加熱加壓的情況下，以1∶5體積比混合氙與氟時(shí)，直接得到了XeF4，年底又制得了XeF2和XeF6。氙的氟化物的直接合成成功，更加激發(fā)了化學(xué)家合成稀有氣體化合物的熱情。在此后不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，人們相繼又合成了一系列不同價(jià)態(tài)的氙氟化合物、氙氟氧化物、氙氧酸鹽等，并對(duì)其物理化學(xué)性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵本質(zhì)進(jìn)行了廣泛的研究和探討，從而大大豐富和拓寬了稀有氣體化學(xué)的研究領(lǐng)域。到1963年初，關(guān)于氪和氡的一些化合物也陸續(xù)被合成出來(lái)了。至今，人們已經(jīng)合成出了數(shù)以百計(jì)的稀有氣體化合物，但卻限于原子序數(shù)較大的氪、氙、氡，至于原子序數(shù)較小的氦、氖、氬，仍未制得它們的化合物，但有人已從理論上預(yù)測(cè)了合成這些化合物的可能性。1963年，皮門(mén)陶(Pimentaw)等人根據(jù)HeF2的電子排布與穩(wěn)定的HF-2離子相似這一點(diǎn)，提出了利用核反應(yīng)制備HeF2的3種設(shè)想:(1)制取TF-2，再利用氚〔3H(T)〕的β衰變合成HeF2:TF-2→HeF2+β;(2)用熱中子輻射LiF，生成HeF2;(3)直接用α粒子轟擊固態(tài)氟而產(chǎn)生HeF2。但毛姆等人則認(rèn)為，HeF2和HF-2的電子排布雖然相似，但HF-2可以看成是一個(gè)H-跟兩個(gè)F原子作用成鍵，H-的電離能僅為22.44千焦/摩爾，而He的電離能卻高達(dá) 801.5千焦/摩爾，因此是否存在HeF2，在理論上是值得懷疑的，氦能否形成化合物，至今仍是個(gè)不解之謎。

儲(chǔ)存于通風(fēng)庫(kù)房，遠(yuǎn)離火種、熱源;氣瓶應(yīng)有防正式壓呼吸器倒措施。大于10立方米低溫液體儲(chǔ)槽不能放在室內(nèi)。瓶裝氣體產(chǎn)品為高壓充裝氣體，使用時(shí)應(yīng)經(jīng)減壓降壓后方可使用。包裝的氣瓶上均有使用的年限，凡到期的氣瓶送往有部門(mén)進(jìn)行安全檢驗(yàn)，方能繼續(xù)使用。每瓶氣體在使用到尾氣時(shí)，應(yīng)保留瓶?jī)?nèi)余壓在0.5MPa，不得低于0.25MPa余壓，應(yīng)將瓶閥關(guān)閉，以保證氣體質(zhì)量和使用安全。瓶裝氣體產(chǎn)品在運(yùn)輸儲(chǔ)存、使用時(shí)都應(yīng)分類(lèi)堆放，嚴(yán)禁可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w堆放在一起，不準(zhǔn)靠近明火和熱源，應(yīng)做到勿近火、勿沾油臘、勿爆曬、勿重拋、勿撞擊，嚴(yán)禁在氣瓶身上進(jìn)行引弧或電弧，嚴(yán)禁野蠻裝卸。

氬本身沒(méi)有毒,但在高濃度時(shí)有窒息作用。當(dāng)空氣中氬氣濃度高于33%時(shí),即氧氣濃度比平時(shí)減少 2/3以下時(shí),就有窒息的危險(xiǎn)。當(dāng)氬氣濃度超過(guò)50% 時(shí),出現(xiàn)嚴(yán)重癥狀,濃度達(dá)75%以上時(shí),能在數(shù)分鐘內(nèi)死亡。

窒息癥狀表現(xiàn)為,開(kāi)始出現(xiàn)呼吸加快,注意力減退,肌肉運(yùn)動(dòng)失調(diào),繼而出現(xiàn)判斷力下降,失去所有感覺(jué),情緒不穩(wěn),全身疲乏,進(jìn)而出現(xiàn)惡心、嘔吐、衰弱、意識(shí)喪失、痊孿、昏睡,以致死亡。液態(tài)氬濺入眼內(nèi)可引起炎癥,觸及皮膚可引起dong傷。氬氣可用玻璃瓶或鋼瓶貯裝。

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