登陆注册
3303300000006

第6章 看不见却离不开的气体(2)

人们为纪念这位大科学家,特意为他树立了纪念碑。后来,他的后代亲属德文郡八世公爵S.C.卡文迪许将自己的一笔财产捐赠剑桥大学,并于1871年建成实验室,它最初是以H.卡文迪许命名的物理系教学实验室,后来实验室扩大为包括整个物理系在内的科研与教育中心,并以整个卡文迪许家族命名。该中心注重独立的、系统的、集团性的开拓性实验和理论探索,其中关键性设备都提倡自制。这个实验室曾经对物理科学的进步作出了巨大的贡献。近百年来卡文迪许实验室培养出的诺贝尔奖金获得者已达26人。麦克斯韦、瑞利、J.J.汤姆逊、卢瑟福等先后主持过该实验室。

英国是19世纪最发达的资本主义国家之一。把科学实验室从科学家私人住宅中扩展出来,成为一个研究单位,这种做法顺应了19世纪后半叶工业技术对科学发展的要求,为科学研究的开展起了很好的促进作用。随着科学技术的发展,科学研究工作的规模越来越大,社会化和专业化是必然的趋势。

霓虹灯为什么五颜六色

稀有气体的单质在常温下为气体,且除氩气外,其余几种在大气中含量很少(尤其是氦),故得名“稀有气体”。

为什么叫做稀有气体

历史上稀有气体曾被称为“惰性气体”,这是因为它们的原子最外层电子构型除氦为1s外,其余均为8电子构型ns2np6,而这两种构型均为稳定的结构。因此,稀有气体的化学性质很不活泼,所以过去人们曾认为它们与其他元素之间不会发生化学反应,称之为“惰性气体”。然而正是这种绝对的概念束缚了人们的思想,阻碍了对稀有气体化合物的研究。

1962年,一个在加拿大工作的26岁的英国青年化学家合成了第一个稀有气体化合物Xe(氙),引起了化学界的很大兴趣和重视。许多化学家竞相开展这方面的工作,先后陆续合成了多种“稀有气体化合物”,促进了稀有气体化学的发展。而“惰性气体”这一名称也不再符合事实,故改称稀有气体。

稀有气体的发现

六种稀有气体元素是在1894年~1900年间陆续被发现的。发现稀有气体的主要功绩应归于英国化学家莱姆赛(Ramsay W,1852~1916)。二百多年前,人们普遍认为,空气里除了少量的水蒸气、二氧化碳外,其余的就是氧气和氮气。

1785年,英国科学家卡文迪许在实验中发现,把不含水蒸气、二氧化碳的空气除去氧气和氮气后,仍有很少量的残余气体存在。这种现象在当时并没有引起化学家的重视。

一百多年后,英国物理学家雷利测定氮气的密度时,发现从空气里分离出来的氮气每升质量是1.2572克,而从含氮物质制得的氮气每升质量是1.2505克。经过多次测定,两者质量相差仍然是几毫克。可贵的是雷利没有忽视这种微小的差异,他怀疑从空气分离出来的氮气里含有没被发现的较重的气体。于是,他查阅了卡文迪许过去写的资料,并重新做了实验。1894年,他在除掉空气里的氧气和氮气以后,得到了很少量的极不活泼的气体。与此同时,雷利的朋友、英国化学家拉姆塞用其他方法从空气里也得到了这样的气体。经过分析,他们判断该气体是一种新物质。由于这气体极不活泼,所以命名为氩(拉丁文原意是“懒惰”)。以后几年里,拉姆塞等人又陆续从空气里发现了氦气、氖气(名称原意是“新的”意思)、氪气(名称原意是“隐藏”意思)和氙气(名称原意是“奇异”意思)。

霓虹灯是城市的美容师,每当夜幕降临时,华灯初上,五颜六色的霓虹灯就把城市装扮得格外美丽。那么,霓虹灯是怎样发明的呢?

据说,霓虹灯是英国化学家拉姆赛在一次实验中偶然发现的。那是1898年6月的一个夜晚,拉姆赛和他的助手正在实验室里进行实验,目的是检查一种稀有气体是否导电。

拉姆赛把一种稀有气体注射在真空玻璃管里,然后把封闭在真空玻璃管中的两个金属电极连接在高压电源上,聚精会神地观察这种气体能否导电。

突然,一个意外的现象发生了:注入真空管的稀有气体不但开始导电,而且还发出了极其美丽的红光。这种神奇的红光使拉姆赛和他的助手惊喜不已,他们打开了霓虹世界的大门。

拉姆赛把这种能够导电并且发出红色光的稀有气体命名为氖气。后来,他继续对其他一些气体导电和发出有色光的特性进行实验,相继发现了氙气能发出白色光,氩气能发出蓝色光,氦气能发出黄色光,氪气能发出深蓝色光……不同的气体能发出不同的色光,五颜六色,犹如天空美丽的彩虹。霓虹灯也由此得名。

太阳元素——氦来到凡间

氦为稀有气体的一种。元素名来源于希腊文,原意是“太阳”。氦在通常情况下为无色、无味的气体,氦是唯一不能在标准大气压下固化的物质。氦是最不活泼的元素,基本上不形成什么化合物。氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂。

发现了宇宙中的氦

1868年8月18日,法国天文学家让桑赴印度观察日全食,利用分光镜观察日全食,从黑色月盘背面散射出的红色火焰,看见有彩色的彩条,是太阳喷射出来的炽热和其他光谱。他发现一条黄色谱线。1868年10月20日,英国天文学家洛克耶也发现了这样的一条黄线。

经过进一步研究,认识到这是一条不属于任何已知元素的新线,因此一种新的元素产生的,这个新元素被命名为helium,来自希腊文helios(太阳),元素符号定为He。这是第一个在地球以外,在宇宙中发现的元素。为了纪念这件事,当时曾铸造一块金质纪念牌,一面雕刻着驾着四匹马战车的传说中的太阳神阿波罗(Apollo)像,另一面雕刻着詹森和洛克耶的头像,下面写着:1868年8月18日太阳突出物分析。

过了二十多年后,拉姆赛在研究钇铀矿时发现了一种神秘的气体。由于他研究了这种气体的光谱,发现可能是詹森和洛克耶发现的那条黄线D3线。但由于他没有仪器测定谱线在光谱中的位置,他只有求助于当时最优秀的光谱学家之一的伦敦物理学家克鲁克斯。克鲁克斯证明了,这种气体就是氦。这样氦在地球上也被发现了。

制取液态氦

1908年7月13日晚,荷兰物理学家卡美林·奥涅斯和他的助手们在著名的莱顿实验室取得成功,氦气变成了液体。他第一次得到了320立方厘米的液态氦。

要得到液态氦,必须先把氦气压缩并且冷却到液态空气的温度,然后让它膨胀,使温度进一步下降,氦气就变成了液体。

液态氦是透明的容易流动的液体,就像打开了瓶塞的汽水一样,不断飞溅着小气泡。

液态氦是一种与众不同的液体,它在-269℃就沸腾了。在这样低的温度下,氢也变成了固体,千万不要使液态氦和空气接触,因为空气会立刻在液态氦的表面上冻结成一层坚硬的盖子。

许多年来,全世界只有荷兰卡美林·奥涅斯的实验室能制造液态氦。直到1934年,在英国卢瑟福那里学习的前苏联科学家卡比查发明了新型的液氦机,每小时可以制造4升液态氦。以后,液态氦才在各国的实验室中得到广泛的研究和应用。

在今天,液态氦在现代技术上得到了重要的应用。例如要接收宇宙飞船发来的传真照片或接收卫星转播的电视信号,就必须用液态氦。接收天线末端的参量放大器要保持在液氦的低温下,否则就不能收到图像。

铝膜气球,国内也有叫铝箔气球、氢气球、氦气球,根据其使用场合的不同可分为:生日派对气球、玩具卡通铝膜气球、礼品气球、装饰气球、广告气球、情人节气球、儿童节气球、圣诞节气球、春节氢气球等各类节日气球。在国内一般都是采用氢气来充气,所以国内的人一般都叫它为氢气球,但是使用氢气的缺点就是比较危险。而国外一般都是使用氦气来给铝膜气球充气,所以一般国外都叫做氦气球。

氦气球真正开始生产于20世纪70年代末,之前由于小孩子玩耍乳胶气球时容易爆破,而且气体保持时间也比较短,所以人们一直想研制一种气球,既能较长时间的保持气体不漏气,又能承受小孩子的重量。终于在20世纪70年代末找到了铝膜这种材料。而氦气是惰性气体,所以用来填充气球不会有任何危险。这些生产出来的氦气气球表面印刷看起来不仅非常的精美,而且还可生产出大小不一的恐龙、米奇、唐老鸭、海豚、飞机、老虎、大象等各种外形的铝膜气球。产品一经问世就深受人们喜爱。

不稀有的稀有气体——氩

氩是一种单质、无色、无臭、无味的稀有气体,是目前最早发现的稀有气体。氩气在自然界中含量很多,但化学性极不活泼,因此它既不能燃烧,也不能助燃,但却是稀有气体中在空气中含量最多的一个。氩气被广泛应用到冶金工业。

氩的发现过程

氩曾经在1785年由亨利·卡文迪许制备出来,但卡文迪许却没发现这是一种新的元素;直到1894年,约翰·威廉·斯特拉斯和苏格兰的化学家威廉·拉姆齐才通过实验确定氩是一种新元素。他们主要是先从空气样本中去除氧、二氧化碳、水汽等得到的氮气与从氨分解出的氮气比较,结果发现从氨里分解出的氮气比从空气中得到的氮气轻1.5%。虽然这个差异很小,但是已经大到误差的范围之外。所以他们认为空气中应该含以一种不为人知的新气体,而那个新气体就是氩气。

另外1882年H.F.纽厄尔和W.N.哈特莱从两个独立的实验中观测空气的颜色光谱时,发现光谱中存在已知元素光谱无法解释的谱线,但并没有意识到那就是氩气。由于在自然界中含量很多,氩是目前最早发现的稀有气体,目前它的符号为Ar。

不是很稀有的稀有气体

氩在地球大气中的含量以体积计算为0.934%,而以质量计算为1.29%,至于在地壳中可说是完全不含氩,因为氩在自然情况下不与其他化合物反应,而无法形成固态物质。也因为这样,工业用的氩大多就直接从空气中提取。主要是用分馏法提取,而像氮、氧、氖、氪、氙等气体也都是这样从空气中提取的。

在火星的大气中,氩-40以体积计算的话占有1.6%,而氩-36的浓度为5ppm;另外1973年水手号计划的太空探测器飞过水星时,发现它稀薄的大气中占有70%氩气,科学家相信这些氩气是从水星岩石本身的放射性同位素衰变而成的。卡西尼—惠更斯号在土星最大的卫星,也就是泰坦上,也发现少量的氩。

氩稳定的同位素有24种,一般来说稳定的氩-40是由地壳中的钾-40(40K)经由电子俘获或正子发射衰变来的。钾-40以这两种方式衰变成氩只占所有的11.2%,另外还有88.8%的氩经由钙-40(40Ca)的β衰变而来。这个特性可以被用来测定岩石的年龄。

在地球大气中,不稳定的氩-39(39Ar)可经由宇宙射线轰击氩-40而生成,另外也可以经由钾-39(39K)的中子俘获而来。至于氩-37,则可以从(37Ar)核试验中形成的钙的人造同位素衰变而来,氩-37的寿命非常短,半衰期只有35天。

同类推荐
  • 奇妙的发明(科学知识大课堂)

    奇妙的发明(科学知识大课堂)

    为了普及科学知识,探索科学发展的历程,领略科学丰富多彩的趣味,弘扬科学名家的丰功伟绩,学习科学家不懈的创新精神与无私的奉献精神,培养青少年科学、爱科学的浓厚兴趣,并密切结合青少年朋友日常的生活与学习特点,我们组织编写了这套《科学知识大课堂》。作为一套普及科学知识的通俗读物,本书有别于专业的学术论著,侧重于知识性、趣味性、实用性,注重对青少年科技素质的培育、科学兴趣的培养、科学精神的塑造与科学方法的启迪,不求面面俱到,但求言之有物,物有所指,指有所发。
  • 生活知识百科(第三册)

    生活知识百科(第三册)

    进入新世纪以来,人们的生活发生了巨大的变化,科学知识比以往任何时期都显著地改变着人们的生活,影响着人们的生活,人们开始注重自己的生活质量,提高自己的生活水准。时代在发展,生活在进步,家庭生活知识需要不断更新,因为更完善、更及时地向人们介绍生活知识已经成为大众的普遍需要。本书针对家庭生活知识的方方面面进行了科学的指导,是专门介绍家庭生活知识的百科式的工具书。其对于指导人们的日常生活,帮助人们提高其生活质量,有着其他图书不可替代的重要作用。
  • 大自然的报复

    大自然的报复

    人类社会经济的跨越式的发展和对大自然资源的过分的攫取,在破坏了自然环境的同时,也威胁着人类自身的发展,在自然灾害频发的今天,人类也逐渐认识到了保护环境的重要性。我们面临着怎么的生存环境的问题?自然灾害的频发与人类疾病有着怎么的关系?自然灾害的产生与人类活动具体有着怎样的联系?我们又该怎么去应对已经出现的环境问题?只有充分的了解了这些,才能提高我们环境保护的意识。
  • 医疗:疾病克星(青少年科学探索·求知·发现丛书)

    医疗:疾病克星(青少年科学探索·求知·发现丛书)

    本书讲述的是药物与医疗技术发明发现背后那些鲜为人知,然而又令人着迷并展示伟大人性以及科学探索的故事。收集积累了大量的第一手资料和研究轶事以及很多当今医学界的最新研究成果与信息,将其一一展现在读者的眼前。
  • 购物指南(现代生活百科)

    购物指南(现代生活百科)

    以最少的付出换取最大的“效用”,这是花钱购物的最高经济原则。花钱购物应该有一定的计划性。每个家庭都应该有远期、中期、近期的打算,先拟好支出项目,编订预算。在编定预算时,应量入为出,只能开支已有或确有把握的收入,而且应留有余地。要反复地考虑,妥当安排吃、穿、住、用、赡养、教育、文娱、交往、储蓄等生活费用的比例,对全家共同需求和个别需要作统筹安排。从安排次序讲,一般要首先保证全家的吃住,保证尽到赡养之资,保证子女的教育费用,安排好婚嫁事宜,然后才是娱乐、发展费用。从安排重点讲,穿的多想到青年,尤其是女孩;吃的方面多想到幼童和老年年人,当然,中年夫妻也不能太“苦”了自己。
热门推荐
  • The Message

    The Message

    本书为公版书,为不受著作权法限制的作家、艺术家及其它人士发布的作品,供广大读者阅读交流。汇聚授权电子版权。
  • 幻九域

    幻九域

    消瘦少年~情仇忘我,不抛弃不放弃~踏雷与天斗,踏地震山河~傲世群雄,笑看红尘~九域大陆,强者之尊。
  • 淝水之战

    淝水之战

    淝水之战,发生于公元383年,是东晋时期北方的统一政权前秦向南方东晋发起的侵略吞并的一系列战役中的决定性战役,结果有绝对优势的前秦败给了东晋,国家也因此衰败灭亡,北方各民族纷纷脱离了前秦的统治先后建立了十余个小国。而东晋则趁此北伐,把边界线推进到了黄河,并且此后数十年间东晋再无外族侵略。
  • 超光速运行

    超光速运行

    美国国防部技术发展局下属一个公司:该公司资深工程师华裔科学家傅冬民在试验发明一种速度超过光速最少100倍的武器。这种武器将使美国所有的研究全部白做,因为你想攻击目标,你刚摁下电钮,你自己就灭亡了;你用光速攻击,他用超光速反击,你根本连反应的时间都没有。然而傅冬民却以间谍泄密罪被捕了。拿探员库克的话来说:因为他是中国人。
  • 捡来的爱情:误惹霸气校草

    捡来的爱情:误惹霸气校草

    她,在学校里她倍受欢迎,接二连三的遇到帅哥。他,是一个恶魔的男孩,他风流无比,只要他想到得到的没有他得不到的。在他遇见她的那一刻起,他便改变自己。他是她老姐老公的儿子,对她倍加的疼爱有加,甚至为了她差点付出了生命。最终她会选择谁呢?是深爱的那个他呢?还是救命恩人呢?读者群:150966487欢迎大家的加入,加入时写上女主名字。
  • 我的囚徒日记(全3册)

    我的囚徒日记(全3册)

    秦寒在武警部队服役期满,回家后和朋友做着生意,本身有着令人羡慕的家庭和前途。却因为商务纠纷,一时不慎,走进了监狱。监狱的一切将单纯耿直的秦寒的三观彻底颠覆,人生迅速落入谷底,目睹人性丑恶和现实无情的秦寒,最终选择了妥协,参与了狱内的争斗,在别人的指示下向监狱老大刘贵出手。并且获得了成功,自己行尸走肉的生活也过得不那么悲惨,但是沉沦之后心中的纠结却难以释怀。
  • 异世狂后之嫡女归来

    异世狂后之嫡女归来

    [高甜文1V1]明明是嫡女的身份受到的待遇却比下人还不如,明明是小姐,却要做着下人该做的事…这,是在欺负她不懂这边的规矩吗?呵呵~不急,姐来教教你们什么叫做规矩,在这里,老娘就是规矩!
  • 妙曼

    妙曼

    她,是一个普通的官员之女他,是高高在上的真龙天子这,是一个孤独灵魂互相治愈的故事。
  • 暴女驯夫

    暴女驯夫

    【本篇作品已经加入了5折书库!全部看完只需花2元左右!】◆什么?这个满头白发,满脸白胡子的死老头说的这是什么意思?什么叫她前世是个花仙?什么叫她因触犯天条而被罚下凡去转世投胎?什么叫他们一不小心给弄错了她的出生时间?什么叫现在要把她弄回她本应该去的兰廷王朝?靠!她是谁?她是暗隐,是联合国特种部队反恐精英第一小组组长!一个从小就接受二十一世纪科学教育长大的天才!别以为他有点那飘飘然的仙气他就真的是神仙了!她会相信他才怪!拜托,这种纯属迷信好不好?!他再敢乱说话,她一定把他揍的满地找牙!别以为她长了张人见人欺的娃娃脸就好欺负了!她的宗旨就是以暴力解决一切!不用怀疑!她可是反恐小组里最能打的那个!◇这管家在搞什么?让他给他儿子找一个武功高强的侍卫,他却领来个看起来只有十四、五岁的小女孩来?难道他真的老糊涂了吗?什么?她说她已经二十六岁了?不可能!什么?她说他们没一个是她的对手?更加不可能!什么?她说她能帮他管教好他那已经前后修理走一百多个夫子和武术师傅的儿子?绝对不可能!☆默默的群号是:85032737★黙的作品:【前妻带球跑】【暴女虐夫】【女巫翩翩闯古代】
  • 影帝大佬的坑妻日常

    影帝大佬的坑妻日常

    【甜宠明星1V1双洁】小小写手,忽然被天上掉下来的馅饼砸中,知名影视公司居然要购买她的影视版权?出演的人还是大受欢迎的影帝?不过果然天下没有白吃的午餐,谁能告诉他死乞白赖留在他这个小屋子里的人,真的是那个高冷的影帝嘛???“你到底走不走?”于清芸站在门口一脸怒意的看着沙发上的人,“你再不走,你信不信我直接一个电话打狗仔队去?”男人躺在比自己短了一大截的沙发上,一脸潇洒,“你打吧,我正想把你这个绯闻女友坐实呢?”“你……你无耻!” “我还可以更无耻一点,需要吗?” “……”求问,她可以把这个人扔出去吗??? 坐看藏起了尾巴的大灰狼,如何将蠢萌的小白兔一口吞下!