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* * 元素发现史Discovery of chemical element 2010-11-11 第八章 稀有气体元素的发现 稀有气体元素指氦、氖、氩、氪、氙、氡、Uuo共7种元素。 它们在元素周期表上位于最右侧的零族，因此亦称零族元素。 稀有气体元素的单质在常温下为气体，除氩气外，其余几种在大气中含量很少，故得名“稀有气体”，化学性质稳定，不易同其它物质发生反应，也称为“惰性气体”。 拉姆塞 英国化学家 William Ramsay 1852一1916 为周期表增补新家族 14岁入学苏格兰格拉斯高学院(University of Glasgow) 1870年大学毕业赴德海德堡拜本生为师学习一年 1888年被选为英国皇家学会会员 1894年～1898年先后发现了氩、氦、氪、氖、氙 拉姆塞把发现的氦、氖、氩、氪和氙等气体，作为一族，完整地插入了化学元素周期表中，使化学元素周期表更加完善，这一工作，比每一个单独元素的发现都更为重要。 拉姆塞一生著作很多，主要有《近代理论与系统化学》、《大气中的气体》、《现代化学》、《元素与电子》、《传记与化学论文集》等。 拉姆塞告诫他的学生，做学问应当“多看、多学、多试验，如取得成果，绝不炫耀。学习和研究中要顽强努力，一个人如果怕费时、怕费事，则将一事无成。” “在没有科学想像力的人看来，从事准确而细致的量度，比之专力寻求某种新颖的事物，其工作的卓越与崇高似大有轩轾，而认为后者胜于前者。其实，一切科学上的最大发现，几乎完全来自精确的量度，以及由许多总结数字而能明察秋毫中得来，后者只是前者长期孜孜勤劳研究的酬报而已。” 第一 节 千分位误差引出了重大发现---氩 1772年、1774年分别发现氧和氮之后的一百多年 空气组成 氧气 ～1/5 氮气 ～4/5 炭酸气（CO2） 水气 ╳ 空气中新元素的探索 英国物理学家瑞利（Ragleigh, L., 1842-1919） 1879年，物理学权威麦克斯韦尔(Maxwell, C.)去世，瑞利继任剑桥大学卡文迪许实验室主任。 出身名望贵族的瑞利注重严格定量研究，作风严谨，对研究给果要求极为准确，实验中善于用简单的设备获得十分精确的数据。 1882年，瑞利开始研究各种气体的密度。 氢氧密度之比 氧气密度的测定 氮气密度的测定 氢氧密度研究：检定氢氧密度之比是否确为1:16 ？ 10年之后（1892年） 结果显示为当氢为1时，氧为15.882，即1.0074：16，这是当时最精确的数据。 现今数据1:15.874 三种方法制取纯氧，分别测得的氧气密度结果一致。 电解水制取氧气（1892） 氯酸钾加热分解制取氧气（1892） 高锰酸钾加热分解制取氧气（1893） 氮气的制取方法不同，所测定的密度数值略有差异。 方法一：空气除氧制取氮气 空气 氮气 红热铜粉末 氮气的密度为1.2572g/L 方法二：由氨制取氮气 浓氨水 氧气 氧、氨混合气 赤热氧化铜 氮气 氮气的密度为1.2508g/L 相差0.0064g千分之五 瑞利思考源自空气的氮气密度大的可能原因： 1、空气中的氮里残留了一点点氧，所以重了？ A: 不可能，氧（1.429 g/L）和氮（1.2505 g/L）的密度相差很小，要混杂大量的氧气才会使密度相差达千分之五。 2、由氨所得的氮中混有一些氢，所以变轻了？ A: 又检验了这种氮，一点儿氢也没有。 3、由空气所制取的氮里会含有象臭氧（O3）一样的N3变体，致使密度变大？ A: 实验结果也否定了这种可能，往氮气中引入电火花（生成O3的条件），氮气体积没有缩小，密度也不增加。 1892年，瑞利被千分位的误差无法得到圆满解释而困惑，似乎氮的密度不一致的问题成了不解之谜。 1892年9月24日，瑞利将这个疑难问题的始末发表在杂志《自然》(Nature) 周刊上，想征求广大化学家的解释，但一直没有得到答复。 不断的实验，结果不变，仍然是空气中制取的氮气密度大于从其他化合物中制取的氮气密度，始终存在千分之五的误差。 从其他化合物制取： 将一氧化氮在赤热的铁上分解 将氧化亚氮在赤热的铁上分解 将亚硝酸铵分解 将尿素和次溴酸钠分解 dN2 =1.2505 g/L 从空气制取： 用赤热的铜除氧（1892年） 用赤热的铁除氧（1893年） 用氢氧化亚铁除氧（1894年） dN2 =1.2572 g/L 1894年4月19日，瑞利在英国皇家学会上作报告，详细介绍了自己遇到的“氮气密度千分位误差”不解之谜。 会后收获 伦敦大学教授拉姆塞认为来自大气中的氮气里一定含有一种较重的杂质— 一种未知的气体，表示愿意和瑞利携手共同研究。 英国化学家