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芬蘭科學家合成惰性氣體元素氬化合物

芬蘭赫爾辛基大學的科學家在24日出版的英國《自然》雜志上報告說，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。惰性氣體可廣泛應用于工業(yè)、醫(yī)療、光學應用等領域，HArF模型合成惰性氣體穩(wěn)定化合物有助于科學家進一步研究惰性氣體的化學性質及其應用技術。

在惰性氣體元素的原子中，電子在各個電子層中的排列，剛好達到穩(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發(fā)生化學反應，因此這些元素被稱為"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，所受的束縛相對較弱。如果遇到吸引電子強的其他原子，這些外層電子就會失去，從而發(fā)生化學反應。1962年，加拿大化學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，元素的"惰性"也越強，因此合成氦、氖和氬的化合物更加困難。赫爾辛基大學的科學家使用一種新技術，使氬與氟化氫在特定條件下發(fā)生反應，形成了氟氬化氫。它在低溫下是一種固態(tài)穩(wěn)定物質，遇熱又會分解成氬和氟化氫。科學家認為，使用這種新技術，也可望分別制取出氦和氖的穩(wěn)定化合物。

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

O2+PtF6→O2PtF6

這是人類制得O+2的鹽，證明PtF6是能夠氧化氧分子的強氧化劑。巴特列特頭腦機敏，善于聯(lián)想類比和推理。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，那么氙也應能被PtF6氧化。他同時還計算了晶格能，若生成XePtF6，其晶格能只比O2PtF6小41.84千焦/摩爾。這說明XePtF6一旦生成，也應能穩(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

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認識上的障礙一旦拆除，更多的稀有氣體化合物很快被陸續(xù)合成出來。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，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)了化學家合成稀有氣體化合物的熱情。在此后不長的時間內(nèi)，人們相繼又合成了一系列不同價態(tài)的氙氟化合物、氙氟氧化物、氙氧酸鹽等，并對其物理化學性質、分子結構和化學鍵本質進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的研究領域。到1963年初，關于氪和氡的一些化合物也陸續(xù)被合成出來了。至今，人們已經(jīng)合成出了數(shù)以百計的稀有氣體化合物，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測了合成這些化合物的可能性。1963年，皮門陶(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，提出了利用核反應制備HeF2的3種設想:(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。但毛姆等人則認為，HeF2和HF-2的電子排布雖然相似，但HF-2可以看成是一個H-跟兩個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 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，至今仍是個不解之謎。

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

窒息癥狀表現(xiàn)為,開始出現(xiàn)呼吸加快,注意力減退,肌肉運動失調,繼而出現(xiàn)判斷力下降,失去所有感覺,情緒不穩(wěn),全身疲乏,進而出現(xiàn)惡心、嘔吐、衰弱、意識喪失、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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