第13-章氫和稀有氣體

無(wú)機(jī)化學(xué)（下冊(cè)第四版）講義·燕翔（化學(xué)教研室）第13章氫和稀有氣體PAGE22PAGE21第13章氫和稀有氣體[教學(xué)要求]1、掌握氫原子的性質(zhì)、成鍵特征、氫化物。2、了解稀有氣體的原子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途。[教學(xué)重點(diǎn)]氫的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)。[教學(xué)難點(diǎn)]稀有氣體化合物的性質(zhì)。[教學(xué)時(shí)數(shù)]2學(xué)時(shí)[教學(xué)內(nèi)容]13-1氫13-2稀有氣體[

教學(xué)方法與媒體]講解，ppt展示。13.0元素化學(xué)引論迄今為止，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素和人工合成的元素共113種，其中非金屬元素有22種，金屬元素有91種。從第四篇起我們將系統(tǒng)地學(xué)習(xí)元素化學(xué)，即周期系中各族元素的單質(zhì)及其化合物的存在、性質(zhì)、制備和用途等。一、元素化學(xué)元素化學(xué)是研究元素所組成的單質(zhì)和化合物的制備、性質(zhì)及其變化規(guī)律的一門學(xué)科，它是各門化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，也是無(wú)機(jī)化學(xué)的中心內(nèi)容。元素及其化合物性質(zhì)對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人類生活產(chǎn)生著巨大的影響義。本篇起系統(tǒng)學(xué)習(xí)元素化學(xué)，即周期系中各族元素及其化合物的存在、性質(zhì)、制備和用途等。無(wú)機(jī)物單質(zhì)、化合物的性質(zhì)：酸堿性質(zhì)、沉淀溶解性質(zhì)、配位性質(zhì)、氧化還原性質(zhì)學(xué)習(xí)目的：進(jìn)一步地應(yīng)用無(wú)機(jī)化學(xué)基本原理(主要是熱力學(xué)原理及結(jié)構(gòu)原理)去學(xué)習(xí)元素的單質(zhì)及其化合物的存在、制備、性質(zhì)及性質(zhì)的變化規(guī)律,從而進(jìn)一步加深了對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)基本原理的理解,進(jìn)一步運(yùn)用有關(guān)原理去研究、討論、說(shuō)明、理解、預(yù)測(cè)相應(yīng)的化學(xué)事實(shí),從而掌握提出問題,分析問題,解決問題的能力。二、元素化學(xué)的內(nèi)容1.物質(zhì)的存在；2.物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性質(zhì)(物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì))；3.重要單質(zhì)、化合物的主要工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室制法；4.重要單質(zhì)、化合物的規(guī)律性變化和用途（應(yīng)用）。三、學(xué)習(xí)方法元素?zé)o機(jī)化學(xué)的特點(diǎn)：內(nèi)容龐雜，敘說(shuō)繁瑣，知識(shí)零散，要記的東西多，規(guī)律性較少，不易理解、記憶困難。1、理論指導(dǎo)：熱力學(xué)理論（宏觀角度——統(tǒng)計(jì)）、物質(zhì)結(jié)構(gòu)（微觀結(jié)構(gòu)——分子結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)）。2、預(yù)習(xí)——復(fù)習(xí)——總結(jié)：規(guī)律性、特殊性、反常性,記憶重要性質(zhì)。3、注重實(shí)驗(yàn)。4．作業(yè)。四、元素化學(xué)概況1、元素的含量和分布各種元素在地球上的含量相差極為懸殊。一般說(shuō)來(lái)，較輕的元素含量較多，較重的元素含量較少；原子數(shù)為偶數(shù)的元素含量較多，原子數(shù)為奇數(shù)的元素含量較少。10203040506070809010203040506070809086420–2PbBiPbThXeScFeO原子序數(shù)log（相對(duì)豐度）偶數(shù)Z奇數(shù)Z地球表面下16千米厚的巖石層稱為地殼，地殼包括巖石圈、水圈、大氣圈，約占地球總重量的0.7%元素在地殼中的含量稱為豐度，常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)或原子百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。為了紀(jì)念美國(guó)地球化學(xué)家克拉克在計(jì)算地殼內(nèi)元素平均含量所作的貢獻(xiàn)，通常把元素在地殼中含量的百分比稱為克拉克值。如以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，稱為質(zhì)量克拉克值；若以原子百分?jǐn)?shù)表示，則稱為原子克拉克值。地殼中含量居前十位元素見下表元素OSiAlFeCaNaKMgHTi質(zhì)量百分?jǐn)?shù)48.626.37.734.753.452.742.472.000.760.42由表可知，這10種元素占了地殼總質(zhì)量的99.2%。而且輕元素含量較高，重元素含量較低。海洋是元素資源的巨大寶庫(kù)，人類一直在探索、開發(fā)海洋資源。下表列出海水中含量較大的前7種元素（不包括H、O）元素ClNaMgSCaKBr質(zhì)量百分?jǐn)?shù)1.89801.05610.12720.08840.04000.03800.0065除上表所列元素外，海水中尚含有C、Sr、B、Si、Al、F、N、Rb、Li、I及微量的U、Zn、Cu、Mn、Ag、Au、Ra等，共約50余種元素。這些元素大多與其它元素結(jié)合成無(wú)機(jī)鹽的形式存在于海水中。由于海水的總體積（約1.4×109Km3）十分巨大，雖然某些元素的百分含量極低，但在海水中的總含量卻十分驚人，如I2總量達(dá)7.0×1013Kg（而I元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)僅為0.000005）。因此，海洋是一個(gè)巨大的物資庫(kù)。大氣也是元素的重要自然資源，世界上向大氣索取的O2、N2、稀有氣體等物資，每年數(shù)以萬(wàn)噸計(jì)。表大氣的主要成份（未計(jì)入水蒸氣的量）氣體體積分?jǐn)?shù)﹪質(zhì)量分?jǐn)?shù)﹪

氣體體積分?jǐn)?shù)﹪質(zhì)量分?jǐn)?shù)﹪N278.0975.51CH40.000220.00012O220.9523.15Kr0.000110.00029Ar0.9341.28N2O0.00010.00015CO20.03140.046H20.000050.000003Ne0.001820.00125Xe0.00000870.000036He0.000520.000072O30.0000010.000036人體中大約含有30種元素，其中有11種元素為常量元素（約占人體質(zhì)量的99.95%2、元素分類根據(jù)研究目的的不同，元素的分類常見的有三種：⑴金屬與非金屬根據(jù)元素的性質(zhì)進(jìn)行分類，分為金屬與非金屬。在元素周期表中，以B—Si—As—Te—At和Al—Ge—Sb—Po兩條對(duì)角線為界，處于對(duì)角線左下方元素的單質(zhì)均為金屬，包括s區(qū)、ds區(qū)、d區(qū)、f區(qū)及部分p區(qū)元素；處于對(duì)角線右上方元素的單質(zhì)為非金屬，僅為p區(qū)的部分元素；處于對(duì)角線上的元素稱為準(zhǔn)金屬，其性質(zhì)介于金屬和非金屬之間，大多數(shù)的準(zhǔn)金屬可作半導(dǎo)體。⑵普通元素和稀有元素

根據(jù)元素在自然界中的分布及應(yīng)用情況，將元素分為普通元素和稀有元素。稀有元素一般指在自然界中含量少，或被人們發(fā)現(xiàn)的較晚，或?qū)λ鼈冄芯康妮^少，或提煉它們比較困難，以致在工業(yè)上應(yīng)用也較晚的元素。前四周期（Li，Be，稀有氣體除外），ds區(qū)元素為普通元素，其余為稀有元素。通常稀有元素也可繼續(xù)分為：輕稀有金屬：鋰、銣、銫、鈹高熔點(diǎn)稀有金屬：鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭、鉬、鎢、錸分散稀有元素：鎵、銦、鉈、鍺、硒、碲稀有氣體：氦、氖、氬、氪、氙、氡稀土金屬：鈧、釔、镥和鑭系元素放射性稀有元素：鈁、鐳、锝、釙、砹、鐒和錒系元素⑶生命元素與非生命元素根據(jù)元素的生物效應(yīng)不同，又分為有生物活性的生命元素和非生命元素。生命元素又可根據(jù)在人體中的含量及作用再進(jìn)行細(xì)分，可分為人體必需元素（包括宏量元素和微量元素）和有毒元素大量研究表明，在生物體內(nèi)檢測(cè)到的81種化學(xué)元素中有27種元素與生命活動(dòng)有關(guān)，見表5-1中有*標(biāo)記的元素，這些元素有：C、H、N、O、S、P、K、Na、Ca、MR、CI、P’e、I、Zn、Mn、Co、Mo、Cu、Se、Cr、F、Si、V、Br、Sn、Ni、B等，它們參與生命活動(dòng)，是維持生物體正常生理功能所必需的，稱為生命必需元素或生命元素。所謂生命必需，是指這些元素在生命活動(dòng)中發(fā)揮著不可替代的作用。這些作用主要表現(xiàn)在：(1)生命過(guò)程中的某一環(huán)節(jié)(一個(gè)或一組反應(yīng))需要這一元素的參與；(2)生物體具有主動(dòng)攝人該元素并自動(dòng)調(diào)節(jié)該元素在體內(nèi)分布和水平的機(jī)構(gòu)；(3)生物體內(nèi)發(fā)揮正常生物功能的生物活性化合物中含這一元素；(4)生物體內(nèi)缺乏該元素時(shí)引起生理化學(xué)變化，經(jīng)補(bǔ)充該元素后其變化可以恢復(fù)。除了以上27種元素已經(jīng)確定為生命必需元素外，其他在生物體中被檢測(cè)到的50余種元素，在生命活動(dòng)中不是必需的，有些元素目前的作用還不十分明確，所以被稱為不確定元素或非必需元素。這類元素大多是隨食物鏈進(jìn)入生物體內(nèi)的，但是不參與生命活動(dòng)。個(gè)別元素是由于一些偶然性因素進(jìn)入生物體中，它們?cè)谏矬w內(nèi)的濃度往往也是變化的。本篇起系統(tǒng)學(xué)習(xí)元素化學(xué)，即周期系中各族元素及其化合物的存在、性質(zhì)、制備和用途等，在此基礎(chǔ)上了解本學(xué)科發(fā)展的進(jìn)程，展望化學(xué)科學(xué)發(fā)展的美好前景。13-1氫一、概述1、氫在周期表中的位置氫是周期表中的第一個(gè)元素，它在所有元素中具有最簡(jiǎn)單的原子結(jié)構(gòu)。它由一個(gè)帶+1電荷的核和一個(gè)軌道電子組成。堿金屬也都具有一個(gè)外層軌道電子，但它們?cè)诜磻?yīng)中很容易失去這個(gè)電子而生成正離子；與此相反，氫不容易失去這個(gè)電子，而是使這個(gè)電子配對(duì)生成一個(gè)共價(jià)鍵。鹵素像氫一樣，比稀有氣體結(jié)構(gòu)缺少一個(gè)電子。在許多反應(yīng)中，鹵素容易獲得一個(gè)電子而生成負(fù)離子；但氫只有在同高電正性的金屬反應(yīng)時(shí)才會(huì)獲得電子而生成負(fù)離子。氫的這些獨(dú)特性質(zhì)是由氫的獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)、氫原子特別小的半徑和低的電負(fù)性決定的。因?yàn)樗男再|(zhì)與堿金屬和鹵素的性質(zhì)都不相同，使得很難把它放在周期表中的一個(gè)合適位置上。在元素周期表中，按原子序數(shù)把氫放在第IA族元素的位置上。2、氫的同位素同一種元素的原子具有不同的質(zhì)量數(shù)，這些原子就叫同位素。質(zhì)量數(shù)產(chǎn)生差異的原因是原子核中含有不同的中子。氫有三種同位素：11H(氕，符號(hào)H)，21H(氘，符號(hào)D)和31H(氚，符號(hào)T)。在它們的核中分別含有0、1和2個(gè)中子，它們的質(zhì)量數(shù)分別為1，2，3。自然界中普通氫內(nèi)H同位素的豐度最大，原子百分比占99.98%，D占0.016%,T的存在量?jī)H為H的10-17。

二、氫的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)1、物理性質(zhì)單質(zhì)氫是由兩個(gè)H原子以共價(jià)單鍵的形式結(jié)合而成的雙原子分子，其鍵長(zhǎng)為74pm。氫是已知的最輕的氣體，無(wú)色無(wú)臭，幾乎不溶于水（273K時(shí)1dm3的水僅能溶解0.02dm3的氫），氫比空氣輕14.38倍，具有很大的擴(kuò)散速度和很高的導(dǎo)熱性。將氫冷卻到20K時(shí)，氣態(tài)氫可被液化。液態(tài)氫可以把除氦以外的其它氣體冷卻都轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w。同溫同壓下，氫氣的密度最小，常用來(lái)填充氣球。2、化學(xué)性質(zhì)⑴常溫下氫氣不活潑。但在常溫下能與單質(zhì)氟在暗處迅速反應(yīng)生成HF，而與其它鹵素或氧不發(fā)生反應(yīng)。高溫下，氫氣是一個(gè)非常好的還原劑。①氫氣能在空氣中燃燒生成水，氫氣燃燒時(shí)火焰可以達(dá)到3273K左右，工業(yè)上常利用此反應(yīng)切割和焊接金屬。2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)△rHmθ＝-571.66kJ/mol②高溫下，氫氣還能同鹵素、N2等非金屬反應(yīng)，生成共價(jià)型氫化物。大量的氫用于生產(chǎn)氨。③高溫下氫氣與活潑金屬反應(yīng)，生成金屬氫化物。H2+2Na→2NaH④高溫下，氫氣還能還原許多金屬氧化物或金屬鹵化物為金屬：H2+CuO==Cu+H2O3H2+WO3===W+3H2O能被還原的金屬是那些在電化學(xué)順序中位置低于鐵的金屬。這類反應(yīng)多用來(lái)制備純金屬。⑵在有機(jī)化學(xué)中，氫的重要反應(yīng)是加氫反應(yīng)和還原反應(yīng)。這類反應(yīng)廣泛應(yīng)用于將植物油通過(guò)加氫反應(yīng)，由液體變?yōu)楣腆w，生產(chǎn)人造黃油。也用于把硝基苯還原成苯胺（印染工業(yè)），把苯還原成環(huán)己烷（生產(chǎn)尼龍-66的原料）。在催化劑作用下氫同CO反應(yīng)生成甲醇等等。⑶氫分子雖然很穩(wěn)定，但在高溫下，在電弧中，或進(jìn)行低壓放電，或在紫外線的照射下，氫分子能發(fā)生離解作用，得到原子氫。H2→2H

ΔrHm=436kJ/mol所得原子氫僅能存在半秒鐘，隨后便重新結(jié)合成分子氫，并放出大量的熱，溫度高達(dá)4273K，形成原子氫焰，用于焊接高熔點(diǎn)金屬。原子氫是一種比分子氫更強(qiáng)的還原劑。它可以與鍺、錫、砷、銻、硫等直接作用生成相應(yīng)氫化物；還能將某些金屬氧化物或鹵化物迅速還原為金屬，甚至能將某些含氧酸鹽還原。

As+3H==AsH3CuCl2+2H==Cu+2HClBaSO4+8H==BaS+4H2O三、氫的成鍵特征氫原子的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)為1s1，電負(fù)性為2.2，當(dāng)氫原子同其它元素的原子化合時(shí)，可以形成：1、離子鍵當(dāng)H與電負(fù)性很小的活潑金屬（如Na、K、Ca等）形成氧化物時(shí)，H獲得1個(gè)電子形成氫負(fù)離子。這個(gè)離子因具有較大的半徑208pm，僅存在于離子型氫化物的晶體中。2、共價(jià)鍵①兩個(gè)H原子能形成一個(gè)非極性的共價(jià)單鍵，如H2分子。②H原子與非金屬元素的原子化合時(shí)，形成極性共價(jià)鍵，例如HCl分子。鍵的極性隨非金屬元素原子的電負(fù)性增大而增強(qiáng)。3、特殊的鍵型①H原子可以填充到許多過(guò)渡金屬晶格的空隙中，形成一類非整比化合物，一般稱之為金屬型氫化物，例如：ZrH1.30和LaH2.87等。②在硼氫化合物（例如乙硼烷B2H6）和某些過(guò)渡金屬配合物（例如H[Cr(CO)5]2）中均存在著氫橋鍵。③能形成氫鍵。在含有強(qiáng)極性鍵的共價(jià)氫化物中，近乎裸露的H原子核可以定向吸收鄰近電負(fù)性高的原子（如F、O、N等）上的孤電子對(duì)而形成分子間或分子內(nèi)氫鍵。例如在HF分子間存在著很強(qiáng)的氫鍵。四、氫化物氫與其它元素形成的二元化合物叫做氫化物。除稀有氣體以外，大多數(shù)的元素都能與氫結(jié)合生成氫化物。依據(jù)元素電負(fù)性的不同，氫化物可以分為三大類：1、離子型或類鹽型氫化物⑴在周期表中的位置在周期表中，活潑性最強(qiáng)的堿金屬和堿土金屬能夠與氫在較高的溫度下直接化合，氫獲得一個(gè)電子成為離子，生成離子型氫化物2Na+H2===2NaHCa+H2===CaH2堿金屬氫化物具有NaCl晶格，H-離子占在面心立方晶格的結(jié)點(diǎn)上，H-

與X-所帶電荷相同，它的半徑在F-和Cl-的半徑大小之間（理論值208pm，實(shí)測(cè)值126~154pm），如此大的變化幅度說(shuō)明原子核對(duì)核外電子的控制較松弛。⑵物理性質(zhì)離子型氫化物都是白色鹽狀晶體，常因含少量金屬而顯灰色。除LiH和BaH2具有較高的熔點(diǎn)（LiH965K，BaH21473K）外，其它氫化物均熔化前就分解成單質(zhì)。離子型氫化物不溶于非水溶劑，但能溶解在熔融的堿金屬鹵化物中。離子型氫化物熔化時(shí)能導(dǎo)電，并在陽(yáng)極上放出氫氣，這一事實(shí)證明了離子型氫化物都含有負(fù)氫離子。⑶化學(xué)性質(zhì)H-

半徑較大，容易變形，離子型氫化物具有很高的活性。①離子型氫化物都具有很高的反應(yīng)活性，與水發(fā)生激烈的反應(yīng)，放出氫氣：NaH+H2O===NaOH+H2↑利用這一特性，有時(shí)可用離子型氫化物如CaH2除去水蒸氣或溶劑中微量的水分。但水量較多時(shí)不能使用此法，因?yàn)檫@是一個(gè)放熱反應(yīng)，能使產(chǎn)生的氫氣燃燒。這個(gè)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是H++H-===H2↑②離子型氫化物都是強(qiáng)還原劑，尤其在高溫之下可還原金屬氯化物、氧化物和含氧酸鹽：TiCl4+4NaH=====Ti+4NaCl+2H2↑2LiH+TiO2====Ti+2LiOHUO2+CaH2=====U+Ca(OH)2PbSO4+2CaH2=====PbS+2Ca(OH)22CO2+BaH2(熱)=====2CO↑+Ba(OH)22CO+NaH====HCOONa+C③離子型氫化物在非水溶劑中能與一些缺電子化合物（如B3+、Al3+、Ga3+）結(jié)合成復(fù)合氫化物，而表現(xiàn)出強(qiáng)堿性。例如：乙醚乙醚2LiH+B2H6====2Li[BH4]4乙醚乙醚4LiH+AlCl3====Li[AlH4]+3LiCl這類氫化物還有LiGaH4、Al(BH4)3等，它們被廣泛的用于有機(jī)和無(wú)機(jī)合成中作為還原劑或在野外用做生氫劑，因?yàn)樗鼈兣c水猛烈反應(yīng)生成氫氣。雖然十分方便，但價(jià)格十分昂貴。2、共價(jià)型或分子型氫化物⑴在周期表中的位置在周期表中，p區(qū)元素的單質(zhì)（稀有氣體、銦、鉈除外）與氫結(jié)合生成的氫化物屬于共價(jià)型氫化物，亦稱為分子型氫化物。根據(jù)它們結(jié)構(gòu)中電子數(shù)和鍵數(shù)的差異，分三種存在形式：①缺電子氫化物第IIIA族B與Al的氫化物都屬于缺電子氫化物。例如在B2H6分子中，中心原子硼未滿足8電子構(gòu)型，在這個(gè)分子中，兩個(gè)B原子通過(guò)氫橋鍵連在一起，形成一個(gè)三中心兩電子鍵。再如，由于氫化鋁也是缺電子化合物，所以氫化鋁是聚合型的(AlH3)n.兩個(gè)Al原子之間也是通過(guò)氫橋鍵連結(jié)在一起的。②滿電子氫化物第IVA族的C、Si等均有4個(gè)價(jià)電子，在形成CH4、SiH4時(shí)，中心原子的價(jià)電子全部參與成鍵，沒有剩余的非鍵合電子，滿足了8電子構(gòu)型，形成滿電子氫化物。CH4、SiH4等均為正四面體結(jié)構(gòu)。③富電子氫化物第V、VI、VIIA族的氫化物都屬于富電子氫化物。例如NH3、H2O、HF等，中心原子成鍵后，還有剩余未成鍵的孤電子對(duì)，由于孤電子對(duì)對(duì)成鍵電子的排斥作用，使NH3分子成為三角錐形，H2O分子為V形，HF是通過(guò)氫鍵而締合的鏈狀結(jié)構(gòu)等。⑵物理性質(zhì) p區(qū)氫化物屬于分子型晶體，它們是由單個(gè)的飽和共價(jià)分子通過(guò)很弱的范德華力，或在某些情況下通過(guò)氫鍵把分子結(jié)合在一起而構(gòu)成的。這種結(jié)構(gòu)使得共價(jià)型氫化物的熔沸點(diǎn)比較低，一般條件下多為氣體，比較軟，有揮發(fā)性，沒有導(dǎo)電性等。⑶化學(xué)性質(zhì)由于分子型氫化物共價(jià)鍵的極性差別較大，所以它們的化學(xué)性質(zhì)比較復(fù)雜。例如單就與水的反應(yīng)來(lái)說(shuō)：①C、Ge、Sn、P、As、Sb等的氫化物不與水作用。②Si、B的氫化物與水作用時(shí)放出氫氣SiH4+4H2O——H4SiO4+4H2↑③N的氫化物NH3在水中溶解并發(fā)生加合作用而使溶液顯弱堿性：④S、Se、Te、F等的氫化物H2S、H2Se、H2Te、HF等在水中除發(fā)生溶解作用外，還會(huì)發(fā)生弱的酸式電離而使溶液顯弱酸性。⑤Cl、Br、I的氫化物在水中則發(fā)生強(qiáng)的酸式電離而使溶液顯強(qiáng)酸性。HCl、HBr和HI都具有還原性，同族氫化物的還原能力隨原子序數(shù)的增加而增強(qiáng)。3、金屬型或過(guò)渡型氫化物⑴在周期表中的位置d區(qū)或過(guò)渡金屬的鈧族、鈦?zhàn)?、釩族以及鉻、鎳、鈀、鑭系和錒系的所有元素，還有s區(qū)的Be和Mg，與氫生成確定的二元?dú)浠铩Ｋ鼈儽环Q為過(guò)渡型氫化物。⑵性質(zhì)過(guò)渡型氫化物基本上保留著金屬的外觀特征，有金屬光澤，具有導(dǎo)電性，它們的導(dǎo)電性隨氫含量的改變而改變。這些氫化物還表現(xiàn)有其它金屬性如磁性等。所以這些氫化物又叫做“金屬型”氫化物。金屬型氫化物的密度比母體金屬的密度低，某些過(guò)渡金屬能夠可逆的吸收和釋放氫氣。在大多數(shù)情況下，金屬型氫化物的性質(zhì)與母體金屬的性質(zhì)非常相似。例如它們都具有強(qiáng)還原性等。從組成上看，金屬型氫化物有的是正比化合物，如CrH2、NiH，有的是非整比化合物，如VH0.56、TaH0.76、ZrH1.75等。過(guò)渡金屬吸氫后往往發(fā)生晶格膨脹，產(chǎn)物的密度比母體金屬的大。在大多數(shù)情況下，金屬型氫化物的性質(zhì)與母體金屬的性質(zhì)非常相似。例如它們都具有強(qiáng)還原性等。1體積金屬Pd可吸收900體積H2，減壓或加熱可使其分解，利用這個(gè)性質(zhì)可以制備高純氫，也可作可逆儲(chǔ)氫材料。五、制備方法(1)實(shí)驗(yàn)室方法①化學(xué)法常利用稀鹽酸或稀硫酸與鋅或鐵等活潑金屬作用制備氫氣。需經(jīng)純化后才能得到純凈的氫氣。實(shí)驗(yàn)室制氫氣中雜質(zhì)來(lái)源與除去方法氫氣中雜質(zhì)雜質(zhì)來(lái)源除去方法H2S鋅中含微量ZnSH2S+Pb2++2H2O→PbS+2H3O+AsH3鋅和硫酸中含微量AsAsH3+3Ag2SO4+3H2O→6Ag+H3AsO3+3H2SO4SO2鋅還原H2SO4產(chǎn)生SO2+2KOH→K2SO3+H2O②電解法在電解法中，采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的NaOH或KOH溶液作為電解液，電解法制得的氫氣比化學(xué)法純。(2)工業(yè)生產(chǎn)方法①用碳來(lái)還原水蒸氣制取氫氣。用赤熱的碳與水蒸氣在1273K的高溫下反應(yīng)的H2與CO的混合氣體——俗稱水煤氣。水煤氣可以用做工業(yè)燃料，此時(shí)H2與CO不必分離，為了制備H2，必須分離CO。具體分離方法是：用氧化鐵Fe2O3為催化劑，將水煤氣與水蒸氣一起通過(guò)紅熱的Fe2O3，CO就回轉(zhuǎn)變成CO2，然后在下用水洗滌CO2和H2的混合氣體，使CO2溶于水而分離出H2。用煤來(lái)制取氫的方法，成本過(guò)于昂貴。②在天然氣豐富的國(guó)家里，采用烴類裂解的方法（甲烷高溫裂解）制取氫。其它烴類如石腦油和柴油也可以用作氫原料。*石腦油是石油產(chǎn)品之一。英文名稱Naphtha，別名輕汽油、化工輕油，是由C4-C12烷烴、環(huán)烷烴、芳烴、烯烴組成的混合物。③水蒸氣轉(zhuǎn)換法制取氫得到水煤氣。也必須分離出CO，方法繁瑣，不如用烴類直接裂解的方法。④在石油化學(xué)工業(yè)中，由烷烴制取烯烴反應(yīng)的副產(chǎn)物即氫氣。可直接用于合成氨或石油的精細(xì)加工等生產(chǎn)中。⑤鹽型氫化物與水反應(yīng)也可以制取氫氣：NaH+H2O→NaOH+H2↑⑥用硅與堿反應(yīng)制備氫氣：Si+2NaOH+H2O→Na2SiO3+2H2↑⑦配合催化太陽(yáng)能分解水法三三(2,2’—聯(lián)吡啶)合釕(Ⅱ)(2a)2a*(已活化)νh光能2a既是電子給予體，又是電子接受體，在光能的激發(fā)下，可以向水分子轉(zhuǎn)移電子，使H+變?yōu)镠2放出.最近，日本有人把太陽(yáng)能電池板與水電解槽連接在一起，電解部分的材料在產(chǎn)生氫氣一側(cè)使用鉬氧化鈷，產(chǎn)生氧氣一側(cè)則使用鎳氧化鈷。使用1平方米太陽(yáng)能電池板和100毫升電解溶液，每小時(shí)可制作氫氣20升，純度為99.9%.⑧生物分解水制氫生物體分解水不需要電和高溫，科學(xué)家們?cè)噲D修改光合作用的過(guò)程來(lái)完成這一技術(shù)。小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)已成功。⑨海水制氫原理：當(dāng)可見光照射在半導(dǎo)體膜上時(shí)，電子被激發(fā)進(jìn)入導(dǎo)帶而留下空穴(低能級(jí)的電子空間).在導(dǎo)帶中電子移動(dòng)到金屬薄膜與海水之間表面上，水即被還原產(chǎn)生H2。同時(shí)，空穴遷移到半導(dǎo)體與電解質(zhì)間的表面，來(lái)自Fe2+的電子填充空穴。美國(guó)密西根州立大學(xué)H.TiTien教授的裝置HH2(g)海水Fe(Ⅱ),Fe(Ⅲ)電解質(zhì)溶液硒化鎘半導(dǎo)體鎳箔可見光海水制氫的裝置示意圖六、氫能源（自學(xué)）我們知道氫氣可以燃燒，并且在燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的熱。按每千克燃料燃燒放出的熱量：H2氣120918kJB5H9(戊硼烷)

64183kJC5H12(戊烷)

45367kJ相比之下，氫氣燃燒放出的熱量大約是戊烷（汽油的主要組分之一）的三倍。氫氣可算是一種高能燃料。氫氣和電力一樣，是一種二級(jí)能源，因?yàn)橐〉脷錃獗仨氂靡环N來(lái)自一級(jí)能源如石油、煤炭、太陽(yáng)能或原子能取得的能量，并把這種能量轉(zhuǎn)化為電能，再用電解或其它方法分解水而產(chǎn)生氫氣。使用氫氣作為氣體燃料的最大優(yōu)點(diǎn)是它不會(huì)造成污染，它唯一燃燒產(chǎn)物是水氣，這對(duì)人和環(huán)境都無(wú)害。另外，氫氣本身也無(wú)毒，可以用管道把它輸送到千家萬(wàn)戶，在充分注意安全使用的條件下，可以代替煤氣或天然氣作為民用和工業(yè)用的燃料氣。作為能源，氫有以下特點(diǎn)：（l）所有元素中，氫重量最輕。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，它的密度為0.0899g/l；在-252.7°C時(shí)，可成為液體，若將壓力增大到數(shù)百個(gè)大氣壓，液氫就可變?yōu)榻饘贇?。?）所有氣體中，氫氣的導(dǎo)熱性最好，比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高出10倍，因此在能源工業(yè)中氫是極好的傳熱載體。（3）氫是自然界存在最普遍的元素，據(jù)估計(jì)它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75％，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。據(jù)推算，如把海水中的氫全部提取出來(lái)，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大90O0倍。（4）除核燃料外氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142,351kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的3倍。（5）氫燃燒性能好，點(diǎn)燃快，與空氣混合時(shí)有廣泛的可燃范圍，而且燃點(diǎn)高，燃燒速度快。（6）氫本身無(wú)毒，與其他燃料相比氫燃燒時(shí)最清潔，除生成水和少量氮化氫外不會(huì)產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔铩U化物和粉塵顆粒等對(duì)環(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氮化氫經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理也不會(huì)污染環(huán)境巨，而且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復(fù)循環(huán)使用。（7）氫能利用形式多，既可以通過(guò)燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械功，又可以作為能源材料用于燃料電池，或轉(zhuǎn)換成固態(tài)氫用作結(jié)構(gòu)材料。用氫代替煤和石油，不需對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)裝備作重大的改造現(xiàn)在的內(nèi)燃機(jī)稍加改裝即可使用。（8）氫可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物出現(xiàn)，能適應(yīng)貯運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求。由以上特點(diǎn)可以看出氫是一種理想的新的含能體能源。目前液氫已廣泛用作航天動(dòng)力的燃料，但氫能的大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用還有待解決以下關(guān)鍵問題：目前，有關(guān)氫能源研究的三大課題是：1、氫氣的發(fā)生從能量的觀點(diǎn)看，利用太陽(yáng)能來(lái)光解水是最好的辦法，太陽(yáng)能取之不盡，而水用之不竭。但光解水的工作尚在研究中，現(xiàn)在還達(dá)不到生產(chǎn)性的規(guī)模。2、氫氣的儲(chǔ)存氫氣是一種密度最低的氣體。常溫常壓下，每立方分米氫氣不到0.09g。作為燃料，裝載和運(yùn)輸都不方便。另外,它同空氣接觸容易引起爆炸，不夠安全。怎樣把氫氣儲(chǔ)存起來(lái)備用和運(yùn)輸，就成為氫能源利用的一項(xiàng)很重要的課題。一種辦法是在高壓下使氫氣連續(xù)冷凍和絕熱膨脹，使之液化成為液態(tài)氫。由于液氫的沸點(diǎn)很低，常溫下它的蒸汽壓又很大，所以必須把它裝在特制的高壓容器里儲(chǔ)存，這是利用液氫的一個(gè)很大的障礙。另一種方法是使氫氣與某些金屬生成金屬型氫化物的儲(chǔ)氫方法。例如過(guò)渡金屬與氫氣在一定條件下作用，可以得到金屬氫化物；在另一條件下，這類氫化物即會(huì)分解成相應(yīng)的金屬和氫氣。這是一種金屬或合金吸收氫和放出氫的可逆過(guò)程，因此叫做可逆儲(chǔ)氫。這類金屬或合金即稱為儲(chǔ)氫材料。目前研究發(fā)展中的儲(chǔ)氫合金，主要有鈦系儲(chǔ)氫合金、鋯系儲(chǔ)氫合金、鐵系儲(chǔ)氫合金及稀土系儲(chǔ)氫合金。鈀和鈾都是價(jià)格昂貴的金屬材料，用它們儲(chǔ)氫不經(jīng)濟(jì)。近年來(lái)，人們研究的鑭鎳合金由于價(jià)格較便宜，在空氣中穩(wěn)定，儲(chǔ)氫量大，因而被認(rèn)為是一種很有希望的儲(chǔ)氫材料。儲(chǔ)氫合金還有將儲(chǔ)氫過(guò)程中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或熱能的能量轉(zhuǎn)換功能。儲(chǔ)氫合金在吸氫時(shí)放熱，在放氫時(shí)吸熱，利用這種放熱－吸熱循環(huán)，可進(jìn)行熱的儲(chǔ)存和傳輸，制造制冷或采暖設(shè)備。此外它還可以用于提純和回收氫氣，它可將氫氣提純到很高的純度。例如，采用儲(chǔ)氫合金，可以以很低的成本獲得純度高于99.9999％的超純氫。儲(chǔ)氫合金的飛速發(fā)展，給氫氣的利用開辟了一條廣闊的道路。目前中國(guó)已研制成功了一種氫能汽車，它使用儲(chǔ)氫材料90千克，可行駛40千米，時(shí)速超過(guò)50千米。今后，不但汽車會(huì)采用燃料電池，飛機(jī)、艦艇、宇宙飛船等運(yùn)載工具也將使用燃料電池，作為其主要或輔助能源。另外由于大量使用的鎳鎘電池（Ni－Cd）中的鎘有毒，使廢電池處理復(fù)雜，環(huán)境受到污染。鎳氫電池與鎳鎘電池相比，具有容量大、安全無(wú)毒和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)展用儲(chǔ)氫合金制造的鎳氫電池（Ni－MH），也是未來(lái)儲(chǔ)氫材料應(yīng)用的另一個(gè)重要領(lǐng)域。

3、氫氣作為能源的利用氫氣燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能可以用做能源，氫還可以通過(guò)核聚變反應(yīng)產(chǎn)生核能。氫可作為直接燃料用于火箭、燃?xì)淦?、燃?xì)滹w機(jī)、電池等。在這三大課題中，氫氣的儲(chǔ)存是中心研究課題，因?yàn)樗芰績(jī)?chǔ)存和能量回收的問題緊密相連。

4、氫的應(yīng)用及展望早在第二次世界大戰(zhàn)期間，氫即用作A—2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液體推進(jìn)劑。196O年液氫首次用作航天動(dòng)力燃料。1970年美國(guó)發(fā)射的“阿波羅”登月飛船使用的起飛火箭也是用液氫作燃料?，F(xiàn)在氫已是火箭領(lǐng)域的常用燃料了。對(duì)現(xiàn)代航天飛機(jī)而言，減輕燃料自重，增加有效載荷變得更為重要。氫的能量密度很高，是普通汽油的3倍，這意味著燃料的自重可減輕2／3，這對(duì)航天飛機(jī)無(wú)疑是極為有利的。今天的航天飛機(jī)以氫作為發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑，以純氧作為氧化劑，液氫就裝在外部推進(jìn)劑桶內(nèi)，每次發(fā)射需用1450m3，重約100t。現(xiàn)在科學(xué)家們正在研究一種“固態(tài)氫”的宇宙飛船。固態(tài)氫既作為飛船的結(jié)構(gòu)材料，又作為飛船的動(dòng)力燃料。在飛行期間，飛船上所有的非重要零件都可以轉(zhuǎn)作能源而“消耗掉”。這樣飛船在宇宙中就能飛行更長(zhǎng)的時(shí)間。在超聲速飛機(jī)和遠(yuǎn)程洲際客機(jī)上以氫作動(dòng)力燃料的研究已進(jìn)行多年，目前已進(jìn)人樣機(jī)和試飛階段。在交通運(yùn)輸方面，美、德、法、日等汽車大國(guó)早已推出以氫作燃料的示范汽車，并進(jìn)行了幾十萬(wàn)公里的道路運(yùn)行試驗(yàn)。其中美、德、法等國(guó)是采用氫化金屬貯氫，而日本則采用液氫。試驗(yàn)證明，以氫作燃料的汽車在經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性和安全性三方面均有良好的前景，但目前仍存在貯氫密度小和成本高兩大障礙。前者使汽車連續(xù)行駛的路程受限制，后者主要是由于液氫供應(yīng)系統(tǒng)費(fèi)用過(guò)高造成的。美國(guó)和加拿大已聯(lián)手合作擬在鐵路機(jī)車上采用液氫作燃料。在進(jìn)一步取得研究成果后，從加拿大西部到東部的大陸鐵路上將奔馳著燃用液氫和液氧的機(jī)車。氫不但是一種優(yōu)質(zhì)燃料，還是石油、化工、化肥和冶金工業(yè)中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精煉需要?dú)洌鐭N的增氫、煤的氣化、重油的精煉等；化工中制氨、制甲醇也需要?dú)?。氫還用來(lái)還原鐵礦石。用氫制成燃料電池可直接發(fā)電。采用燃料電池和氫氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，其能量轉(zhuǎn)換效率將遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的火電廠。隨著制氫技術(shù)的進(jìn)步和貯氫手段的完善，氫能將在21世紀(jì)的能源舞臺(tái)上大展風(fēng)采。13-2稀有氣體一、稀有氣體發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史（自學(xué)）周期表中零族元素有氦、氖、氬、氪、氙和氡一共六種，它們都是氣體。六種稀有氣體元素是在1894-1900年間陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)的。發(fā)現(xiàn)稀有氣體的主要功績(jī)應(yīng)歸于英國(guó)化學(xué)家萊姆賽（RamsayW,1852-1916）。下面我們按元素發(fā)現(xiàn)的先后順序，分別簡(jiǎn)介這六種元素的發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)。氬Ar早在1785年，英國(guó)著名科學(xué)家卡文迪什（CavendishH,1731-1810）在研究空氣組成時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)知道空氣中含有氮、氧、二氧化碳等，卡文迪什把空氣中的這些成分除盡后，發(fā)現(xiàn)還殘留少量氣體，這個(gè)現(xiàn)象當(dāng)時(shí)并沒有引起化學(xué)家們應(yīng)有的重視。誰(shuí)也沒有想到，就在這少量氣體里竟藏著一個(gè)化學(xué)元素家族。100多年后，英國(guó)物理學(xué)家瑞利（RayleighJWS,1842-1919）在研究氮?dú)鈺r(shí)發(fā)現(xiàn)從氮的化合物中分離出來(lái)的氮?dú)饷可?.2508g，而從空氣中分離出來(lái)的氮?dú)庠谙嗤闆r下每升重1.2572g，這0.0064g的微小差別引起了瑞利的注意。他與化學(xué)家萊姆賽合作，把空氣中的氮?dú)夂脱鯕獬ィ霉庾V分析鑒定剩余氣體，終于在1894年發(fā)現(xiàn)了氬。由于氬和許多試劑都不發(fā)生反應(yīng)，極不活潑，故被命名為Argon，即“不活潑”之意。中譯名為氬，化學(xué)符號(hào)為Ar。氦He早在1868年，法國(guó)天文學(xué)家簡(jiǎn)森(JanssenPJC,1824-1907)在觀察日全蝕時(shí)，就曾在太陽(yáng)光譜上觀察到一條黃線D，這和早已知道的鈉光譜的D1和D2兩條線不相同。同時(shí)，英國(guó)天文學(xué)家洛克耶爾(LockyerJN,1836-1920)也觀測(cè)到這條黃線D。當(dāng)時(shí)天文學(xué)家認(rèn)為這條線只有太陽(yáng)才有，并且還認(rèn)為是一種金屬元素。所以洛克耶爾把這個(gè)元素取名為Helium，這是由兩個(gè)字拼起來(lái)的，helio是希臘文太陽(yáng)神的意思，后綴-ium是指金屬元素而言。中譯名為氦。1895年，萊姆賽和另一位英國(guó)化學(xué)家特拉弗斯(TraversMW,1872-1961)合作，在用硫酸處理瀝青鈾礦時(shí)，產(chǎn)生一種不活潑的氣體，用光譜鑒定為氦，證實(shí)了氦元素也是一種稀有氣體，這種元素地球上也有，并且是非金屬元素。氪Kr、氖Ne、氙Xe由于氦和氬的性質(zhì)非常相近，而且它們與周期系中已被發(fā)現(xiàn)的其它元素在性質(zhì)上有很大差異，萊姆賽根據(jù)周期系的規(guī)律性，推測(cè)出氦和氬可能是另一族元素，在它們之間一定有一個(gè)性質(zhì)和氦、氬相近的家族。果然，在1898年5月30日萊姆賽和特拉弗斯在大量液態(tài)空氣蒸發(fā)后的殘余物中，用光譜分析首先發(fā)現(xiàn)了比氬重的氪，他們把它命名為Krypton，即隱藏之意。隱藏于空氣中多年才被發(fā)現(xiàn)。1898年6月，萊姆賽和特拉弗斯在蒸發(fā)液態(tài)氬時(shí)收集了最先逸出的氣體，用光譜分析發(fā)現(xiàn)了比氬輕的氖。他們把它命名為neon，源自希臘詞neos，意為新，即從空氣中發(fā)現(xiàn)的新氣體。中譯名為氖。也就是現(xiàn)在氖燈里的氣體。1898年7月12日氡Rn氡是一種具有天然放射性的稀有氣體，它是鐳、釷和錒這些放射性元素在蛻變過(guò)程中的產(chǎn)物，因此，只有這些元素發(fā)現(xiàn)后才有可能發(fā)現(xiàn)氡。1899年，英國(guó)物理學(xué)家歐文斯(OwensRB)和盧瑟福(RutherfordE,1871-1937)在研究釷的放射性時(shí)發(fā)現(xiàn)釷射氣，即氡-220。1900年，德國(guó)人道恩(DornFE)在研究鐳的放射性時(shí)發(fā)現(xiàn)鐳射氣，即氡-222。1902年，德國(guó)人吉賽爾(GieselFO,1852-1927)在錒的化合物中發(fā)現(xiàn)錒射氣，即氡-219。直到1908年，萊姆賽確定鐳射氣是一種新元素，和已發(fā)現(xiàn)的其它稀有氣體一樣，是一種化學(xué)惰性的稀有氣體元素。其它兩種射氣，是它的同位素。1923年國(guó)際化學(xué)會(huì)議上命名這種新元素為radon，中文音譯成氡，化學(xué)符號(hào)為Rn。至此，氦、氖、氬、氪、氙、氡六種稀有氣體作為一個(gè)家族全被發(fā)現(xiàn)了，它們占據(jù)了元素周期表零族的位置。這個(gè)位置相當(dāng)特殊，在它前面是電負(fù)性最強(qiáng)的非金屬元素，在它后面是電負(fù)性最小的金屬活潑性最強(qiáng)的金屬元素。由于這六種氣體元素的化學(xué)惰性，很久以來(lái)，它們被稱為"隋性氣體"。人類的認(rèn)識(shí)是永無(wú)止境的，經(jīng)過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)，理論的相對(duì)真理性會(huì)得到發(fā)展和完善。1962年，在加拿大工作的英國(guó)青年化學(xué)家巴特列特(BartlettN,1932~)首先合成出第一個(gè)惰性氣體的化合物──六氟合鉑酸氙Xe[PtF6]，動(dòng)搖了長(zhǎng)期禁錮人們思想。"隋性氣體"也隨之改名"稀有氣體"。二、稀有氣體的性質(zhì)稀有氣體的化學(xué)性質(zhì)是由它的原子結(jié)構(gòu)所決定的。除氦以外，稀有氣體原子的最外電子層都是由充滿的ns和np軌道組成的，它們都具有穩(wěn)定的8電子構(gòu)型。稀有氣體的電子親合勢(shì)都接近于零，與其它元素相比較，它們都有很高的電離勢(shì)。因此，稀有氣體原子在一般條件下不容易得到或失去電子而形成化學(xué)鍵。表現(xiàn)出化學(xué)性質(zhì)很不活潑，不僅很難與其它元素化合，而且自身也是以單原子分子的形式存在，原子之間僅存在著微弱的范德華力（主要是色散力）。稀有氣體的熔、沸點(diǎn)都很低，氦的沸點(diǎn)是所有單質(zhì)中最低的。它們的蒸發(fā)熱和在水中的溶解度都很小，這些性質(zhì)隨著原子序數(shù)的增加而逐漸升高。稀有氣體的原子半徑都很大，在族中自上而下遞增。應(yīng)該注意的是，這些半徑都是未成鍵的半徑，應(yīng)該僅把它們與其它元素的范德華半徑進(jìn)行對(duì)比，不能與共價(jià)或成鍵半徑進(jìn)行對(duì)比。表1稀有氣體的基本性質(zhì)名稱性質(zhì)氦氖氬氪氙氡元素符號(hào)HeNeArKrXeRn原子序數(shù)21018365486原子量4.00320.1839.9583.80131.3222.0價(jià)電子層結(jié)構(gòu)1s22s2p63s2p64s2p65s2p66s2p6原子半徑(pm)93112154169160220第一電離勢(shì)(kJ/mol)237220811521135111701037蒸發(fā)熱(kJ/mol)0.013.718.0熔點(diǎn)(K)0.9524.4883.95116.55161.15202.15沸點(diǎn)(K)4.2527.2587.45120.25166.05208.15臨界溫度(K)5.2544.45153.152010.65289.75377.65臨界壓強(qiáng)(Pa)2.29×10527.25×10548.94×10555.01×10558.36×10563.23×105在水中的溶解度(cm3/dm3)8.810.433.662.6123222在大氣中的豐度5.2×10-61.8×10-59×10-31.1×10-58.7×10-8氦是所有氣體中最難液化的，溫度在2.2K以上的液氦是一種正常液態(tài)，具有一般液體的通性。溫度在2.2K以下的液氦則是一種超流體，具有許多反常的性質(zhì)。例如具有超導(dǎo)性、低粘滯性等。它的粘度變得為氫氣粘度的百分之一，并且這種液氦能沿著容器的內(nèi)壁向上流動(dòng)，再沿著容器的外壁往下慢慢流下來(lái)。這種現(xiàn)象對(duì)于研究和驗(yàn)證量子理論很有意義。三、稀有氣體的用途稀有氣體廣泛應(yīng)用到光學(xué)、冶金和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中。氦氣是除了氫氣以外密度最小的氣體，可以代替氫氣裝在飛船里。使用氦氣的飛艇不會(huì)著火和發(fā)生爆炸。液態(tài)氦的沸點(diǎn)為-269°C，利用液態(tài)氦可獲得接近絕對(duì)零度(-273.15℃)的超低溫。氦氣還用來(lái)代替氮?dú)庾魅嗽炜諝?，供深海潛水員呼吸，因?yàn)樵趬簭?qiáng)較大的深海里，用普通空氣呼吸，會(huì)有較多的氮?dú)馊芙庠谘豪铩．?dāng)潛水員從深海處上升，體內(nèi)逐漸恢復(fù)常壓時(shí)，溶解在血液里的氮?dú)庖懦鰜?lái)形成氣泡，對(duì)微血管起阻塞作用，引起“氣塞癥”。氦氣在血液里的溶解度比氮?dú)庑〉枚啵煤じ醯幕旌蠚怏w(人造空氣)代替普通空氣，就不會(huì)發(fā)生上述現(xiàn)象。此外，這種含氦的人造空氣，還可用來(lái)醫(yī)治支氣管氣喘，因?yàn)樗钠骄芏缺绕胀諝庑∪叮菀孜牖蚝舫?。氦—氖激光器是利用氦、氖混合氣體，密封在一個(gè)特制的石英管中，在外界高頻振蕩器的激勵(lì)下，混合氣體的原子間發(fā)生非彈性碰撞，被激發(fā)的原子之間發(fā)生能量傳遞，進(jìn)而產(chǎn)生電子躍遷，并發(fā)出與躍遷相對(duì)應(yīng)的受激輻射波，近紅外光。氦—氖激光器可