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不可能的化学(四):惰性气体快干活

简介
规则生来就是用来被打破的,在化学中尤其如此。从不像我们想象中那样冷漠的惰性气体,到能够穿透量子能量障碍的隧道,元素周期表中充满了各种意外的惊喜。



惰性气体仍然是反应活性最低的元素;但是似乎你可以诱惑这些元素做几乎任何事情。
(图片来源:Theodore Gray,Visuals Unlimited/科学图片图书馆)


惰性气体不参加化学反应——至少我们中大部分人在学校里是这么学的。但别忘了一句话:有志者事竟成!

如果已经远离学校多年的我们还依稀记得一个化学事实的话,那一定就是惰性气体不参加化学反应了。

这些位于元素周期表右边的化学元素在早期确实有充分的事实来证明这一观点。就在1894年惰性气体氩气被发现后,法国化学家亨利·莫瓦桑(Henri Moissan)将它和氟混合在一起——他于1886年分离出了极其活跃的氟——期待会出现什么惊人一幕。但结果是:什么也没发生。1924年,奥地利人弗里德里希·帕内特(Friedrich Paneth)写出了众人一致认为的观点:“在任何试验中,惰性气体都不会反应。”惰性气体的最外层电子层为全充满,因而不能与其他原子共享电子,也就形成不了化学键。

有影响力的化学家莱纳斯·鲍林(参见:不可能的化学(二):结晶佯谬)是当时该理论的主要提出者之一,但他并没有立即放弃尝试。在20世纪30年代,他设法搞到了极其稀有的氙气样本,然后他怂恿帕萨迪纳加州理工学院的同事邓永思(Don Yost)把它和氟混在一起,希望有所反应。在经过千烹煮百放电之后,他只是成功地把本应不活泼的石英烧瓶壁给腐蚀了。

在那之后,再想弄出惰性气体化合物的不是太勇敢就是太愚蠢。工作于加拿大温哥华英属哥伦比亚大学的英国化学家尼尔·巴特(Neil Bartlett)也没打算挑战这一传统观念,他 只是沿着普通的逻辑走了下去。

在1961年,他发现3年前由美国化学家制出的六氟化铂(platinum hexafluoride)是一种极强的氧化剂。所谓氧化,就是从一个化学元素或化合物中抢走电子的过程。叫这个名字是因为氧气的氧化能力几乎无人能比。但是巴特发现六氟化铂甚至可以氧化氧气,扒走它的电子,形成带正电的离子。

第二年的早些时候,当巴特准备进行一个演讲的时候,他无意中瞥到一张标示“电离能”的图表。电离能的数字意味着从某一物质中拿走一个电子所需要的能量。他发现氙气的电离能几乎和氧气一样。如果六氟化铂能够氧化氧气,那它是否同样能够氧化氙气呢?

将红色的六氟化铂气体和无色的氩气混合一下就能知道答案。玻璃瓶中立即弥漫着一种黄色物质。巴特测出它的化学式为XePtF6——六氟化铂酸氙,世界上首个惰性气体化合物。

更多其他氙的化合物相继被发现,另一惰性气体元素氪也紧随其后。他们中的一些极不稳定,很容易发生爆炸:巴特在研究二氧化氙的时候差点瞎了一只眼睛。氡,一种更重的放射性惰性气体元素,也能形成化合物。但是直到2000年首个氩的化合物,氟氩化氢(argon fluorogydride)才由芬兰赫尔辛基大学的一群研究人员(《自然》杂志,第406期,第874页l)在低温状态下发现。即使是现在,惰性气体仍在不断创造惊喜。诺贝尔奖得主,位于纽约伊萨卡岛的康奈尔大学的罗纳德·霍夫曼(Roald Hoffmann)也承认,当同样在2000年位于柏林的化学家报告一种氙气和金的化合物时,他也大吃一惊——金也应该是惰性不发生反应的。(《科学》,第290期,第117页

所以不要学校教给你什么你就相信什么。惰性气体仍然是最不活泼的元素,但是似乎你可以诱使它们做几乎任何事情。

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