[美]艾萨克·阿西莫夫  著
上海科技教育出版社 1999.12

扫描，校对：异调


基础科学新疆域(FRONTIERS OF SCIENCE)，朱宝如  译

                       惰性最强的元素

    我们在地球上所见到的一切东西都是由元素化合而成的，而有些元素与其他元素相比，显得不大愿意参与化合反应。然而，在1988年年初，一位名叫W·科克（W. Koch）的美国化学家证明，即使最不合
群的元素也可以诱使它参与化合反应。

      最不喜欢结合的元素是一组被称作“惰性气体”（“惰性”一词的英文原意是“高贵”，（异调注：英文中惰性气体为“inert gas”或“noble gas”，“inert”意为“惰性的”，而“noble”意为“高贵的”）这些元素之所以被以此相称，是与它们孤傲、排他的特性有关）的元素。

      惰性气体共有六种，按照原子量递增的顺序排列，依次是氦、氖、氩、氪、氙、氡。在通常情况下，它们不与其他元素化合，而仅以单个原子的形式存在。

      事实上，这些原子对于它们自己同类中的其他原子的存在也漠不关心，甚至不愿互相靠近到可以形成液体的程度，因而在常温下，它们都不会液化。它们全是气体，存在于大气之中。

    首先被发现的惰性气体是氩，1894年就被探测到。它也是最常见的惰性气体，占大气总量的1%。其他惰性气体几年之后才被发现，它们在地球上的含量很少。

    当一个原子向另一个原子转移电子或与另一个原子共享电子时，它们便相互化合了。惰性气体不愿这么做，其原因是它们的原子中的电子分布得非常匀称，要想改变其位置就需要输入很大的能量，这种
情况是不大可能发生的。

    较大的惰性气体原子，例如氡，它的最外层的电子（参与化合反应者）与原子核离得较远。因此，外层电子与原子核之间的吸引力相对来说比较弱。由于这一原因，氡是惰性气体中惰性最弱的，只要化学家创造出合适的条件，也最容易迫使氡参与化合反应。

    较小的惰性气体原子，其最外层电子离原子核比较近。这些电子被抓得比较牢固，使其原子难以与其他原子发生化合反应。

    事实上，化学家已经迫使原子比较大的惰性气体——氪、氙、氡，与氟和氧那样的原子进行化合，氟与氧特别喜欢接受其他原子的电子。

    原子更小一些的惰性气体——氦、氖、氩——已经小到惰性十足的程度，迄今为止任何化学家都无法使它们参与化合反应。

    原子最小的惰性气体是氦。在所有各类元素中，它是最不喜欢参与化合反应的，也是惰性最强的元素。甚至氦原子本身之间也极不愿意结合，因而直到温度降到4K时，才能变成液态。液态氦是能够存在
的温度最低的液体，它对于科学家研究低温是至关重要的。

    氦在大气中只有微量的存在，不过当像铀与钍这样的放射性元素衰变时，也能生成氦。这种积聚过程发生在地下，因而在一些油井中能产生氦。这种资源很有限，不过至今尚未耗尽。

    每个氦原子只有两个电子，它被氦原子核束缚得如此之紧，以至要想抓走其中的一个电子，比之任何其他原子而言，要付出更多的能量。面对这样紧的束缚，那么是否能使氦原子放弃一个电子，或与其他原子共享一个电子，从而产生化合反应呢？

    为了计算电子的行为，化学家采用了一种被称为“量子力学”的数学体系，这是在20世纪20年代创立的。化学家科克把它的原理应用到对氦的研究中。比如．假设一个铍原子（有四个电子）与一个氧原子（有八个电子）进行化合反应。在化合过程中，铍原子交出两个电子给氧原子，从而使它们结合在一起。用量子力学进行计算的结果表明，铍原子中背对着氧原子的那一侧电子出现的几率非常小。

    根据量子力学方程，如果一个氦原子参与进来。它就会与铍原子上电子出现几率非常小的那一侧共享两个电子，从而形成氦-铍-氧的化合物。

    迄今为止，还没有其他原子化合反应能够产生俘获氦原子的条件，而且即便是氦-铍-氧，也只有在足以使空气液化的温度条件下，或许能结合在一起。现在对于化学家来说，必须对在极低温度条件下的物质进行研究，看看是否真能够通过实践证实理论，迫使氦参与化合反应，从而打垮这种惰性最强的元素！