更新时间:2022-08-26 10:21
亲气元素是原子最外层电子层具有8电子,原子容积最大,具有挥发性或倾向形成易挥发化合物,主要集中在大气圈。包括惰性气体(氦、氖、氩、氪、氙、氡)及氮、氢等八种元素。
亲气元素是易于成气体状态在气圈中富集的典型元素。这些元素或自身具化学惰性,原子容积大,具挥发性;常易于形成易溶、易挥发的化合物,由于其较大的流动性,是有利于成矿元素的迁移富集的。如氦、氖、氩、氪、氙、氡等惰性气体以及氢、氮、氧、碳等元素。
亲气元素专指组成大气的气态元素,包括氦、氖、氩、氪、氙、氡和氢、氮、氧。但并非所有组成成员都100%地分布于大气圈中。即便全是呈单原子分子存在的稀有气体,也只有氖和氩全部分布在大气中;氦、氪、氙和氡则除分布在大气层里,还存在于岩石圈的天然气和铀、钍、镭等放射性元素的衰变产物中,四者除经常有新生的核素问世,氡还具有迅速衰变之势。
而以双原子分子存在的氢、氮、氧,更是遍及天上地下,充满整个生物界。在大气圈的中下层,氮和氧占了气体总质量的99%以上;在大气圈的最高层,氢则以原子的形式高居于最上端;而且氢和氧不仅囊括了整个水圈,还以氧化物、氢氧化物和各种含氧酸盐等矿物遍及广大深厚的岩石圈。
元素符号H,原子序数1,原子量1.0079,核外电子排布式为1s1,氢的电离能为1306.47kJ/mol,电负性为2.1。氢在元素周期表中位于第一周期第Ⅰ主族或第Ⅶ主族。氢在自然界中有三种同位素,氕、氘、氚,其中氢-1(1H,氕)相对丰度为99.985%,氢-2(2H,氘也叫重氢)相对丰度为0.016%,这两种氢是在自然界中稳定的同位素。从核反应中还找到质量数为3的同位素氢-3 (3H,氚,也叫超重氢,它在自然界中含量极微)。氢在自然界中主要以化合物存在,其中以水和碳氢化合物为主,在大气中含量极微(体积百分比为5×10-5%),在地壳里的丰度为0.76%。根据光谱分析在太阳和某些星球的大气中含有大量氢气。1776年,英国化学家卡文迪许用金属跟酸作用时发现了氢。氢原子是结构最简单的原子。氢是元素中最轻的元素。氢气的分子式为H2,氢气在通常状况下为无色、无气味的气体,氢气的密度为0.0899g/L,液氢的密度为0.070g/cm3,熔点-259.14℃,沸点-252.4℃,氢气是最轻的气体(密度最小),微溶于水(0℃时,每体积水溶解0.0214体积氢气)。氢气有最大的扩散速度,容易通过各种细小的空隙,如钢板。高扩散速度使氢气有高导热性。用氢气冷却物体比用空气冷却约快6倍。氢分子通过电弧或高温,都能离解成氢原子,氢原子在金属表面很快又结合成氢分子,同时放出大量的热,形成氢原子火焰,温度可高达3500℃。
元素符号He,原子序数2,原子量4.0026,外围电子排布1s2,位于第一周期零族。单质由单原子分子组成,是一种稀有气体,无色、无臭、无味。密度0.17847g/L,是氢以外密度最小的气体。熔点-272.2℃,沸点-268.9℃。临界温度-267.9℃,临界压力227.98Pa (2.25大气压)。是最难液化的气体。20℃时每L水中仅能溶13.8mL气体,是最难溶于水的气体。原子范氏半径122pm。第一电离能2372kJ/mol,是化学性质最不活泼的元素。不燃烧,不支持燃烧,基本上不与任何物质发生化学反应。
氮和氧的发现几乎是同时的, 1772年,英国卢瑟福(E.Rutherford)在空气中燃烧磷, 从剩余的气体发现氮。氮是第2周期ⅤA族元素,符号N。占地壳总质量的0.03%,其中绝大部分以单质形式存在于大气中,约占大气总质量的75.5%,以矿物存在的很少见, 主要以铵盐、硝酸盐或亚硝酸盐的形式存在于矿物和土壤内。如智利的硝石矿, 主要成分为NaNO3, 但在所有生物体中都含有氮, 它是蛋白质的基础, 各种蛋白质的含氮量一般在16~18%之间。此外,植物的叶绿素以及维生素中都含有氮元素, 据统计全世界的庄稼一年要从土壤中摄取氮素4 000多万吨。氮对生命来说是一种非常重要的元素。氮在工业上也有重要意义, 硝酸及各类含氮试剂在许多部门广泛使用, 特别是炸药, 每年要耗去大量的氮。