奇妙的“懒”元素氖气 点亮了城市的黑暗

夜幕降临时，美丽的霓虹灯在城市里随处可见。你不知道的是，这些耀眼的光是由“钝气”家族在通电时发出的。它们在常温下无色无味，不容易与其他物质反应。空气含量很低。科学家花了很多精力去寻找这些懒惰的家伙。其中一种，使霓虹灯发出红光的“惰性气体”，实际上是从零下200多度的液态空气中提取的！

霓虹闪烁的城市。(源自惠图网络)

为什么要从液态空气中提取这种“惰性气体”？你是怎么提取的？为什么会有家庭？......要找出这些问题，我们必须从一百多年前的空气研究实验开始。

卡文迪许实验的遗憾

“亲爱的莱利先生，卡文迪什的空气实验中残留的气体中有许多未知的气体。它们比氮更懒，不会与任何其他物质反应。我们应该设法了解他们。”1894年5月24日，英国伦敦大学的化学教授威廉·拉姆齐正在给他的国家剑桥大学卡文迪许实验室的物理学家瑞利写信。

信中提到的卡文迪许空气实验已有20多年的历史，是英国科学家卡文迪许研究空气成分的著名实验。那时，卡文迪什总是对看不见的空气感到好奇，总是试图找出空气中有什么。在18世纪中叶，由于他和许多欧洲科学家的不懈努力，空气中的活性氧和二氧化碳被相继提取出来，甚至化学惰性氮也在1870年被发现。

卡文迪什的空气实验设备。(网络图)

卡文迪什在实验中发现了一个奇怪的现象:从空气中分离出氮气、氧气和二氧化碳后，一小部分未知气体将永远保留下来。因此，他把这个问题留给了卡文迪什实验室的科学研究员莱利，并在欧洲国家公开了这个问题，呼吁他的同事们一起寻找答案。

拉姆齐对空气的成分很感兴趣，当他得到这个消息时，他决心克服这个困难。他是一个真正的英国人。他从小就受到良好的教育。他性格坚强，学习努力。1880年，他被任命为布里斯托尔学院的化学教授，后来被提升为该学院的校长。他主要研究有机化学和物理化学，年轻时出版过《大气中的气体》和《元素和电子》等书籍。拉姆齐通过实验仔细研究了残余气体中的发射光谱，并通过即将诞生的光谱技术再次证实了残余气体中存在具有极其惰性的未知元素。

这就是他给莱利写信的原因。

拉姆齐的肖像。(网络图)

收到拉姆齐的信后，赖利立即赶往伦敦大学。很快他们达成共识，卡文迪什的残余气体中含有一种性质相似的未知元素。

同年8月，在牛津举行的英国科学协会年会的预备会议上，拉姆齐和瑞利同时宣布，他们的研究发现空气中含有各种“惰性气体”，这些气体极不活泼，不会与其他元素发生反应。有人建议称它们为“惰性气体”。目前，已经证实空气中含有两种惰性气体，一种是氩，可以用作空气保护气体，另一种是氦，科学家们一直认为氦只存在于太阳中。

在人群惊讶的目光中，会议主席马登当场发言，强烈支持拉姆齐的提议，并希望他们能继续研究并找出这些隐藏得很深、闻所未闻的“惰性气体”。

会后，拉姆齐决定继续研究卡文迪许的空气实验，从空气中寻找更多未知的“钝空气”。

从液态空气中提取氖

像世界上所有的科学家一样，拉姆齐具有无畏和勇气的精神。在发现氩和氦之后，他用同样的光谱技术发现了未知的“惰性气体”。然而，当他在去除氮气、氧气、二氧化碳、氦气和氩气后检测到残留气体时，他在光谱上发现了一些红色和绿色的谱线。他无法确认是哪种元素发出了这些谱线。

拉姆齐开始思考新方法。一年多以后，在一个名叫特拉弗斯的同事的启发下，他把空气变成了液态气体，然后把它分成几部分。

在travers的帮助下，Rassem在零下215度的温度下将1升的空气变成液态气体，并将其蒸发，得到25毫升氩气挥发物。他收集了这些挥发物，并发现它“有一个非常壮观的光谱，有许多红色和绿色的线条，并且在高真空下仍然是显著的…”(化学史)

霓虹灯通电时会发光。(网络图)

“真空管发出的红光是如此美丽，以至于见过它的人永远不会忘记。我们两年的努力没有白费。”特拉弗斯真诚地叹息。

未知元素被发现了，但如何命名呢？当两人正在热烈讨论时，拉姆齐13岁的儿子威利来到实验室寻找设备。听完对话，威利说，“既然这种奇怪的气体从未被发现，为什么不用希腊语呢？”

“这有道理。然而，它应该改为同义词霓虹，这使它更容易阅读。只有当你倾听时，你才配得上如此美妙的气体。”拉姆齐说。

特拉弗斯自然不会反对。他们当场给这种元素命名为氖，简称Ne。后来，中国科学家引进了西方化学，并将这种元素翻译成“氖”。

夜景照明有许多用途。

除了氖，惰性气体家族还包括氦、氩、氪、氙、氡和其他气体成员。其中五个成员是拉姆齐首先发现的。与此同时，他将惰性气体作为一个组加入到化学元素周期表中，使周期表更加完美。这项工作比每个元素的单独发现更重要。由于氖的发现及其对惰性气体的巨大贡献，拉姆齐不仅被科学界誉为“惰性气体之父”，还获得了1904年诺贝尔化学奖。赖利在惰性气体方面也取得了巨大成就，他获得了今年的诺贝尔物理学奖。

一些惰性气体的颜色和英文缩写。(网络图)

拉姆齐没有想到惰性气体会在城市夜景装饰中发挥非常重要的作用，因为它们通电后会发光。制作霓虹灯时，将氖气充入玻璃管可以制成深红色的霓虹灯，充入氩气是一盏浅蓝色的氩气灯，充入氦气是一盏橙色的氦气灯。氖、氩、氦和其他气体按不同比例混合，然后放入一个封闭的灯管中，这样就产生了一个色彩斑斓的霓虹灯。应该指出的是，很长一段时间以来，人们认为霓虹灯“亮了”，因为霓虹灯的英文单词是“霓虹灯”，意思是霓虹灯。

惰性气*成的灯笼。(网络图)

除了霓虹灯，霓虹灯在交通、电子工业、航空、航海和科学研究中也扮演着重要的角色。根据霓虹灯具有极强的光线和穿透浓雾的原理，它可以用于机场、港口和其他地方的灯光。在激光技术中，氖气也可用于介质激光混合物。氦氖激光器是人类首次成功研制的气体激光器，应用广泛。在高能物理的研究中，充满火花的氖可以用来探测粒子的路径。在深水作业中，可以用氖气代替氮气制成特殊的呼吸混合物用于深水作业，以防止工作人员患潜水病。