[科普中国]-亲气元素

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。

介绍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。1

分布情况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。2

实例氢元素符号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℃。

氦元素符号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。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学