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空气分离基础知识：教你认识稀有气体

工业气体里有些不被人重视但却有其独特的用途，由于使用和提取较少，我们统称为稀有气体，这类气体化学性质稳定，所以又被称为惰性气体。稀有气体主要有氦气、氖气、氩气、氪气、氙气，以及唯一在常态下具有放射性的氡气。

制备方式，稀有气体

He——氦气

  天然气分离法：工业上，主要以含有氦的天然气为原料，反复进行液化分馏，然后利用活性炭进行吸附提纯，得到纯氦。
  合成氨法：在合成氨中，从尾气经分离提纯可得氦。
  空气分馏法：从液态空气中用分馏法从氖氦混合气中提出。
  铀矿石法：将含氦的铀矿石经过焙烧，分离出气体，再经过化学方法，除去水蒸气、氢气和二氧化碳等杂质提纯出氦气。

  Ne——氖气

  在标准状态下氖是单原子的气体。在地球大气层中氖非常稀少，只占其65,000分之一。工业使用液化空气冷却分离的方法来生产氖。

  Ar——氩气

  在工业上得到氩的方法就是把空气蒸馏。用冷凝器可以先把沸点90.2K的氧液化，移除液氧之后继续冷却就可以液化沸点为87.3K的氩气，最后留下沸点77.35K的氮气。目前以这种方法制造的氩气在全世界高达七十万吨/年。

  Kr——氪气

  空分法：从空分装置中提取氪、氙混合气。经提取贫氪、清除碳氢化合物和二氧化碳、分离，制得99.99%的纯氪。
  从合成氨尾气中提取氪合成氨尾气提氩工艺流程副产氪和氙混合气，再经精馏、洗涤、除氧、吸附、解吸可制得99%氪气。
  从核反应堆裂变气中提取氪综合利用核反应堆的裂解废气中放射性的Kr85。工业上实现的有氟里昂溶剂吸收法。

Xe——氙气

  氙是空气氮氧分离过程的副产品。这一过程一般在双柱式分馏塔中进行，所产生的液氧中会含有少量的氪和氙。再进行更多的分馏步骤之后，液氧中的氪和氙含量可以提高至0.1至0.2%。这些氪和氙可以通过硅胶吸附或蒸馏提取出来，混合物再经蒸馏分离成氪和氙。

  Rn——氡气

  氡是从镭-226的放射性衰变所产生的。镭-226出现在铀矿、磷盐岩、页岩以及花岗岩、片麻岩和片岩等火成岩及变质岩中。石灰石等较常见岩石中则含有较少量的氡。已发现质量数为199～226的全部氡同位素，除了Rn219、Rn220、Rn222是天然放射性同位素外，其余都是通过人工核反应合成的。氡是镭、钍等放射性元素蜕变时的产物。

氖、氩、氪、氙和氡 6种元素。属周期系零族元素。这 6种元素是19世纪末到20世纪初发现的。因它们在空气中含量极微，又都是气体，故称稀有气体。这些元素都是无色、无臭、无味气体；微溶于水，其溶解度随分子量的增加而增大。气体分子由单原子组成，熔点和沸点都很低，并随原子量增加而升高。它们在低温时可被液化，除氦以外，其他5种气体都可在充分降温下凝固，氦则要在25大气压或更大的外压下于0～1k凝固。稀有气体原子的最外层电子结构为 ns2np6（氦为1s2），使稀有气体一般不具备化学活性，故过去又称惰性气体。

稀有气体单质都是由单个原子构成的分子组成的，所以其固态时都是分子晶体。