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惰性气体又称稀有气体(rare gas),因为在地壳和大气层中含量很少,除氡外都可作为工业气体由空气分离而制得。通常具有化学惰性,但近年来已能制得氙、氪、氡的一些具有一定稳定性的化合物。 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。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。 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!
听说液相流动相超声了换是存在气泡,那流动相超声好换是充惰性气体好呢?
1. 概述 针对目前常用的高温加热炉保护气体管路使用中存在的不便性,采用改进措施和配套装置,使得惰性气体管路的使用更方便、更安全和更直观。2. 常用保护气体管路结构 高温真空炉,如石墨加热炉和钨丝加热炉等,在工作过程中都需要惰性气体保护。常需对炉体先抽真空后充惰性气体,并使真空炉内惰性气体的气压略大于大气压,在整个升降温过程中真空炉始终处在正压状态,以避免发热体和工件氧化。保护气体管路结构如图 2-1所示。 http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/04/201704021923_01_3384_3.png图 2-1 高温加热炉常用保护气体管路示意图3. 常用保护气体管路使用步骤 (1)使真空腔处于闭合状态,关闭所有阀门。 (2)开启真空泵和开关阀2,对高温加热炉真空腔开始抽真空。 (3)当真空腔内的真空度达到要求真空度时,一般为20Pa左右,先后开启气瓶减压阀和开关阀1,调节浮子流量计,用最小气体流量对真空腔进行充气,同时真空泵抽掉充气管路中的残存大气。 (4)按顺序先后关闭开关阀2和真空泵,调节浮子流量计增大充气流量,使真空腔内惰性气体较快速度接近大气压。 (5)当充气使得真空腔内气压达到放气阀出气压力时,调节浮子流量计到合适的最小流量,使充入的气体经过真空腔由放气阀排出,形成单向流动。 (6)保持浮子流量计调节位置不变,真空腔内始终处于恒定的正压环境,然后开始高温加热炉的升降温过程和其它试验操作。4. 问题提出 上述的高温真空炉保护气体管路在实际工程使用中存在以下问题: (1)充气管路中调节气体流速的浮子流量计真空密闭性很差,在负压状态下的充气过程中,大气会经浮子流量计进入到真空腔内。如果将充气管路和浮子流量计与真空腔一起抽真空,浮子流量计的泄漏会造成真空腔真空度始终无法达到高温加热炉腔体的真空度要求。 (2)当腔内气压达到设定正压,放气阀开始放气。但放气阀的放气过程并不直观,无法准确观察到放气现象。尽管有些单向放气阀带有放气哨音,但腔体始终处于正压放气状态,连续的放气哨音反而成为一种噪音。如果采用更复杂和准确的压力仪表来进行检测,会增加相应的成本。 5. 新型管路要求 所需求的加热炉保护气体管路如图 5 1所示。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/04/201704021924_01_3384_3.png 图 5-1 新型高温加热炉常用保护气体管路示意图 具体要求如下: (1)将浮子流量计改进为真空密封型的浮子流量计,便于将充气管路中的残存气体抽取干净,同时保证充气过程中的惰性气体纯度,避免外部空气渗入。如果不考虑气体流量的直观性调节,也可以增加两路充气管路,一路用开度较大的调节阀来进行快速充气,以满足较大真空腔体对快速充气的要求;另一路用开度较小的针阀控制充气,以满足较小体积真空腔体的充气要求,以避免腔体内部过压太快。 (2)将真空腔上两个放气阀更换为两个不同量程的单向限压阀,如6Psi和9Psi,其中6Psi限压阀保证只有真空腔内气压大于大气压6Psi时才能导通放气,9Psi限压阀保证只有真空腔内气压大于大气压9Psi时才能导通放气。这样配置两个不同量程单向限压阀的作用,一是将真空腔内的惰性气体正压严格控制在6~9Psi之间,二是当其中6Psi放气阀发生堵塞失效正压增加后,9Psi放气阀导通起到安全保护作用,控制真空腔内正压不至于过大。 (3)分别在两个不同量程的单向限压阀出气端连接上两个气泡式流量指示计,从两个限压阀流出的气体通过导管导入油内,以气泡形式指示出气体的流出和流量大小。 (4)如果高温真空炉内不要求有惰性气体正压形式,充入的惰性气体直接经过加热炉后直接以一个大气压压力直接排出炉外。这样可以不安装两个不同量程的单向限压阀,而是在相应接口处直接安装上两个气泡式流量指示计,或只安装上一个气泡式流量指示计而另一接口密封,这样排出的惰性气体可以通过气泡直接观察。在这种情况下,这种气泡式流量指示计就需要兼顾负压功能,即在抽真空状态过程中气泡式流量指示计自动密闭起到关闭阀门的作用,而在充惰性气体过程中当真空腔内气压接近一个大气压式自动打开排出气体并由气泡显示流量大小。6. 效果总结 改进后的管路可以更有效的消除充气管路内残留大气和浮子流量计大气泄漏所引起的真空腔内惰性气体不纯问题,惰性气体防护作用更有效。 通过改进后的高温加热炉保护气体管路,保护气体管路可以应用于有设定正压要求的高温加热炉系统,也可以应用于无正压要求的高温加热炉。 改进后的管路可以精确控制真空腔内惰性气体气压范围,提高真空腔内气压保护的安全性,可以直观的观察到真空腔内惰性气体的气压变化过程和速度,重要的是整体结构比较廉价。