图3.氦氖激光器结构(来源于搜狐网)
因为氦氖激光器制造方便、价格便宜、可靠性强、使用寿命长等特点,所以用途十分广泛。在医疗上,通过氦氖激光治疗,可以帮助机体清除炎症,并且扩张局部血管,达到止痛的效果,如治疗皮肤病、风湿性关节炎、肺炎、激光手术等。同时氦氖激光器在工农业生产、科研和教学等方面的应用也日趋广泛,尤其在流体的流速流量测量、精密计量、全息照相和准直导向等方面表现着主要作用。
(2)电光源
霓虹灯是应用最广泛的电光源,当夜晚来临时,五彩斑斓的霓虹灯把城市粉饰得熠熠生辉,如图4所示。
图4.城市夜景(来源于百度百科)
霓虹灯是充有稀薄氖气或其他稀有气体的通电玻璃管,是一种冷阴极气体放电灯。霓虹灯管是一个两端有电极的密封玻璃管,其中填充了一些低气压的气体。由于管内的气体是由无数分子构成的,在正常状态下分子与原子呈中性。在高电压作用下,少量自由电子向阳极运动,气体分子的急剧游离激发电子加速运动,使管内气体导电,发出色彩的辉光。管内的气体决定光颜色的不同,如图5所示。
图5.稀有气体在高电压下发出的光(来源于知乎)
将灯管中充入不同稀有气体混合,就可以得到五颜六色的霓虹灯,氖灯发出橙红色光,若充入不同气体会显示不同颜色,比如二氧化碳(白光)、氦气(粉红色光)、汞蒸气(蓝光)、氢气(红光)等。稀有气体能制成不同电光源应用在生活,如氪灯具有极强的穿透力,可用于机场跑道、港口和车站灯标等;氙灯的发光强度较强,照射距离远,常用在导航灯、探照灯等;把氪气与氙气混合,常用在高强度和短曝光的频闪灯。
(3)人造空气
当我们看到潜水员拿着的氧气瓶,想着里面装着的应该是普通空气,如图6所示,而事实是氧气瓶里装的是“人造空气”。当潜水员潜入深海时,吸入人体的空气中含有较多氮气,随着深海压力的加深大量地溶解在血液里,当潜水员出海时,压力猛然下降,在深海处血液溶解的氮气都往外跑,造成血管堵塞,引起“潜水病”。
图6.潜水图片(来源于新浪网)
因此,科学家想到了难溶于水的氦气。实验测得:在0℃时,每100体积的水中大约仅能溶解1体积的氦气。人体血液的90%都是水,按照一个人的总血量计算,相同条件下溶解在血液中的氦气也是很少的。
科学家把氦气和氧气按一定比例混合,便制成了这种特殊的空气——“人造空气”,并把这种空气装入钢瓶中,专门供潜水员潜入深海作业呼吸时使用,以避免“潜水病”。其次,“人造空气”使用氦气代替了氮气,其密度大幅度减小,仅有普通空气密度的1/3,因此呼吸“人造空气”比呼吸普通空气要轻松得多,可以减轻潜水员的呼吸困难。
(4)其他应用
稀有气体不与大多数物质发生化学反应,可以用作保护气。比如焊接精密零件或镁、铝等活泼金属时用稀有气体来隔绝空气,以及制造半导体晶体管的过程中,常用氩气作保护气。氙气的分子量大,其能溶解在细胞质的油脂中,促使细胞膨胀和麻醉,而暂时停止神经末梢传送,达到麻醉效果。
氙气作为一种理想的麻醉剂,与其他麻醉剂相比状态稳定,具有无毒无害、快速诱导、器官保护等优势。由此可见,氙气在医学上有着良好的应用前景。在所有气体中,氦气是最难液化的,其沸点是-269℃,由此可利用液态氦得到接近绝对零度(-273.15℃)的超低温。氦气作为第二轻的气体,性质稳定,不燃烧也不支持燃烧,可以代替氢气装入在飞艇中,保障飞艇的安全性。
二、结语稀有气体虽然含量很少,但用途十分广泛,文章中所列举的稀有气体用途只是凤毛麟角,实际上在各行各业都可以探寻到稀有气体的用途,不仅仅是稀有气体,在现代社会,化学通过自身的快速发展,渗透并带动着相关的新材料、新能源、环境科学、生命科学等领域取得了令人瞩目的发展成果。因此,作为化学科研者,应该不断探索,为国家科技的发展和人们生活水平的提高做出贡献。