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稀有氣體，又稱作惰性气体、貴重氣體、貴族氣體、貴氣體、高貴氣體或鈍氣，是指元素周期表上的第18 (8A)族元素(IUPAC新规定，即原来的0族)，在常溫常壓下，它們是全都是无气味，无色，单原子气体，及其反應性非常低。天然存在的貴气体有六種：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、和具放射性的氡(Rn)。而Uuo是以人工合成的貴氣體，非常不穩定，半衰期很短。

貴气体的特性可以用現代的原子結構理論來解释：它們的最外電子層的電子已「滿」(即已達成八隅體狀態)，所以它們非常穩定，極少進行化学反应，至今只有幾百種惰性气体化合物能被成功備製。每種貴气体的熔点和沸点十分接近，溫度少於10°C (18°F)的差距，因此它們僅在很小的温度范围內以液態存在。

經氣體液化和分馏方法可從空氣中獲得氖、氬、氪和氙；氦氣通常從天然气提取出來；氡氣則通常由鐳化合物經放射性衰变後分離出來。貴气体在工業方面主要應用在照明設備、銲接和太空探索。氦也會應用在深海潛水。如潛水深度大於180英尺(55 公米)，潛水員所用的壓縮空氣瓶內的氮要被氦代替，以避免氧中毒及氮麻醉的徵狀。另一方面，由於氫氣非常不穩定容易燃燒和爆炸，現今的飛艇及氣球都採用氦氣替代氫氣。

歷史

「貴重气体」(英文名字「noble gases」)是從德國名詞「Edelgas」翻譯過來，最先在1898年由雨果·埃德曼(Hugo Erdmann)[1] 所用，以顯示它們極低的反應性。此名稱的含意與黃金等的「贵金属」類似，有財富、高貴及低反應性的意思。貴气体也會稱為「惰性气体」，源於本來的英文名字「inert gases」，意指這些氣體基本沒有活性，在一般情況下極不容易與其它元素反應。但這個名詞已較少使用，因現今已發現很多惰性气体化合物[2]，所以這些氣體不再是「懶惰」，而是極選擇性地作化學反應。「稀有气体」是另一個會使用的名稱[3]。在1991年，全国自然科学名词审定员会公佈的《化学名词》中正式规定，把惰性气体改称为稀有气体[4]。但是這名稱也有不精確之處，因為這些氣體約佔地球大气組成的0.94%，其中氬氣佔了0.9%。[5]

 
科學家最先在太陽的發射光譜上發現氦氣獨特的譜綫。

皮埃爾·讓森(Pierre Janssen)和約瑟夫·諾曼底·洛克伊爾(Joseph Norman Lockyer)最先在1868年8月18日，在觀看太陽的色球層時發現了一種放出黃色譜線的物質，他們把此物質命名為「氦」(法文為hélium，英文為helium)，源自希臘語「ήλιος」，意為「太陽」[6]。在他們之前，英國化學及物理學家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)在1784年已在空氣中發現一種微量的物質，其反應性比氮氣還低[7] 。 一個世紀之後，於1895年瑞利勛爵發現比較空氣中的氮氣樣本與從化学反應所產生的氮氣，它們的密度是有所不同。瑞利勛爵與倫敦大學學院的科學家威廉·拉姆齊一起合作，推論從空氣提取的氮氣與其實與另一氣體混合。他們其後進行實驗順利地分離一種新的元素——氬，此名稱源自希臘語「αργός」，意思為「不活躍」[7]。由此發現，他們理解到元素週期表上欠缺了一整類的氣體。 在尋找氬氣期間，拉姆齊重複了美國地質學家希爾布蘭德(William Hillebrand)的實驗，把釔鈾礦(cleveite)放在硫酸中加熱，成功分離出氦氣。在1902年，季米特里·門捷列夫(Dmitri Mendeleev)接受氦和氬元素的證據，把這些貴氣體納入他的元素排列之內，分類為第0族，此排列其後演變成元素週期表。[8]

拉姆齊继续使用分馏法把液態空氣分離成不同的成分以尋找這些貴氣體。在1898年，他發現了元素氪、氖和氙。「氪」源自希臘語「κρυπτός」，意為「隱藏」；「氖」源自希臘語「νέος」，意為「新」；「氙」源自希臘語「ξένος」，意為「陌生人」。氡氣在1898由弗里德里希·厄恩斯特·當(Friedrich Ernst Dorn)所發現[9]，最初取命為鐳放射物，但當時並未列為貴氣體，直到1904年才發現它的特性與其他貴氣體相似[10]。 在1904年，瑞利和拉姆齊分別獲得諾貝爾物理學獎和化學獎，以表揚他們在貴氣體上的發現[11][12]。 瑞典皇家科學院主席西德布洛姆(J.E. Cederblom)致詞說：「一族全新元素的發現，而當中沒有一個成員曾經被確實發現。這是在化學歷史上完全獨特的事情，其本質上對科學發展有特殊意義。」[12]

貴氣體的發現有助原子結構一般理解的發展。在1895年，法國化學家亨利·莫瓦桑(Henri Moissan)嘗試進行氟(最電負性的元素)與氬(貴氣體)之間的反應，但沒有成功。直到20世紀末為止，科學家仍無法備製氬的化合物，但這些嘗試有助於發展新的原子結構理論。由這些實驗結果的資料，丹麥物理學家尼爾斯·玻爾在1913年提出，在原子中的電子以電子殼形式圍繞原子核排列，而且除氦氣以外的所有貴氣體，最外層的電子殼總是包含8粒電子[10]。 在1916年，吉爾伯特·牛頓·路易士(Gilbert N. Lewis)制定了八隅體規則，指出最外電子殼上有八粒電子是任何原子最穩定的排佈；此電子排佈使它們不會與其他元素發生反應，因為它們不需要更多的電子以填滿其最外電子殼。[13]

但直到1962年，尼爾·巴特萊特(Neil Bartlett)才發現了首個貴氣體化合物六氟合鉑酸氙(hexafluoroplatinate)[14]。 其他貴氣體化合物隨後陸續被發現：在1962年發現了氡的化合物(二氟化氡 RnF
2)[15]；並於1963年發現氪的化合物(二氟化氪 KrF
2)[16]。 於2000年，第一個穩定的氬化合物，氟氬化氫(HArF)於開氏40K(−233.2℃；−387.7℉)被成功備製。[17]

1998年12月在俄羅斯杜布納的聯合核研究所(Joint Institute for Nuclear Research)，科學家以鈣(Ca)原子衝擊鈽(Pu)來產生元素114的單一原子[18]，並暫時命名為「ununquadium」(Uuq)[19]。初步化學實驗已顯示這種元素可能是第一種超重元素，有異常的貴氣體特性，即使它是屬於元素周期表上第14族的成員[20]。 2006年10月聯合核研究所與勞倫斯利福摩爾國家實驗室的科學家成功地以鈣(Ca)原子衝擊鉲(Cf)[21]，人工產生了 ununoctium(Uuo)，即18族的第七個元素。[22]

参见

參考資料

注释

  1. ^ Renouf, Edward. Noble gases. Science. 1901-02-15, 13: 268–270. doi:10.1126/science.13.320.268. 
  2. ^ Ozima 2002，第30頁
  3. ^ Ozima 2002，第4頁
  4. ^ 人民教育出版社网站
  5. ^ （英文）"argon". Encyclopædia Britannica. 2008
  6. ^ Oxford English Dictionary (1989), s.v. "helium". Retrieved December 16, 2006, from Oxford English Dictionary Online. Also, from quotation there: Thomson, W. (1872). Rep. Brit. Assoc. xcix: "Frankland and Lockyer find the yellow prominences to give a very decided bright line not far from D, but hitherto not identified with any terrestrial flame. It seems to indicate a new substance, which they propose to call Helium."
  7. ^ 7.0 7.1 Ozima 2002，第1頁
  8. ^ Mendeleev 1903，第497頁
  9. ^ （英文）Partington, J. R. Discovery of Radon. Nature. 1957, 179 (4566): 912. doi:10.1038/179912a0.  已忽略未知参数|month=（建议使用|date=） (帮助)
  10. ^ 10.0 10.1 （英文）"Noble Gas". Encyclopædia Britannica. 2008
  11. ^ （英文）Cederblom, J. E. The Nobel Prize in Physics 1904 Presentation Speech. 1904. 
  12. ^ 12.0 12.1 （英文）Cederblom, J. E. The Nobel Prize in Chemistry 1904 Presentation Speech. 1904. 
  13. ^ （英文）Gillespie, R. J.; Robinson, E. A. Gilbert N. Lewis and the chemical bond: the electron pair and the octet rule from 1916 to the present day. J Comput Chem. 2007, 28 (1): 87–97. PMID 17109437. doi:10.1002/jcc.20545.  已忽略未知参数|month=（建议使用|date=） (帮助)
  14. ^ （英文）Bartlett, N. Xenon hexafluoroplatinate Xe+[PtF]–
    6    . Proceedings of the Chemical Society. 1962, (6): 218. doi:10.1039/PS9620000197.     
  15. ^ （英文）Fields, Paul R.; Stein, Lawrence; Zirin, Moshe H. Radon Fluoride. Journal of the American Chemical Society. 1962, 84 (21): 4164–4165. doi:10.1021/ja00880a048. 
  16. ^ （英文）Grosse, A. V.; Kirschenbaum, A. D.; Streng, A. G.; Streng, L. V. Krypton Tetrafluoride: Preparation and Some Properties. Science. 1963, 139: 1047–1048. PMID 17812982. doi:10.1126/science.139.3559.1047. 
  17. ^ （英文）Khriachtchev, Leonid; Pettersson, Mika; Runeberg, Nino; Lundell, Jan; Räsänen, Markku. A stable argon compound. Nature. 2000-08-24, 406 (406): 874–876. doi:10.1038/35022551. 
  18. ^ （英文）Oganessian, Yu. Ts. Synthesis of Superheavy Nuclei in the 48Ca + 244Pu Reaction. Physical Review Letters (American Physical Society). 1999, 83: 3154. doi:10.1103/PhysRevLett.83.3154. 
  19. ^ （英文）Woods, Michael. Chemical element No. 110 finally gets a name—darmstadtium. Pittsburgh Post-Gazette. 2003-05-06 [2008-06-26]. 
  20. ^ （英文）Gas Phase Chemistry of Superheavy Elements (PDF). Texas A&M University. [2008-05-31]. 
  21. ^ （英文）Oganessian, Yu. Ts. Synthesis of the isotopes of elements 118 and 116 in the 249Cf and 245Cm + 48Ca fusion reactions. Physical Review C. 2006-10-09, 74 (4): 44602. doi:10.1103/PhysRevC.74.044602. 
  22. ^ （英文）Wilson, Elaine. Making Meaning in Chemistry Lessons. Electronic Journal of Literacy through Science. 2005, 4 (2). 

参考書目

左方一族： 稀有气体
第18族(0) 		右方一族：
卤素 碱金属
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