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稀有气体，又称作惰性气体、贵重气体、贵族气体、贵气体、高贵气体或钝气，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)，在常温常压下，它们是全都是无气味，无色，单原子气体，及其反应性非常低。天然存在的贵气体有六种：氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、和具放射性的氡(Rn)。而Uuo是以人工合成的贵气体，非常不稳定，半衰期很短。

贵气体的特性可以用现代的原子结构理论来解释：它们的最外电子层的电子已“满”(即已达成八隅体状态)，所以它们非常稳定，极少进行化学反应，至今只有几百种惰性气体化合物能被成功备制。每种贵气体的熔点和沸点十分接近，温度少于10°C (18°F)的差距，因此它们仅在很小的温度范围内以液态存在。

经气体液化和分馏方法可从空气中获得氖、氩、氪和氙；氦气通常从天然气提取出来；氡气则通常由镭化合物经放射性衰变后分离出来。贵气体在工业方面主要应用在照明设备、焊接和太空探索。氦也会应用在深海潜水。如潜水深度大于180英尺(55 公米)，潜水员所用的压缩空气瓶内的氮要被氦代替，以避免氧中毒及氮麻醉的症状。另一方面，由于氢气非常不稳定容易燃烧和爆炸，现今的飞艇及气球都采用氦气替代氢气。

历史

“贵重气体”(英文名字“noble gases”)是从德国名词“Edelgas”翻译过来，最先在1898年由雨果·埃德曼(Hugo Erdmann)[1] 所用，以显示它们极低的反应性。此名称的含意与黄金等的“贵金属”类似，有财富、高贵及低反应性的意思。贵气体也会称为“惰性气体”，源于本来的英文名字“inert gases”，意指这些气体基本没有活性，在一般情况下极不容易与其它元素反应。但这个名词已较少使用，因现今已发现很多惰性气体化合物[2]，所以这些气体不再是“懒惰”，而是极选择性地作化学反应。“稀有气体”是另一个会使用的名称[3]。在1991年，全国自然科学名词审定员会公布的《化学名词》中正式规定，把惰性气体改称为稀有气体[4]。但是这名称也有不精确之处，因为这些气体约占地球大气组成的0.94%，其中氩气占了0.9%。[5]

 
科学家最先在太阳的发射光谱上发现氦气独特的谱线。

皮埃尔·让森(Pierre Janssen)和约瑟夫·诺曼底·洛克伊尔(Joseph Norman Lockyer)最先在1868年8月18日，在观看太阳的色球层时发现了一种放出黄色谱线的物质，他们把此物质命名为“氦”(法文为hélium，英文为helium)，源自希腊语“ήλιος”，意为“太阳”[6]。在他们之前，英国化学及物理学家亨利·卡文迪什(Henry Cavendish)在1784年已在空气中发现一种微量的物质，其反应性比氮气还低[7] 。 一个世纪之后，于1895年瑞利勋爵发现比较空气中的氮气样本与从化学反应所产生的氮气，它们的密度是有所不同。瑞利勋爵与伦敦大学学院的科学家威廉·拉姆齐一起合作，推论从空气提取的氮气与其实与另一气体混合。他们其后进行实验顺利地分离一种新的元素——氩，此名称源自希腊语“αργός”，意思为“不活跃”[7]。由此发现，他们理解到元素周期表上欠缺了一整类的气体。 在寻找氩气期间，拉姆齐重复了美国地质学家希尔布兰德(William Hillebrand)的实验，把钇铀矿(cleveite)放在硫酸中加热，成功分离出氦气。在1902年，季米特里·门捷列夫(Dmitri Mendeleev)接受氦和氩元素的证据，把这些贵气体纳入他的元素排列之内，分类为第0族，此排列其后演变成元素周期表。[8]

拉姆齐继续使用分馏法把液态空气分离成不同的成分以寻找这些贵气体。在1898年，他发现了元素氪、氖和氙。“氪”源自希腊语“κρυπτός”，意为“隐藏”；“氖”源自希腊语“νέος”，意为“新”；“氙”源自希腊语“ξένος”，意为“陌生人”。氡气在1898由弗里德里希·厄恩斯特·当(Friedrich Ernst Dorn)所发现[9]，最初取命为镭放射物，但当时并未列为贵气体，直到1904年才发现它的特性与其他贵气体相似[10]。 在1904年，瑞利和拉姆齐分别获得诺贝尔物理学奖和化学奖，以表扬他们在贵气体上的发现[11][12]。 瑞典皇家科学院主席西德布洛姆(J.E. Cederblom)致词说：“一族全新元素的发现，而当中没有一个成员曾经被确实发现。这是在化学历史上完全独特的事情，其本质上对科学发展有特殊意义。”[12]

贵气体的发现有助原子结构一般理解的发展。在1895年，法国化学家亨利·莫瓦桑(Henri Moissan)尝试进行氟(最电负性的元素)与氩(贵气体)之间的反应，但没有成功。直到20世纪末为止，科学家仍无法备制氩的化合物，但这些尝试有助于发展新的原子结构理论。由这些实验结果的资料，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔在1913年提出，在原子中的电子以电子壳形式围绕原子核排列，而且除氦气以外的所有贵气体，最外层的电子壳总是包含8粒电子[10]。 在1916年，吉尔伯特·牛顿·路易士(Gilbert N. Lewis)制定了八隅体规则，指出最外电子壳上有八粒电子是任何原子最稳定的排布；此电子排布使它们不会与其他元素发生反应，因为它们不需要更多的电子以填满其最外电子壳。[13]

但直到1962年，尼尔·巴特莱特(Neil Bartlett)才发现了首个贵气体化合物六氟合铂酸氙(hexafluoroplatinate)[14]。 其他贵气体化合物随后陆续被发现：在1962年发现了氡的化合物(二氟化氡 RnF
2)[15]；并于1963年发现氪的化合物(二氟化氪 KrF
2)[16]。 于2000年，第一个稳定的氩化合物，氟氩化氢(HArF)于开氏40K(−233.2℃；−387.7℉)被成功备制。[17]

1998年12月在俄罗斯杜布纳的联合核研究所(Joint Institute for Nuclear Research)，科学家以钙(Ca)原子冲击钚(Pu)来产生元素114的单一原子[18]，并暂时命名为“ununquadium”(Uuq)[19]。初步化学实验已显示这种元素可能是第一种超重元素，有异常的贵气体特性，即使它是属于元素周期表上第14族的成员[20]。 2006年10月联合核研究所与劳伦斯利福摩尔国家实验室的科学家成功地以钙(Ca)原子冲击锎(Cf)[21]，人工产生了 ununoctium(Uuo)，即18族的第七个元素。[22]

参见

参考资料

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页
  3. ^ Ozima 2002，第4页
  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页
  8. ^ Mendeleev 1903，第497页
  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). 

参考书目

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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