稀有气体 稀有气体（），又称-{zh-cn:惰性气体;zh-tw:稀有气体;zh-sg:稀有气体;}-、懒性气体、钝气、贵气体等，是指在元素周期表中同属第18族（旧称ⅧA族）的化学元素。它们性质相似，在常温常压下都是无色无味的单原子气体，很难参与化学反应。天然存在的稀有气体有六种，即氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和具放射性的氡（Rn）。而人工合成的--（Og）原子核非常不稳定，半衰期极短，因此目前未能通过化学实验来研究其性质。根据元素周期律，除了氖的反应活性最低外，其余惰性气体的反应活性随著原子序的增大而渐高，因此估计鿫应比氡更活泼。而且，理论计算显示，鿫可能会非常活泼，以至于不一定能称为-{惰性}-气体。 稀有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），非常稳定，极少参与化学反应，至今只成功制备出几百种稀有气体化合物。每种稀有气体的熔点和沸点十分接近，温度差距小于10 °C（18 °F），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，而氦气通常提取自天然气，氡气则通常由镭化合物经放射性衰变后分离出来。稀有气体在工业方面主要应用在照明设备、焊接和太空探测。氦也会应用在深海潜水。如潜水深度大于55米，潜水员所用的压缩空气瓶内的氮要由氦代替，以避免氧中毒及氮麻醉的征状。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。 名称. 自从惰性气体在十九世纪始为人知，其性质越趋透澈而多次改名。化学家最初认为它们很罕见，称之为稀有-{}-气体（rare gases）。不过，并非所有气体都很少见，这种说法只适用于部分气体。例如氩气在地球大气层的含量占0.9%，胜过二氧化碳；而氦气在地球大气层的含量确实很少，但在宇宙却相当充沛，占25%，仅次于氢。所以化学家又改称惰性-{}-气体（又称钝气，inert gases），表示它们在普通环境不化学反应，不曾在自然出现过化合物。对于那些早期需借由化合物来寻找元素的科学家来说，这些元素甚难寻找。不过，最近研究指出它们可以借助人工合成的方式和其他元素结合成化合物（此即稀有气体化合物），故最后改称noble gas，这称呼是由雨果·埃德曼于1898年所用的德语词Edelgas翻译而来，表示它们极不活泼，难以反应，但并非不能产生任何化合物，类比于与极不活泼的惰性金属（noble metal）。 在中文译名方面，两岸三地有不同称呼。中国大陆全国自然科学名词审定委员会于1991年公布的《化学名词》中正式规定「noble gases」称为稀有-{}-气体一词。香港教育局的《中学化学科常用英汉辞汇》称「noble gases」为（高）贵-{}-气体，而一般社会仍有使用惰性-{}-气体的称呼。而台湾方面，由国家教育研究院的国立编译馆建议常称「noble gases」为惰性-{}-气体，比较少用钝气（但审定高中以下化学课本统一使用钝气）、稀有-{}-气体等，然而最近也有称为-{zh-cn:高贵气体;zh-tw:高贵气体; zh-hk:稀有气体;zh-sg:高贵气体}-。 发现史. 1868年8月18日，皮埃尔·让森和约瑟夫·诺曼底·洛克伊尔在观测太阳的色球层时，发现一种发射光谱中有黄色谱线的物质，他们把该物质命名为“氦”（、），该词源自希腊语-- (ílios)，意为“太阳”。在他们之前，英国化学及物理学家亨利·卡文迪什已经在1784年在空气中发现一种微量的物质，其化学反应活性比氮气还低。一个世纪之后的1895年，瑞利勋爵比较空气中分离出的氮气和化学反应所产生的氮气，发现它们的密度有所不同。瑞利勋爵与伦敦大学学院的科学家威廉·拉姆齐合作，推测从空气提取的“氮气”与另一气体混合物。此后，他们通过实验顺利地分离一种新的元素：氩，此名称源自希腊语-- (argós)，意思为“不活跃”。由此发现，元素周期表上欠缺一整类的气体。在寻找氩气期间，拉姆齐重复美国地质学家希尔布兰德的实验，即把钇铀矿放在硫酸中加热，他通过此法成功的分离出氦气。1902年，德米特里·门捷列夫接受氦和氩元素的发现，并为这些稀有气体纳入他的元素排列之内，分类为第0族，而元素周期表即从该排列演变而来。 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其他的稀有气体。他于1898年发现三种新元素：氪、氖和氙。“氪”源自希腊语“-- (kruptós)”，意为“隐藏”；“氖”源自希腊语“-- (néos)”，意为“新”；“氙”源自希腊语“-- (xénos)”，意为“陌生人”。氡于1898年由弗里德里希·厄恩斯特·当发现，最初取名为镭放射物（radium emanation），但当时并未列为稀有气体。直到1904年才发现它的特性与其他稀有气体相似。1904年，瑞利和拉姆齐分别获得诺贝尔物理学奖和化学奖，以表彰他们在稀有气体领域的发现。瑞典皇家科学院主席西德布洛姆致词说：“即使前人未能确认该族中任何一个元素，却依然能发现一个新的元素族，这是在化学历史上独一无二的，对科学发展有本质上的特殊意义。” 稀有气体的发现有助于对原子结构一般理解的发展。在1895年，法国化学家亨利·莫瓦桑尝试将氟（电负性最高的元素）与氩（稀有气体）反应，但没有成功。直到20世纪末，科学家仍无法制备出氩的化合物，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，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出，在原子中的电子以电子层形式围绕原子核排列，除了氦气以外的所有稀有气体元素的最外层的电子层总是包含8个电子。1916年，吉尔伯特·路易斯制定八隅体规则，指出最外电子层上有8个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层电子层。 1962年，尼尔·巴特利特发现首种稀有气体化合物六氟合铂酸氙。其他稀有气体化合物随后陆续发现：在1962年发现氡的化合物二氟化氡；并于1963年发现氪的化合物二氟化氪。2000年，第一种稳定的氩化合物氟氩化氢（HArF）在40K（-233.2℃）下成功制备。 2006年10月，联合核研究所与美国劳伦斯利福摩尔国家实验室的科学家成功地以钙原子轰击锎的方法，人工合成出鿫，它是18族的第七个元素。 物理和原子性质. 关于更多数据，参见稀有气体性质表。 由于稀有气体无极性且相对分子质量较小，因而它们的分子间作用力非常弱，所以熔点和沸点非常低。它们在标准状况下都是单原子气体，甚至比一般固体元素原子量更大的氙、氡等也是如此。与其它稀有气体元素相比，氦具有一些独特的性质：它的沸点和熔点低于其它任何已知的物质；它是唯一的一种表现出超流性的元素；它是唯一不能在标准状况下冷却凝固的元素——必须在0.95 K（−272.200℃）的温度施加25个大气压（2,500 kPa）的压力，才能使氦凝固。 到氙为止的稀有气体都有多个稳定的同位素，氡和鿫则没有稳定同位素。寿命最长的氡同位素222Rn的半衰期只有3.8天，222Rn会衰变为氦和钋，最终衰变产物则是铅；而目前已知的鿫同位素只有294Og，半衰期仅0.7毫秒。 稀有气体原子像大部分族中的原子一样，由于电子层数的增加，原子半径随着周期的增加而增加。原子的大小与影响物质的许多性质。例如，电离能随着半径的增加而减少，因为较重的稀有气体中的价电子离核较远，因此更容易脱离原子核的束缚。稀有气体的电离能是每一个周期中最大的，这反映了它们的电子排布的稳定性，也导致了它们的化学性质不活泼。然而，有些较重的稀有气体的电离能较小，足以与其它元素和分子相比。巴特利特正是看到了氙的第一电离能与氧分子相似，而尝试用六氟化铂来把氙氧化，因为六氟化铂的氧化性非常强，足以把氧气氧化。稀有气体不能得到一个电子，而形成稳定的阴离子；也就是说，它们的电子亲合能是负值。 稀有气体的宏观物理性质主要来自原子之间的弱范德华力。原子之间的吸引力随着原子大小的增加而增加，由于极化性的增加以及电离能的减少。这就是在第18族从上到下，原子半径和原子间力增加，导致熔点、沸点、汽化热和溶解度增加的原因。密度的增加则是由于原子序数的增加。 稀有气体在标准状况下几乎是理想气体，但它们与理想气体状态方程的偏差提供了分子间作用力的研究的重要线索。兰纳-琼斯势，通常用来模拟分子间的作用，由约翰·兰纳-琼斯根据氖的实验数据提出，那时量子力学还没有发展到可以作为从第一性原理（即量子化学从头计算）理解分子间作用力的工具。这些作用的理论分析变得易于处理，因为稀有气体是单原子，且原子是球形，这意味着原子之间的作用与方向无关（各向同性）。 化学性质. 稀有气体组成了元素周期表中的第18族。已经确认的元素是氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）、氡（Rn）和鿫（Og），前六者在标准状况下都是无色、无气味、无味道、不可燃的气体。 曾经有一段时间，它们称为元素周期表中的第0族，因为大家认为它们的化合价为零，也就是说，它们的原子不能与其它元素结合而形成化合物。然而，后来发现有些稀有气体确实可以形成化合物（氖除外），这样“第0族”的名称便再没有人使用了。目前对第18族的最新元素鿫了解非常少。 与其他主族一样，此族元素的电子排布有固定的模式，尤其是主导化学性质变化趋势的最外层电子： 稀有气体的价电子层已满。价电子是最外层的电子，通常只有这些电子参与化学键。价电子层已满的原子是非常稳定的，因此很难形成化学键，也极难得到或失去电子。然而，在较重的稀有气体中（例如氡），最外层的电子与原子核之间的电磁力要小于较轻的稀有气体（例如氦），因此较重的稀有气体较容易失去最外层电子。 稀有气体记法. 由于价电子层已满，因此稀有气体可以与电子排布记法结合起来，形成稀有气体记法。这种记法是先写出元素之前的最近的稀有气体，然后再写出从那里开始的电子排布。例如，碳的电子排布是1s22s22p2，稀有气体记法则是[He]2s22p2。使用这种记法更容易识别元素，也比完整的原子轨道记法要简短。 化合物. 稀有气体的化学反应活性极低；因此，目前只制备出了数百个稀有气体化合物。氦和氖参与化学键的中性化合物目前还没有成功制备（虽然理论上少数氦的化合物是可以存在的），氡、氙、氪和氩也只表现出极低的活性。根据艾伦电负性的大小，可知反应活性的顺序为Ne