惰性气体也叫稀有气体,是指元素周期表上所有0族元素对应的气体单质,也称为惰性气体。在常温常压下,它们都是无色无味的单原子气体,很难进行化学反应。稀有气体共有7种,它们是氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氪气(Kr)、氙气(Xe)、氡气(Rn,放射性)、(气奥)(Og,放射性,人造元素)。其中Og是以人工合成的稀有气体,原子核非常不稳定,半衰期很短,只有5毫秒。
惰性气体命名由来
“noble gases”在十九世纪被化学家发现以来,由于深入理解其性质而多次改名。原本它们被称为稀有气体(rare gases),因为化学家认为它们是很罕见的。不过,这种说法只适用其中部分元素,并非所有都很少见。例如氩气(Ar, argon)在地球大气层的含量占0.923%,胜过二氧化碳(0.03%);而氦气(He, helium)在地球大气层的含量确实很少,但在宇宙却是相当充沛,它占有23%,仅次于氢(75%)。所以化学家又改称为惰性气体(又称钝气,inert gases),表示它们的反应性很低,不曾在自然中出现化合物过。对于那些早期需借由化合物来寻找元素的科学家,这些元素是比较难以寻找的。不过,最近的研究指出他们是可以和其他元素结合成化合物(此即稀有气体化合物),只是需要借助人工合成的方式。故最后改称为贵重气体(又称贵族气体、贵气体或高贵气体,noble gases),这个称呼是源自德语的Edelgas所翻译来的,是由雨果·埃德曼于1898年所定名。“noble”与黄金等的“贵金属”类似,表示它们不易发生化学反应,但并非不能产生任何化合物。
在中文译名方面,两岸三地有着不同的称呼。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词汇》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,由国立编译馆的国家教育研究院建议常称“noble gases”为惰性气体,比较少用钝气、稀有气体等,然而也有被称为高贵气体。
惰性气体元素的基本性质
性 质 | He | Ne | Ar | Kr | Xe | Rn |
颜 色 | 无色 | 无色 | 无色 | 无色 | 无色 | 无色 |
光谱颜色(放电管中) | 粉红 | 红 | 蓝紫 | 蓝绿 | 亮白色 | - |
气体密度(g/L) | 0.1785 | 0.9002 | 1.7809 | 3.708 | 5.851 | 9.73 |
熔点(K) | 0.95 | 24.5 | 84.0 | 116.6 | 161.2 | 202.2 |
沸点(K) | 4.25 | 27.3 | 87.5 | 120.3 | 166.1 | 208.2 |
溶解度(mol/L,293K) | 13.8 | 14.7 | 37.9 | 73 | 110.9 | - |
临界温度(K) | 5.25 | 44.45 | 153.15 | 210.65 | 289.75 | 377.65 |
气化热(kJ/mol) | 0.09 | 1.8 | 6.3 | 9.7 | 13.7 | 18.0 |
原子序数 | 2 | 10 | 18 | 36 | 54 | 86 |
原子量 | 4.00 | 20.18 | 39.95 | 83.80 | 131.3 | 222.0 |
价电子结构 | 1s | 2s2p | 3s3p | 4s4p | 5s5p | 6s6p |
原子(范得华)半径(pm) | 122 | 160 | 191 | 198 | - | - |
第Ⅰ电离势(kJ/mol) | 2372 | 2081 | 1521 | 1351 | 1170 | 1037 |
第Ⅱ电离势(kJ/mol) | 5250 | 3952 | 2666 | 2350 | 2046 | - |
恒压热容Cp(J/K·mol) | 20.79 | 20.79 | 20.79 | 20.79 | 20.79 | 20.79 |
热容商Cp/CV | 1.65 | 1.64 | 1.66 | 1.69 | 1.67 | - |