惰性气体(稀有气体)

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HeNeArKrXeRn
颜 色无色无色无色无色无色无色
光谱颜色(放电管中)粉红蓝紫蓝绿亮白色-
气体密度(g/L)0.17850.90021.78093.7085.8519.73
熔点(K)0.9524.584.0116.6161.2202.2
沸点(K)4.2527.387.5120.3166.1208.2
溶解度(mol/L,293K)13.814.737.973110.9-
临界温度(K)5.2544.45153.15210.65289.75377.65
气化热(kJ/mol)0.091.86.39.713.718.0
原子序数21018365486
原子量4.0020.1839.9583.80131.3222.0
价电子结构1s2s2p3s3p4s4p5s5p6s6p
原子(范得华)半径(pm)122160191198--
第Ⅰ电离势(kJ/mol)237220811521135111701037
第Ⅱ电离势(kJ/mol)52503952266623502046-
恒压热容Cp(J/K·mol)20.7920.7920.7920.7920.7920.79
热容商Cp/CV1.651.641.661.691.67-