惰性氣體

我們在地球上所見到的一切東西都是由元素化合而成的,而有些元素與其他元素相比,顯得不大願意參與化合反應.然而,在1988年年初,一位名叫W·科克（W.Koch）的美國化學家證明,即使最不合群的元素也可以誘使它參與化合反應.最不喜歡結合的元素是一組被稱作“惰性氣體”的元素（“惰性”一詞的英文原意是“高貴”,英文中惰性氣體為“inert gas”或“noble gas”,“inert”意為“惰性的”,而“noble”意為“高貴的”.這些元素之所以被以此相稱,是與它們孤傲、排他的特性有關）.也稱稀有氣體（rare gas）,因為在地殼和大氣層中含量很少,除氡外都可作為工業氣體由空氣分離而製得.通常具有化學惰性,但近年來已能製得氙、氪、氡的一些具有一定穩定性的化合物.

惰性氣體共有六種,按照原子量遞增的順序排列,依次是氦、氖、氬、氪、氙、氡.在通常情況下,它們不與其他元素化合,而僅以單個原子的形式存在.

事實上,這些原子對於它們自己同類中的其他原子的存在也漠不關心,甚至不願互相靠近到可以形成液體的程度,因而在常溫下,它們都不會液化.它們全是氣體,存在於大氣之中.

首先被發現的惰性氣體是氬,1894年就被探測到.它也是最常見的惰性氣體,佔大氣總量的1%.其他惰性氣體幾年之後才被發現,它們在地球上的含量很少.當一個原子向另一個原子轉移電子或與另一個原子共享電子時,它們便相互化合了.惰性氣體不願這麼做,其原因是它們的原子中的電子分佈得非常勻稱,要想改變其位置就需要輸入很大的能量,這種情況是不大可能發生的.

較大的惰性氣體原子,例如氡,它的最外層的電子（參與化合反應者）與原子核離得較遠.因此,外層電子與原子核之間的吸引力相對來說比較弱.由於這一原因,氡是惰性氣體中惰性最弱的,只要化學家創造出合適的條件,也最容易迫使氡參與化合反應.

較小的惰性氣體原子,其最外層電子離原子核比較近.這些電子被抓得比較牢固,使其原子難以與其他原子發生化合反應.

事實上,化學家已經迫使原子比較大的惰性氣體——氪、氙、氡,與氟和氧那樣的原子進行化合,氟與氧特別喜歡接受其他原子的電子.原子更小一些的惰性氣體——氦、氖、氬——已經小到惰性十足的程度,迄今為止任何化學家都無法使它們參與化合反應.

原子最小的惰性氣體是氦.在所有各類元素中,它是最不喜歡參與化合反應的,也是惰性最強的元素.甚至氦原子本身之間也極不願意結合,因而直到溫度降到4K時,才能變成液態.液態氦是能夠存在的溫度最低的液體,它對於科學家研究低溫是至關重要的.

氦在大氣中只有微量的存在,不過當像鈾與釷這樣的放射性元素衰變時,也能生成氦.這種積聚過程發生在地下,因而在一些油井中能產生氦.這種資源很有限,不過至今尚未耗盡.

每個氦原子只有兩個電子,它被氦原子核束縛得如此之緊,以至要想抓走其中的一個電子,比之任何其他原子而言,要付出更多的能量.面對這樣緊的束縛,那麼是否能使氦原子放棄一個電子,或與其他原子共享一個電子,從而產生化合反應呢?

為了計算電子的行為,化學家採用了一種被稱為“量子力學”的數學體系,這是在20世紀20年代創立的.化學家科克把它的原理應用到對氦的研究中.比如．假設一個鈹原子（有四個電子）與一個氧原子（有八個電子）進行化合反應.在化合過程中,鈹原子交出兩個電子給氧原子,從而使它們結合在一起.用量子力學進行計算的結果表明,鈹原子中背對著氧原子的那一側電子出現的機率非常小.

根據量子力學方程,如果一個氦原子參與進來.它就會與鈹原子上電子出現機率非常小的那一側共享兩個電子,從而形成氦-鈹-氧的化合物.

迄今為止,還沒有其他原子化合反應能夠產生俘獲氦原子的條件,而且即便是氦-鈹-氧,也只有在足以使空氣液化的溫度條件下,或許能結合在一起.現在對於化學家來說,必須對在極低溫度條件下的物質進行研究,看看是否真能夠透過實踐證實理論,迫使氦參與化合反應,從而打垮這種惰性最強的元素!

惰性氣體：又稱鈍氣、稀有氣體、貴重氣體

1.鈍氣包括：氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(Rn),均為無色、無臭、氣態的單原子分子.週期表中為第18族（ⅧA族）,外層電子已達飽和,活性極小.

2.一般通性：

(1)原子量、密度、熔點、沸點、原子半徑隨原子序增加而增加.

(2)遊離能隨原子序增加而減少.

3.用途：

(1)He：可用作安全氣球或飛船,與氧混合供潛水用,可防止潛水夫病.

製備法：將天然氣壓縮及冷卻而液化,He難液化而分離.

(2)Ne：在真空放電管中發生紅色光,用於廣告燈.

(3)Ar：填充燈泡保護鎢絲.

(4)Kr,Xe：用在照相工業.Kr,Xe在真空放電管中,發出藍色光.

(5)Rn：為放射性氣體,自然界中幾乎不存在.

4.鈍氣化合物

1962年加拿大巴勒特發現了第一種鈍氣化合物—Xe之氟化物,接著有數百種Kr、Xe的化合物相繼合成成功(如XeF2、KrF2),而傳統的”惰性氣體不能形成化合物”的觀念需加以修正,惰性氣體只是不活潑而已

化學性質最穩定的應該在稀有氣體中找，即0族。

這裡面以氦和氖穩定性最強，至今未能合成穩定化合物，其他幾種都有。

稀有氣體或惰性氣體是指元素週期表上的18族元素（IUPAC新規定，即原來的0族）。

在常溫常壓下，它們都是無色無味的單原子氣體，很難進行化學反應。

天然存在的稀有氣體有六種，即氦（He）、氖（Ne）、氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和具放射性的氡（Rn）。