惰性氣體- 維基百科，自由的百科全書

惰性氣體在工業方面主要應用在照明設備、焊接和太空探測。

... 而台灣方面，由國家教育研究院的國立編譯館建議常稱「noble gases」為惰性氣體，比較少用鈍氣（但審定 ... 惰性氣體 維基百科，自由的百科全書 跳至導覽 跳至搜尋   關於在一定條件下不容易發生化學反應的氣體，請見「非活性氣體」。

惰性氣體 氫（非金屬） 氦（惰性氣體） 鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體） 鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體） 鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體） 銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體） 銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體） 鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體） 鹵素←  →鹼金屬 IUPAC族編號 18 以元素的命名 氦族元素或氖族元素 俗稱 稀有氣體、鈍氣、高貴氣體 CAS族編號(US,patternA-B-A) VIIIA 舊IUPAC族編號(Europe,patternA-B) 0 ↓ 週期 1 氦(He)2惰性氣體 2 氖(Ne)10惰性氣體 3 氬(Ar)18惰性氣體 4 氪(Kr)36惰性氣體 5 氙(Xe)54惰性氣體 6 氡(Rn)86惰性氣體 7 鿫(Og)118惰性氣體 圖例 原始核素（英語：primordialelement） 放射性元素 原子序顏色： 固體、 液體、 氣體 閱論編 惰性氣體又稱稀有氣體、懶性氣體、鈍氣、高貴氣體，是指在元素週期表中同屬第18族（舊稱ⅧA族）的元素。

它們性質相似，在常溫常壓下都是無色無味的單原子氣體，很難進行化學反應。

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

而人工合成的（Og）原子核非常不穩定，半衰期極短。

根據元素周期律，除了氖的反應活性最低外，其餘惰性氣體的反應活性隨著原子序的增大而漸高，因此估計應比氡更活潑。

而且，理論計算顯示，它可能會非常活潑，以至於不一定能稱為惰性氣體[1]。

根據預測，和同為第七週期的碳族元素鈇（Fl）反而能表現出惰性氣體的性質[2]。

惰性氣體的特性可以用現代的原子結構理論來解釋：它們的最外電子層的電子已「滿」（即已達成八隅體狀態），所以它們非常穩定，極少進行化學反應，至今只成功製備出幾百種惰性氣體化合物。

每種惰性氣體的熔點和沸點十分接近，溫度差距小於10 °C（18 °F），因此它們僅在很小的溫度範圍內以液態存在。

經氣體液化和分餾方法可從空氣中獲得氖、氬、氪和氙，而氦氣通常提取自天然氣，氡氣則通常由鐳化合物經放射性衰變後分離出來。

惰性氣體在工業方面主要應用在照明設備、焊接和太空探測。

氦也會應用在深海潛水。

如潛水深度大於55米，潛水員所用的壓縮空氣瓶內的氮要由氦代替，以避免氧中毒及氮麻醉的徵狀。

另一方面，由於氫氣非常不穩定，容易燃燒和爆炸，現今的飛艇及氣球都採用氦氣替代氫氣。

目次 1名稱 2發現史 3物理和原子性質 4化學性質 4.1稀有氣體記法 4.2化合物 5自然存在與製備 6應用 7放電色 8參見 9參考文獻 9.1註腳 9.2參考書目 名稱[編輯] 惰性氣體在十九世紀被化學家發現以來，由於深入理解其性質而多次改名。

最初稱為稀有氣體（raregases），因為化學家認為它們很罕見。

不過，這種說法只適用於其中部分氣體，並非所有氣體都很少見。

例如氬氣（Ar,argon）在地球大氣層的含量占0.9%，勝過二氧化碳[3]；而氦氣（He,helium）在地球大氣層的含量確實很少，但在宇宙卻是相當充沛，它佔有25%，僅次於氫。

所以化學家又改稱為惰性氣體（又稱鈍氣，inertgases），表示它們在普通環境下沒有反應性，即不發生化學反應，不曾在自然中出現過化合物。

對於那些早期需藉由化合物來尋找元素的科學家來說，這些元素是比較難以尋找的。

不過，最近研究指出它們是可以和其他元素結合成化合物的（此即惰性氣體化合物[4]），只是需要藉助人工合成的方式。

故最後改稱為noblegas[5]，這個稱呼是由雨果·埃德曼[6]於1898年所用的德語詞Edelgas翻譯而來，表示它們具有極低的反應性，難以發生化學反應，但並非不能產生任何化合物，類比於與具有極低反應性的惰性金屬（noblemetal）[7]。

在中文譯名方面，兩岸三地有著不同的稱呼。

中國大陸全國自然科學名詞審定委員會於1991年公佈的《化學名詞》中正式規定「noblegases」稱為稀有氣體一詞[8]。

香港教育局的《中學化學科常用英漢辭彙》稱「noblegases」為（高）貴氣體[9]，而一般社會仍有使用惰性氣體的稱呼[10]。

而台灣方面，由國家教育研究院的國立編譯館建議常稱「noblegases」為惰性氣體，比較少用鈍氣（但審定高中以下化學課本統一使用鈍氣）、稀有氣體等[11]，然而最近也有被稱為高貴氣體[7]。

發現史[編輯] 科學家最先在太陽的發射光譜上發現氦氣獨特的譜線。

1868年8月18日，皮埃爾·讓森和約瑟夫·諾曼第·洛克伊爾在觀測太陽的色球層時，發現一種發射光譜中有黃色譜線的物質，他們把該物質命名為「氦」（法語：hélium、英語：helium），該詞源自希臘語ήλιος(ílios)，意為「太陽」[12]。

在他們之前，英國化學及物理學家亨利·卡文迪什已經在1784年在空氣中發現一種微量的物質，其化學反應活性比氮氣還低。

一個世紀之後的1895年，瑞利勳爵比較空氣中分離出的氮氣和化學反應所產生的氮氣，發現它們的密度有所不同。

瑞利勳爵與倫敦大學學院的科學家威廉·拉姆齊合作，推測從空氣提取的「氮氣」與另一氣體混合物。

此後，他們通過實驗順利地分離一種新的元素：氬，此名稱源自希臘語αργός(argós)，意思為「不活躍」[13]。

由此發現，元素周期表上欠缺一整類的氣體。

在尋找氬氣期間，拉姆齊重複美國地質學家希爾布蘭德的實驗，即把釔鈾礦放在硫酸中加熱，他通過此法成功的分離出氦氣。

1902年，德米特里·門捷列夫接受氦和氬元素的發現，並這些惰性氣體納入他的元素排列之內，分類為第0族，而元素周期表即從該排列演變而來[14]。

拉姆齊繼續使用分餾法把液態空氣分離成不同的成分以尋找其他的惰性氣體。

他於1898年發現三種新元素：氪、氖和氙。

「氪」源自希臘語「κρυπτός(kruptós)」，意為「隱藏」；「氖」源自希臘語「νέος(néos)」，意為「新」；「氙」源自希臘語「ξένος(xénos)」，意為「陌生人」。

氡氣於1898年由弗里德里希·厄恩斯特·當發現[15]，最初取名為鐳放射物，但當時並未列為惰性氣體。

直到1904年才發現它的特性與其他惰性氣體相似[16]。

1904年，瑞利和拉姆齊分別獲得諾貝爾物理學獎和化學獎，以表彰他們在惰性氣體領域的發現[17][18]。

瑞典皇家科學院主席西德布洛姆致詞說：「即使前人未能確認該族中任何一個元素，卻依然能發現一個新的元素族，這是在化學歷史上獨一無二的，對科學發展有本質上的特殊意義[18]。

」 惰性氣體的發現有助於對原子結構一般理解的發展。

在1895年，法國化學家亨利·莫瓦桑嘗試進行氟（電負性最高的元素）與氬（惰性氣體）之間的反應，但沒有成功。

直到20世紀末，科學家仍無法製備出氬的化合物，但這些嘗試有助於發展新的原子結構理論。

由這些實驗結果，丹麥物理學家尼爾斯·玻爾於1913年提出，在原子中的電子以電子層形式圍繞原子核排列，除了氦氣以外的所有惰性氣體元素的最外層的電子層總是包含8個電子[16]。

1916年，吉爾伯特·路易斯制定八隅體規則，指出最外電子層上有8個電子是任何原子最穩定的排布；此電子排布使它們不會與其他元素發生反應，因為它們不需要更多的電子以填滿其最外層電子層[19]。

1962年，尼爾·巴特利特發現首個惰性氣體化合物六氟合鉑酸氙[20]。

其他惰性氣體化合物隨後陸續被發現：在1962年發現氡的化合物二氟化氡[21]；並於1963年發現氪的化合物二氟化氪[22]。

2000年，第一種穩定的氬化合物氟氬化氫（HArF）在40K（-233.2℃）下成功製備[23]。

1998年12月，俄羅斯杜布納的聯合核研究所的科學家以鈣原子轟擊鈽，成功產生114號元素的單一原子[24]，此元素後來被命名為鈇[25]。

初步化學實驗已顯示鈇可能是第一種位於其他族，卻有著惰性氣體特性的超重元素[26]。

2006年10月，聯合核研究所與美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室的科學家成功地以鈣原子轟擊鉳的方法[27]，人工合成，它是18族的第七個元素[28]。

物理和原子性質[編輯] 18族元素特性 性質[16][29] 氦 氖 氬 氪 氙 氡 主要化合價 0 不詳[30] 0 0,+1,+2 0,+1,+2,+4,+6,+8 0,+2,+6 -1[31],0,+1[32],+2[33],+4[33],+6[31](推測) 狀態（標況） 氣體 氣體 氣體 氣體 氣體 氣體 固體(推測)[34] 密度（g/L） 0.1786 0.9002 1.7818 3.708 5.851 9.97 4.9–5.1g/cm3(推測)[35] 沸點（K） 4.4 27.3 87.4 121.5 166.6 211.5 350±30(推測)[34] 熔點（K） 0.95[36] 24.7 83.6 115.8 161.7 202.2 不詳 沸點和熔點的差距（K） 3.45 2.6 3.8 5.7 4.9 9.3 不詳 汽化熱（kJ/mol） 0.08 1.74 6.52 9.05 12.65 18.1 19.4(推測)[37] 20 °C時在水中的溶解度（cm3/kg） 8.61 10.5 33.6 59.4 108.1 230 不詳 原子序數 2 10 18 36 54 86 118 原子半徑（pm）[38] 31 38 71 88 108 120 不詳 電離能（kJ/mol） 2372 2080 1520 1351 1170 1037 860.1(推測)[39] 電負度 4.16 4.79 3.24 2.97 2.58 2.2 不詳 關於更多數據，參見惰性氣體性質表。

由於惰性氣體無極性且相對分子質量較小，因而它們的分子間作用力非常弱，所以熔點和沸點非常低[40]。

它們在標準狀況下都是單原子氣體，甚至比一般固體元素原子量更大的氙、氡等也是這樣[16]。

氦與其它惰性氣體元素相比，具有一些獨特的性質：它的沸點和熔點低於其它任何已知的物質；它是唯一的一種表現出超流性的元素；它是唯一不能在標準狀況下冷卻凝固的元素——必須在0.95K（−272.200℃）的溫度施加25個大氣壓（2,500kPa）的壓力，才能使它凝固[41]。

到氙為止的惰性氣體都有多個穩定的同位素，氡和則沒有穩定同位素。

氡壽命最長的同位素222Rn的半衰期只有3.8天，氡會衰變為氦和釙，最終衰變產物則是鉛[16]；而目前已知的同位素的半衰期均以毫秒計。

惰性氣體原子像大部分族中的原子一樣，由於電子層數的增加，原子半徑隨著周期的增加而增加。

原子的大小與影響物質的許多性質。

例如，電離能隨著半徑的增加而減少，因為較重的惰性氣體中的價電子離核較遠，因此更容易脫離原子核的束縛。

惰性氣體的電離能是每一個周期中最大的，這反映了它們的電子排布的穩定性，也導致了它們的化學性質不活潑[29]。

然而，有些較重的惰性氣體的電離能較小，足以與其它元素和分子相比。

巴特利特正是看到了氙的第一電離能與氧分子相似，而嘗試用六氟化鉑來把氙氧化，因為六氟化鉑的氧化性非常強，足以把氧氣氧化[20]。

惰性氣體不能得到一個電子，而形成穩定的陰離子；也就是說，它們的電子親合能是負值[42][43]。

這是一個電離能對原子序數的圖。

圖中所標示的惰性氣體是每一個周期裡面電離能最大的。

惰性氣體的宏觀物理性質主要來自原子之間的弱范德華力。

原子之間的吸引力隨著原子大小的增加而增加，由於極化性的增加以及電離能的減少。

這就是在第18族從上到下，原子半徑和原子間力增加，導致熔點、沸點、汽化熱和溶解度增加的原因。

密度的增加則是由於原子序數的增加[29]。

惰性氣體在標準狀況下幾乎是理想氣體，但它們與理想氣體狀態方程的偏差提供了分子間作用力的研究的重要線索。

蘭納-瓊斯勢，通常用來模擬分子間的作用，由約翰·蘭納-瓊斯根據氖的實驗數據提出，那時量子力學還沒有發展到可以作為從第一性原理（即量子化學從頭計算）理解分子間作用力的工具[44]。

這些作用的理論分析變得易於處理，因為惰性氣體是單原子，且原子是球形，這意味著原子之間的作用與方向無關（各向同性）[40]。

化學性質[編輯] 惰性氣體被用於防止燈絲燃燒。

圖為惰性氣體逃逸後的燈泡氧化燃燒 氖像所與惰性氣體一樣價電子層為全滿結構。

除了氦以外惰性氣體的最外層都有八個電子，而氦的最外層有兩個電子。

惰性氣體組成了元素周期表中的第18族。

已經確認的元素是氦（He）、氖（Ne）、氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）、氡（Rn）和（Og）[45]，前六者在標準狀況下都是無色、無氣味、無味道、不可燃的氣體。

曾經有一段時間，它們被稱為元素周期表中的第0族，因為大家認為它們的化合價為零，也就是說，它們的原子不能與其它元素結合而形成化合物。

然而，後來發現有些惰性氣體確實可以形成化合物（氖除外），這樣「第0族」的名稱便再沒有人使用了[16]。

目前對第18族的最新元素了解非常少[46]。

與其他主族一樣，此族元素的電子排布有固定的模式，尤其是主導化學性質變化趨勢的最外層電子： Z 元素 電子數目/電子層 2 氦 2 10 氖 2,8 18 氬 2,8,8 36 氪 2,8,18,8 54 氙 2,8,18,18,8 86 氡 2,8,18,32,18,8 118 2,8,18,32,32,18,8（預測） 惰性氣體的價電子層已滿。

價電子是最外層的電子，通常只有這些電子參與化學鍵。

價電子層已滿的原子是非常穩定的，因此很難形成化學鍵，也極難得到或失去電子[47]。

然而，在較重的惰性氣體中（例如氡），最外層的電子與原子核之間的電磁力要小於較輕的惰性氣體（例如氦），因此較重的惰性氣體較容易失去最外層電子[48]。

惰性氣體記法[編輯] 由於價電子層已滿，因此惰性氣體可以與電子排布記法結合起來，形成惰性氣體記法。

這種記法是先寫出元素之前的最近的惰性氣體，然後再寫出從那裡開始的電子排布。

例如，碳的電子排布是1s22s22p2，惰性氣體記法則是[He]2s22p2。

使用這種記法更容易識別元素，也比完整的原子軌道記法要簡短[49]。

化合物[編輯] 主條目：惰性氣體化合物 XeF4的結構，一個早期發現的惰性氣體化合物 惰性氣體的化學反應活性極低；因此，目前只製備出了數百個惰性氣體化合物。

氦和氖參與化學鍵的中性化合物目前還沒有成功製備（雖然理論上少數氦的化合物是可以存在的），氡、氙、氪和氬也只表現出極低的活性[50]。

根據艾倫電負性的大小，可知反應活性的順序為Ne