概述
惰性气体(稀有气体)是元素周期表上的0族元素所组成的气体。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。稀有气体共有七种,它们是氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氡(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。根据元素周期律,估计Og比氡更活泼。理论计算显示,它可能会非常活泼。碳族元素鈇(Fl)表现出与稀有气体相似的性质
空气中约含0.94%(体积百分)的稀有气体,其中绝大部分是氩气。
稀有气体都是无色、无臭、无味的,微溶于水,溶解度随分子量的增加而增大。稀有气体的分子都是由单原子组成的,它们的熔点和沸点都很低,随着原子量的增加,熔点和沸点增大。它们在低温时都可以液化。
稀有气体原子的外层电子结构为ns2np6(氦为1s2),是稳定的结构,它们的特性可以用现代的原子结构理论来解释:它们都具有稳定的8电子构型。它们的外电子层的电子已“满”(即已达成八隅体状态),它们非常稳定,极少进行化学反应,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),它们仅在很小的温度范围内以液态存在。稀有气体的电子亲合势都接近于零,与其它元素相比较,它们都有很高的电离势。稀有气体原子在一般条件下不容易得到或失去电子而形成化学键。表现出化学性质很不活泼,不仅很难与其它元素化合,自身也是以单原子分子的形式存在,原子之间仅存在着微弱的范德华力(主要是色散力)。
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被氦代替,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。
稀有气体元素的基本性质列于下表中。
性质
He
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
颜色
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
*:在2.6MPa下
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
热容商Cp/Cν
1.65
1.64
1.66
1.69
1.67
气体检测标准
GB/T3634.2-2011GB/T16942-2009GB/T16943-2009GB/T5832.2-2008GB/T14604-2008GB/T14599-2008GB/T8979-2008GB/T4844-2011ASTMD2622-2011ASTD5197-2009GB/T15909-2007