“贵族气体”的名字

“贵族气体”并不是贵族散发出来的气味，更不是王公贵族放的屁，它其实指的是一类稀有气体，英文名叫“Noble gas”。可能是由于提取它们很费钱，有很昂贵和高贵的意思。

一开始科学家们认为它在地表自然界中的含量稀少，因此被称为“稀有气体”（rare gases）。后来化学家们发现氦在宇宙中广泛存在，它的含量仅次于氢；氖也是宇宙中丰度排第五位的化学元素，它的原子总质量竟然比铁还高，所以“稀有气体”并不稀有。

于是大家又为它换了个名字叫“惰性气体”，这是因为这类气体很难与其它物质发生化学反应，显出很慵懒的样子。

惰性气体在元素周期表中的位置

惰性气体通常指氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和放射性气体氡（Rn）六种元素气体，2002年科学家们人工合成了Oganesson（Og），它被放置在元素周期表第18族的最下方，鉴于寿命最长的²⁹⁵Og半衰期仅有181毫秒，所以人们对它的研究还不多。

合成第118号元素Og的俄罗斯核物理学家Yuri Oganessian

“稀有气体”并不稀有，氦占了宇宙中重子质量的23%；氖排在氢、氦、氧和碳之后，它是宇宙中质量第五丰富的化学元素。只不过，这些气体在地表以及大气层中自然含量极少，并且提取它们很困难。氩是地球大气中第三丰富的天然气体，为0.934％（9340ppmv），它的含量是水蒸气的两倍多，是二氧化碳（400ppmv）的23倍，是氖（18ppmv）的500倍；同时氩是地壳中最丰富的惰性气体，占了地壳的0.00015％，从绝对数量上来看并不少。

由元素在太阳系中的丰度图可以看出“稀有气体”不稀有

“贵族”为何“惰性”？

为什么“贵族气体”被称为惰性气体呢？这主要是由稀有气体所处的18族原子的组态决定的。这一族元素的所有原子最外层的电子壳都被占满了，除氦（它只有2个电子）外，第18族中所有原子的最外层都有8个电子，使其具有全价电子壳。

价电子是原子的最外层电子，具有全价电子壳的原子非常稳定，它既不会从外界抢来电子补充空缺，也不容易失去电子，由于几乎没有获得或失去电子的倾向，因此不倾向于形成化学键。

“电子壳”并不是由电子构成的硬壳，它实际上是某些电子在原子外围所形成的区域，准确地说应该称为“电子层”或电子的“主能级”。为方便起见，人们常常将其画成一个电子轨道，“壳”是其形象化的称呼，因为拥有相同能级的电子会随机出现在这层区域的任何位置。

与其它惰性元素一样，氖的价壳很完整

原子最外层的电子壳层被称为“价壳”，它决定了原子的化学性质。因为每一个壳层能够拥有的电子数量是有限的，如果价壳层没有占满，原子就容易从外面得到电子，原子变成负价；如果价壳层电子只有两三个，它们就容易失去，使原子变成正价；而如果最外层有8个电子，这8个电子又刚好将s层（2个空位）和p层（6个空位）填满，原子不容易得失电子，它就最稳定。

稀有气体的“惰性”正是由此而来。除氦（它只有2个电子，填满了1s层，所以很稳定）外，其它所有稀有元素原子最外层电子壳都有8个电子，这8个电子刚好将价壳的s层与p层填满，因此在一般情况下稀有气体很难与其它元素发生化学反应，它们对外显示出惰性。

序数 名称 壳层及电子数

2 氦（He） 2

10 氖（Ne） 2,8

18 氩（Ar） 2,8,8

36 氪（Kr） 2,8,18,8

54 氙（Xe） 2,8,18,18,8

86 氡（Rn） 2,8,18,32,18,8

118 Og 2,8,18,32,32,18,8

惰性气体真的很“懒惰”吗？

其实不然。到目前为止，科学家们只发现氖没有化合物，其它所有的“惰性气体”存在几百种化合物，并且理论上还能产生更多的化合物。“惰性气体”名不符实，我们需要给它加上引号。

惰性气体放电的颜色与光谱，最早被用来制作霓虹灯

为什么全出现这种情况？

惰性气体无色、无嗅、无味，在标准条件下不易燃，也不容易与其它物质发生化学反应，因此一开始被称为惰性气体是有道理的。所有惰性气体都有完整的s和p轨道外电子壳（氦除外，它没有p级），因此不易形成化合物。

高电离能和几乎零电子亲和力解释了惰性气体的非反应性。从化学的角度来看，惰性气体大致可分为两组：一组是相对反应性的氪（电离能14.0eV）、氙（12.1eV）和氡（10.7eV），另一组是非反应性的氩（15.8eV）、氖（21.6eV）和氦（24.6eV）。惰性气体反应性遵循Ne <He <Ar <Kr <Xe <Rn的顺序，这是因为氖有第二层的sp轨道，与氦相比，氖原子更稳定。

惰性气体电离电位与原子序数的关系图

随着电子层数的增加，原子核对它最外层的价电子层的静电引力逐渐降低，最外层的电子受到内部电子的屏蔽效应，使得它们更容易被电离。这导致其电离能低到足以与最多电负性元素氟和氧形成稳定化合物，并且在某些情况下甚至能与氮和碳形成化合物，这就是为什么稀有气体越到后面越活泼的原因。

惰性气体的化合物

氡（Rn）实际上并不具有化学惰性，由于氡是一种放射性气体，其半衰期短（²²²Rn半衰期为3.8天）且放射性能高，因此对氡的氟化物（RnF₂）和氡的氧化物（RnO₃）及其反应产物的研究非常少。

氙（Xe）已经被发现可以产生多种类型的化合物如：氟化物（XeF₆）、氟氧化物（XeOF₂，XeOF₄，XeO₂F₂，XeO₃F₂，XeO₂F₄）和氧化物（XeO₂，XeO₃和XeO₄），还可以与负电性基团如CF₃、C(SO₂CF₃)₃、N(SO₂F)₂、N(SO₂CF₃)₂、OTeF₅、O(IO₂F₂)等发生化学反应。

XeF₄的分子模型，它是最早被发现的惰性气体化合物

氪（Kr）可以在极端条件下与氟发生反应形成KrF₂，KrF₂还可以进一步反应产生不稳定化合物Kr(OTeF₅)₂。

氩（Ar）的化合物有HArF，2000年8月，赫尔辛基大学的研究人员通过将紫外线照射到含有少量氟化氢和氟化铯的冷冻氩气上，生成了这种弱结合化合物。

氖（Ne）目前没有被发现存在化合物，它是惰性的。

氦（He）已经被证明可以与氢生成稳定的阳离子HeH⁺，只是有科学家认为它不是中性且不能分离，不算是严格意义上的化合物。前两年据称被发现的“氦钠化合物”实际上有可能是由范德华力结合在一起的范德瓦尔斯分子，其中氦与钠之间的键合并不是严格意义上的化学键，同样的范德瓦尔斯双原子分子还有He₂和LiHe。

据称是新化合物Na₂He的分子模型

总结：

一直以来，惰性气体被冠予了许多名字，每一种名字都有其道理，又不完全合适。它在地表十分稀少，但在宇宙中广泛存在，所以它不完全是“稀有气体”；我们发现除了氖和氦外，其它大部分惰性气体元素都可以生成化合物，并且随着原子序数的增大，其化合物的种类也变得更加丰富，所以一概称其为“惰性气体”并不科学。

在一个世纪以前，人们提取惰性气体的成本很高，加之这些元素在地表十分稀少，所以当时被称作“贵族气体”或“贵气体”是可以理解的。随着科学的进步与技术的发展，我们已经可以大规模地从地下天然气中提取氦气、从空气中分离出氩气和氖气，并将其应用到工业生产和生活中。尽管随着LED发光技术的快速发展，人们不再需要惰性气体来制作霓虹灯管，但大部分惰性气体在常温常压下的稳定化学性质，使之在很多场合被用作保护性气体。

飞机和油轮会在油箱中填充惰性气体以隔绝空气，防止火灾发生

所以，尽管“贵族气体”的名字有点尴尬，我们却大可不必在意这些，了解其科学原理、掌握其化学特性、发挥其作用，才是最要紧的事情。

你觉得呢？