แก๊สมีตระกูล

คำอธิบาย แก๊สมีสกุล หรือ แก๊สมีตระกูล (ในอดีตเรียกว่า แก๊สเฉื่อย หรือบางครั้งใช้ชื่อว่า aerogens) เป็นกลุ่มของธาตุทางเคมีที่มีสมบัติคล้ายกัน ภายใต้ภาวะมาตรฐานสำหรับอุณหภูมิและความดันธาตุเหล่านี้ต่างไม่มีกลิ่น ไม่มีสี เป็นแก๊สอะตอมเดี่ยวซึ่งไม่มีความว่องไวต่อปฏิกริยาเคมี แก๊สมีสกุลที่เกิดในธรรมชาติทั้งหกธาตุ ได้แก่ ฮีเลียม (He), นีออน (Ne), อาร์กอน (Ar), คริปทอน (Kr), ซีนอน (Xe) และเรดอน (Rn) โอกาเนสซอน (Og) เป็นธาตุสังเคราะห์มีความเป็นกัมมันตรังสีสูงมาก แม้ว่า IUPAC จัดโอกาเนสซอนเป็นแก๊สมีสกุลหรือหมู่ที่ 18 มันอาจไม่เฉื่อยทางเคมีเหมือนธาตุอื่นในหมู่เดียวกัน และถูกทำนายว่าจะสลายและแผ่กัมมันตรังสีเนื่องจากปรากฏการณ์สัมพัทธ์ เนื่องจากครึ่งชีวิตที่สั้นเพียง 0.7 ไมโครวินาทีของไอโซโทปตัวเดียว ทำให้คุณสมบัติทางเคมีของโอกาเนสซอนยังไม่มีการศึกษามากนัก สำหรับหกคาบแรกของตารางธาตุ แก๊สมีสกุลเป็นสมาชิกของธาตุหมู่ 18 อย่างแท้จริง แก๊สมีสกุลมักจะไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยาเคมีอย่างมาก ยกเว้นภายใต้สภาวะสุดขั้ว ความเฉื่อยของแก๊สมีสกุลทำให้มันสามารถประยุกต์ได้หลากหลาย เนื่องจากความสามารถในการเกิดปฏิกิริยาน้อย เช่นการเติมอาร์กอนในหลอดไส้ร้อนแบบธรรมดาเพื่อป้องกันไม่ให้ไส้หลอดทังสเตนเกิดการออกซิไดส์ และฮีเลียมใช้เติมถังแก๊สสำหรับหายใจสำหรับนักดำน้ำลึก เพื่อป้องกันภาวะเป็นพิษจากแก๊สออกซิเจน แก๊สไนโตรเจนและแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ คุณสมบัติของแก๊สมีสกุลสามารถอธิบายด้วยทฤษฎียุคใหม่ของโครงสร้างอะตอม แก๊สมีสกุลมีอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดหรือเวเลนซ์อิเล็กตรอนเต็มชั้น ทำให้มันมีแนวโน้มน้อยที่เกิดปฏิกิริยาเคมี และสามารถเกิดสารประกอบของแก๊สมีสกุลเพียงร้อยสารประกอบเท่านั้น จุดหลอมเหลวและจุดเดือดมีค่าแตกต่างกันน้อยกว่า 10 องศาเซลเซียส (18 องศาฟาเรนไฮต์) แสดงว่าแก๊สมีสกุลมีสถานะเป็นของเหลวในช่วงอุณหภูมิที่แคบ นีออน อาร์กอน คริปทอนและซีนอนสามารถแยกออกจากอากาศ ในโรงแยกอากาศด้วยวิธีลิเคอแฟคชัน [en]และการกลั่นลำดับส่วน สามารถรวบรวมฮีเลียมได้จากแหล่งแก๊สธรรมชาติ ซึ่งประกอบด้วยฮีเลียมเข้มข้นสูงในแก๊สธรรมชาติ ด้วยเทคนิคการแยกแก๊สแบบอุณหภูมิต่ำ และเรดอนมักแยกจากการสลายให้กัมมันตรังสีของสารประกอบเรเดียม ทอเรียมหรือยูเรเนียม แก๊สมีสกุลสามารถประยุกต์ใช้ในหลายอุตสาหกรรม เช่นหลอดไฟ การเชื่อมและการสำรวจอวกาศ ถังแก๊สฮีเลียม-ออกซิเจนสำหรับหายใจ นิยมใช้ในการดำน้ำลึกที่ความลึก 55 เมตร (180 ฟุต) จากระดับน้ำทะเล หลังจากที่ความเสี่ยงที่เกิดจากความไวไฟของแก๊สไฮโดรเจนเป็นที่แจ่มแจ้งในวินาศภัยฮินเดินบวร์ค จึงแทนที่ไฮโดรเจนด้วยฮีเลียมในเรือเหาะและอื่น ๆ แก๊สมีสกุล แปลมาจากคำว่า Edelgas ในภาษาเยอรมัน คำดังกล่าวถูกใช้คำครั้งแรกในปี ค.ศ. 1898 โดยฮิวโก้ เอิร์ดแมนน์ เพื่อบ่งบอกถึงระดับความว่องไวต่อปฏิกิริยาที่ต่ำ ตั้งชื่อดังกล่าวด้วยเหตุผลเดียวกับ "โลหะมีสกุล" ซึ่งมีค่าความว่องไวต่อปฏิกิริยาที่ต่ำเช่นเดียวกัน อีกชื่อของแก๊สมีสกุลอย่างแก๊สเฉื่อยไม่ได้รับความนิยมแล้ว เนื่องจากสารประกอบของแก๊สมีสกุลเป็นที่รู้จักมากกว่าเดิม และ แก๊สหายาก ซึ่งเป็นอีกชื่อที่เคยใช้ ไม่ถูกต้อง เพราะการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีโพแทสเซียม-40 ทำให้อาร์กอนเป็นส่วนประกอบของบรรยากาศของโลกมากถึง 0.94% โดยปริมาตร และ 1.3% โดยมวล ปีแยร์ ฌ็องซ็องและนอร์แมน ล็อกเยอร์ค้นพบธาตุใหม่ในวันที่ 18 สิงหาคม ค.ศ. 1868 ขณะมองไปที่ชั้นโครโมสเฟียร์ของดวงอาทิตย์ และตั้งชื่อมันว่าฮีเลียม จากคำว่า ἥλιος (hḗlios) ซึ่งมีความหมายในภาษากรีกว่าดวงอาทิตย์ การวิเคราะห์ทางเคมีที่สามารถพิสูจน์ว่าฮีเลียมเป็นแก๊สมีสกุลเกิดขึ้นในภายหลัง ก่อนการพิสูจน์ดังกล่าว เมื่อปี ค.ศ. 1784 นักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ เฮนรี คาเวนดิชค้นพบสารจำนวนน้อยในอากาศที่มีความว่องไวต่อปฏิกิริยาต่ำกว่าไนโตรเจน ต่อมาในปี ค.ศ. 1895 จอห์น วิลเลียม สตรัทท์ หรือ ลอร์ดเรย์ลี ค้นพบว่าสารไนโตรเจนตัวอย่างจากอากาศมีความหนาแน่นต่างจากไนโตรเจนที่ได้จากปฏิกิริยาเคมี ร่วมกันกับนักวิทยาศาสตร์ชาวสกอตแลนด์ วิลเลียม แรมซีย์จากยูนิเวอร์ซิตีคอลลิจลันเดิน เรย์ลีได้ตั้งทฤษฎีขึ้นว่าไนโตรเจนที่สกัดได้จากอากาศปนเปื้อนกับแก๊สอื่น นำไปสู่การทดลองที่ประสบความสำเร็จในการสกัดธาตุใหม่อย่างอาร์กอน ซึ่งตั้งชื่อจากคำภาษากรีกว่า ἀργός (argós ซึ่งมีความหมายว่า "ไม่ได้ใช้งาน" หรือ "ขี้เกียจ") การค้นพบใหม่ทำให้พวกเขาตระหนักว่ามีแก๊สจำนวนมากหายไปจากตารางธาตุ ในการทดลองเพื่อหาธาตุอาร์กอน แรมซีย์ก็ยังพบวิธีสกัดฮีเลียมเป็นครั้งแรก ขณะให้ความร้อนแก่แร่ธาตุชื่อคลีเวต หลังได้รับหลักฐานการมีอยู่ของธาตุฮีเลียมและอาร์กอน ใน ค