【稀有气体】
↓ 周期
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7=Synthetic
7
7=Synthetic
稀有气体（Noble gas），又称-{zh-cn:惰性气体;zh-tw:稀有气体;zh-sg:稀有气体;}-、懒性气体、钝气、贵气体等，是指在元素周期表中同属第18族（旧称ⅧA族）的化学元素。它们性质相似，在常温常压下都是无色无味的单原子气体，很难进行化学反应。天然存在的稀有气体有六种，即氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和具放射性的氡（Rn）。而人工合成的鿫（-
关于更多数据，参见稀有气体性质表。
由于稀有气体无极性且相对分子质量较小，因而它们的分子间作用力非常弱，所以熔点和沸点非常低。它们在标准状况下都是单原子气体，甚至比一般固体元素原子量更大的氙、氡等也是这样。氦与其它稀有气体元素相比，具有一些独特的性质：它的沸点和熔点低于其它任何已知的物质；它是唯一的一种表现出超流性的元素；它是唯一不能在标准状况下冷却凝固的元素——必须在0.95 K（−272.200℃）的温度施加25个大气压（2,500 kPa）的压力，才能使它凝固。到氙为止的稀有气体都有多个稳定的同位素，氡和-
稀有气体的价电子层已满。价电子是最外层的电子，通常只有这些电子参与化学键。价电子层已满的原子是非常稳定的，因此很难形成化学键，也极难得到或失去电子。然而，在较重的稀有气体中（例如氡），最外层的电子与原子核之间的电磁力要小于较轻的稀有气体（例如氦），因此较重的稀有气体较容易失去最外层电子。
=== 稀有气体记法 ===
由于价电子层已满，因此稀有气体可以与电子排布记法结合起来，形成稀有气体记法。这种记法是先写出元素之前的最近的稀有气体，然后再写出从那里开始的电子排布。例如，碳的电子排布是1s22s22p2，稀有气体记法则是He2s22p2。使用这种记法更容易识别元素，也比完整的原子轨道记法要简短。
=== 化合物 ===
XeF4的结构，一个早期发现的稀有气体化合物
稀有气体的化学反应活性极低；因此，目前只制备出了数百个稀有气体化合物。氦和氖参与化学键的中性化合物目前还没有成功制备（虽然理论上少数氦的化合物是可以存在的），氡、氙、氪和氩也只表现出极低的活性。根据艾伦电负性的大小，可知反应活性的顺序为Ne 6）和六氟化氙（XeF6）的存在，推测XeF8可能存在但不稳定，也预测了氙酸可以转化成氙酸盐。目前已经证明了这些预言基本上是准确的，只有XeF8已知不但热力学上不稳定，动力学上也不稳定。
氙的化合物是稀有气体化合物中数量最繁多的。在大部分这些化合物中，氙原子的氧化态都是+2、+4、+6或+8，与电负性很高的原子如氟或氧键合，例如二氟化氙（XeF2）、四氟化氙（XeF4）、六氟化氙（XeF6）、四氧化氙（XeO4）以及高氙酸钠（Na4XeO6）。其中有些化合物可以在化学合成中作为氧化剂，特别是XeF2可以作为氟化剂。到2007年为止，已经制备出了大约五百种氙与其它元素键合的化合物，包括有机氙化合物（氙与碳原子键合），以及氙与氮、氯、金、汞和氙本身键合的化合物。氙与硼、氢、溴、碘、铍、硫、钛、铜和银键合的化合物也已制得，但只能在低温的稀有气体基质或超音速稀有气体射流中存在。
理论上，氡比氙要更活泼，因此应该比氙更容易与其它原子键合。然而，由于氡的同位素的高度放射性和极短的半衰期，实际上只制备出了少数氡的氟化物和氧化物。
氪没有氙活泼，但仍然制备出了一些氪的化合物，其中氪的氧化态为+2。二氟化氪是最重要和最容易制备的氪化合物。氪与氮和氧键合的化合物也已制得，但分别只在−60 °C（−76.0 °F）和−90 °C（−130.0 °F）以下稳定。
氪原子与其它非金属（氢、氯和碳）以及一些过渡金属（铜、银、金）键合的化合物也已制得，但只能存在于低温的稀有气体基质或超音速稀有气体射流中。2000年用类似的条件制备了最初几个氩化合物，例如氟氩化氢（HArF），以及一些氩与过渡金属铜、银、金键合的化合物。到2007年为止，还没有成功制备出含有氦或氖的共价键的化合物。
稀有气体（包括氦）可以在气相中形成稳定的多原子离子。最简单的1925年发现的氦合氢离子（HeH+）。因为它含有宇宙中最丰富的两种元素：氢和氦，因此被认为广泛存在于星际介质中。除此以外，还有许多已知的稀有气体准分子。这些化合物比如ArF和KrF只能在激发态稳定存在，其中一些被应用于准分子激光器。
稀有气体原子除了形成共价分子，还能形成非共价化合物。它们的包合物最早于1949年报道，这类化合物中一个稀有气体原子被特定的无机或有机配体容纳在晶格中。它们形成的必要条件是稀有气体原子的大小必须与配体晶格的大小匹配。例如氩、氪和氙能与氢醌形成包合物，而氦和氖却不能，因为它们太小并且可极化性不够强。氖、氩、氪和氙还能形成由冰的晶格容纳稀有气体原子的水合物。
alt=含有内嵌原子的富勒烯的结构
稀有气体能形成由富勒烯分子容纳稀有气体原子的内嵌富勒烯。1993年时发现60个碳原子的球状分子60，可以与高压的稀有气体反应形成诸如60的配合物（2这个记号表示氦原子在60分子内，而不是与它形成共价键）。截止2008年，富勒烯与氦、氖、氩、氪和氙的配合物都已制得。这些化合物的用途主要是通过稀有气体原子的核磁共振波谱来研究富勒烯的结构和反应性。
2成键的三中心四电子键模型|alt=成键和反键轨道的示意图
稀有气体化合物例如二氟化氙（2）被视作超价分子，因为它们违反了超价分子。这些化合物的成键可以使用三中心四电子键模型来解释。这种模型于1951年首次提出，描述了三个共线原子的成键状况。例如2中的成键可以用三个原子的p轨道进行线性组合形成分子轨道来描述，氙原子全满的p轨道与每个氟原子半满的p轨道重叠，形成一个全满的成键轨道、一个全满的非键轨道和一个全空的反键轨道。最高占有分子轨道（HOMO）定域在两个端基原子上，这表明氟的高电负性促进了电荷的定域化。
较重稀有气体氪和氙的化学已有了长足的发展，而较轻稀有气体氖和氦仍处于开始阶段，而最稳定的氖至今仍没有一种确认存在的化合物，目前只发现了一些不稳定的阳离子和未经证实的水合物。
== 自然存在与制备 ==
稀有气体在宇宙中的丰度随着原子序数的增大而降低。氦是宇宙中仅次于氢的最丰富的元素之一，质量分数大约为24%。宇宙中的大部分氦都是在太初核合成中形成的，但是由于恒星核合成中的氢的聚变，氦的数量仍在不断增加。地球上的丰度则完全不同，氦仅仅是大气中第三丰富的稀有气体。这种不同的原因是大气层中没有太初氦，因为原子质量太小，氦无法被地球的引力场吸引在地球表面附近。地球上的氦来自地壳中重元素（例如铀和钍）的α衰变，这样产生的氦往往积聚在天然气田中。另一方面，较丰富的氩来自于钾-40的β衰变。钾-40同样存在于地壳中，它产生的氩-40是地球上最丰富的氩同位素，尽管它在太阳系中相当稀少。这个过程是钾氩测年法的理论基础。氙在大气中的丰度比预想的要低，这被称作“氙失踪问题”（missing xenon problem）。有一种理论认为缺少的氙可能被限制在地壳的矿石中。二氧化氙发现后，有研究认为氙能取代硅酸中的硅从而固定在地壳中。氡在岩石圈中通过镭的α衰变生成。它会通过裂缝逸出石材进入建筑物，并在通风不佳的建筑物内积聚。因为氡的放射性很强，它对人体健康有很大的危害。估计仅在美国每年就有21000人死于氡引发的肺癌。至于-
氖、氩、氪和氙都是从空气中使用气体液化的方法获得的，先将各种气体液化，再根据沸点不同来分馏，将混合物分离成不同的馏分。氦通常提取自天然气，而氡可以从镭化合物放射性衰变的产物中分离出来。稀有气体的价格取决于他们的自然丰度，因此氩最便宜而氙最昂贵。右侧的表格给出了2004年时实验量的各种稀有气体在美国的销售价格。
== 应用 ==
液氦用于冷却现代核磁共振成像扫描系统中的超导磁铁|alt=一个中央有孔的大立方体圆筒，侧面安装有把手。
稀有气体的熔沸点非常低，是用途广泛的低温学工作介质。特别是沸点低达4.2K（−268.95 °C）的液氦可以用于冷却核磁共振成像和核磁共振波谱法所需的超导磁铁。尽管液氖的冷却温度没有液氦那么低，但是仍在低温学中广泛使用，因为它的制冷量是液氦的40倍、液氢的3倍。
因为氦在液体尤其是脂质中的溶解度较低，它在潜水员的呼吸气体中代替了氮气。人受到类似于水肺潜水的压力时，气体会被血液和人体组织吸收，这会造成氮麻醉的严重后果。因为溶解度远比氮气小，少量的氦被带入细胞膜。而用氦代替呼吸混合气中的部分成分时（例如三混气和氦氧混合剂），潜入较深后上浮时的麻醉反应可以大大减轻。氦的低溶解性为减压病提供了很好的解决方案。由于溶解在体内的气体减少，上浮时由于减压而形成的气泡将大大减少。另一种稀有气体氩被视作水中呼吸器潜水最好的防水衣填充气体。氦也用作核反应堆中核燃料棒的填充气体。
alt=侧面有“Good Year”字样的一艘雪茄形的飞艇
自从1937年的兴登堡灾难以来，尽管相对氢气会使浮力降低8.6%，但因密度小且不可燃，各国仍使用氦气代替氢气填充飞艇和气球。
稀有气体在许多场合中用于提供惰性气氛。氩在化学合成时常用于保护对氮气敏感的化合物。固态氩也用于研究活性中间体等非常不稳定的化合物，方法是在超低温下将其隔离在固态氩构成的基质中。氦是气相色谱法中的载色剂、温度计的填充气，并用于盖革计数器和气泡室等辐射测量设备中。氦和氩都用作焊接电弧的保护气和贱金属的焊接及切割的惰性保护气。它们在其他冶金过程和半导体工业中硅的生产中同样有着广泛应用。
IMAX放映机中使用的15,000瓦短弧氙灯|alt=玻璃椭球有两个相对的金属电极，一头较钝，另一头较尖锐的。
稀有气体可用于制作辉光球等装饰品，图为一支在辉光球旁发光的氖气管。
由于化学活性很低，稀有气体广泛的应用于照明领域。氩和氮的混合气体是白炽灯中填充的保护气。氪可降低灯丝的蒸发率而常用于色温和效率更高性能白炽灯，特别在卤素灯中可将氪与少量碘或溴的化合物混合充入。此外，在放电灯中填充不同的稀有气体，可以产生不同颜色的光，如霓虹灯中常见的氖灯。尽管称为氖灯，其中通常含有其他气体和磷，它们在氖发出的橙红色光的基础上加入了其他颜色。氙通常用于氙弧灯，因为它们的近连续光谱与日光相似。这种灯可用于电影放映机和汽车前灯等。
稀有气体可用于准分子激光器，这是因为它们可形成短暂存在的电子激发态受激子（excimer）。这些用于激光器的受激子可能是稀有气体二聚体，例如Ar2、Kr2或Xe2，更有可能是与卤素结合的受激子，例如ArF、KrF、XeF或XeCl。这些激光器产生波长较短的紫外线，其中ArF产生的紫外线波长为193纳米，而KrF为248纳米。这种高频率的激光使高精密成像成为现实。准分子激光有诸多工业、医药和科学用途。集成电路制造过程中的显微光刻法和微制造必须用到准分子激光。激光手术，例如血管再成形术和眼部手术也需用到准分子激光。
一些稀有气体有直接的医学用途，如：氦有时用于改善哮喘患者的呼吸；氙则因为在脂质中的高溶解度成为一种麻醉剂，比常用的一氧化二氮（俗称笑气）更为有效，且容易从体内排出而麻醉后苏醒也较快。氙在超极化核磁共振成像中用于拍摄肺的医学影像。具有强辐射性的氡只能微量制取，可用于放射线疗法。
== 放电色 ==
气体放电发出的光的颜色取决于多个因素，包括：
*放电参数（电流密度、电场和温度等的局部值——注意第一行中放电颜色的变化）；
*气体纯度（少量杂质气体都可能影响颜色）；
*放电管的材料（最后一行用厚家用玻璃制成的放电管会抑制紫外线和蓝光的产生）。