惰性气体都有哪些：氦氖氩氪氙氡-浩瀚科普

惰性气体（也被称为稀有气体）构成了具有相似性质的一类化学元素；在标准条件下，它们都是无味、无色、化学反应性极低的单原子气体。六种自然产生的惰性气体是氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)和放射性氡(Rn)，除此之外，还有一个新的人造元素——Oganesson(Og)，这是一种合成产生的高放射性元素，由于相对论效应，被各种预测为另一种惰性气体，或打破趋势并具有反应性。部分由于其唯一已知同位素的极短0.7ms半衰期，其化学性质尚未研究。

对于元素周期表的前六个周期，稀有气体恰好是第18族的成员。惰性气体通常是高度不活泼的，除非在特定的极端条件下。惰性气体的惰性使其非常适合不需要反应的应用。例如，白炽灯中使用氩气来防止炽热的钨丝氧化；此外，深海潜水员在呼吸气体中使用氦气，以防止氧气、氮气和二氧化碳中毒。

现代原子结构理论可以很好地解释稀有气体的性质：它们的价电子外壳被认为是“满的”，使它们几乎没有参与化学反应的趋势，并且只能制备几百种惰性气体化合物。给定惰性气体的熔点和沸点非常接近，相差不到10°C；也就是说，它们仅在很小的温度范围内是液体。

氖、氩、氪和氙是在空气分离装置中使用气体液化和分馏的方法从空气中获得的。使用低温气体分离技术，氦气来源于天然气中含有高浓度氦气的天然气田，而氡气通常是从溶解的镭、钍或铀化合物的放射性衰变中分离出来的。惰性气体在照明、焊接和太空探索等行业有多种重要应用。

惰性气体的物理和原子性质

稀有气体的原子间作用力较弱，因此熔点和沸点很低。它们在标准条件下都是单原子气体，包括原子质量比许多正常固体元素大的元素。

属性	氦气	氖气	氩气	氪气	氙气	氡气	Oganesson
密度(克/立方分米 )	0.1786	0.9002	1.7818	3.708	5.851	9.97	7200（预测）
沸点(K)	4.4	27.3	87.4	121.5	166.6	211.5	450±10（预测）
熔点(K)	–	24.7	83.6	115.8	161.7	202.2	325±15（预测）
汽化焓(kJ/mol)	0.08	1.74	6.52	9.05	12.65	18.1	–
20°C水中溶解度 (立方厘米/千克)	8.61	10.5	33.6	59.4	108.1	230	–
原子数	2	10	18	36	54	86	118
原子半径（pm）	31	38	71	88	108	120	–
电离能(kJ/mol)	2372	2080	1520	1351	1170	1037	839（预测）
电负性	4.16	4.79	3.24	2.97	2.58	2.6	–

惰性气体的物理特性

与其他元素相比，氦具有几个独特的品质：它在1个大气压时的沸点低于任何其他已知物质的沸点；它是唯一已知表现出超流动性的元素；并且，它是唯一不能通过在大气压下冷却固化的元素，必须在0.95K（-272.2°C）的温度下施加25个标准大气压的压力将其转化为固体，而在室温下需要约115kbar的压力。直到氙气的稀有气体具有多种稳定同位素。氡没有稳定同位素；其寿命最长的同位素222Rn的半衰期为3.8天，并衰变形成氦和钋，最终衰变为铅。

惰性气体的宏观物理性质由原子之间的弱范德华力支配。由于极化率的增加和电离势的降低，吸引力随着原子大小的增加而增加。这导致了系统的组趋势：随着第18组的下降，原子半径以及原子间力随之增加，导致熔点、沸点、汽化焓和溶解度增加。密度的增加是由于原子质量的增加。

惰性气体在标准条件下几乎是理想气体，但它们与理想气体定律的偏差为分子间相互作用的研究提供了重要线索。

惰性气体的化学性质

惰性气体在标准条件下是无色、无味、无味且不易燃的。它们曾经在元素周期表中被标记为第0组，因为人们认为它们的化合价为零，这意味着它们的原子不能与其他元素的原子结合形成化合物。然而，后来发现有些确实形成了化合物，导致这个标签被废弃了。

稀有气体具有完整的价电子壳层。价电子是原子的最外层电子，通常是唯一参与化学键合的电子。具有全价电子壳层的原子非常稳定，因此不会形成化学键，也几乎没有获得或失去电子的趋势。然而，较重的惰性气体（例如氡）与较轻的惰性气体（例如氦）相比，通过电磁力不太牢固地结合在一起，从而更容易从重惰性气体中去除外层电子。

惰性气体表现出极低的化学反应性；因此，仅形成了几百种惰性气体化合物。尚未形成氦和氖参与化学键的中性化合物（尽管存在一些含氦离子，并且有一些中性含氦离子的一些理论证据），而氙、氪和氩仅显示反应性较小。反应性遵循顺序Ne<He<Ar<Kr<Xe<Rn≪Og。

惰性气体的应用范围

惰性气体具有非常低的沸点和熔点，这使得它们可用作低温制冷剂。特别是，沸点为4.2K（-268.95°C）的液氦用于超导磁体，例如核磁共振成像和核磁共振所需的超导磁体。液态氖虽然没有达到液氦那样低的温度，但也可用于低温，因为它的制冷能力是液氦的40倍以上，是液氢的三倍以上。

在许多应用中，惰性气体用于提供惰性环境。氩气用于合成对氮敏感的空气敏感化合物。固体氩气还用于研究非常不稳定的化合物，例如反应性中间体，通过在非常低的温度下将它们捕获在惰性基质中。氦气用作气相色谱中的载体介质，用作温度计的填充气体，以及用于测量辐射的设备，例如盖革计数器和气泡室。氦气和氩气都常用于保护焊接电弧在焊接和切割过程中，以及在其他冶金过程和半导体工业的硅生产过程中，大气中的周围贱金属。

惰性气体也通常用于照明，因为它们缺乏化学反应性。氩气与氮气混合，用作白炽灯泡的填充气体。氪用于高性能灯泡，具有更高的色温和更高的效率，因为它比氩更能降低灯丝的蒸发速率；特别是卤素灯，使用氪与少量的碘或溴化合物混合。惰性气体在气体放电灯（例如“霓虹灯”）中使用时会发出独特的颜色“。这些灯以霓虹灯命名，但通常含有其他气体和磷光体，它们为霓虹灯的橙红色增添了各种色调。氙气通常用于氙弧灯，由于其光谱几乎连续，类似于日光，在电影放映机和汽车前照灯中找到应用。

惰性气体用于准分子激光器，准分子激光器基于被称为准分子的短寿命电子激发分子。用于激光的准分子可以是惰性气体二聚体，例如Ar2、Kr2或Xe2，或更常见的是，惰性气体与准分子中的卤素结合，例如ArF、KrF、XeF或XeCl。这些激光器产生紫外光，由于其短波长（ArF为193nm，KrF为248nm），可实现高精度成像。准分子激光器有许多工业、医疗和科学应用。它们用于微光刻和微细加工，这对于集成电路制造和激光手术（包括激光血管成形术和眼科手术）至关重要。

一些惰性气体在医学上有直接应用。氦气有时用于改善哮喘患者的呼吸舒适度。氙被用作麻醉剂，因为它在脂质中的高溶解度，这使得它比通常的一氧化二氮更有效，并且因为它很容易从体内消除，从而导致更快的恢复。氙通过超极化MRI在肺部医学成像中得到应用。氡气是高放射性的，只能以微量获得，用于放射治疗。

惰性气体，特别是氙气，由于其惰性而主要用于离子发动机。由于离子发动机不是由化学反应驱动的，因此需要化学惰性燃料以防止燃料与发动机上的任何其他物质之间发生不希望的反应。

Oganesson太不稳定而无法使用，除了研究之外没有其他已知应用。

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