18族元素

18族元素，即稀有氣體元素，該名稱是IUPAC的新規定，中國大陸依舊使用0族元素這個名稱。包括氦（He），氖（Ne），氬（Ar），氪（Kr），氙（Xe），氡（Rn）和氣奧（Og）。通電可發光。由於最外層電子滿排列，所以一般化學性質穩定。不易發生化學反應。

基本介紹

• 中文名：18族元素
• 外文名：group 18 element
• 現稱：0族元素
• 組成：氦，氖，氬，氪，氙，氡，氣奧
• 化學式：He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn,Og

元素介紹

18族元素由於已經穩定，最外層電子數為8（氦為2），故常以單質氣體存在。化學性質極不活潑，除如XeF2等極少數化合物外幾乎不與其他物質在任何情況發生化學反應。

零族元

18世紀法國著名化學家拉瓦錫（A.L. Lavoisier）說過：“統一命名是簡化科學研究的唯一方法。”[1]只有使用專業詞語才能正確地表達科學思想，只有實現術語規範化才能更好地推動科學技術的發展。
元素周期表中第18列元素氦、氖、氬、氪、氙、氡位於元素周期表的最右邊，它是周期表中最晚建立的一個族，卻又是曾用名最多的一個族。筆者擬對元素周期表18族元素的名稱演變進行梳理，並探討科技術語的規範與推廣過程中應注意的一些問題。

發現及定名

18族元素名稱眾多，英文名稱有rare gas、noble gas、inert gas、group 0、group 18、groupⅧA、group 8a、helium family，相應地中文名稱有稀有氣體、貴重氣體、貴族氣體、貴氣體、高貴氣體、惰性氣體、鈍氣、0族、18族、ⅧA 族、8a族、氦族等。
氬是第一個被發現的18族元素。1894年，英國物理學家瑞利（L. J. W. Rayleigh）和英國化學家拉姆齊（W. Ramsay）通過化學分析和光譜分析，從大氣中發現了它。1895年1月31日，他們在倫敦皇家學會的會議上公開發布了該元素[2]。瑞利把這個氣體命名為argon，因為在測定元素性質的時候，發現此氣體是完全惰性的。在希臘文中，“a”表示“不”，“ergon”表示“工作”，argon就是“不工作”“懶惰”的意思，這也就是18族元素非系統命名“惰性氣體”的由來。1907年，清朝學部審定公布的《化學語彙》將此元素的中文定名為氬[3]，並沿用至今。
氬元素的發現，引起了物理學家和化學家的廣泛爭論，因為如果該元素是單質分子，則它在當時已經被認可的元素周期表中無處可放。
1868年8月，法國天文學家詹森（P.J.C.Janssen）在印度觀測日全食時，發現一條新的黃色譜線，它不存在於地球已發現的元素中。同年，英國天文學家洛克耶（J.N.Lockyer）也在太陽光譜中觀測到同樣的譜線，他認為此元素只存在於太陽中，並不存在於地球中，並把這種新元素命名為helium， 源自於希臘文helios（太陽）。這是第一個在地球以外宇宙中發現的元素。1895年，拉姆齊和他的助手、後來成為英國化學家的特拉弗斯（M. W. Travers）將釔鈾礦用酸處理，分離出一種新的氣體，經光譜學家克魯克斯（W. Crookes）鑑定，就是元素氦。這樣，氦在地球上被發現了。1907年，清朝學部審定公布的《化學語彙》將此元素的中文定名為氦[3]，並沿用至今。
氦、氬兩個新元素的發現，對元素周期表產生了極大的威脅，如果門捷列夫的周期表不能很好地接納它們，不管此前元素周期表有多么成功的預言，都將面臨崩潰。
1894年5月24日，拉姆齊在給瑞利的信中建議在元素周期表中列入一新的元素族，暫時讓氦和氬做這一族元素的代表[4]。為驗證他的構想，拉姆齊進行了無數次的實驗。
1898年5月，拉姆齊和特拉弗斯在液態空氣的幾乎所有成分都蒸發後留下的殘液中發現除氬外，還有一新氣體元素，拉姆齊把它叫作krypton，源於希臘文krptos，意思是“隱藏”。1907年，清朝學部審定公布的《化學語彙》將此元素的中文定名為氪[3]，並沿用至今。
1898年6月，拉姆齊和特拉弗斯分流液態空氣，用光譜法發現了空氣中含有的又一新的氣體，拉姆齊建議其英文名為neon，源自希臘語neos，即“新”的意思。1933年，國立編譯館公布的《化學名詞原則》將此元素的中文定名為氖[5]，並沿用至今。
1898年7月，藉助於新式空氣液化設備，拉姆齊和特拉弗斯獲得了大量的氪和氖，經過反覆液化、揮發，從其中又分離出一種新的氣體，拉姆齊建議其英文名為xenon，源自希臘語xenos，即“奇異”之意。1933年，國立編譯館公布的《化學名詞原則》將此元素的中文定名為氙[5]，並沿用至今。
1900年，盧瑟福（R.Rutherford）、索第（F.Soddy）、拉姆齊共同合作，發現放射性新元素。1923年，國際純粹與套用化學聯合會（IUPAC）公布其正式英文名稱為radon，因其是從鐳射氣衍射而來。1937年，教育部對《化學命名原則》進行修訂，確立此元素的中文定名為氡[6]，並沿用至今。　1902年，門捷列夫同意把氦、氖、氬、氪、氙、氡單獨作為新的一族，放在周期表的最右邊，這樣每一周期也將增加一個該族的元素[7]。
1904年，拉姆齊成為因發現元素而獲得諾貝爾化學獎的第一人。
氦、氖、氬、氪、氙、氡的發現，是近代化學發展史的大事，元素周期表成功地接受了它們，元素周期表經歷住了嚴峻考驗而劫後餘生，這對元素周期表不但沒有絲毫損害，反而使之更加可靠。它們充實和豐富了元素周期表，給我們描繪了一幅元素世界相互聯繫、相互交織、無比生動活潑的自然圖景。

命名的演變

元素周期表的形式以長式周期表最為通用，關於其族的國際系統命名法，歐洲和美國曾有所不同，因此氦、氖、氬、氪、氙、氡所在的族有0族、ⅧA 族、8a族等多種稱謂。1988年，IUPAC在組織專家進行多次討論的基礎上，通過了18族標法的建議，此建議在《純粹與套用化學》雜誌上發表[8]，並引入《無機化學命名法》紅皮書1990年版附錄[9]，由此該族按照國際系統命名法應稱為18族。
氦、氖、氬、氪、氙、氡元素是一類比較特殊的物質，在常溫常壓下，它們是無色無味的單原子氣體。由於一般的化學反應通常只有價電子參與化學鍵，而這些元素的價電子層已滿，具有八隅體的穩定結構，很難形成化學鍵，也極難得到或失去電子，造成它們性質不活潑，非常穩定，極少進行化學反應，因而視其化合價為0。所以在很長時間內，它們被排斥在元素周期表主、副族以外，稱為0族。
1894年氦被發現，至1900年氡被發現，乃至之後半個世紀裡，科學家們都沒有發現或合成出它們的任何一種物質。由此，18族元素的非系統命名一直被稱為noble gas，其源自德語的Edelgas（即貴重、稀有之意），是由雨果・埃德曼（H. W. T. Erdmann）於1898年所定名。“noble”與黃金等的“貴金屬”類似，表示它們不易發生化學反應[10]。中文定名惰性氣體較為普遍，也有高貴氣體、貴重氣體、貴族氣體、貴氣體、鈍氣等叫法。
1962年，加拿大化學家巴特萊特（N. Bartlett）將氙和六氟化鉑在室溫下直接反應，生成了第一個真正的含有化學鍵的18族元素的化合物FXe+[Pt2Fu]-。 [11]隨後不久在同年內相繼發現了氙的一系列氟化物和氟氧化物。至目前為止，不僅又發現了氪與氡的化合物，而且還發現氙竟然具有+2、+4、+6、+8多種氧化態。這樣，0族的帽子不摘自掉。
18族元素的化合物的誕生，打破了人們認為它們“惰性”的看法，從此結束了持續70年之久的“惰性氣體”不能形成熱力學穩定的化合物的結論。“惰而不惰”，這是客觀自然事物的必然辯證發展，惰性氣體的稱謂顯然已不再符合這些元素的內涵。
氦、氖、氬、氪、氙、氡元素在地殼的平均含量分別為：8×10-8g・kg-1， 0.005mg・kg-1， 3.5mg・kg-1，0.1μg・kg-1， 約30ng・kg-1， 4×10-16g・kg-1。[12]由此可以看出它們在地球上的含量很少，因此18族元素的非系統命名法由noble gas改為rare gas。1991年，全國科學技術名詞審定委員會審定公布的《化學名詞》將rare gas確定為稀有氣體[13]。
但到目前為止，18族元素的中文名稱還是沒有完全統一。高教出版社出版的初、高中的《化學》教材中的元素周期表，第18族元素仍被稱為0族，不知這是由於教材改動涉及中、高考的學生人數數量巨大，困難重重，還是為了突出講述18族元素的化合價為0，抑或其他原因，不得而知，但0族的叫法，正如以上所述，已不能正確地反映18族元素的性質，不應再被使用。
不僅如此，在專業的科技文獻查詢網站如中國知網，惰性氣體比稀有氣體的使用比例要大得多，查詢結果見表1。這表明，不僅在教育界，在學術界內也仍然在廣泛使用惰性氣體這一術語。

規範與推廣

科技術語發展的過程當中，始終受兩方面因素的影響：一方面是人們已經習慣的術語；另一方面隨著人類知識的不斷積累，術語在不斷創新。第一種傾向表現在，一些存活幾十年或更長時間的術語，儘管它們反映出的認知水平已經大大落後於現代科學的觀念，但仍然被廣泛地使用，人們並不想或還不知道或不習慣於用新的術語去代替它們。在全國科學技術名詞審定委員會審定公布的其他學科，尤其是套用學科的複合術語中也在使用惰性氣體這一術語：如“惰性氣體防滅火”“鎢極惰性氣體保護弧焊機”“惰性氣體發生裝置”等，究其原因，一是惰性氣體確實反映了18族元素的特性，即便是現在已經發現了它們的“惰而不惰”，畢竟相對其他元素它們的自身結構也是具有相對惰性的特性，因此其他學科的專家還是習慣沿用惰性氣體這一術語。
18族元素的名稱，從發現到之後長達一百多年人們對它們不斷地探索的過程中，不斷地在改變。從中可看出：術語是人類科學知識的語言投射。“惰性氣體”這一術語一開始就不是一個原始術語，而是以一個準術語出現，它是隨著科學發展而產生的概念的名稱，還在化學專業詞語中站住了腳， 並進入化學術語體系之中，而且被普遍接受，因而具有一定的穩定性。但是其穩定性也在實際運用中阻礙了新的、更準確的術語“稀有氣體”的使用。
對於像化學一類的成熟學科，隨著科技的進步，其術語也會有一些改變，包括因內涵的改變而術語名稱發生變化，或術語名稱不變但其內涵發生了改變。如何及時使廣大的科技工作者乃至大眾了解、使用規範名詞，如何讓人們了解並接受修改後的概念，以進一步促進科技的發展，是一個非常艱巨的任務。
當前，科學技術以史無前例的速度發展與傳播， 科技術語的形成周期越來越短， 科技術語的數量呈爆炸式增加，不少新術語都是臨時或者快速產生的， 它們可能會成為永久的術語固定下來， 也可能很快消失。如不對其進行規範化和標準化，在信息激增的今天很容易陷入無序泛濫狀態。因此，建立怎樣的機制即制定怎樣的術語政策，從而關注專業術語的發生、發展，進而正確地使用，也是一重要的課題。　惰性氣體與稀有氣體這兩個術語的爭奪之戰，從另外一方面可以看出，在進行術語規範時也應當注意以下兩個問題：
1.由於術語的穩定性與標準化的可行性還取決於使用者的人數和範圍的大小，使用者的範圍越廣，術語的歷史越久，克服使用慣性的難度就越大。因此在進行學科術語的修訂過程中，除非因科學性錯誤而使定名必須更改（如上文所述的“惰性氣體”改為“稀有氣體”），對於沒有科學性錯誤的術語，建議儘量不要重新定名，以免帶來更多的混亂。
2.任何科技術語都會帶有它誕生年代認識水平的痕跡，隨著時代的發展和進步，有些術語亘古久遠，有些術語則與時俱逝，走向消亡。對於在新術語產生期出現的一義多詞，可酌情不予保留記錄，但對於曾經被使用，並具有一段生命周期的術語，應當採取措施，將其保留，否則，在後人研讀前人書卷的時候，可能因不知其所以然而遇到較大的困難。

參考文獻

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氬(Ar)

在1785年，英國著名科學家卡文迪許（Cavendish H.，1732—1810）在研究空氣組成時，就發現了一個奇怪現象。當時人們已經知道空氣中含有氮、氧、二氧化碳等，卡文迪許把空氣中的這些成分除盡後，發現還殘留少量氣體。這個現象當時並沒有引起化學家們的重視，誰也沒有想到，就在這少量氣體裡竟藏著整整一個族的化學元素。

100多年後，英國物理學家瑞利（Rayleigh J.W.S.，1842—1919）在研究氮氣時發現，從氮的化合物中分離出來的氮氣每升重1.2508g，而從空氣中分離出來的氮氣在相同情況下每升重1.2572g，這0.0064g的微小差別引起了瑞利的注意。他與化學家萊姆賽合作，把空氣中的氮氣和氧氣除去，用光譜分析鑑定乘餘氣體，終於在1894年發現了氬。由於氬和許多試劑都不發生反應，極不活潑，故命名為 Argon。在希臘文中是“懶惰”的意思，中譯為氬，元素符號是 Ar。

氦(He)

早在1868年，法國天文學家簡森（Janssen P.J.C.，1824—1907）在觀察日全蝕時，就曾在太陽光譜中觀察到一條黃線 D3，這和早已知道的鈉光譜的 D1 和 D2兩條線不相同。同時，英國天文學家洛克耶爾（Lockyer J.N.，1836—1920）也觀測到這條黃線 D3。當時天文學家認為，這條線只有太陽才有，並且還認為是一種金屬元素。所以洛克耶爾把這個元素取名為 Helium （這是由兩個字拼起來的，helio 在希臘文是太陽神的意思，後綴 -ium 指的金屬元素）

1895年，萊姆賽和另一位英國化學家特拉弗斯（Travers M.W.，1872—1961）合作，在用硫酸處理瀝清鈾礦時，產生一種不活潑的報導體，用光譜鑑定為氦，並證實了氦元素也是一種稀有氣體。這種元素在地球上也有，並且是非金屬元素。

氪氖 氙

由於氦和氬的性質非常相近，而且它們與周期系中已被發現的其他元素在性質上有很大差異，因此萊姆賽根據周期系的規律性，推測氦和氬可能是另一族元素，並且他們之間一定有一個與其性質相似的家族。果然，1898年5月30日，萊姆賽和物特拉弗斯在大量液態空氣蒸發後的殘餘物中，用光譜分析首先發現了比氬重的氪，他們把它命名為 Krypton（即“隱藏”之意。它隱藏於空氣中多年才被發現）。

1898年6月，萊姆賽和特拉弗斯在蒸發液態氬時收集了最先逸出的氣體，用光譜分析發出了比氬輕的氖。他們把它命名為 Neon（Neon 源自希臘詞 neos，意為“新的”，即從空氣中發現的新氣體。中譯名為氖，也就是現在霓虹燈里的氣體）。

1898年7月12日，萊姆賽和特拉弗斯在分餾液態空氣、製得了氪和氖後，又把氪反覆地分次萃取，從其中又分出一種質量比氪更重的新氣體，他們把它命名為 Xenon（源自希臘文 Xenos，意為“陌生的”，即人們所生疏的氣體。中譯名為氙。它在空氣中的含量極少，僅占總體積的一億分之八）。

氡(Rn)

氡是一種具有天然放射性的稀有氣體，它是鐳、釷和錒等放射性元素蛻變過程中的產物，因此，只有這些元素髮現後才有可能發現氡。

1899年，英國物理學家歐文斯（Owens R.B.，1842—1936）和盧瑟福（Rutherford E.，1871—1937）在研究釷的放射性時發現釷射氣，即氡—220。1900年，德國人道恩（Dorn F.E.）在研究鐳的放射性時發現鐳射氣，即氡—219。直到1908年，萊姆賽確定鐳射氣是一種新元素，和已發現的其它稀有氣體一樣，是一種化學惰性的稀有氣體元素。其他兩種氣體，是它的同位素。在1923年國際化學會議上命名這種新元素為 Radon，中文音譯成氡。

氣奧(Og)

勞倫斯伯克利國家實驗室(Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL)的V. Ninov等人於1999年發表了利用86Kr+208Pb通過1n道生成118號元素的實驗結果[Nin99]，但結果於2001年宣布收回。2002年6月25日，Dubna的Yu. Ts. Oganessian在德國重離子研究中心GSI作的一次學術報告上報告了Dubna合成118號元素的新結果。入射束流48Ca的能量為5.1 MeV/u，對應複合核的激發能為29 MeV，束流強度為0.8 pmA靶為230 mg/cm2的純度為97.3%的249Cf（總重量為7.1 mg，自身每秒鐘放出2&acute;109個a粒子）。總束流時間為75天，對應的總照射量為2&acute;1019個束流粒子。實驗前估計，3n道的截面~0.5 pb，4n的截面<0.1 pb。整個實驗過程中觀察到兩個可能的事件。一個是2002年3月19日5:28得到的一個如下衰變鏈（選自Oganessian報告的照片），其中290116和286114均是第一次被觀察到。另一個是3月16日7:04觀察到的一個壽命為3.2 ms的自發裂變事件。

2006年10月16日，美國與俄羅斯科學家以鈣離子與鐦（Cf，Californium）碰撞製造Uuo，並宣稱存在千分之一秒。

至此，氦、氖、氬、氪、氙、氡、氣奧七種稀有氣體作為一定族全被發現了。它們占元素周期表18族的位置。這個位置相當物殊，在它前面的是電負性最強的非金屬元素，在它後面是電負性最小的最強金屬元素。而其本身則是電離最大的一族元素。由於這六種氣體元素的化學惰性，因此很久以來它們被稱為“惰性氣體元素”，直到 Xe 被 PtF6 氧化後，“惰性氣體”也隨之改名為“稀有氣體”。

稀有氣體

稀有氣體，又稱作惰性氣體或貴氣體，是指元素周期表上的第18族元素，它們在常溫下全部由原子直接構成。

包括氦、氖、氬、氪、氙、氡6個元素，屬周期系18族元素。曾稱惰性氣體。在稀有氣體發現的初期，認為這6種元素在地殼中的含量很少，故稱為稀有氣體。根據現有資料，氬的含量並不稀少，而且在太陽中，氦是蘊藏量僅次於氫的元素。因此，稀有氣體只能作為歷史名稱而被沿用下來。稀有氣體是19世紀末、20世紀初陸續由英國W.拉姆齊等從空氣中發現的。

空氣中約含1%（體積百分）稀有氣體，其中絕大部分是氬。稀有氣體都是無色、無臭、無味的，微溶於水，溶解度隨分子量的增加而增大。稀有氣體的分子都是由單原子組成的，它們的熔點和沸點都很低，隨著原子量的增加，熔點和沸點增大。它們在低溫時都可以液化。稀有氣體原子的最外層電子結構為ns2np6（氦為1s2），是最穩定的結構，因此，在通常條件下不與其他元素作用，長期以來被認為是化學性質極不活潑，不能形成化合物的惰性元素。直到1962年，英國化學家N.巴利特才利用強氧化劑PtF6與氙作用，製得了第一種惰性氣體的化合物XePtF6，以後又陸續合成了其他惰性氣體化合物，並將它的名稱改為稀有氣體。空氣是製取稀有氣體的主要原料，通過液態空氣分級蒸餾，可得稀有氣體混合物，再用活性炭低溫選擇吸附法，就可以將稀有氣體分離開來。

霓紅燈原理

將城市的夜晚打扮得流光溢彩的是霓虹燈，這是一種氣體放電燈。在製作霓虹燈時，首先將封裝有電極的細長玻璃管內的氣體抽出，然後充入情性氣體（氦氣、氖氣、氮氣）或水銀蒸氣。這樣，當霓虹燈的電極被加上高電壓後，電極中的電子在電場的作用下逸出並撞擊氣體原子，大量的氣體原子被激發和電離，從而“充滿”能量。這些能量以光輻射射的形式被釋放，霓虹燈就會發出光了。

霓紅燈的顏色是由充入的氣體種類決定的。

放光顏色

所充氣體 光的顏色

He 白（帶藍綠色）

O2 黃

Ne 紅 紫

空氣 桃紅

Ar 紅

H2O 薔薇色

Hg 綠

H2 薔薇色

K 黃 紅

Kr 黃 綠

Na 金黃

Co 白

Na 黃 紅

Co2 灰 白