第 18 族：稀有气体

本页只讲一条中四内容标准：第 18 族，稀有气体。这是一个篇幅短却价值高的课题，因为它们全部的行为都出自一个观念，填满、稳定的最外层，而考试几乎总是要你用电子排布来解释它们为何不活泼。

把这套解释学扎实，再配上几项性质与用途，这条标准就稳了。

稀有气体是什么

第 18 族包含氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）与氡（Rn）。它们也叫惰性气体，因为它们极其不活泼，几乎不参与化学反应。

原因在于它们的电子排布。每个稀有气体的最外层都填满：

• 氦是 2，它唯一的一层（第一层）填满了 2 个电子，是稳定的双电子（duplet）。
• 氖是 2.8，它的最外层填满了 8 个电子，是稳定的八隅体（octet）。
• 氩是 2.8.8，它的最外层也填满了 8 个电子。

填满的最外层是稳定的排布，所以稀有气体原子没有得到、失去或共用电子的倾向。这正是它在通常条件下不形成离子或化学键的原因，也是其他元素在反应时试图达到稀有气体排布的原因。

物理性质

稀有气体共享这些物理性质：

• 在室温下它们是无色气体。
• 它们以单个原子形式存在（它们是单原子的），不像大多数其他气体那样是分子。
• 它们的熔点与沸点都很低。
• 沿族向下，沸点升高，密度增大。

稀有气体的用途

它们的用途直接来自不活泼这个性质，再加上一两项特别的物理性质：

• 氦用来充填气球与飞艇，因为它密度很低，而且不像氢那样会燃烧。它也用在深海潜水员的呼吸气体混合物里。
• 氖用在广告灯与展示招牌上，电流通过时它会明亮地发光。
• 氩用来充填灯泡，并在焊接时提供惰性气氛，因为它不会与炽热的金属灯丝或焊缝反应。

共同的线索是：凡是需要一种不会反应的气体的工作，就是稀有气体的工作。

例题

题目。 氩的电子排布为 2.8.8。

(a) 说出氩原子的价电子数。(b) 从电子排布的角度解释为什么氩在化学上不活泼。

(c) 说出一个依赖这一性质的氩的用途。

第一步，读出价电子。 2.8.8 的最外层含 8 个电子，所以氩有 8 个价电子。

第二步，解释惰性。 最外层的八个电子是填满、稳定的八隅体。

由于这一层已经填满，氩没有得到、失去或共用电子的倾向，所以它不反应，在通常条件下也不形成化合物。

第三步，给出一个用途。 氩用来充填灯泡（或在焊接时提供惰性气氛），因为它不会与炽热的灯丝反应。

答案。 (a) 8 个价电子。

(b) 它的最外层是填满、稳定的八隅体，所以它没有得到、失去或共用电子的倾向，因此惰性。(c) 充填灯泡。

练习题

题目。 (a) 写出氖（质子数 10）的电子排布。

(b) 氦的最外层只有 2 个电子，而不是 8 个。解释为什么氦仍然不活泼。

答案。 (a) 氖有 10 个电子，排布为 2.8，最外层填满 8 个。(b) 氦是 2：它的第一层（也是唯一一层）填满了 2 个电子，是稳定的双电子。填满的最外层，无论是 2 个的双电子还是 8 个的八隅体，都是稳定的，所以氦没有得到、失去或共用电子的倾向，因而不活泼。

考试提示

要避免的一个错误是说每个稳定原子的最外层都必须有 8 个电子。氦以双电子 2就稳定，因为第一层在 2 就填满了。

所以把规则表述为「填满的最外层是稳定的」，并对氦提到双电子。解释惰性时，评分方案要的是这句话，「没有得到、失去或共用电子的倾向」，只说满层而缺这句，往往还不够。

最后，记住稀有气体是单原子（单个原子），这也是它们不需要成键的又一后果。

本节定位

本条标准为**元素周期表一章的族化学收尾，而「稳定满层」这个观念正是通往下一章化学键的直接纽带，在那里，原子通过得到、失去或共用电子来达到稀有气体的排布。请用复习笔记复习性质与用途，用例题**核对你的解释。

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快速回顾

• 第 18 族稀有气体的最外层填满（氦是双电子 2，其余是八隅体 8）。
• 它们惰性，因为它们没有得到、失去或共用电子的倾向。
• 它们是无色的单原子气体，沸点很低。
• 用途（氦充气球、氖做招牌、氩填灯泡）全都依赖它们不活泼。