満たされた最外殻
外殻電子が8個（ヘリウムは2個）という配置は、他のすべての元素が到達しようとしている状態です。すでにその状態にある希ガスは、結合によって得るものがありません。そのため、イオン化エネルギーは非常に大きく、電子親和力はほぼゼロです。
第18族――最外殻が満たされ、ほとんど何もする必要がない元素
希ガス
ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、オガネソンは最外殻が完全に満たされているため、化学反応をほとんど起こしません。60年間、完全に不活性だと考えられていました。これらは看板を光らせ、電球を満たし、磁石を冷却します。そのうちの1つは肺がんの原因になります。
- 構成元素
- 7
- 族
- 18
- 電子配置
- ns² np⁶（ヘリウム1s²）
- 放射性
- 2
周期表でハイライト表示
すべての元素
7個の希ガス
2
He
ヘリウム
4.003 u
不活性で、重さを感じさせず、絶えず逃げていく元素です。ヘリウムは、どれほど冷やしても、通常の圧力では凍らない唯一の元素です。
10
Ne
ネオン
20.18 u
化学的には不活性ですが、光学的には忘れがたい元素です。ネオンは、20世紀の夜の都市を象徴した橙赤色の輝きです。
18
Ar
アルゴン
39.948 u
空気中で3番目に多い気体であり、その空気の成分とはまったく反応しようとしません。
36
Kr
クリプトン
83.798 u
「隠された」という意味の名を持ち、メートルの定義に使われ、一時はスーパーヒーローの架空の弱点でもあった元素です。
54
Xe
キセノン
131.293 u
麻酔薬になるほど重く、カメラのフラッシュほど明るく光る希ガスです。
86
Rn
ラドン
222 u
花こう岩から染み出し、肺がんの二番目に大きな原因となる放射性の希ガスです。
118
Og
オガネソン
294 u
これまでに作られた最も重い元素で、当時存命だった人物にちなみ命名された唯一の元素です。
何によって定義されるか
希ガスを特徴づける3つのこと
単原子気体
周期表の中で、これらだけは分子ではなく単原子として存在します。ほとんど結合を作らないため、弱い分散力だけが原子同士を結び付けています。そのため、それぞれの周期の中で沸点が最も低くなります。
結局、完全に不活性というわけではない
1962年、Neil Bartlettはヘキサフルオロ白金酸キセノンを作り、「不活性ガス」の時代を終わらせました。キセノンとクリプトンはフッ素や酸素と実際の化合物を形成し、アルゴンでさえ40 KでHArFを生成させることができます。原子が重いほど結び付きは弱くなり、可能な化学反応は増えます。
周期表の傾向
族内での変化
族を下がると、沸点、密度、分極率は上昇し、イオン化エネルギーは低下し、反応性も、ある範囲では増加します。ヘリウムはあらゆる点で極端な例です。あらゆる物質の中で沸点が最も低く、大気圧下ではどれほど冷却しても固体にならない唯一の元素です。
世界での用途
何に使われるか
ヘリウム
すべてのMRI装置にある超伝導磁石の冷却、ロケット燃料タンクの加圧、漏れの検出に使われます。風船にも使われますが、地球から永久に逃げてしまう有限資源の用途としては、驚くほど無駄なものです。
ネオン
昔ながらの看板のオレンジがかった赤い輝きです。「ネオン」看板のその他の色は、別の気体か蛍光体の塗膜によるものです。
アルゴン
安価な不活性雰囲気として使われます。溶接のシールド、電球の封入ガス、複層ガラスの間隙などです。
クリプトン
高性能な窓の封入材や専門照明に使われます。1960年から1983年まで、メートルはクリプトン86の発光波長によって定義されていました。
キセノン
カメラのフラッシュ、高輝度ランプ、深宇宙探査機のイオンスラスター、そして本物の全身麻酔薬に使われます。
ラドン
ありません。これは資源ではなく、危険物です。
取り扱い
安全性
化学的には無害ですが、どれも酸素を置き換えるため、閉鎖空間では窒息の危険がありますしかも、警告症状がありません。加圧ボンベからヘリウムを吸入して死亡した人もいます。ラドンは化学的にも例外です。放射性で、花こう岩の岩盤から染み出し、地下室に蓄積します。喫煙に次いで肺がんの2番目に多い原因です。
知っておくとよいこと
- ヘリウムは1868年に太陽のスペクトルから検出され、地球上で発見される27年前でした。地球外で先に発見された唯一の元素です。
- ヘリウムは、通常の圧力では絶対零度まで液体であり続ける唯一の元素です。2.17 K未満では、摩擦なしに流れ、容器の壁をよじ登る超流動体になります。
- アルゴンは大気の約0.93%を占め、あなたが呼吸している空気中で3番目に多い気体です。
よくある質問
希ガスの概要
希ガスは本当に不活性なのでしょうか？
完全に不活性というわけではありません。キセノンとクリプトンは、フッ素や酸素と、十分に性質が明らかな化合物を形成します。四フッ化キセノンは安定した白色の結晶性固体です。ラドンはフッ化物を形成するほど反応性がありますが、放射性であるため研究は容易ではありません。ヘリウム、ネオン、アルゴンは通常の条件では実質的に不活性のままです。
なぜヘリウムは不足しているのですか？
地球上のヘリウムのほぼすべては、岩石中のウランとトリウムのアルファ崩壊に由来し、数億年かけて天然ガス田に蓄積します。いったん放出されると大気中を上昇して永久に宇宙へ逃げるため、回収できません。人間の時間尺度では供給量が本当に有限なので、風船産業は議論を呼んでいます。
なぜヘリウムで声が変わるのですか？
声帯を変えるのではなく、媒質を変えます。ヘリウム中では音が空気中の約3倍の速さで進むため、声道の共鳴周波数が高くなります。声帯の音高は変わりません。変化するのは音色なので、単に高い声というより、漫画のように聞こえます。