周期表中零族元素有氦、氖、氩、氪、氙和氡一共六种,它们都是气体。
六种稀有气体元素是在19世纪90年代中后期陆续发现的。下面我们按元素发现的先后顺序,分别简介这六种元素的发现经过。
1.氩Ar
早在1785年,英国著名科学家卡文迪许在研究空气组成时,就发现了一个奇怪现象。当时人们已经知道空气中含有氮、氧、二氧化碳等,卡文迪许把空气中的这些成分除尽后,发现还残留少量气体。这个现象当时并没有引起化学家们的重视,谁也没有想到,就在这少量气体里竟藏着整整一个族的化学元素。
100多年后,英国物理学家瑞利在研究氮气时发现,从氮的化合物中分离出来的氮气每升重1.2508克,而从空气中分离出来的氮气在相同情况下每升重1.2572克,这0.0064克的微小差别引起了瑞利的注意。他与化学家拉姆塞合作,把空气中的氮气和氧气除去,用光谱分析鉴定剩余气体,终于在1894年发现了氩。由于氩和许多试剂都不发生反应,极不活泼,故命名为Argon。在希腊文中是“懒惰”的意思,中文译为氩,元素符号是Ar。
2.氦He
早在19世纪60年代末,法国天文学家简森在观察日全食时,就曾在太阳光谱中观察到一条黄线D3,这和早已知道的钠光谱的D1和D2两条线不相同。同时,英国天文学家洛克耶尔也观测到这条黄线D3.当时天文学家们认为,这条线只有太阳才有,并且还认为是一种金属元素。所以洛克耶尔把这个元素取名为Helium。这个词是由两个字拼起来的,helio在希腊文是太阳神的意思,后缀ium指的金属元素。
19世纪90年代中期,拉姆塞和另一位英国化学家特拉弗斯合作,在用硫酸处理沥青铀矿时,产生一种不活泼的半导体,用光谱鉴定为氦,并证实了氦元素也是一种稀有气体。这种元素在地球上也有,并且是非金属元素。
3.氪Kr、氖Ne、氙Xe
由于氦和氩的性质非常相近,而且它们与周期系中已被发现的其他元素在性质上有很大差异,因此拉姆塞根据周期系的规律性,推测氦和氩可能是另一族元素,并且他们之间一定有一个与其性质相似的家族。果然,1898年的一次试验中,拉姆塞和物特拉弗斯在大量液态空气蒸发后的残余物中,用光谱分析首先发现了比氩重的氪,他们把它命名为Krypton,即“隐藏”之意,因为它是隐藏于空气中多年才被发现的。
拉姆塞和特拉弗斯在蒸发液态氩时收集了最先逸出的气体,用光谱分析发出了比氩轻的氖。他们把它命名为Neon,这一词源自希腊词neos,意为“新的”,即从空气中发现的新气体。中文译名为氖,也就是现在霓虹灯里的气体。
不久,拉姆塞和特拉弗斯在分馏液态空气制得了氪和氖后,又把氪反复地分次萃取,从其中又分出一种质量比氪更重的新气体,他们把它命名为Xenon,源自希腊文Xenos,意为“陌生的”,即人们所生疏的气体。中文译名为氙。它在空气中的含量极少,仅占总体积的一亿分之八。
4.氡Rn
氡是一种具有天然放射性的稀有气体,它是镭、钍和锕等放射性元素蜕变过程中的产物,因此,只有这些元素发现后才有可能发现氡。
1899年,英国物理学家欧文斯和卢瑟福在研究钍的放射性时发现钍射气,即氡—220.1900年,德国人道恩在研究镭的放射性时发现镭射气,即氡—219.直到1908年,莱姆赛确定镭射气是一种新元素,和已发现的其他稀有气体一样,它是一种化学惰性的稀有气体元素。其他两种气体,是他的同位素。在1923年国际化学会议上命名这种新元素为Radon,中文音译成氡。
至此,氦、氖、氩、氪、氙、氡六种稀有气体作为一定族全被发现了。它们占元素周期表零族的位置。这个位置相当物殊,在它前面的是电负性最强的非金属元素,在它后面是电负性最小的最强金属元素,而其本身则是电离最大的一族元素。由于这六种气体元素的化学惰性,因此很久以来它们被称为“惰性气体元素”,直到Xe被氧化后,“惰性气体”也随之改名为“稀有气体”。
在化学元素周期表中,有一类特殊的气体元素——零族元素,即氦、氖、氩、氪、氙和氡六种。这些元素是不同的化学家在不同的时间地点发现的,是科学家们共同努力的结晶。