貴ガス

原子には、いちばん外側の電子殻をすき間なく満たして安定したい、という本能的なルールがあります。酸素やナトリウムのようなたいていの元素は、外側の殻の電子が数個足りなかったり余っていたりして、いつも不安定です。そのため、ほかの原子と電子をやりとりしたり共有したりしながら、必死に化学結合をつくろうとします。

ところが貴ガスは、はじめからいちばん外側の殻が安定した状態で満たされています。ヘリウムは2個、ネオンとそれより下の元素は8個の外側の電子をもち、すでにとても安定した電子配置になっているのです。足りないものも余るものもないので、他人の電子をねらう理由がまったくありません。

その結果、ほかの原子と無理に組む必要がなく、原子1個がそのまま1つの分子になる「単原子分子」の状態で存在します。ほかの元素との反応にまるで関心がなく、のんびり構えているように見えることから、「不活性」という特別な名前がつきました。

ほとんど反応しないという性質は、危険で激しい反応を防ぐ安全な盾として使われます。遊園地で空にふわふわ浮かぶ風船に、火のつかない安全なヘリウムガスを入れるのが代表例です。昔使われていた水素ガスは、ちょっとした火花でも爆発しましたが、ヘリウムはどんなに熱を加えても、酸素と反応して燃えることはありません。

夜の街を華やかに彩る看板でも、これらの気体が活躍しています。ガラス管に気体を入れて高い電圧をかけると、電子が刺激を受けて、それぞれ固有の光を放ちます。ネオンは魅惑的なオレンジがかった赤、アルゴンはほのかな青い光を出して、街を照らします。

先端の半導体工場や精密な金属溶接でも、貴ガスはなくてはならない存在です。熱く熱せられた金属や精密な半導体ウェハーが、空気中の酸素と出会って燃えたり酸化したりしないように、アルゴンガスを厚く吹きつけて酸素を遮る保護膜をつくってくれるからです。

昔は、これらの気体はどんな状況でも絶対に結合しないと信じられていたため、「不活性（Inert）ガス」と呼ばれていました。ところが、精密な実験装置が発達すると、極端な環境ではこの穏やかなルールも破れることがあると明らかになりました。

キセノンやクリプトンのように原子番号が大きく、図体の大きな気体は、原子核からいちばん外側の電子までの距離がかなり遠くなります。そのため、核が電子を引きとめる力が相対的に弱くなっているすきをついて、反応性がきわめて強いフッ素をぶつけると、人工的な化合物を無理やりつくり出せます。キセノンは、このフッ素化合物を経て、酸素と結合した化合物もつくれるのです。

さらに、ヘリウムが超高圧でナトリウムと化合物をつくったり、アルゴンが氷点下200度以下の極低温で水素・フッ素と分子をつくったりするという研究結果も出ています。ですから貴ガスは、「絶対に反応しない不滅の物質」というより、ふつうの自然な状態では結合がきわめて難しい元素と理解するのが正確です。