Открытие благородных газов было затруднено из-за малого содержания них элементов в природе и их химической пассивности
ГЛАВА 18
Я ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ - БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ
Общая характеристика
18.1.1. Положение в Периодической системе
В 18-ю группу входят гелий 7Не, неон 10Ne, аргон 18Ar, криптон 36Кr, ксенон 54Хе и радиоактивный радон 86Rn. Их называют благородными (или инертными) газами из-за малой склонности к образованию соединений (как и Аu, Pt называют благородными металлами). Термин «благородный» предпочтительнее, чем «инертный», поскольку отражает малую реакционную способность элементов, а не химическую инертность. Важнейшие характеристики элементов этой группы представлены в табл. 18.1.
18.1.2. Строение электронной оболочки, валентность, основные типы химических соединений
Как видно из табл. 18.1, на внешнем электронном уровне все элементы 18-й группы содержат электронный октет. Одним из следствий завершенности внешней электронной оболочки атомов являются высокие потенциалы ионизации благородных газов, что и обусловливает трудную разрушаемость их электронных оболочек и низкую реакционную способность элементов 18-й группы.
Значения ПИ существенно уменьшаются при переходе от легких благородных газов к тяжелым, что можно объяснить ростом радиуса атомов. При переходе от одного благородного газа к другому в периодах ПС потенциалы ионизации проходят через минимум у ЩЭ и резко возрастают у благородного газа. В связи с этим наблюдается нерегулярность в изменении ПИ, у элементов каждого периода. Например, во втором периоде имеется «подмаксимум» у Be и «подминимум» у кислорода:
| Элемент | He | Li | Be | В | С | N | О | F | Ne |
| ПИ1, эВ | 24,59 | 5,39 | 9,32 | 8,30 | 11,26 | 14,53 | 13,62 | 17,42 | 21,56 |
Максимум ПИ1 в случае Be можно (на качественном уровне) объяснить завершением и поэтому повышенной прочностью электронного уровня 2s2, а минимум ПИ1 у кислорода - наложением двух тенденций: повышением прочности наружного электронного уровня с увеличением степени его заполнения и одновременно понижением его прочности вследствие роста межэлектронного отталкивания из-за увеличения числа электронов на наружной оболочке.
Сравнение ПИ1 благородных газов и элементов других групп (на примере 2-го периода ПС) показывает, что уже для аргона, а тем более для его тяжелых аналогов эти значения сопоставимы:
ПИ1(Аr) < ПИ1(F), ПИ1(Кr) < ПИ1(N), ПИ1(Хе) < ПИ1(O), ПИ1(Rn) < ПИ1(С).
Американский химик Н. Бартлетт, работавший в университете Британской Колумбии (Канада), получив взаимодействием O2 и PtF6 соединение O2+[PtF6]–, обратил внимание на близость значений ПИ1(О2) и ПИ1(Хе): они равны соответственно 12,06 и 12,13 эВ. Он предположил, что PtF6 может оторвать электрон не только от молекулярного кислорода, но и от атома ксенона. Поставив соответствующий эксперимент, Бартлетт впервые в мире осуществил синтез истинного (до его работ были известны только клатраты благородных газов) химического соединения ксенона и приписал ему состав Хе+[PtF6]–. Позднее было показано, что это вещество имеет состав Хе[PtF6]n, где 1 < n < 2. После сообщения Бартлетта (1962 г.) о результатах своих исследований интерес к химии благородных газов необычайно возрос, что привело к получению за короткое время большого числа их соединений (табл. 18.2).
Таблица 18.1. Важнейшие характеристики элементов 18-й группы
| Элемент | Ar | Электронная конфигурация изолированного атома* | Радиус Э0, Å | Потенциал ионизации, эВ | ОЭО | Степень окисления* | Энергия перехода np6 ® np5(n + 1)s1, эВ | ||
| ПИ1 | ПИ2 | ПИ3 | |||||||
| 2He | 4,002602 | 1s2 | 1,22 | 24,59 | 54,42 | 5,50 | - | - | |
| 10Ne | 20,1797 | 1s22s22p6 | 1,60 | 21,56 | 40,96 | 63,45 | 4,84 | - | 16,6 |
| 18Ar | 39,948 | 2s22p63s23p6 | 1,92 | 15,75 | 27,63 | 40,74 | 3,20 | - | 11,5 |
| 36Kr | 83,80 | 3s23p63d104s24p6 | 1,98 | 14,00 | 24,36 | 36,95 | 2,94 | 0, +2 | 9,9 |
| 54I | 131,29 | 4s24p64d105s25p6 | 2,18 | 12,13 | 21,20 | 32,13 | 2,40 | 0, +2, +4, +6, +8 | 8,3 |
| 86Rn | 222,018** | 4d104f145s25p65d106s26p6 | 2,20 | 10,75 | 21,8 | 29,0 | 2,06 | 0, +2, +4, +6, (+8) | 6,8 |
* См. примечание к табл. 11.1
** Атомная масса наиболее стабильного нуклида
Таблица 18.2. Основные типы химических соединений элементов 18-й группы
| Класс соединений | Формула | Элемент, образующий соединение | Характерные свойства |
| Простые вещества | Э | He - Rn | Бесцветные газы, растворимость в воде увеличивается в ряду He - Rn |
| Клатраты | Э×5,75Н2О Э[1,4-C6H4(OH)2]3 | Ne – Rn Ar - Xe | Устойчивость растет при переходе сверху вниз по группе |
| Оксиды | ЭO3 ЭO4 | Xe Xe | Кристаллическое вещество, взрывается даже от прикосновения Газ, устойчив только при низкой температуре, легко взрывается |
| Гидраты оксидов | H2ЭO4, H4XO6 | Xe | Существуют в растворах, сильные окислители |
| Соли оксокислот | (ЩЭ)2ЭО4 Мn4/n[ЭО6] | Хе | Сильные окислители, соли К – Cs растворимы в воде |
| Фториды | ЭF2 ЭF4, ЭF6 | Kr, Xe Xe | Устойчивость соединения Хе выше, чем Kr; все фториды – энергичные фторокислители |
| Оксофториды | ЭOF2, ЭO2F2, ЭOF4, ЭO3F2 | Xe | Кристаллические вещества, быстро гидролизуются. Жидкости, больше гидролизуются |
| Комплексные соединения | [ЭF][MF6] [Э2F3][MF6] Э[MF6]n Mm[ЭFn] [ЭFn][MF6] [Э2F11][MF6] [ЭOnFm][MF6] | Kr, Xe Xe | Устойчивость больше, чем у бинарных фторидов |
18.1.3. Нахождение в природе, изотопный состав
По распространенности большинство благородных газов относятся к числу редких элементов (табл. 18.3). Будучи «четными» элементами, они образуют большое число стабильных (кроме радона) изотопов. Однако содержание отдельных изотопов в плеяде не всегда соразмерно с устойчивостью атомного ядра данного изотопа, так как некоторые изотопы благородных газов, особенно тяжелых элементов, образуются в результате радиоактивных превращений в семействах урана – тория - актиния (см. разд. 3.10.3)
Таблица 18.3. Распространенность, изотопный состав и содержание в атмосфере элементов 18-й группы
| Элемент | Кларк, % (масс.) | Место по распростра-ненности | Изотопный состав | Содержание в атмосфере, % (об.) | |
| Число стабильных изотопов | Главный изотоп, тип ядра по массе (% в плеяде природных изотопов) | ||||
| Не | 1×10-6 | 4Не, тип 4n (99,999863%) | 5,2×10-4 | ||
| Ne | 5×10-7 | 20Nе, тип 4n (90,48%) | 1,8×10-3 | ||
| Ar | 4×10-4 | 40Ar, тип 4n (99,60%) | 9,3×10-1 | ||
| Kr | 2×10-8 | 84Kr, тип 4n (57,0%) | 1,0×10-4 | ||
| Xe | 3×10-9 | 132Xе, тип 4n (26,9%) | 8,0×10-6 | ||
| Rn | 1×10-15 | Одно из последних | - | - | Практически отсутствует |
Наиболее распространенные изотопы элементов 18-й группы имеют тип ядра по массе 4n в соответствии с геохимическим правилом Оддо (см. разд. 2.1.3). Лишь у самого тяжелого элемента этой группы - радона, не имеющего стабильных нуклидов, наиболее устойчивый из радиоактивных изотопов 222Rn имеет тип ядра по массе 4n+2. У ксенона изотоп 129Хе, близкий по распространенности (26,4%) к главному, имеет тип ядра по массе 4n+1, что не противоречит правилу Оддо.
Благородные газы входят в число ~15% элементов ПС, которые не подчиняются геохимическому правилу Гаркинса (см. разд. 2.1.3): хотя эти элементы четные, их кларки меньше, чем у рядом стоящих нечетных элементов. Это связано с малой реакционной способностью благородных газов: они не имеют тугоплавких минералов, 
которые могли бы находиться в земной коре. Вследствие этого элементы 18-й группы являются атмофильными, т.е. сосредоточены в атмосфере (~1%), где находятся в атомном состоянии. Образовавшись в недрах Земли вследствие радиоактивного распада урана и тория (a-частицы – ядра атома гелия) гелий выносится на поверхность термальными водами по трещинам в горных породах и, как самый легкий компонент воздуха, накапливается в верхних слоях атмосферы. Содержится он и в природном газе. Гелий в огромных количествах присутствует на Солнце и других звездах. По распространенности в космосе это второй элемент после водорода.
Следует отметить, что при работе ядерных реакторов в качестве продуктов деления урана («осколки») получаются радиоактивные изотопы, в частности, радионуклиды Хе, служащие началом цепочек радиоактивного распада:
| 13854Хе | 
| 13855Cs |
| 13856Ba | |||||
| Т1/2 | 17 мин | 132 мин | стабилен | ||||||
| 13954Хе |
| 13955Cs |
| 13956Ba |
| 13957La | |||
| Т1/2 | 41 с | 7 мин | 85 мин | стабилен | |||||
| 14054Хе |
| 14055Cs |
| 14056Ba |
| 14057La |
| 14058Се | |
| Т1/2 | 16 с | коротко-живущий изотоп | 12,8 сут | 40 ч | стабилен |
В результате К-захвата, характерного для нуклида 40К (4019К + ē ® 4018Ar + g), образуется изотоп 40Ar, что объясняет аномально высокое содержание в природной плеяде аргона нуклида 40Ar (см.табл.18.3): содержание 36Ar = 0,337%, 38Ar = 0,063%, а 40Ar = 99,6%. Это причина одной из известных «аномалий» в ПС: атомная масса аргона несколько больше, чем у калия, следующего за ним по атомному номеру.
18.1.4. Краткие исторические сведения
Открытие благородных газов было затруднено из-за малого содержания них элементов в природе и их химической пассивности.
Первыми были обнаружены аргон и гелий. Открытие аргона - результат высокой точности физико-химических определений. Английский физик Дж.У. Рэлей выполнял точные определения атомных масс кислорода, водорода, азота. Азот он получал двумя путями: пропусканием сухого, освобожденною от СО2, воздуха, над раскаленной медью и термическим разложением нитрита аммония. В первом случае азот воздуха освобождался от кислорода, который связывался медью:
2Сu + О2 = 2СuО.
Во втором - получался азот, легко поддающийся высушиванию:
NH4NO2 = N2 + 2H2O.
Рэлей обнаружил (1892 г.), что плотность азота, выделенного из воздуха, на 0,0016 г/л (0,13%) больше плотности азота, полученного из NH4NO2. Эта разница превышала погрешность эксперимента. Объяснил эту разницу английский химик У.Рамзай, предположивший наличие в атмосферном азоте примесей более тяжелых газов. Ученый принял во внимание опыт Г.Кавендиша (Англия), который еще в 1784 г., пропуская электрические искры через обогащенный кислородом воздух, пытался превратить весь содержащийся там азот в оксиды, которые затем поглощались щелочью. Кавендиш нашел, что некоторая часть воздуха не вступает в реакцию с кислородом и щелочью не поглощается. Полученные результаты тогда не были объяснены. Рамзай и Рэлей повторили (1894 г.) опыт Кавендиша и, исследовав пузырек нерастворившегося газа, обнаружили в нем новый, химически инертный элемент. Название его было составлено из греческой отрицательной приставки «а» и слова «эргон» - «дело», «деятельность». Отсюда «аргон» - «недеятельный», «вялый», «ленивый».
Сообщение Рэлея и Рамзая было неожиданным для научной общественности и вызвало всеобщее недоверие. Однако за открытием аргона последовала серия исследований, приведших к обнаружению других благородных газов.
Еще в 1868 г. французский астроном П.Ж.С. Жансен зафиксировал в спектре Солнца яркую желтую линию, обозначенную им D3, которая не совпадала с желтой линией D натрия. Одновременно с ним эту же линию в спектре Солнца обнаружил английский астроном Дж.И. Локьер, отнесший ее к неизвестному элементу, который он решил назвать гелием (от греческого «гелиос» - «солнце»).
Затем новая желтая линия была обнаружена другими учеными в спектрах «земных» веществ: в газах из кратера Везувия и в газообразных продуктах взаимодействия концентрированной серной кислоты с урансодержащими минералами. В 1895 г Рамзай нашел в газах, выделяющихся при кислотной обработке минерала клевеита, азот, аргон и неизвестный газ, дающий ярко-желтую спектральную линию. Рамзай установил, что этот газ химически инертен, как и apгон. Гелий идентифицировали спектроскопически английские ученые У. Крукс и Локьер, которым Paмзай прислал пробу газа на исследование.
Используя метод Менделеева, Рамзай решил определить место аргона и гелия в Периодической системе, для чего разместил новые элементы в ПС в порядке возрастания атомных масс. Оказалось, что между Не и Аr остается пустая клетка. Ниже (между Вr и Rb) и еще ниже (между I и Cs) также имелись пустые места. Рамзай предположил (1897 г.), что благородные газы составляют особую группу. Д.И. Менделеев поместил их в отдельной группе ПС, получившей название «нулевой».
В 1898 г. Рамзай со своим ассистентом М. Траверсом спектроскопически обнаружил в пробе аргона один из предсказанных им газов, а затем выделил его в чистом виде путем фракционного испарения жидкого воздуха. Пришлось переработать тонны жидкого воздуха, чтобы получить весомые количества неизвестного газа. В память об них трудностях новый элемент и был назван криптоном oт греческого «криптос» - «секретный», «скрытный».
Неон был открыт также Рамзаем и Траверсом через несколько дней после обнаружения криптона: в спектре первых пузырьков газа, образующегося при испарении жидкого аргона, присутствовали линии, принадлежащие новому элементу. Название «неон» происходит от греческого «неос» - «новый».
В том же 1898 г. Рамзаем и Траверсом также и результате фракционирования жидкого воздуха в качестве примеси к криптону был открыт элемент ксенон, название которого происходит от греческого «ксенос» - «чужой», «странный», «необычный», «неслыханный».
При изучении ионизации воздуха радиоактивными веществами М. Склодовская-Кюри и П. Кюри заметили, что тела, находящиеся вблизи источника радиоактивности, приобретают радиоактивные свойства, которые сохраняются некоторое время после удаления радиоактивного препарата. Английский ученый Э. Резерфорд и другие исследователи в 1899 - 1900 гг. пытались объяснить что явление тем, что радиоактивное тело образует некоторое радиоактивное истечение, или эманацию (от латинских «эманарэ» - «истекать» и «эманатио» - «истечение»), пропитывающее окружающие тела. Однако оказалось, что это явление свойственно не только препаратам радия, но и препаратам тория и актиния. Обнаружилось также, что эманация способна вызывать фосфоресценцию некоторых веществ, например, сульфида цинка.
Вскоре Резерфорду и Ф. Содди (Англия) удалось доказать, что эманация - это газообразное вещество, которое подчиняется закону Бойля, при охлаждении переходит в жидкое состояние и имеет химические свойства, характерные для благородных газов. Название «эманация» предложено Резерфордом, обнаружившим, что ее образование из радия сопровождается выделением гелия (88Ra → 86Ra + 2He). Позже это название было изменено на «эманация радия», чтобы отличить от эманации тория и актиния, которые в дальнейшем оказались изотопами эманации радия. В 1911 г. Рамзай дал эманации радия новое название «нитон» от латинского «нитенс» - «блестящий», «светящийся», чтобы подчеркнуть свойство радиоактивного газа вызывать фосфоресценцию некоторых веществ. Позже было принято название радон - производное от слова «радий». Эманации тория и актиния (изотопы радона) стали именовать тороном и актиноном.
История открытия благородных газов весьма поучительна - она показывает важность сочетания химических и физических методов исследования, а также необходимость точной оценки погрешности эксперимента. В то же время она показывает, что простыми методами можно достичь результатов, имеющих принципиальное значение для развития науки.
Простые вещества
Простые вещества элементов 18-й группы при нормальных условиях являются одноатомными газами без цвета и запаха. Одноатомность молекул благородных газов отличает их от молекул других известных газообразных простых веществ - галогенов, кислорода, азота, водорода. Это объясняется тем, что на связывающих и разрыхляющих орбиталях гипотетических двухатомных молекул благородных газов (Э2) находилось бы одинаковое число электронов, и, следовательно, порядок связи был бы равен нулю (рис. 18.1, см. также МО молекулы Н2, разд. 1.2.1).
Диаграмма МО делает понятным, почему возможно существование молекулярных ионов НеН+ и Не2+ (см. разд. 18.5), кратность связи в которых равна 1 и 0,5 соответственно.
Физические свойства благородных газов (табл.18.4) закономерно изменяются с ростом их атомного номера и атомного радиуса. Более высокие ТПЛ и ТКИП имеют тяжелые инертные газы.
| Элемент | ТПЛ, 0C | ТКИП, 0C | Критическая температура, 0С | Критическое давление, атм | Плотность, г/дм3 | |
| при 00С и 1 атм | при ТКИП | |||||
| Не | -272,2 (26 атм) | -268,9 | -268 | 2,26 | 0,178 | 0,126 |
| Ne | -248,6 | -245,9 | -229 | 26,19 | 0,900 | 1,20 |
| Ar | -189,4 | -185,8 | -122 | 48,3 | 1,784 | 1,40 |
| Kr | -157,3 | -153,3 | -63 | 54,3 | 3,749 | 2,60 |
| Xe | -111,9 | -108,1 | -17 | 57,64 | 5,897 | 3,06 |
| Rn | -71,0 | -61,9 | 9,73 | 4,40 |
| Элемент | Растворимость при 200С и 1 атм, см3/кг Н2О | Коэффициент поляризуемости, a×1024, мл | Свечение в разряде | |
| Не | 8,61 | 0,23 | Желтое | |
| Ne | 10,5 | 0,38 | Оранжевое | |
| Ar | 33,6 | 1,57 | Красное | |
| Kr | 59,4 | 2,70 | Зелено-фиолетовое | |
| Xe | 108,1 | 4,05 | Фиолетовое | |
| Rn | 5,42 | Белое |
При переходе от легких к тяжелым аналогам увеличивается растворимость благородных газов в воде. Эти закономерности в изменении свойств определяются увеличением деформируемости электронной оболочки элементов по мере роста их радиуса и числа электронных слоев. Указанные в табл. 18.4 значения коэффициентов поляризуемости изменяются симбатно с другими величинами, приведенными там же. Это позволяет говорить об уменьшении «инертности» благородных газов по мере увеличения их атомного номера: несмотря на завершенность внешнего электронного слоя (октета), для тяжелых элементов этой группы характерно возрастание межатомного взаимодействия (рост ТПЛ и ТКИП), а также некоторое увеличение растворимости в воде, которое свидетельствует о росте взаимодействия с водой.
Особое место среди благородных газов занимает самый легкий из них - гелий, его температура плавления (даже при высоком давлении) весьма близка к абсолютному нулю. Это связано с предельной жесткостью (максимальным «благородством») электронной оболочки гелия 1s2. Практически полное отсутствие взаимодействия между атомами Не объясняет и тот факт, что при обычной температуре расширяющийся гелий не охлаждается, а нагревается. Только ниже -2500С для гелия наблюдается нормальный эффект Джоуля - Томсона (охлаждение газа при его расширении). В связи с этим гелий сжижают и переводят в твердое состояние, применяя охлаждение жидким водородом (ТКИП = -252,60С). Твердый гелий устойчив только при давлении выше 25 атм.
У жидкого гелия имеются два состояния: Не I, который проявляет свойства обычной жидкости (устойчив выше 2,19 К), и Не II, существующий ниже 2,19 К. Жидкий Не II - единственная из жидкостей, которая не затвердевает под давлением своих паров при температуре, близкой к 0 К. Теплопроводность Не II но много десятков раз выше, чем у меди. Поэтому на стенках сосуда не образуются характерные для кипящей жидкости пузырьки газа. Испаряется Не II только с поверхности.
Не II практически не имеет вязкости (она в 105 раз меньше вязкости газообразного водорода). Поэтому он легко и быстро течет через щели и капилляры, вытекает по стенкам сосуда, не испытывая трения («сверхтекучесть»). Именно сверхтекучесть является причиной образования пленок Не II толщиной до 2 микрон, распространяющихся на поверхности твердых тел с большой скоростью до (20 см/с) и способствующих вытеканию гелия из сосудов-хранилищ. Это явление было открыто советским физиком П.Л. Капицей в 1938 г., а теория сверхтекучести создана в 1941- 1944 гг. советским ученым Л.Д. Ландау, который рассматривал сверхтекучий гелий как единственную из известных «квантовую» жидкость, с присущим ей одной набором энергетических уровней. Аномальная текучесть возникает из-зa двойственного энергетического состояния aтомов гелия: Не II состоит как бы из двух жидкостей (α и β), которые принципиально неразделимы, но движутся независимо друг от друга без взаимодействия (трения). При этом α-жидкость содержит в себе «все тепло» Не II и движется обычным образом. В β-жидкости отсутствует тепловое движение, она как бы находится строго при 0 К.
Изучено кристаллическое состояние всех благородных газов, кроме радона. Их структура обычно - кубическая плотнейшая упаковка. Связи между атомами осуществляются дисперсионными силами. Существуют также кристаллические модификации Не, Ne, Кr и Хе со структурой типа гексагональной плотнейшей упаковки.
Интересно, что изотопный состав гелия сильно влияет па структурные параметры, которые для 3Не и 4Не отличаются приблизительно на 0,15 Å. Это один из немногих случаев, когда различия в физических свойствах изотопов сильно сказываются на характеристиках элемента. Сильнее всего изотопный состав влияет на физические и химические свойства соединений у предшественника гелия по ПС - самого легкого элемента водорода (см. разд. 1.1.3).
Несмотря на стабильность электронных оболочек, атомную структуру благородных газов можно преобразовать в металлоподобную, где взаимодействие между атомами будет существенным. Принцип, используемый при такой перестройке, аналогичен упомянутому при обсуждении металлоподобных водорода, азота и иода. Среди благородных газов проще всего получить металлоподобный ксенон - его электронная структура легче, чем у других элементов 18-й группы (за исключением Rn), подвергается модифицированию. Превращение твердого Хе с атомной (молекулярного типа) структурой, обладающего свойствами изолятора, в металлоподобное вещество со свойствами электрического проводника по оценке происходит при 500 000 атм.
Для проверки теоретических расчетов в камеру сверхвысокого давления, изготовленную из поликристаллическою алмаза, охлажденную до температуры ниже -111,90С (ТПЛ Хе), по подогреваемому капилляру вводили Хе. Твердый Хе обычной структуры заполнял камеру. В камере создавали сверхвысокое давление и продолжали охлаждение системы. Электрическое сопротивление резко понижалось, так как Хе переходил в металлическое состояние. При температуре, близкой к ТПЛ жидкого Не (-2690С), Хе начинал проявлять свойства сверхпроводника. Этот эксперимент доказал, таким образом, что Хе может иметь структуру, характерную для металлов, т.е. структуру с весьма сильным межатомным взаимодействием. Однако металлоподобный ксенон устойчив только при низкой температуре и очень высоком давлении.
Ионизация атомов благородных газов происходит, когда на электроды разрядных трубок, содержащих благородные газы, подают высокое напряжение. При этом наблюдается свечение благородных газов (см. табл. 18.4).
Химические свойства благородных газов стали систематически изучаться лишь после обнаружения их «истинных» соединений (см. разд. 18.1.2).
Непосредственно с тяжелыми инертными газами (Кr, Хе, Rn) реагирует лишь фтор, образуя при этом фториды, состав которых зависит от условий эксперимента. Благородные газы взаимодействуют с водой, давая гидраты постоянного состава, имеющие клатратное строение. В высокотемпературной плазме получены соединения всех благородных газов с рядом элементов (фтором, водородом и др.), правда, в чрезвычайно малых количествах, так что идентифицировать их удалось только методами масс-спектрометрии и оптической спектроскопии.
Промышленными источниками благородных газов являются воздух, горные породы и природные газы. Гелий получают главным образом из газовой смеси, поступающей из недр Земли. При пропускании газов через поглотители из активированного угля, охлаждаемые жидким воздухом, гелий, в отличие от других составляющих газовой смеси, не сорбируется, а неон, если он в этой смеси присутствует, сорбируется плохо. Дальнейшую очистку гелия от других благородных газов проводят при охлаждении твердым водородом.
Остальные благородные газы, кроме Rn, выделяют методом фракционной дистилляции жидкого воздуха. Источником радона служат препараты урана, радия и других радиоактивных элементов. Для его получения через водные растворы солей радия продувают воздух, который захватывает присутствующий в растворе радон. Отделяют радон от воздуха охлаждением смеси газов твердым СО2 или пропусканием через поглотитель из активированного угля: в первом случае радон конденсируется, во втором - адсорбируется.
Благородные газы используют для создания инертной атмосферы в ходе химического промышленного и лабораторного синтеза, если необходимо исключить процессы окисления (например, при литье металлов). С той же целью благородными газами (Кr и Хе) заполняют баллоны ламп накаливания - срок работы таких ламп удлиняется. Гелий применяют как охлаждающую жидкость в ЯМР-исследованиях, при электродуговой сварке, для заполнения метеорологических зондов, как газ для кессонов (гелий меньше растворим в плазме крови, чем азот). Благородными газами заполняют рекламные разрядные трубки. Благородные газы используют при консервировании продуктов. В лечебных целях применяют воды, содержащие радон (так называемые радоновые ванны).