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港明高中 陳俊豪老師
一﹑一群地位特殊的化外之民
在 化學元素週期表的最右邊，有一族叫做鈍氣的元素，全族成員一共有六個，念過國中化學的學生都能很順口的背出來－氦﹑氖﹑氬﹑氪﹑氙﹑氡。他們因為個性不活 潑，幾乎不跟其它元素起反應，表現得遲鈍又呆板，因此才被稱為「鈍氣」(Inert Gas)。 這種個性在元素界看來，未免是懶散怠惰﹑不負責任，因此也翻譯做「惰性氣體」。但若從另一個角度來解釋，則也可說是遺世獨立﹑孤芳自賞﹑似乎自有一股不隨 流俗的傲骨，因此又被稱為「高貴氣體」(Noble Gas) 。此外，比起氧﹑氮等氣體，它們在自然界中的存量可說稀少得多，因此又有一個名字叫「稀有氣體」(Rare Gas)。不過這個稱呼現在漸漸少用了，因為它們在大氣中的含量，少則少矣，像其中的氬畢竟還佔空氣成分的百分之一左右，比起只佔萬分之三的二氧化碳來 說，也不算少了。
這一群「化外之民」的元素，雖然都存在我們日常生活呼吸坐臥的大氣之中，但因都是無色﹑無臭﹑無味的氣體，其存在量既不 多，又老死不跟其它元素往來，因此就很難發現它們的蹤跡。到十九世紀末，當自然界存在的 88 種元素中，九成以上都已經上了科學的舞台了，它們全族六個都還完全沒有露面。 1869 年，俄國的門得列夫發表了週期表，將當時已知的元素依原子量大小排列後，歸納出元素性質有週而復始的週期規律，不但把五花八門﹑各色各樣的元素納入系統歸 類，一一予與定位，而且還依週期規則，由一些空
缺位置設想應有那些人類尚未發現的元素，甚至預言它們應有的性質，得到很大的成功。但是週 期表卻也像給了鈍氣一件隱形的外衣，反而更加保障了它們的不會被發現。因為它們是全族沒有成員曾出現過，門得列夫的元素表中完全沒有留下它們的座位，因此 當所有的座位都有人坐了，誰還料到會有一家人完全缺席？甚至當他們露臉時，恐怕還會因沒有座位，身份曖昧而難以被承認呢！
在這種條件背景 之下，這組鈍氣要撥雲見日，登上科學舞台，實在不是一件容易的事。它的量少，一定要細心掌握﹑精確量測，絕不可粗枝大葉﹑馬虎將就；它不活潑，沒有任何反 應性，現有的化學技倆它都無動於衷，一定要旁敲側擊，另闢蹊徑；更難的是，它妾身不明，「不應該」有地位，要推翻已經證實那麼完美﹑那麼理想的週期表，再 騰出一個位子來安排它，需有多大的勇氣與信心啊！偏偏世界上就是有那樣具有細心﹑耐心與信心，不馬虎﹑不妥協，一心一意執著的追求精確與完美的人，花下十 多年的功夫，終於把這隱藏在自然界角落裏的元素給找出來了！他們是英國的雷利勳爵和拉姆塞爵士，下面就來看看他們是怎麼發現鈍氣的。
二﹑從山窮水盡到柳暗花明的科學界
話 說自然科學從十七﹑八世紀伽利略﹑牛頓﹑拉瓦節幾位大師啟蒙奠基後，一日千里的發展起來，經過一兩百年的分支繁衍﹑壯大充實，經由無數物理學家﹑化學家的 經營灌溉，到了十九世紀末葉，已經達到一個各方面看來都很成熟﹑很完美的巔峰。物理學的五大部份－聲﹑光﹑熱﹑力﹑電磁，各部門的理論和學說都已架構完 成。已知的自然現象大致已都能用這些學理來做完善的解釋。化學元素已認識殆盡，各種分析技術都已建立系統化，各色各樣的化合物在酸鹼﹑染料﹑炸藥等工業甚 至有機﹑醫藥﹑農業等方面都已有妥
善的應用，解釋化學變化的動力論﹑解離說也都已一一出爐。樂觀的人覺得，人類的科學文明已經發展到極 致，可以開始高枕無憂的享用文明的成果了，悲觀的人則認為，科學研究已經到了盡頭，科學家從此無所事事，再也沒有東西可以研究了！當時就有人自嘆生不逢 辰，恨不早生幾年，科學之海中最大的幾條魚已經被牛頓﹑克爾文﹑馬克士威爾等物理大師和拉瓦節﹑道爾吞﹑亞佛加厥等化學大師撈走了，剩下的一些有限的小魚 也被後來的大大小小的科學家抓走了，後輩學科學的還有什麼便宜好揀的？真的，當時的科學家在找不到適當的研究題材的困境下，大概都只好把注意力跟精力花在 如何把已知的數據測量得更精確，或把已知的常數求算到小數點以下更多的有效位數，例如把氫的原子量從 1.01改成更精密的 1.008 ，把鋅的氧化電位從 0.76 伏特修正到 0.7628 伏特，把標準狀況下理想氣體的莫耳體積從 22.4 升求算到 22.41 升，再更精確到 22.413，甚至到 22.4138 升等。
我們故事的主人翁雷利勳爵開始時也是這樣。自從 1775 年前後，近代化學之父拉瓦節分析空氣組成，而確定空氣中含有五分之一的氧和五分之四的氮，以及少數不定量的二氧化碳和水蒸氣之後，一百多年過去了，科學界 都深信對大氣的研究已經非常透徹，沒有人想再做進一步的探索。但從 1882 年開始，雷利卻心血來潮，也想追隨時代潮流，重新更精密的測定大氣成分中各種組成氣體的密度。誰也料想不到，從這一番精確度的追求中竟會導致一個影響深遠 的重大發現，為下一世紀的科學界揭開新的一頁。這裏我們先來介紹一下瑞雷這個人。
三﹑科學泰斗卯上氮氧氣體密度
雷利勳爵 正式稱呼是雷利男爵三世 (Lord Rayleigh the Third)，原名約翰．威廉．斯特拉特 (John William Strutt)，1842年11月12日生於英國倫敦東北方的艾瑟克斯郡 (Essex)一個叫蘭福德格洛夫(Langford Grove)的小城。雷利是他世襲的貴族封號，封地在特靈宮(Terling Palace)。1865年自劍橋大學三一學院以第一名成績畢業後，就在他家族位於特靈宮的莊園建了一所實驗室，一頭栽入科學研究中，開始他一生多彩多姿 的學術生涯。他最初研究的領域是聲學和光學，他發表的一篇以日光被空氣中的微粒散射來解釋天空何以呈現藍色的理論，使他聲名遠播，很早就在科學界嶄露頭 角。1877年出版名著「聲學原理」，以彈性固體和氣體的振動和共振來說明聲音的行為，並以數學方程式分析稜鏡和繞射光柵的鑑別率。他所提出的「雷利散射 定律」是波傳播問題的經典學說，是古典物理學中一條重要的定律。
1879 年，劍橋大學物理系甫於1874 年完工成立的卡文迪士研究所的第一任所長﹑電磁學大師馬克斯威爾過世，各方矚意遺缺由雷利出任。但是雷利在自己特靈宮的實驗室裏研究得正起勁，生活得很寫 意，並無意於擔任教職或行政工作，所以一直推辭。最後經不起劍橋大學的「威迫利誘」，終於才勉為其難，心不甘情不願的走馬上任，擔任這個歐洲首屈一指的科 學重鎮的首長，但以五年任滿為條件。所以當 1882 年開始從事精確測量大氣成分氣體密度的工作時，雷利擔任卡文狄士研究室的第二代掌門已有三年，已經是位望
重一方的科學泰斗。
他先從氧密度的測定著手。他由三個不同的途徑來製取純氧：電解水﹑加熱氯酸鉀和加熱過錳酸鉀氧。結果發現三種不同來源的氧所測得的密度數值完全一致，他感到非常滿意。當時已知的氫對氧的密度比是 1：16，而經他精密測定後，得到更精確的 1：15.882 。
接 著他再測氮的密度。他由兩種方式來製取氮，一是由空氣中提取：他先讓空氣通過鹼石灰以除去二氧化碳和水分，再把這種純淨的乾燥空氣反覆通過裝有銅粉而燒得 通紅的石英管，這時空氣中的氧就會和銅化合成氧化銅而除去，剩下氮氣。他仔細測定這樣所得的氮密度，在標準狀況下每升是 1.2572 克。另一個方式是由氨的分解來製氮：他讓氧和氨的混合氣體通過赤熱的氧化銅，此時氨中的氫就會和氧化合成水而分離出氮氣。他也精密的測量這樣所得的氮的密 度，卻發現每升為 1.2508 克，比由空氣獲得的竟然少了千分
之五。
四﹑無法自圓其說的困境
當雷利 得到這個結果的時候，已經到了 1892 年，這種精密定量的功夫曠日費時，倏忽已過十年。經過這十年的歷練，雷利對自己實驗的技術已有絕對的自信，他檢查各個實驗環節，知道這種差異絕對不是實驗 的疏忽或錯誤所造成的。照道理，只要是純氮，則無論其來源為何，它的性質應該都是相同的，應該具有相同的密度才對。那為什麼從空氣中取得的氮會比從氨中取 得的氮要重上千分之五，他自己提出四點可能的原因來解釋：
(1) 可能大氣的氮中會殘存一些不能去除的氧而使密度變大。但經過計算後，發覺這一點不可能，因為氧
的密度雖然比氮大些，但要讓密度提高到千分之五，則須雜有相當大量的氧才行，而在除氧的過程中
是不可能有這麼大的漏洞的。
(2) 可能從氨分解得來的氮中含有少量的氫，才使其密度偏小。但經設計一些除氫的實驗後，其密度仍然
一樣。所以這一點也被否定了。
(3) 會不會氮也會像臭氧形成三原子分子的０3一樣形成Ｎ3，而使密度增大？但他仿效臭氧形成的條件，
引入電火花對氮行高壓放電，發現體積並不縮小，密度也絲毫沒有變大，可見這一點也說不通。
(4) 由氨分解出來的氮在高溫下再行分解，使得密度變小。但是氮的安定性是眾所週知的，區區火焰造成
的熾熱溫度就要讓它分解，誰也不能信服。在百思不得其解的情況下，雷利不得已只好將這種結果對
外宣布，1892 年的 4月19 日他向英國皇家學會報告了他的實驗結果，並尋求化學方家們可能的解釋
。
五﹑化學方家出馬襄助
雷利所遭遇的困境真的引起了另一位科學家的興趣，他就是著名的蘇格蘭化學家﹑倫敦大學的教授拉姆塞爵士。這年秋天他在「自然週刊」上看到這個消息，就自告奮勇與雷利聯絡，希望共同合作，來探討這個問題。
拉 姆塞爵士(Sir William Ramsay)雖比雷利年輕十歲，卻也是一位大有來頭的人物。1852 年10 月2 日生於格拉斯哥，是一位愛談科學的父親和一位篤信宗教的母親的獨生子。先在格拉斯哥大學念拉丁文﹑德文﹑法文和英國文學，到 17 歲才正式專攻化學，因此具有相當深厚的語言和文學根底。在國內隨幾位名師學習基礎化學後，於 1870 年負笈德國，先到海德堡大學拜在名滿歐洲的化學大師本生門下學分析，不久又轉赴杜賓根大學隨多才多藝的費蒂希(R.Fittig 1835-1910)學有機，二年後就得博士學位，此時年方二十。
回國後在母校任助教時，就提出了關於液體的臨界狀態與溫度﹑壓力關係的 「拉姆塞楊格定律」而名噪一時。他測過許多氣體的密度﹑液體的蒸氣壓﹑臨界常數和表面張力等，還與雪爾茲(J.Shields) 發明了可以測定液體分子量的「拉姆塞雪爾茲方程式」；他曾任布里斯托(Bristol) 專科學校校長，1887 年開始在倫敦大學當教授。
和雷利的物理學家背景不同，他是化學科班出身，對實驗分析各方面早有豐富經驗，有他來加入研究
，使得雷利如魚得水，樂不可支。
六﹑百年秘笈重現江湖
除 了有拉姆塞這麼一位精神﹑學養﹑能力﹑威望都足堪匹敵的重量級人物做研究伙伴之外，雷利又得到一位異人－英國皇家學院的化學教授迪瓦 (James Dewar， 1842-1923)的指點，給了他一個重要資訊，讓他信心大增，知道吾道不孤，此番研究工作大有可為。迪瓦就是今日保溫瓶的發明人，是一位低溫化學大 師，最著名的事功就是 1899 年把氫氣液化並固化。
有一天迪瓦向雷利提供了一個重要線索，根據他在卡文迪士研究室所典藏的文獻記 載，一百多年前的前輩卡文迪士(H.Cavendish 1731-1810) 曾在空氣中發現一種很特別的成分。他利用起電盤提供高壓電，讓各種混合氣體在密閉的容器中進行放電實驗，他發現這樣的電火花會使空氣產生紅棕色的硝酸氣， 就是二氧化氮，這當然是由空氣中的氧和氮作用生成的。但是當他更深入去研究時，竟然出現了一個他感到莫名其妙的結果。
他把一個Ｕ形管開口 向下，垂直放入一個裝滿水銀的燒杯中，使管內的空氣被密封，又在管內水銀面上安放少許可以吸收酸性二氧化氮氣體的苛性鉀。然後他把電火花引進Ｕ形管內，當 空氣中的氧和氮反應成二氧化氮時就被苛性鉀吸收掉。隨著二氧化氮的生成和被吸收，管內的氣體便逐漸的減少。當管內的氧氣消耗完了，他便繼續輸入一些氧氣並 再次引入火花放電，如此反覆進行，希望把空氣中的氮全部去除淨盡。最後Ｕ形管內殘存的氣泡，無論再怎麼放電都不會再縮小時，應該就是多餘的氧了。這時候再 往Ｕ形管中注入
一些硫肝液，(即多硫化鈣)以吸收掉這些過剩的氧氣。照道理，一旦氧被吸收，管內再無氣體留存，就該完全被水銀充滿，氣泡 就該完全消失才對。然而他卻發現，管內仍有氣泡，不知道為什麼。他反覆的再對它放電﹑吸收，它都無動於衷，依然頑固的存在著。他連續做好幾次實驗，每次的 結果都一樣。而且無論他用的空氣量如何，最後剩下來的氣泡體積，大概都是空氣原量的 1／120 。因此他曾下結論說：空氣中除了氧和氮兩種成分外，恐怕還有一種非常安定的成分，不過它的成分很少，總量不超過空氣的 1／120 。不過這裏我們稱之為「氧」﹑「氮」的氣體，當時並不這樣叫，那時的科學界還稱之為「脫燃素空氣」與「濁氣」。
七﹑科學照妖鏡下懶人終於現形
雷 利得到這個訊息，不禁大喜過望，看來他自己做的實驗結果並沒有錯，上一世紀的偉大科學家已碰過相同的情形了！他找出這份文獻來研究，重覆當年卡文迪士所做 的實驗，果然取得了那種無法讓它反應的氣體。拉姆塞則以他專業的化學知識，設計了另一個去除空氣中氮成分的方法：讓氮和鎂粉在高熱下形成黃色的氮化鎂粉 末。他把除去水蒸氣﹑二氧化碳和氧氣的空氣，反覆通過熾熱的﹑裝有鎂粉的管子，希望能將氮悉數轉變成粉末狀的氮化鎂。但是無論他怎麼加熱，到最後果然仍會 剩下一些氣體。他經過精密測定，其
體積是原空氣的 1／80，密度則是氫的19.086倍。到此，果然有一種非氧非氮的「幽靈」氣體存在空氣中已無疑義，雷利和拉姆塞都相信那是一種變態的氮。
1894 年初，拉姆塞做了一個決定性的實驗－測量這種氣體的光譜。他仔細的收集了許多這種氣體，充入放電管中，兩極施以高電壓，讓它產生輝光，然後通過分光鏡分析 它的光譜。他發現它的光譜居然與氮的完全不同，是一種前所未見的一群紅線和綠線。元素的光譜就像人的指紋一樣，同一元素就有同樣的光譜，如今得到一種前所 未有的光譜，莫非這種幽靈一樣的氣體竟是一種新的元素？拉姆塞以他化學家的專業技巧，開始當它是一種新的元素來測定它的各種物性和化性，而在當年 8 月13 日於牛津大學召開的自然科學
家代表大會上，與雷利兩人共同宣佈發現了一種新的氣體元素。由於這個氣體與各種活潑的元素像氯﹑氟﹑ 碳﹑硫以及各種金屬等都不發生化學作用，即使加熱﹑加壓﹑通入電火花或以各式各樣催化劑去催引它都沒有用，因此大會的主席馬丹(H.G.Madan) 就提議，依希臘字的「懶惰」Argon 而將它命名為氬 (Argon)。
八﹑身世不凡的科學怪人
說來卡文迪士也真厲 害，在那個連氧和氮的本質都還混沌未知的時代，居然可以由精密的分析而預見空氣的成分中含有一種微量的惰性成分。他是得文夏 (Devonshire) 第二任公爵的孫子，生於貴冑之家，卻可能是當時最傑出的科學家。一生研究的科學領域，無論深度或廣度都要超前時代數十年，例如在物理學上，他以扭力天平驗 證了萬有引力定律，算出引力常數與地球密度；獨力發現電荷間作用力與距離平方成反比；比歐姆早約五十年導出電壓與電流間的正比關係；甚至已由電子層的假設 發展出場的理論。在化學方面，他研究氫氣﹑二氧化碳﹑硬水﹑蒸氣壓等；他首度由氫和氧合成水，證明水不是元素而是由氫和氧組成的化合物；還由氮﹑氧﹑水蒸 氣合成了硝酸。
1871 年，他的家族為了紀念這麼一位傑出的先輩，乃由當時擔任劍橋大學校長的得文夏第八任公爵提供資金，請馬克斯威爾負責，在劍橋大學興建一所世界上規模最大﹑設備最完善的實驗室，而以卡文迪士為名，這就是卡文迪士研究室的由來。
然而當年這位才氣縱橫的卡文迪士，卻是一位有名的科學怪人。他生性保守內向，交際對象僅限於在皇家學會中一同午餐的成員。因不善辭令，時常顯得畏縮而可 笑，對女子尤其患有無可救藥的神經性恐懼，終生不敢結婚。對於不完整的實驗結果或覺得不夠成熟的理論都不敢公諸於世，他生前發表的論文只是一生研究的一小 部分。若不是馬克斯威爾在成立卡文迪士研究室時將其手稿整理出來，編輯付梓，恐怕許多研究結果都要湮沒了。上面提到的他對空氣成分的實驗研究就是一個例 子。
九﹑舊案重審才知地上也有太陽
氬的原子量為 39.95，比空氣的氧和氮的分子量 32.00 和 28.01 要大，在空氣中的含量達 0.934％。從空氣中將氧除去後的氮中因為含有它，難怪要比純粹的氮重上 0.5％。瑞雷當初實驗的疑問是解決了，但是新的問題來了，既然它是一種新的元素，那要排在那裏？門得列夫的週期表中已經沒有空位可以安置它了，難道會是 週期表錯了？還是週期表仍不夠周密？這可是一個有待解決的有趣課題，以他敏銳的直覺，拉姆塞知道下面一定還有重大的秘密隱藏著，不過，暫時就讓它成為一個 懸案吧！
1895 年，拉姆塞讀到一篇報告，一位美國地質調查所的地質化學家，名叫希爾布蘭德(W.F.Hillebrand，1853-1925) 的，在 1888 到 1890年間，將瀝青鈾礦粉溶入硫酸中時得到一種氣體，經實驗發現這種氣體也是軟硬不吃，毫無活性的。拉姆塞想，大概這就是存在礦物中的「氬」吧！於是和 他的助手﹑聰明幹練的特萊弗斯(M.W.Travers，1872-1961) 重覆希爾布蘭德的實驗，把收集到的那種氣體充入放電管中，觀察它的輝光光譜。然而，意外的，它的光譜居然與他所熟知的氬的紅綠線群完全不同，竟然是黃色 的！
這使他想起了 27 年前轟動一時的「太陽元素」。原來當 1860 本生與基爾霍夫 (G.R.Kirchhoff 1824-1887)利用新興的光譜學發現了銣﹑銫等新元素後，在科學界掀起了一陣如火如荼的浪潮，競相分析物質光譜，以期發現新的元素。就在 1868 年十月，法國天文學家讓森 (P.Janssen，1824-1907) 與英國皇家物理天文台台長洛克伊爾(J.N.Lockyer，1836-1920)同時向巴黎科學院提出報告，聲稱在太陽光譜中又發現了新的黃色譜線。洛 克伊爾認為那應該是一種未知的新元素的譜線。並依「太陽」的希臘語「helios」而逕自將它命名為「Helium」－氦，這就是尚未定案的「太陽元 素」。莫非他所觀察到的黃色光譜就是這種元素造成的？
拉姆塞沒有「太陽元素」的光譜，不敢冒然就下定論，他們把氣體樣本寄給當時英國最權 威的光譜學家克魯克斯 (Sir W.Crooks，1832-1919)，請他分析判斷，結果證實沒有錯，這種氣體的光譜與得自太陽的「氦」的光譜完全一致。原來氦不是只存在於太陽中， 地球上也有它的存在！就這樣，拉姆塞和特萊弗斯又「重新發現」了氦！
十﹑由命盤推演做大膽預言
接著拉姆塞就開始設法測定 氬和氦的原子量，以便確定它們在週期表中的可能位置。由於這兩種氣體都不跟別的元素化合，沒有它們的化合物，因此一向採用的「康尼查洛法」不能適用，只好 另走偏鋒，研究其它方法。他們先用熱容量比值法判斷它們是單原子分子，再由密度的測定推得氦原子量為4.2 ，而氬原子量為 39.9 。根據這樣的原子量，氦應該排在氫(原子量為1.01) 和鋰(原子量為7.0) 之間，而氬則應該在鉀(原子量為 39.1)的附近。但是當時這些地方都已經不可能再擠入一個空位來容納新來者了，除非...
拉姆塞心中靈光一閃，對了！除非週期表上尚有 一整族的元素都還完全沒有被發現！那需要的就不只是一個空位，而是一整個空行了！根據原子量的規律，這個空行應該在鹼金屬元素與鹵素之間，因為目前週期表 上相鄰的鹵素與鹼金屬元素間原子量的差異顯得特別大，如果在其間加上一族元素，則規律要圓滿得多。因此他相信這裏一定有一個以氦為首的惰性氣體的新族存 在。於是在 1898 年拉姆塞寫了一篇論文「週期律與惰性氣體的發現」，根據週期表的上下左右關係，做了一些大膽的預言：在氦與氬之間應該還有一個不活潑的元素，原子量大約 20 ；而在氬的下面應該還存在兩個原子量約 82 和 129 的惰性元素。他的預言其實很有道理，當時的週期表，氫之下有鹵素氟﹑氯﹑溴﹑碘，鹼金屬元素則依次為鋰﹑鈉﹑鉀﹑銣﹑和銫。在氫與鋰之間既然有一個原子量 在其間的氦，氯 (原子量為 35.5)與鉀之間也有一個原子量大約在其間的氬，則氟(原子量為 19.0) 與鈉 (原子量為 23.0)間也應該有一個原子量在其間的元素，推而廣之，溴(原子量 79.0) 與銣(原子量 85.5)間﹑碘(原子量 126.0) 與銫(原子量 132.0)之間不也應該各有一個原子量居中的對應元素嗎？
十一﹑藏鏡人﹑陌生人一一現身
接下來的工作當然就是設法找 出這些未知元素了，由拉姆塞出主意，而精敏的助手特萊弗斯則負責操作。他們仿效希爾布蘭德，由各種稀有的礦物下手，但找過七種隕石，二十種礦泉水，一百五 十種各色各樣的礦石和無數的化合物，都毫無蹤跡。後來想想，會不會仍然像氬一樣隱藏在空氣中？於是利用新發展的低溫技術，製得大量液態空氣，再以分餾法來 慢慢離析。1898 年五月間他們將 15 公升的液態氬漸漸蒸發到剩下 25 cc 的氣體，然後對這些剩餘氣體進行分光，發現其光譜中有一條光亮的黃線，卻不是氦的，又有一條光亮的青色線，卻不是氬或其它已知氣體的，經測其密度大約為氬 的兩倍，他們斷定這應該是一種新的氣體元素，乃依「隱藏」之意，取名為 "Krypton"，這就是「氪」。測得的原子量為 82.9 ，恰在溴與銣之間，與當初的預測完全吻合，這是鈍氣元素裏的第四個成員。
其實這個新元素的發現並不是拉姆塞所最渴望的，他原是想找到位於 氟與鈉之間的那個惰性元素。但按週期規律推斷起來，這個元素的沸點可能比氮和氧還要低，將空氣液化時，它不見得會跟著凝結下來，恐怕需要更低的溫度才行。 於是他們又以讓液態空氣在減壓時沸騰吸熱的技術，造成超低溫，使氬固化後再慢慢揮發，然後收集最早餾出的氣體，果然經由光譜分析，得到了預期的新元素。當 年六月宣佈這個結果，以「新奇」的字意，將它命名為 "Neon" ，這就是第二個鈍氣「氖」。經測其原子量果然是 20 。
七月間，以他們駕輕就熟的低溫技術，製得大量氪後，對它反覆分餾，從中取出沸點最高部份的氣體
，再以放電管及分光鏡，證實含有另一個新的惰性氣體，拉姆塞將之命名為 "Xenon"，意為「陌生人」或「異國人」，這就是第五個鈍氣「氙」，原子量為 130。與預估值相差無幾。
後 來拉姆塞堅信空氣中也應該含有氦，只是它的分子量那麼小，沸點一定很低，要取得它關鍵就在能否有更強的冷凍劑，還好當時迪瓦剛做到以攝氏零下253 度的低溫將氫液化，他們就利用液態氫作冷劑，終於從固態的氖中分離出氣體氦來。就這樣，僅僅幾個月時間內，這些鈍氣族元素全被發現了，從大氣中分離惰性氣 體的功業終於圓滿告成，從此週期表中就多了一個完整的「零族」元素（或編排為「ⅧＡ族」）。
當初氬的出現曾使得週期表的真確性出現危機，但從根據週期律對其它鈍氣所作的預言到每個鈍氣的一一發現，卻使週期表勝利的通過了一次考驗，更加顛撲不破的印證了它的正確性。
十二﹑一事不煩二主﹑錦上添花功德圓滿
目前已知這些氣體在大氣中的含量，除了氬有 0.934 ％算比較多外，其他的，氖佔0.00182％，氪佔 0.00012％，氦佔 0.00053％，氙則僅佔 0.00009％，這麼少的存量，實際上比海水中的金還要少得多，能夠把它們單析出來，實在也真不簡單了！
至 於最後一個鈍氣－氡的發現則是從另一條線索獲得的。在 1897 年，居禮夫婦等發現「放射性」與放射性元素「釙」與「鐳」，而揭開近代核子科學的序幕後，這個神秘的現象立刻吸引了所有科學家的眼光，對放射性的研究風起 雲湧的展現開來。1900 年德國一家名氣不大的大學的物理教授道恩 (F.E.Dorn，1848-1916) 發現鐳會不斷的發射一種也具有放射性的氣體到空氣中，他把這種氣體稱為「鐳射氣」。當時的大科學家，包括後來發現原子核和質子的拉瑟福 (E.Rutherford，1871-1937)，發現同位素的索第(F.SoddY
，1877-1956)等都投入這種鐳射氣的研 究。他們把這種氣體充入放電管中進行光譜觀測，曾發現出現一種未知元素的譜線，但這種新譜線的強度卻會隨時間而慢慢減弱。他們想進一步探索這種未知譜線的 究竟，但是不得要領。最後的成功仍然回到化學家拉姆塞的手上，他以從前研究各種鈍氣的經驗，除研究它的光譜外，又將這種「鐳射氣」液化﹑固化並研究各種性 質，終於在 1910 年成功的測得其原子量 223 而證明它是第六個惰性氣體元素。因為它是從鐳放射所產生的，乃依鐳的名稱 "Radium" 而命名為 "Radon"，這就是「氡」。到此鈍氣一族終於全員到齊，令人不禁嘆服和感到不可思議的是，這六種元素的發現居然都是由拉姆塞完成的，在一個人的名下， 於短短十年左右就發現了一整族的六個元素，諦造了一項化學史上難能可貴的記錄。
十三﹑實至名歸雙獲諾貝爾獎
故事到這裏差 不多該結束了，最後再交代一下這些功臣們的事蹟和所獲得的榮寵。最先引發鈍氣發現的雷利勳爵，在他擔任卡文迪士研究室主任的五年期間，致力於實驗室訓練與 設備的標準化，重新決定電阻歐姆﹑電流安培﹑與電壓伏特的測量方法等，在短短時間內使卡文迪士研究室成為歐洲首屈一指的學術研究重鎮。1884，五年期滿 後，真的就離職重回他的特靈宮，全力投入氬的研究事業。順便一提，繼他之後，卡文迪士研究室的第三代掌門就是後來發現電子的湯木生爵士(Sir J.J.Thomson，1856-1940)，而第四代就是前面提過的拉瑟福。經過十多年的慘澹歲月，1895年宣佈氬的發現使雷利的聲望達到巔峰，各 項獎章與獎金接踵而至，1904年榮獲科學界的桂冠諾貝爾物理獎。第二年被選為英國皇家學會主席，後來又獲贈劍橋大學榮譽校長之銜，至 1919 年逝世為止，一直享有崇高的地位。
拉姆塞的天才是多方面的，除了本行的化學外，他有極深的音樂造詣，有專業畫家的美術修養，能用五種語言 演說著述。氖﹑氬﹑氪﹑氙的發現使他獲得 1904 年的諾貝爾化學獎，當過英國化學會﹑化學工業會﹑大英科學聯合會﹑國際應用化學等會的會長，1916年以鼻病去世。在世的最後幾年則從事放射性衰變的研 究，在原子科學中也留下了不少的貢獻。
幫拉姆塞做實驗，共同發現氖﹑氬﹑氪﹑氙的特萊弗斯是倫敦市人，沒什麼重大的名氣，但在整個鈍氣的 發現中，其實功勞很大，因此文獻上提到拉姆塞的實驗時，總會帶上一筆，提到他的名字。他後來在大學擔任教授，寫了一本「稀有氣體發現史」，將他當年與拉姆 塞研究鈍氣的過程詳細記錄了下來。
最後，謹以拉姆塞去世前對學生所說的一段語重心長的話來做為本文的結束。「研究科學的基本精神就是要多 看﹑多學﹑多問﹑多試。研究有得，還得更虛心踏實地去印證，不要忙著吹噓或炫耀。怕費時費事的人最好不要學科學，學了也不會有成就。難，正是致學的原動 力，是懶人的藉口，學科學正是要去克服困難。隨時要保持虛心，什麼都懂的人，往往是什麼都不懂。」
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