מבחינה כימית, הגזים האצילים יציבים מאוד מכיוון שהם מכילים 8אלקטרוני ערכיות בקליפת האלקטרונים החיצונית שלהם, שהוא המספר המקסימלי שהקליפה החיצונית יכולה להכיל (פרט להליום שבו 2 אלקטרונים בקליפה החיצונית). כתוצאה מכך הם ממעטים להשתתף בתגובות כימיות, ומכאן שמם. בתנאים סטנדרטיים, הגזים האצילים חסריריח, חסריצבע וחד-אטומיים(אנ').נקודות ההתכה והרתיחה של כל גז אציל קרובות אחת לשנייה, עם הפרש של פחות מC° 10; כתוצאה מכך, הגזים האצילים מופיעים כנוזלים בטווחטמפרטורות קטן בלבד. הגזים האצילים מפגיניםתגובתיות מועטה מאוד ולכן מאות אחדות בלבד שלתרכובות שלהם יוצרו מתחילת2008.
שמו האנגלי של הגז האציל,Noble gas, הוא פירוש שלשם העצם הגרמניEdelgas, בו נעשה שמוש לראשונה בשנת1898 על ידיהוגו ארדמן[1] כשהתייחס לרמת התגובתיות הנמוכה בתנאים סטנדרטיים אצל רוב היסודות בקבוצה ה-18 בטבלה המחזורית. הגזים האצילים יוחסו בעבר לגזים אדישים, אך זוהי התייחסות לא מדויקת משום שחלק מהגזים האצילים משתתפים בתגובות כימיות.[2]קיומם של הגזים האצילים נצפה על ידי הטבלה המחזורית, אך כיוון שהגזים האצילים כמעט ואינם משתתפים בתגובות כימיות קיומם לא התגלה עד שלב מאוחר למדי בהתפתחות הכימיה המודרנית. ההליום התגלה לראשונה בשנת1868 בניתוחספקטוגרפי של אור השמש, אך קיומו באטמוספירת כדור הארץ לא הוכח עד1895. כבר באמצעהמאה ה-19 גילההלורד ריילי כיצפיפותו של החנקן באוויר גדולה מזו של חנקן המופק מתרכובות כימיות, ושיער כי גידול זה נובע מהימצאותו של גז נוסף באוויר, שאינו משתתף בתגובות כימיות. הוא וויליאם רמזי הצליחו לבודד גז זה (ארגון) ולהוכיח את קיומם של הגזים האצילים, ועל כך אף זכו בפרס נובל.
בימינו, כל הגזים האצילים שקיומם נובע מהטבלה המחזורית התגלו ובודדו. האוגאנסון, בניגוד לגזים האחרים, אינו קיים בטבע ורק ב-2006 הוא סונתז בהצלחה. גז זה הוארדיואקטיבי ולא יציב והאטומים שסונתזו בניסוי דעכו תוך כמה חלקיקי שנייה.
תרשים שלאנרגיית יינון כנגדמספר אטומי. הגזים האצילים, המצוינים בתרשים, הם בעלי אנרגיות היינון הגבוהות ביותר בכלמחזור.
הרדיוסים של אטומי הגזים האצילים, כמו הרדיוסים של אטומי רוב הקבוצות, גדלים בהתמדה בכלמחזור עקב גדילת מספר האלקטרונים ורמות האלקטרונים. גודל האטום קשור לתכונות אחדות. לדוגמה,אנרגיית היינון קטנה ככל שהרדיוס גדל משום שככל שגז אציל גדול יותר, כךאלקטרוני הערכיות שלו מרוחקים יותר מהגרעין, ולכן הם פחות נמשכים אליו. הגזים האצילים הם בעלי אנרגיות היינון הגבוהות ביותר בכל מחזור; עובדה זו משקפת את יציבותתצורת האלקטרונים שלהם ואת הפגנת התגובתיות המועטה (יחסית) שלהם.[6]
הליום הופך לנוזל רק בטמפרטורה נמוכה מאוד (4.2קלווין) ואמנם בטמפרטורה של מתחת ל-2.171 קלווין הליום 4 הואנוזל על: הוא מסוגל לזרום ללא חיכוך כלל (תופעה שממנה נגזרות תופעות פיזיקליות מפתיעות רבות אחרות).הליום-3 הופך לנוזל על בטמפרטורה נמוכה עוד יותר של 1 מילי קלווין.
היציבות הגבוהה של הגזים האצילים נובעת מכך שהאורביטלים החיצוניים שלהם (s ו p) מלאים לגמרי. כפי שמתקבל מתורת הקוונטים, הערכות אלקטרונית זו היא בעלתאנרגיה נמוכה מאוד, ולכן יציבה מאוד. הערכות אלקטרונית כזו גוררתאנרגיית יינון גבוהה מאוד וזיקה אלקטרונית נמוכה מאוד, המקשות על יצירתקשר כימי עם אטומים אחרים. לכן הגזים האצילים מופיעים בטבע כמעט רק בצורה של גז חד אטומי, ולא מתרכבים עם יסודות אחרים. למעשה, ניתן להסביר רבות מן התופעות הכימיות בטבע על ידי הנטייה של אטומים להגיע להערכות אלקטרונית של גז אציל.
היות שכוחות המשיכה הבין-מולקולריים (ליתר דיוק - הבין אטומיים) חלשים מאוד, הגזים האצילים נמצאים במצב צבירה גזי (חד-אטומי) בטמפרטורת החדר ונקודות ההתכה והרתיחה שלהם נמוכות מאוד. בגלל חולשת הקשרים, גם הגזים האצילים הכבדים ביותר, כגון רדון וקסנון הם גזים בטמפרטורת החדר, על אף שמשקלם האטומי גדול פי כמה מזה של יסודות אחרים, הנמצאים במצב מוצק בתנאים רגילים.
על אף שהגזים האצילים כמעט ואינם מגיבים, קיימות תרכובות מעטות של גזים אציליים. רק הגזים האצילים הכבדים יותר מסוגלים ליצור תרכובות, שכן אצלם האורביטלות החיצוניות רחוקות מהגרעין, וביניהן לבין הגרעין מצויות אורביטלות נוספות היוצרותמיסוך, וכך מקטינות את אנרגיית היינון. כבר ב-1933 חזהפאולינג את קיומן של תרכובות בין הגזים האצילים הכבדים יותר וחמצן אופלואור. בפרט, הוא חזה את קיומם של XeF6, וKrF6, והחומצה H2XeO4. לימים הסתבר כי KrF6 אינו יציב כלל, אך XeF6 ו H2XeO4 יוצרו בהצלחה ונמצאות בשימוש מדעי ותעשייתי כיום. מספר תרכובות שבהן משתתפים גזים אצילים לדוגמה:
קסנון עם פלואור, יוצר את התרכובות XeF2 XeF4, ו-XeF6. בנוסף, קסנון יוצר את החומצה H2XeO4 המשמשת כמחמצן יעיל וחסר עקבות.
רדון מתרכב עם פלואור לתרכובת RnF.
קריפטון מתרכב עם פלואור לתרכובת KrF2.
בשנת 2002 התגלו תרכובות שלאורניום עם ארגון, קריפטון וקסנון.
ניאון פולט אור כתום-אדמדם כאשר הוא מעורר בשפופרת, ונפוץ מאוד בשימוש בשלטי פרסומות.
ארגון וקריפטון משמשים למילוינורות להט כיוון שאינם מגיבים עם התיל הלוהט ושומרים עליו מחמצון.
הליום, הודות למשקלו הקל ואדישותו הכימית (בניגוד למימן, שהוא דליק מאוד) משמש לעיתים למילויצפלינים וכדורים פורחים. שימוש זה חשוב כיוון ששימוש במימן הוא מסוכן. כמות גדולה שכזו יכולה להתלקח ולהתפוצץ, כפי שקרה באסון הינדנבורג.
ארגון משמש רבות לריתוך, כאשר הוא מוזרם מסביב לאלקטרודה בזמן הריתוך למניעת חמצון על ידי חנקן או חמצן בטמפרטורות הגבוהות בהן מתבצע התהליך.
