氩,非金属元素,元素符号Ar。氩是单原子分子,其单质是无色、无嗅、无味的气体。是空气体中含量最高的稀有气体。氩是第一种被发现的稀有气体,因为它在自然界中含量很大。它的化学性质不活泼,但它的化合物——氟化氢氩已经制备出来了。氩气不能燃烧,也不能助燃。氩的最早用途是给电灯泡充气。大量的氩气也用于焊接和切割金属。用作不锈钢、镁、铝等合金电弧焊的保护气体,即氩弧焊。
发现历史
固态氩
亨利·卡文迪什在1785年制备了氩,但没有发现它是一种新元素。直到1894年,约翰·威廉姆斯·斯特拉斯和苏格兰化学家威廉·拉姆齐通过实验证实氩是一种新元素。他们主要将空气体样品中去除氧气、二氧化碳和水蒸气后得到的氮气与氨分解得到的氮气进行比较,发现氨分解得到的氮气比空气体得到的氮气轻1.5%。虽然这个差别很小,但已经超出了误差范围。所以他们认为空气体中应该含有一种未知的新气体,而这种新气体就是氩气。
此外,1882年,当H. F. newell和W. N. Hatle从两个独立的实验中观测到空气体的色谱时,他们发现光谱中存在一条无法用已知元素光谱解释的谱线,但他们没有意识到这是氩。由于在自然界中含量丰富,氩是第一个被发现的稀有气体,其符号为1957年以前,其符号为A)。
氩的发现解释了为什么从空气体中提取的氮与分解氨得到的氮密度不同。
Ramsay将从空气体中提取的氩气中的氮气全部去除,是通过其与热镁反应生成固体氮化镁实现的。然后他得到了一种没有反应的气体。当他检查其光谱时,他看到了一组新的红色和绿色线条,从而证实了这是一种新元素。
瑞利勋爵
19世纪末,英国物理学家瑞利勋爵发现,用空气体去除杂质产生的氮气,其密度与氨产生的氮气密度相差约千分之一。他把自己的发现发表在了当时享有盛誉的英国杂志《自然》上,并请大家帮他分析原因。伦敦大学化学教授Lamsa得出结论说空气体中的氮气可能含有一种更重的未知气体。他们两个做了很多实验,最后发现空里有一种未知气体,密度几乎是氮气的一倍半。
1994年8月13日,英国科学协会在牛津召开会议,瑞利做了一次讲座。根据马丁主席的建议,这种新气体被称为氩气(希腊语的意思是“不工作”和“懒惰”)。元素Ar。当然,当时发现的氩气其实是氩气和其他惰性气体的混合物。正是因为空气体中氩气的惰性气体含量占绝对优势,才发现它是惰性气体的代表。氩的发现是从千分之一的微小差别开始的,这是小数点右边第三位的差别造成的。很多化学元素的发现,很多科技发明,都是从这个微小的差别开始的。
物理性质
氩
氩在正常情况下是无色无味的气体。有24种同位素,氩、氩、氩比较稳定,其中氩占99.6%。
氩气通电时会发出红紫色的光。
熔点
-189.2℃
沸点
-185.7℃
气体密度
1.784克/升
水中溶解度
33.6厘米/升
大气中的含量
0.934%
化学性质
元素属性数据
化学周期表中第零族主族的元素,符号Ar或A,原子序数18。化学性质极不活泼,一般不形成化合物,但能与水、对苯二酚等形成笼状化合物。
氩的化学性质极其稳定,一般不与其他元素结合。
到目前为止,唯一的氩化合物氟化氢氩(HArF)仅在极端条件下产生。这种氟、氢和氩的化合物只能在-265℃保持稳定。此外,氩也可以作为客体分子与水形成包合物。除了上述基态物质,还发现了含氩的离子和激发态络合物(像ArH和ArF),根据理论计算,氩应该能形成室温下稳定的化合物,尽管目前还没有发现它们存在的线索。
另外,2003年有媒体报道过ArF2的存在,但一直没有得到证实。
原子序数
18
原子量
39.98
原子半径
1.54
制备方法
充有氩和汞蒸汽的节能霓虹灯
地球大气中氩的含量按体积计为0.934%,按质量计为1.29%。大多数工业氩气是直接从空气体中提取的。主要通过分馏提取。在火星的大气中,氩-40占体积的1.6%,而氩-36的浓度为5 ppm。此外,水手计划的探测器Tai 空在1973年飞越水星时,发现其稀薄的大气层中含有70%的氩,科学家认为这是从水星岩石本身的放射性同位素衰变而来的。卡西尼-惠更斯还在土星最大的卫星泰坦上发现了少量的氩。
从空气体分馏塔中抽出的含氩馏分经氩塔制成粗氩,再经化学反应和物理吸附分离出纯氩。
主要应用
使用
氩气最重要的用途就是它的惰性,可以保护一些容易和周围物质发生反应的东西。虽然其他惰性气体也有这些特点,但氩气在空气体中含量最多,也最容易获得,所以相对便宜,有经济效益。另外,氩气之所以便宜,是因为它是制造液氧和液氮的副产品。由于两者都是工业上的重要原料,且产量大,每年都有很多液氩的副产品。
氩可以用来制造所谓的氩灯。氩气灯充满了纯氩气。这种光强弱,耗电低,比信号灯便宜。
灯泡内经常注入氩气,因为氩气即使在高温下也不会与灯丝发生化学反应,从而延长灯丝的寿命。焊接不锈钢、锰、铝、钛和其他特殊金属时,以及生产钢时,氩气也用作保护气体。
高温冶炼纯金属时,常使用氩气防止氧化、氮化和氢化。电弧焊不锈钢、镁、铝等时用作保护气体。由于不易导热,也可用于充气灯泡。
它可以用来灭火。使用氩气灭火的优点是几乎不会损坏火场的任何物品,通常只有在火场有专用仪器的情况下才使用。
它是用于电感耦合等离子体保护生长中的硅晶体和锗晶体的气体之一,主要用于半导体科学。
在博物馆,一些重要文物的玻璃柜台会充入氩气,避免氧化。
在酿造过程中,啤酒桶中的填充物可以代替氧气,防止啤酒桶中的原料被氧化成醋酸。
在药学上,氩可以用来保护一些静脉注射药物,例如对乙酰氨基酚。同样,这也是为了防止药物被氧气破坏。
用来冷却AIM-9响尾蛇导弹的追踪器,当时氩气是高压储存的,释放气体后可以带走一部分热量。
它是石墨电熔炉中的保护气体,防止石墨被氧化。
此外,氩气的传热率低也是其特点之一。例如,它可以用作隔热窗中两层玻璃之间的填充物。由于氩的低传热率和惰性,它可以在水肺潜水中用作膨胀潜水服的气体。氩气也可以代替水肺中的氮气(吸纯氧对身体不好,所以要在水肺中加入其他气体),因为氮气在高压下会溶解到血液中造成氮气麻醉,氩气可以缓解这种症状。
氩可以通过特定的方法电离并发射出来,可以用在等离子体灯和粒子物理中的能量发生器。由氩气制成的氩激光器发出蓝光,可用于医疗手术中连接动脉、切除肿瘤和治疗眼部缺陷。氩气也可以用于溅射。此外,氩-39的半衰期为269年,可用于确定地下水和冰的年龄,而钾-氩测年适用于钾-40衰变为氩-40的过程来确定火成岩的年龄。