氩气的发现 氩 氩-简介,氩-发现历史

氩,非金属元素,元素符号Ar。氩是单原子分子,单质为无色、无臭和无味的气体。是稀有气体中在空气中含量最多的一个,由于在自然界中含量很多,氩是目前最早发现的稀有气体。化学性极不活泼,但是已制得其化合物――氟氩化氢。氩不能燃烧,也不能助燃。氩的最早用途是向电灯泡内充气。焊接和切割金属也使用大量的氩。用作电弧焊接不锈钢、镁、铝和其他合金的保护气体,即氩弧焊。氩在地球大气中的含量以体积计算为0.934%,而以质量计算为1.29%。工业用的氩大多就直接从空气中提取。主要是用分馏法提取。而在火星的大气中,氩-40以体积计算的话占有1.6%,而氩-36的浓度为5ppm;另外1973年水手号计划的太空探测器飞过水星时,发现它稀薄的大气中占有70%氩气,科学家相信这些氩气是从水星岩石本身的放射性同位素衰变而成的。卡西尼-惠更斯号在土星最大的卫星,也就是泰坦上,也发现少量的氩。

氩_氩 -简介


氩的原子光谱

氩(Argon)是一种化学元素,在希腊语有“不活泼”的意思,由它的特性而来。它的化学符号是Ar,它的原子序数是18,在室温下是无色无味气体。由于原子外层轨道充满电子,因此它不容易发生化学反应,是一种惰性气体。把它放电时呈紫色。已知的氩的同位素共有14种,包括氩33至氩46。氩占大气体积的0.93%,是地球大气中第三多的气体,也是在大气中含量最多的惰性气体。它的三相点以国际实用温标定义为83.8058K。

氩_氩 -发现历史

氩曾经在1785年由亨利・卡文迪什制备出来,但却没发现这是一种新的元素;直到1894年,约翰・威廉・斯特拉斯和苏格兰的化学家威廉・拉姆齐才通过实验确定氩是一种新元素。他们主要是先从空气样本中去除氧、二氧化碳、水汽等后得到的氮气与从氨分解出的氮气比较,结果发现从氨里分解出的氮气比从空气中得到的氮气轻1.5%。虽然这个差异很小,但是已经大到误差的范围之外。所以他们认为空气中应该含以一种不为人知的新气体,而那个新气体就是氩气。
另外1882年H.F.纽厄尔和W.N.哈特莱从两个独立的实验中观测空气的颜色光谱时,发现光谱中存在已知元素光谱无法解释的谱线,但并没有意识到那就是氩气。由于在自然界中含量很多,氩是目前最早发现的稀有气体,它的符号为Ar(在1957年以前,它的符号为A)。[2]
氩的发现解释了为什么氮从空气中提取的密度不同于分解氨获取的。
Ramsay在空气中提取的氩中移除了所有氮,由其和热的镁反应实现的,形成固态的氮化镁。他之后得到了一种不发生反应的气体,当他检查其光谱后,他看到了一组新的红色和绿色的线,从而确认了这是一种新的元素。
19世纪末期,英国物理学家瑞利勋爵发现利用空气除杂制得的氮气和从氨制得的氮气的密度有大约是千分之一的差别。他在当时很有名望的英国《自然》杂志上发表了他的发现,并请大家帮他分析其中的原因。伦敦大学化学教授莱姆塞推断空气中的氮气里可能含有一种较重的未知气体。他们两人又各自做了大量的实验,终于发现了在空气中还存在一种密度几乎是氮气密度一倍半的未知气体。
1894年8月13日,英国科学协会在牛津开会,瑞利作报告,根据马丹主席的建议,把新的气体叫做argon(希腊文意思就是“不工作”、“懒惰”)。元素符号Ar。当然,当时发现的氩,实际上是氩和其他惰性气体的混合气体,正是因为氩在空气中存在的惰性气体的含量占绝对优势,所以它作为惰性气体的代表被发现。氩的发现是从千分之一微小的差别开始的,是从小数点右边第三位数字的差别引起的,不少化学元素的发现,许多科学技术的发明创造,都是从这种微小的差别开始的。

氩气的发现 氩 氩-简介,氩-发现历史

氩_氩 -性质

物理性质

氩在通常条件下位无色、无味气体。有24种同位素,氩40、氩36、氩38是稳定的,其中氩40占99.6%。
氩通电之后发出红紫色的光。熔点-189.2°C沸点-185.7°C气体密度1.784g/L水中溶解度33.6cm3/L在大气中的含量0.934%

化学性质

化学元素周期表零族(类)主族元素,符号Ar或A,原子序数18。化学性质极不活跃,一般不生成化合物,但可与水、氢醌等形成笼状化合物。氩的化学性质极其稳定,一般不与其它元素化合。
至今仅在极端条件下制得唯一的氩化合物氟氩化氢(HArF)。这个氟、氢和氩的化合物在-265°C才能保持稳定。此外,氩还可以作为客体分子,与水形成包合物。除了以上基态的物质外,已经发现含氩的离子和激发态配合物(像ArH和ArF),而根据理论计算显示氩应该可以形成在室温下稳定的化合物,虽然还没有发现它们存在的线索。
此外,2003年时有媒体报道ArF2的存在,但尚未证实。原子序18
原子量39.98
原子半径1.54

特性


一小块正在熔化的固态氩

氩,是一种稀有气体。无论是气态还是液态,都是无色、无味而且无毒。它在水中的溶解度比氮多出了2.5倍。虽然氩在一般的情况向都很稳定,不会与其它化合物或元素化合,但是科学家还是有办法在极端的条件下形成一些氩化合物,像是2000年8月由芬兰化学家马库・拉萨能(MarkkuR?s?nen)领导的小组发现的氟氩化氢(HArF)。这个氟、氢和氩的化合物在?265°C才能保持,此外,氩还可以作为客体分子,与水形成包合物。除了以上基态的物质外,目前已经发现含氩的离子和激发态配合物(像ArH和ArF),而根据理论计算显示氩应该可以形成在室温下稳定的化合物,虽然目前还没有发现它们存在的线索。

氩气常被注入灯泡内,因为氩即使在高温下也不会与灯丝发生化学作用,从而延长灯丝的寿命,在不锈钢、锰、铝、钛和其它特种金属电弧焊接时、钢铁生产时,氩也用作保护气体。

氩_氩 -天然含量

氩在地球大气中的含量以体积计算为0.934%,而以质量计算为1.29%,在地壳中,由于氩在自然情况下不与其他化合物反应,而无法形成固态物质,但可以被“困在”放射性岩石中。鉴于空气中的氩更易得,工业用的氩大多就直接从空气中提取。主要是用分馏法提取,而像是氮、氧、氖、氪、氙等气体也都是这样从空气中提取的。而在火星的大气中,氩-40以体积计算的话占有1.6%,而氩-36的浓度为5ppm;另外1973年水手号计划的太空探测器飞过水星时,发现它稀薄的大气中占有70%氩气,科学家相信这些氩气是从水星岩石本身的放射性同位素衰变而成的。卡西尼-惠更斯号在土星最大的卫星,也就是泰坦上,也发现少量的氩。

氩_氩 -同位素

氩稳定的同位素有氩-40(Ar)天然含量99.6%、氩-36(Ar)天然含量0.34%和氩-38(Ar)天然含量0.06%。一般来说稳定的氩-40是由地壳中的钾-40(K)经由电子俘获或正子发射衰变来的。钾-40以这两种方式衰变成氩只占所有的11.2%,另外还有88.8%的氩经由钙-40(Ca)的β衰变而来。这个特性可以被用来测定岩石的年龄。

在地球大气中,不稳定的氩-39(Ar)可经由宇宙射线轰击氩-40而生成,另外也可以经由钾-39(K)的中子俘获而来。至于氩-37,则可以从(Ar)核试验中形成的钙的人造同位素衰变而来,氩-37的寿命非常短,半衰期只有35天。

氩_氩 -化合物

由于氩气拥有的八个价电子,占满了其原子轨道的最外层,因此不容易与其他的原子结合,化学性质非常不活泼。在1962年以前,一般认为氩和其他的惰性气体是完全无法与其他物质产生化学反应,但不久之后比氩重的氙和氪的化合物就陆续被合成,因此也激励了科学家发现新的稀有气体化合物。在2000年8月,第一个氩的化合物在芬兰的赫尔辛基大学由马库・拉萨能领导的小组首先被制备出来,他们利用紫外线照射含有微量氟化氢的氩气冰块,形成了氟氩化氢,分子式为HArF,这种化合物可以在40K(?233°C)的低温下保持稳定。另外在2003年发现了一种新氩化合物存在的踪迹,二氟化氩(ArF2),但目前还没有任何可靠的证据可以证实。

氩_氩 -制备方法

工业上

目前在工业上得到氩的方法就是把空气蒸馏。用冷凝器可以先把沸点90.2K的氧液化,移除液氧之后继续冷却就可以液化沸点为87.3K的氩气,最后留下沸点77.35K的氮气。目前以这种方法制造的氩气在全世界高达七十万吨/年。

其他方法

另外用钾-40的衰变也可以制造氩气,但这种制备法的效率并不高,因为钾-40的半衰期长达1.26×10年,所以并不常用。如果要制造氩的放射性同位素的话,就必须要靠回旋加速器和重离子加速器来将其他元素转换成氩的同位素。

氩_氩 -主要用途


装有氩和汞蒸气的能霓虹灯。

因为氩气具有惰性、低传热率等性质,因此它被广泛地运用在许多方面。

氩气最主要的用处就是它的惰性,可以保护一些容易与周遭物质发生反应的东西。虽然其他的惰性气体也有这些特性,但是氩气在空气中的含量最多,也是最容易取得,因此相对就比较便宜,具有经济效益。另外氩气便宜的原因还有它是制造液氧和液氮的副产品,而由于它们两个都是工业上重要的原料,生产很多,所以每年都有很多的液氩副产品。

以氩惰性的用途主要有:

1.电灯泡里的填充气体,由于氩气不会与灯芯产生化学反应,而又能保持气压减缓钨丝升华,可延长灯丝使用寿命。
2.氩可当作焊接时所用的保护气体,其中包括MIG焊接、GTA焊接与GMA焊接等,在这时氩通常会和二氧化碳混合在一起使用。
3.可用于灭火,用氩气灭火的好处是几乎不会破坏任何火场的物品,通常使在火场有特殊仪器时才使用。
4.是用于感应耦合等离子的气体之一。
5.用于保护加工中的钛和其他容易发生反应的金属。
6.保护成长中的硅晶体和锗晶体,这晶体主要用于半导体学。
7.在博物馆里,会在一些重要文物的玻璃专柜里填充氩气,避免氧化。
8.在啤酒罐中的填充物,虽然也可以用氮气代替。
9.在酿酒的过程中,啤酒桶里的填充物,它可以把氧气置换,以避免啤酒桶里的原料被氧化成乙酸。
10.在药学里,氩可以用于保护一些静脉内的治疗的药物,举个例子,像是对乙酰氨基酚。一样的,这也是防止药物受到氧气的破坏。
11.用于冷却AIM-9响尾蛇导弹的追踪器,氩当时都是以高压储存,然后当释放气体后就可以带走一些热量。
12.为石墨电熔炉中的保护气体,以免它被氧化。

另外氩气的低传热率也是它的特性之一,像它可以作为隔热窗户中两层玻璃之间的填充物。因为它的低传热率和惰性,氩气在水肺潜水可以用来作为膨胀潜水衣的气体。氩气还可以在水肺中代替氮气(吸收纯氧对身体不好,因此水肺中要添加其他气体),因为氮气在高压下会溶进血液里而造成氮麻醉,氩气则可以减轻这种症状(虽然一般来说,惰性气体也会造成这种症状)。

使用特定的方法可以使氩气离子化并且发光,这种功能可用于等离子灯和粒子物理学中的能量器。以氩作成的氩雷射会发出蓝光,它在医学外科中可用于连接动脉、去除肿瘤和治疗眼睛的缺陷等。氩气还可以用于溅镀。另外氩-39有269年的半衰期,可以用于测定地下水和冰层的年龄,而钾-氩年代测定法适用钾-40衰变成氩-40的过程来用于测定火成岩的年龄。

氩_氩 -危害

一般来说,氩气是对身体毫无危害的,但是如果长期暴露在高浓度的氩气中会因为缺氧而窒息,液态氩则可能造成爆炸及冻伤。

泄露事故

2014年6月30日凌晨4点50,南钢炼钢厂转炉车间一钢包底吹用氩气的金属软管发生故障,协力检修单位江都建设公司安排人员去现场更换金属软管,随后发生两名检修人员在事故现场窒息,另一监护人员去救援时也发生窒息事故。三人后经医院抢救无效死亡。

据南京钢铁厂新闻发言人黄姓部长介绍,气体泄露事故发生后,已经被周围员工第一时间堵漏,泄露气体很少,基本不会对周边大气环境造成影响。

  

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