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氬
化學元素
氬,非金屬元素,元素符號Ar。氬是單原子分子,單質為無色、無臭和無味的氣體。是稀有氣體中在空氣中含量最多的一個,由於在自然界中含量很多,氬是目前最早發現的稀有氣體。化學性極不活潑,但是已製得其化合物——氟氬化氫。氬不能燃燒,也不能助燃。氬的最早用途是向電燈泡內充氣。焊接和切割金屬也使用大量的氬。用作電弧焊接不鏽鋼、鎂、鋁和其他合金的保護氣體,即氬弧焊。
氬曾經在1785年由亨利·卡文迪什製備出來,但卻沒發現這是一種新的元素;直到1894年,約翰·威廉·斯特拉斯和蘇格蘭的化學家威廉·拉姆齊才通過實驗確定氬是一種新元素。他們主要是先從空氣樣本中去除氧、二氧化碳、水汽等后得到的氮氣與從氨分解出的氮氣比較,結果發現從氨里分解出的氮氣比從空氣中得到的氮氣輕1.5%。雖然這個差異很小,但是已經大到誤差的範圍之外。所以他們認為空氣中應該含以一種不為人知的新氣體,而那個新氣體就是氬氣。
另外1882年H.F.紐厄爾和W.N.哈特萊從兩個獨立的實驗中觀測空氣的顏色光譜時,發現光譜中存在已知元素光譜無法解釋的譜線,但並沒有意識到那就是氬氣。由於在自然界中含量很多,氬是目前最早發現的稀有氣體,它的符號為 Ar(在1957年以前,它的符號為 A)。
氬的發現解釋了為什麼氮從空氣中提取的密度不同於分解氨獲取的。
Ramsay在空氣中提取的氬中移除了所有氮,由其和熱的鎂反應實現的,形成固態的氮化鎂。他之後得到了一種不發生反應的氣體,當他檢查其光譜后,他看到了一組新的紅色和綠色的線,從而確認了這是一種新的元素。
瑞利勛爵
1894年8月13日,英國科學協會在牛津開會,瑞利作報告,根據馬丹主席的建議,把新的氣體叫做argon(希臘文意思就是“不工作”、“懶惰”)。元素符號Ar。當然,當時發現的氬,實際上是氬和其他惰性氣體的混合氣體,正是因為氬在空氣中存在的惰性氣體的含量占絕對優勢,所以它作為惰性氣體的代表被發現。氬的發現是從千分之一微小的差別開始的,是從小數點右邊第三位數字的差別引起的,不少化學元素的發現,許多科學技術的發明創造,都是從這種微小的差別開始的。
氬在通常條件下為無色、無味氣體。有24種同位素,氬⁴⁰、氬³⁶、氬³⁸是穩定的,其中氬⁴⁰佔99.6%。
氬通電之後發出紅紫色的光。
熔點 | -189.2℃ |
沸點 | -185.7℃ |
氣體密度 | 1.784g/L |
水中溶解度 | 33.6cm³/L |
在大氣中的含量 | 0.934% |
元素性質數據
氬的化學性質極其穩定,一般不與其它元素化合。
至今僅在極端條件下製得唯一的氬化合物氟氬化氫(HArF)。這個氟、氫和氬的化合物在-265℃才能保持穩定。此外,氬還可以作為客體分子,與水形成包合物。除了以上基態的物質外,已經發現含氬的離子和激發態配合物(像ArH和ArF),而根據理論計算顯示氬應該可以形成在室溫下穩定的化合物,雖然還沒有發現它們存在的線索。
此外,2003年時有媒體報道ArF的存在,但尚未證實。
原子序 | 18 |
原子量 | 39.98 |
原子半徑 | 1.54 |
裝有氬和汞蒸氣的能霓虹燈
可從空氣分餾塔抽出含氬的餾分經氬塔製成粗氬,再經過化學反應和物理吸附方法分出純氬。
用途
氬可用來制所謂氬燈。氬燈里填充的是純氬氣。這種燈光度較弱,耗電量低,比信號燈便宜。
氬氣常被注入燈泡內,因為氬即使在高溫下也不會與燈絲髮生化學作用,從而延長燈絲的壽命。在不鏽鋼、錳、鋁、鈦和其它特種金屬電弧焊接時、鋼鐵生產時,氬也用作保護氣體。
在高溫冶鍊純金屬時,常用氬以防止氧化、氮化氫化等作用。在電弧焊接不鏽鋼、鎂鋁等時用作保護氣體。由於它不易導熱,也可用於充氣燈泡。
可用於滅火,用氬氣滅火的好處是幾乎不會破壞任何火場的物品,通常使在火場有特殊儀器時才使用,
在博物館里,會在一些重要文物的玻璃專櫃里填充氬氣,避免氧化。
在釀酒的過程中,啤酒桶里的填充物,它可以把氧氣置換,以避免啤酒桶里的原料被氧化成乙酸。
在藥學里,氬可以用於保護一些靜脈內的治療的藥物,舉個例子,像是對乙醯氨基酚。一樣的,這也是防止藥物受到氧氣的破壞。
用於冷卻AIM-9響尾蛇導彈的追蹤器,氬當時都是以高壓儲存,然後當釋放氣體后就可以帶走一些熱量。
為石墨電熔爐中的保護氣體,以免它被氧化。
另外氬氣的低傳熱率也是它的特性之一,像它可以作為隔熱徠窗戶中兩層玻璃之間的填充物。因為它的低傳熱率和惰性,氬氣在水肺潛水可以用來作為膨脹潛水衣的氣體。氬氣還可以在水肺中代替氮氣(吸收純氧對身體不好,因此水肺中要添加其他氣體),因為氮氣在高壓下會溶進血液里而造成氮麻醉,氬氣則可以減輕這種癥狀。
使用特定的方法可以使氬氣離子化並且發光,這種功能可用於等離子燈和粒子物理學中的能量器。以氬作成的氬雷射會發出藍光,它在醫學外科中可用於連接動脈、去除腫瘤和治療眼睛的缺陷等。氬氣還可以用於濺鍍。另外氬-39有269年的半衰期,可以用於測定地下水和冰層的年齡,而鉀-氬年代測定法適用鉀-40衰變成氬-40的過程來用於測定火成岩的年齡。