氩

历史

氩（来自希腊语ἀργόν，带有懒惰或无效的意思），命名是参考它的化学活性。这个第一个被发现的惰性气体的化学性质令命名者印象深刻。1785年，亨利·卡文迪什怀疑惰性气体是组成大气的一部分气体。1849年，在伦敦大学学院， 约翰·斯特拉特，第三代瑞利男爵和威廉·拉姆齐透过移除了氧气、二氧化碳、水以及氮的干净空气样本，使氩第一次从空气里被隔绝出来。 他们已经确认从化学化合物生成的氮比大气中的氮还要轻0.5%，差异细微，但已足够重要吸引他们的注意力好几个月。他们做出了结论:空气中还有另一种气体与氮气混和在一起。氩气在1882也被H. F. Newall和沃尔特·诺尔·赫特利的研究偶然发现。他们发现新的发射光谱，并没有符合在当时已经知道的元素。
直到1957年，氩的化学符号一直是"A"，之后被改为"Ar"到现在。

特性

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（Markku Räsänen）领导的小组发现的氟氩化氢（）。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，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。

氩的发现

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·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，氩是最早被发现的稀有气体，目前它的符号为（在1957年以前，它的符号为）。

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。

同位素

氩稳定的同位素有氩-40()天然含量99.6%、 氩-36()天然含量0.34%和氩-38()天然含量0.06%。一般来说稳定的氩-40是由地壳中的钾-40()经由电子俘获或正子发射衰变来的。11.2%的钾-40以这两种方式衰变成氩-40，另外还有88.8%通过β衰变成为钙-40()。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()可经由宇宙射线轰击氩-40而生成，另外也可以经由钾-39()的中子俘获而来。至于氩-37，则可以从()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。

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。

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1.26×10⁹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。