氩


氩 （正體）

氩的特性
氯 - 氩
氖
氩
氪
 
氩在元素周期表中的位置
总体特性
名称, 符号, 序号 氩、Ar、18
系列 稀有气体
族, 周期, 元素分区 18族, 3, p
密度、硬度 1.784 kg/m3(273K)、NA
颜色和外表 无色
Ar,18.jpg
大气含量 0.93 %
地壳含量 无数据
原子属性
原子量 39.948 原子量单位
原子半径 (计算值) 无数据（71）pm
共价半径 97 pm
范德华半径 188 pm
价电子排布 [氖]3s23p6
电子在每能级的排布 2，8，8
氧化价（氧化物） 0, +2（罕有情况）
晶体结构 面心立方
物理属性
物质状态 气态
熔点 83.8 K（-153.7 °C）
沸点 87.3 K（-150.2 °C）
摩尔体积 22.56 ×18-6m3/mol
汽化热 6.477 kJ/mol
熔化热 1.188 kJ/mol
蒸气压 无数据
声速 319 m/s（293.15K）
其他性质
电负性 无数据
比热 520 J/(kg·K)
电导率 无数据
热导率 0.01772 W/(m·K)
第一电离能 1520.6 kJ/mol
第二电离能 2665.8 kJ/mol
第三电离能 3931 kJ/mol
第四电离能 5771 kJ/mol
第五电离能 7238 kJ/mol
第六电离能 8781 kJ/mol
第七电离能 11995 kJ/mol
第八电离能 13842 kJ/mol
最稳定的同位素
同位素 丰度 半衰期 衰变
模式		 衰变能量
MeV		 衰变
产物
36Ar 0.336 % 稳定
38Ar 0.063 % 稳定
39Ar 人造 269年 β衰变 0.565 39K
40Ar 99.6 % 稳定
42Ar 人造 32.9年 β衰变 0.600 42K
在没有特别注明的情况下使用的是
国际标准基准单位单位和标准气温和气压

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[1][2][3]。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。

目录

特性

氩，无论是气态还是液态，都是无色、无味而且无毒的稀有气体。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（HArF）。这个氟、氢和氩的化合物在−265°C才能保持稳定。[4]此外，氩还可以作为客体分子，与水形成包合物。[5]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。[6]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·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。[7][8]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，目前它的符号为Ar（在1957年以前，它的符号为A）。[9]

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%，至于在地壳中可说是完全不含氩，因为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。也因为这样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。 [10] 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。[11]

同位素

主条目：氩的同位素

氩稳定的同位素有氩-40(40Ar)天然含量99.6%、 氩-36(36Ar)天然含量0.34%和氩-38(38Ar)天然含量0.06%。一般来说稳定的氩-40是由地壳中的钾-40(40K)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(40Ca)的β衰变而来。这个特性可以被用来测定岩石的年龄。[12]

在地球大气中，不稳定的氩-39(39Ar)可经由宇宙射线轰击氩-40而生成，另外也可以经由钾-39(39K)的中子俘获而来。至于氩-37，则可以从(37Ar)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。[12]

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。[13] 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。

制备

一小块正在溶化的氩气冰块。

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。[14]

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。

用途

装有氩和汞蒸气的能霓虹灯。
这些桶子里装有氩气，可用于灭火。

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，所以不会把灯芯烧毁。
  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。[15]
  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。[16]
  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。[17]
  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。[18]
  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。[19]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）。 [20]

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。[21]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。[22]

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。[23]

延伸阅读

  • （英文） Emsley, J., Nature’s Building Blocks; Oxford University Press: Oxford, NY, 2001; pp. 35-39.
  • （英文） Brown, T. L.; Bursten, B. E.; LeMay, H. E., In Chemistry: The Central Science, 10th ed.; Challice, J.; Draper, P.; Folchetti, N. et al.; Eds.; Pearson Education, Inc.: Upper Saddle River, NJ, 2006; pp. 276 and 289.
  • （英文） Triple point temperature: 83.8058 K - Preston-Thomas, H.（1990年2月9日）．The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90)．Metrologia，27：3-10． 
  • （英文） Triple point pressure: 69 kPa - （2010年2月9日）“Section 4, Properties of the Elements and Inorganic Compounds; Melting, boiling, triple, and critical temperatures of the elements”，CRC Handbook of Chemistry and Physics，85th edition，Boca Raton, Florida：CRC Press． 

参见

参考文献

  1. ^ Hiebert, E. N. Historical Remarks on the Discovery of Argon: The First Noble Gas. In Noble-Gas Compounds; Hyman, H. H., Ed.; University of Chicago Press: Chicago, IL, 1963; pp 3–20.
  2. ^ Travers, M. W. The Discovery of the Rare Gases; Edward Arnold & Co.: London, 1928; pp 1–7.
  3. ^ Rayleigh, Lord; Ramsay, W. Argon: A New Constituent of the Atmosphere. Chem. News 1895 (February 1), 71, 51–58.
  4. ^ Khriachtchev, Leonid; Mika Pettersson, Nino Runeberg, Jan Lundell & Markku Räsänen（2000年8月24日）．A stable argon compound．Nature，406：874–876．doi:10.1038/35022551． 
  5. ^ （英文）Belosludov, V. R.，O. S. Subbotin, D. S. Krupskii, O. V. Prokuda, and Y. Kawazoe（2006年）．Microscopic model of clathrate compounds，1．Institute of Physics (has blown up once in a while) Publishing．于2007年3月8日查阅．
  6. ^ "Periodic Table of the Elements: Argon." Lenntech. 2008. Retrieved on September 3, 2007.
  7. ^ Lord Rayleigh;William Ramsay（1894 - 1895年）．Argon, a New Constituent of the Atmosphere.．Proceedings of the Royal Society of London，57（1）：265-287． 
  8. ^ William Ramsay．Nobel Lecture in Chemistry, 1904．
  9. ^ （英文）Holden, Norman E.（12）．History of the Origin of the Chemical Elements and Their Discoverers．National Nuclear Data Center (NNDC)．
  10. ^ Argon, Ar．于2007年3月8日查阅．
  11. ^ （英文）Seeing, touching and smelling the extraordinarily Earth-like world of Titan．European Space Agency（21）．
  12. ^ 12.0 12.1 40Ar/39Ar dating and errors．于2007年3月7日查阅．
  13. ^ （英文）Bartlett, Neil．The Noble Gases．Chemical & Engineering News．
  14. ^ 氩的介绍
  15. ^ Weman, p 53
  16. ^ 感应耦合等离子离子质谱仪技术及其在材料分析的运用．李珠．于2008年5月3日查阅．
  17. ^ USA National Archives description of how the Declaration of Independence is stored and displayed. More detail can be found in this more technical explanation, especially Page 4, which talks about the argon keeping the oxygen out.
  18. ^ Description of Aim-9 Operation
  19. ^ Energy-Efficient Windows．Bc Hydro．于2007年3月8日查阅．
  20. ^ "氮麻醉"。 大英百科全书。 2008年。 大英线上繁体中文版。2008年5月4日 <http://wordpedia.eb.com/tbol/article?i=054032>.
  21. ^ （英文）Fujimoto, James，Rox Anderson, R.（2006年）．Tissue Optics, Laser-Tissue Interaction, and Tissue Engineering，77-88．Biomedical Optics．于2007年3月8日查阅．
  22. ^ 钾-氩年代测定法．中国大百科智慧藏．于2008年5月5日查阅．
  23. ^ Middaugh, John; Bledsoe, Gary. "Welder's Helper Asphyxiated in Argon-Inerted Pipe (FACE AK-94-012)." State of Alaska Department of Public Health. June 23, 1994. Retrieved on September 3, 2007.

外部链接


查 • 论 • 编 • 历
元素周期表暨扩展元素周期表
1   18
1 H 2   13 14 15 16 17 He
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8 Uue Ubn g
区
 Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
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  s区元素 f区元素 d区元素 p区元素
 
8 Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto g区元素
9 Usu Usb Ust Usq Usp Ush Uss Uso Use Uon Uou Uob Uot Uoq Uop Uoh Uos Uoo
 
金属 类金属 非金属 未发现元素
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镧系元素 锕系元素
 
注1：本表以元素周期表为主，而第八周期以后之周期表则参以扩展元素周期表。而氦(He)在扩展元素周期表中应挪至氢(H)之右方，属s区块之元素。
注2：灰色区块所称之“其他金属”，又通称为贫金属。
%E6%80%A7





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