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氩(拼音:yà,注音:丨ㄚˋ,粤拼:aa3; 英语:Argon),是一种化学元素,其化学符号为Ar,原子序数为18,原子量为39.948 u,位在周期表的第18族,是一种稀有气体[2]。氩占大气体积的0.934%(9340 ppmv),是地球大气层第三多的气体,是水蒸气的两倍以上(平均4000 ppmv左右,但变化很大)、二氧化碳(400 ppmv)的23倍之多、氖(18 ppmv)的500倍以上。氩是地壳含量中最丰富的惰性元素,在地壳中占了0.00015%。[3]
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稀有气体的化学性质令命名者印象深刻。[4][5]1785年,亨利·卡文迪什怀疑稀有气体是组成大气的一部分气体。1894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。[6][7][8] 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。[9]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。[10]
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下都很稳定,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。[11]此外,氩还可以作为客体分子,与水形成包合物。[12]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。[13]
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。 [18] 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。[19]
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稀有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。1982年在星际空间探测到氩氢离子,是氩的一种多原子离子。[21]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℃)的低温下保持稳定。[22]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)[来源请求],但目前还没有任何可靠的证据可以证实。
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。[23]
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。[24]
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。[24]虽然其他的稀有气体也有这些特性,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。[来源请求]
以氩惰性的用途主要有:
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