被中学化学教学忽视的氩

一、氩——一种含量不低的气体
　　
　　二、氩的发现
　　
　　三、氩的主要性质及其用途
　　
　　四、氩气的制法
　　
　　一、氩——一种含量不低的气体
　　
　　过去人们认为地球大气是很简单的，直到十九世纪末才知道地球上的大气是由多种气体组成的混合体，并含有水汽和部分杂质。它的主要成分是氮、氧、氩等。在80-100公里以下的低层大气中，气体成为可分为两部分：一部分是“不可变气体成分”，主要指氮、氧、氩三种气体。这几种气体成分之间维持固定的比例，基本上不随时间、空间而变化。另一部分为“易变气体成分”，以水汽、二氧化碳和臭氧为主，其中变化最大的是水汽。总之，大气这种含有各种物质成分的混合物，可以大致分为干洁空气、水汽、微粒杂质和新的污染物。
　　

　　干洁大气的主要成份和比例如表：
　　

　　尽管氩气的含量比二氧化碳要高出很多，但是由于氩气性质不活泼，在中学化学教学中提及甚少，以致于给学生留下“氩气这种稀有气体的含量也非常稀有”的印象了，殊不知该气体在空气中的含量并不低，而且应用也相当的广泛。
　　
　　二、氩的发现
　　
　　早在1785年，卡文迪许就曾预言大气中有一种不知名的“浊气”（氮气）存在，并指出这部分气体与大部分浊气不同，不能变成亚硝酸；它的体积决不会超过全量的一百二十分之一。但卡文迪许的这个发现，在近一个世纪的时间里，几乎无人问津。从1882年开始，英国物理学家瑞利（1842-1919）热衷于各种气体密度的测定，他的实验室里有当时最精密的天平，灵敏度达到万分之一克。为了保证测定结果的精确，他总是通过不同的途径来取得所测定的气体。对氮气的测定也是这样，一方面从空气中去掉氧、二氧化碳和水蒸气，得到“空气氮”，另一方面从氮化合物分解制得氮气，在同样条件下测定前者密度是1.257g/L，后者是1.2508g/L，虽然两者只差0.0064g/L，但这误差引起瑞利的注意。在反复检查实验装置和测定方法后，确定不是实验误差引起的。那又是什么原因引起的？在百思不得其解的情况下，他将这一事实刊登在1892年9月出刊的著名的英国科学杂志《自然》上，以征求见解。1894年4月，瑞利在皇家学会上介绍了他的以上实验结果。会后，英国化学家拉姆赛，来找瑞利说：“两年来，我也在思考你登在《自然》杂志上的这个问题。我认为，从空气中得到的氮气中一定含有较重的杂质，一种未知的气体。”于是两人合作来解决这个科学上的难题。
　　
　　拉姆赛把由空气除去氧气、二氧化碳和水蒸气得到的氮气，一次又一次地通过装有热的镁屑的管子，使氮和镁化合成氨化镁。每通过一次热的镁屑，气体体积就要减少一些，密度则增大一些。最后剩下的一点气体在通过镁屑后，体积不再缩小，密度也不再增大了。将这部分气体用光谱分析法检验，发现一种未知的谱线。显然这是一种新元素的谱线。通过实验发现，这种新发现的气体化学性质很不活泼，跟氢、氟和各种金属都不发生化学反应，跟碳、硫也不发生任何作用，不管加温、加压或用电火花，它还是不跟其他物质反应。于是给它取名“氩”，希腊文意为“懒惰”。1895年，他们还用液态空气产生的低温将氩气液化，测得氩气是单原子分子，相对分子质量为40。
　　
　　三、氩的主要性质及其用途
　　
　　氩气熔点为-189.3℃，沸点为-185.9℃，密度为1.784g/cm3(0℃)。无色无臭气体。不活泼，不能燃烧，也不支持燃烧。
　　
　　氩气也是目前工业上一种重要的工业气体，它在工业、科学研究和国防工业上得到广泛的应用。由于氩气具有惰性、光通量大、导热性小等性质，所以广泛地在灯泡照明及电子工业中得到应用，氩被广泛用来充填弧光灯、荧光灯及电子管。氩气在飞机制造、造船、原子能工业和机械制造工业方面应用也很普遍，特别是用作铝、镁、铬、镍等合金焊接的保护气。
　　
　　现代工业的发展，对氩气的需要量大大增长，氩气最大消耗是用在金属冶炼上，用氩气作为单晶硅、钛、钨等稀有金属及特种钢材的冶炼保护气体。最近发展可以用氩来炼钢，氩气用于吹炼特种钢，以提高钢的质量，特别是不锈钢制造中需消耗大量氩气。高纯氩在半导体工业中用作生产高纯硅和锗晶体的保护气体；可用作系统清洗、屏蔽和加压用的惰性气体；也可用于化学汽相淀积、溅射和退火等工艺中；氩用作分析和过程色谱载气。
　　
　　在医疗上，用氩气制造的氩气刀，用于脑外科和肝胆外科手术，能有选择的切除病灶，减少手术出血，提高安全性。
　　
　　四、氩气的制法
　　
　　氩气的主要来源有空气、天然气和合成氨尾气。氩在空气中的含量为0.934%，从空气液化分离的副产品中提取氩，是当前生产氩的主要方法之一。空分提氩，即将液化的空气进行精馏，得到粗氩。粗氩被抽出后经进一步加工可得到高纯氩。为了大量而又经济地提取氩气，现在也有从氩含量7～8%的合成氨尾气中来提取氩。