氩气科普知识

　　氩，元素周期表第18号元素。氩气，是单原子分子，无色、无味，是空气中含量最多的惰性气体。

　　1785年，亨利·卡文迪什就发现了空气中含有惰性气体的迹象——大约有1%的空气成分是不参与化学反应的。由于当时的技术条件限制，他无法将这部分气体分离出来，也无法鉴定它的化学性质，更无法知道它是不是一种新元素。直到1892年，瑞利和苏格兰化学家威廉·拉姆齐发现，通过化学方法从空气样本中去除了氧气、二氧化碳、水蒸气等以后得到的氮气，与通过氨气分解制备出的氮气有些不一样，它们存在密度上的差异。两年后，他们意识到，密度上的偏差，有可能就是卡文迪什所提到的惰性气体引起的，随后通过光谱分析，真正发现在这些气体中存在已知元素无法解释的谱线，从而发现了第一种惰性气体——氩。为了肯定他们在惰性气体方面的研究，瑞利和拉姆齐分别被授予了1904年的诺贝尔物理学奖和化学奖。

　　氩，化学性质极不活泼，不能燃烧也不能助燃，根本不与其他物质发生反应。即便如此，“惰性”也是它的优势，作为保护气，保护一些容易与周围物质发生反应的东西。例如，充入灯泡中，灯丝在高温下不与氩气发生化学反应，而且不易导热，可以延长灯丝的寿命；在高温冶炼纯金属时，氩气很稳定，可以防止金属氧化、氮化、氢化等作用；在用电弧焊接不锈钢、镁铝等金属时，也可以利用氩气的惰性来保护不锈钢、镁铝等金属不被其他气体氧化；氩气不燃烧也不助燃的特性，还可以做特殊仪器的灭火剂，更好地保护仪器不被水、氧气或二氧化碳侵蚀。

　　氩气的化学性质很稳定，科研人员还是发现了少量含氩化合物，其发现过程也与以往有所不同。1995年，人们发现了惰性气体氢化物。通过初步的量子化学计算，科研人员预测出在低温条件下氩原子的化合物有存在的可能性。在随后的几年里，更多大规模计算研究提示出这种化合物的存在，终于在1999年12月21日第一次检测到了这种新物质，它就是在极端条件下制成的第一个含氩化合物氟氩化氢——需要在-265℃的温度下才能保持稳定。根据理论计算，人们还预测出了室温下能稳定存在的含氩化合物，但目前还没有实验能证实它们的`存在，需要通过后续的实验来验证。但我们可以看到，随着优秀计算工具不断被研发出来，再辅以一定的实验工作，未来人们可以更好地探索出惰性气体与其他元素之间新型键合方式，从而设计和合成出更多类似的含氩化合物。

　　除了作为保护气，人们也发现了氩元素的其他用途。例如，利用氩同位素氩-39、氩-40的半衰期，设计的钾-氩、氩-氩定年法，可以用于测定地下水、冰层或者火成岩的年龄。这种特定方法使氩气离子化，可使其发出蓝光，可用于等离子灯和粒子物理学中的能量器，在医学外科中也可以用于连接动脉、医治肿瘤和眼疾等。

　　氩元素虽然很“懒”，但一样有其大展身手的领域。

　　理化性质

　　熔点：-189.2℃

　　沸点：-185.9℃

　　密度：1.784kg/m3[4]；1394kg/m（饱和液氩，1atm）[9]

　　外观：无色无臭气体

　　溶解性：微溶于水

　　主要应用

　　氩气是工业上应用很广的稀有气体。它的性质十分不活泼，既不能燃烧，也不助燃。在飞机制造、造船、原子能工业和机械工业部门，对特殊金属，例如铝、镁、铜及其合金和不锈钢在焊接时，往往用氩作为焊接保护气，防止焊接件被空气氧化或氮化。

　　①铝业。用来替代空气或氮气，在铝的制造过程中产生惰性气氛；在脱气过程中帮助去除不需要的可溶气体；以及去除熔铝中溶解氢气和其他颗粒。

　　②炼钢。用于置换气体或蒸气并防止工艺流程中的氧化；用于搅拌钢水来保持恒定的温度和同一的成分；在脱气过程中帮助去除不需要的可溶气体；作为载体气体，氩可以用层析法来确定样品的成分；氩还能用于不锈钢精炼中使用的氩氧脱碳工艺（AOD），目的是去除一氧化碳和减少铬的损失。

　　③金属加工。氩在焊接中用作惰性保护气；在金属和合金的退火及辊轧中提供无氧无氮保护；以及用于冲洗熔化金属以消除铸件中的气孔。

　　④焊接保护气。氩气在焊接过程中作为保护气体，可以避免合金元素的烧损以及由此而产生的其他焊接缺陷，从而使焊接过程中的冶金反应变得简单而易于控制，以确保焊接的高质量。[4]通过对HT250灰铸铁进行激光重熔试验,研究了不同气氛保护条件下试样重熔区气孔的产生机理。研究结果表明,在氩气保护条件下,重熔区中的气孔为析出性气孔;在开放条件下,重熔区的气孔为析出性气孔和反应性气孔。

　　⑤其他用途。电子、照明、氩气刀等。

　　制备方法

　　在干空气中氩的含量约为0.934%，合成氨尾气中含氩3%~8%，工业上一般从空气和合成氨尾气中提取氩。

　　空气分离提取氩

　　深冷空分的主要产品为纯氧和纯氮，其副产品为生产氩气的主要来源。氩馏分（含8%~12%Ar）是由空分装置的蒸馏塔上提取，其中含有氧和氮等组分，制氩流程有常规制氩和全精馏制氩两种，而纯氩的制取主要是脱除氩馏分中的氧、氮和氢等杂质。

　　合成氨尾气提取氩

　　合成氨尾气由其弛放气和氨罐排放气组成，其组成为：60%~70%H2、20%~25%N2、3%~8%Ar、8%~12%CH4及约3%NH3。合成氨尾气提氩有低温精馏法和冷凝蒸发法，典型流程有三塔提氩流程和两塔提氩流程及带热泵循环提氩装置三种，其生产工艺包括原料气净化、脱氢、脱甲烷和脱氮四步工序。

　　危险危害

　　侵入途径：吸入。

　　常压下无毒。高浓度时，使氧分压降低而发生窒息。氩浓度达50%以上，引起严重症状；75%以上时，可在数分钟内死亡。当空气中氩浓度增高时，先出现呼吸加速，注意力不集中，共济失调；继之，疲倦无力、烦躁不安、恶心、呕吐、昏迷、抽搐、甚至死亡。

　　危险性类别：第2.2类，不燃气体。