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| 氬 | |
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氬，非金屬元素，元素符號Ar。氬是單原子分子，單質為無色、無臭和無味的氣體。是稀有氣體中在空氣中含量最多的一個，由於在自然界中含量很多，氬是目前最早發現的稀有氣體。化學性極不活潑，但是已制的其化合物-氟氬化氫。氬不能燃燒，也不能助燃。氬的最早用途是向電燈泡內充氣。[1]
焊接和切割金屬也使用大量的氬。用作電弧焊接不鏽鋼、鎂、鋁和其他合金的保護氣體，即氬弧焊。[2]
基本特性
CAS號：7440-37-1
元素名稱：氬
元素讀音：yà
元素符號：Ar（Argon）
元素原子量：39.95
原子體積：(立方厘米/摩爾)23.9
元素在太陽中的含量:(ppm)
元素在海水中的含量：(ppm)0.45
地殼中含量：（ppm）1.2
元素類型：非金屬元素
質子數：18
中子數：22
原子序數：18
所屬周期：3
所屬族數：0
電子層分布：2-8-8
核電荷數：18
電子層：K-L-M-N
外圍電子層排布：3s² 3p⁶
外層電子數∶8
晶體結構：晶胞為面心立方晶胞。
晶胞參數：
a = 525.6 pm
b = 525.6 pm
c = 525.6 pm
α = 90°
β = 90°
γ = 90°
聲音在其中的傳播速率：（m/S）323
電離能 (kJ/ mol) 氬 氬 M - M⁺ 1520.4
M+ - M2+ 2665.2
M2+ - M3+ 3928
M3+ - M4+ 5770
M4+ - M5+ 7238
M5+ - M6+ 8811
M6+ - M7+ 12021
M7+ - M8+ 13844
M8+ - M9+ 40759
M9+ - M10+ 46186
100升空氣中約含有934毫升。密度1.784克/升。熔點-189.2℃。沸點 -185.7度。電離能為15.759電子伏特。
歷史簡介
雖然氬在地球大氣層中含量豐富，但它直到1894年才被發現，Lord Rayleigh和William Ramsay第一次從液態空氣中分離了它。實際上這個氣體早在1785年就由Henry Cavendish獨立出來了，他注意到有1%的空氣不會發生反應，即使在最極端的狀況下。那1%就是氬。
氬的發現解釋了為什麼氮從空氣中提取的密度不同於分解氨獲取的。
Ramsay在空氣中提取的氬中移除了所有氮，由其和熱的鎂反應實現的，形成固態的氮化鎂。他之後得到了一種不發生反應的氣體，當他檢查其光譜後，他看到了一組新的紅色和綠色的線，從而確認了這是一種新的元素。
發現
氬曾經在1785年由亨利·卡文迪什製備出來，但卻沒發現這是一種新的元素；直到1894年，約翰·威廉·斯特拉斯和蘇格蘭的化學家威廉·拉姆齊才通過實驗確定氬是一種新元素。他們主要是先從空氣樣本中去除氧、二氧化碳、水汽等後得到的氮氣與從氨分解出的氮氣比較，結果發現從氨里分解出的氮氣比從空氣中得到的氮氣輕1.5%。雖然這個差異很小，但是已經大到誤差的範圍之外。所以他們認為空氣中應該含以一種不為人知的新氣體，而那個新氣體就是氬氣。
另外1882年H.F. 紐厄爾和W.N.哈特萊從兩個獨立的實驗中觀測空氣的顏色光譜時，發現光譜中存在已知元素光譜無法解釋的譜線，但並沒有意識到那就是氬氣。由於在自然界中含量很多，氬是目前最早發現的稀有氣體，目前它的符號為Ar（在1957年以前，它的符號為A）。
天然含量
氬在地球大氣中的含量以體積計算為0.934%，而以質量計算為1.29%，至於在地殼中可說是完全不含氬，因為氬在自然情況下不與其他化合物反應，而無法形成固態物質。也因為這樣工業用的氬大多就直接從空氣中提取。主要是用分餾法提取，而像是氮、氧、氖、氪、氙等氣體也都是這樣從空氣中提取的。 而在火星的大氣中，氬-40以體積計算的話占有1.6%，而氬-36的濃度為5ppm；另外1973年水手號計劃的太空探測器飛過水星時，發現它稀薄的大氣中占有70%氬氣，科學家相信這些氬氣是從水星岩石本身的放射性同位素衰變而成的。卡西尼-惠更斯號在土星最大的衛星，也就是泰坦上，也發現少量的氬。
同位素
氬穩定的同位素有24種，一般來說穩定的氬-40是由地殼中的鉀-40(40K)經由電子俘獲或正子發射衰變來的。鉀-40以這兩種方式衰變成氬只占所有的11.2%，另外還有88.8%的氬經由鈣-40(40Ca)的β衰變而來。這個特性可以被用來測定岩石的年齡。
在地球大氣中，不穩定的氬-39(39Ar)可經由宇宙射線轟擊氬-40而生成，另外也可以經由鉀-39(39K)的中子俘獲而來。至於氬-37，則可以從(37Ar)核試驗中形成的鈣的人造同位素衰變而來，氬-37的壽命非常短，半衰期只有35天。
符號 質子 中子 質量(原子質量單位) 半衰期 原子核自旋 相對豐度 相對豐度的變化率 激發能量
30Ar 18 12 30.02156(32)# <20 ns 0+
31Ar 18 13 31.01212(22)# 14.4(6) ms 5/2(+#)
32Ar 18 14 31.9976380(19) 98(2) ms 0+
33Ar 18 15 32.9899257(5) 173.0(20) ms 1/2+
34Ar 18 16 33.9802712(4) 844.5(34) ms 0+
35Ar 18 17 34.9752576(8) 1.775(4) s 3/2+
36Ar 18 18 35.967545106(29) 穩定 0+ 0.003365(30) 37Ar 18 19 36.96677632(22) 35.04(4) d 3/2+
38Ar 18 20 37.9627324(4) 穩定 0+ 0.000632(5) 39Ar 18 21 38.964313(5) 269(3) a 7/2-
40Ar 18 22 39.9623831225(29) 穩定 0+ 0.996003(30) 41Ar 18 23 40.9645006(4) 109.61(4) min 7/2-
42Ar 18 24 41.963046(6) 32.9(11) a 0+
43Ar 18 25 42.965636(6) 5.37(6) min (5/2-)
44Ar 18 26 43.9649240(17) 11.87(5) min 0+
45Ar 18 27 44.9680400(6) 21.48(15) s (1/2,3/2,5/2)-
46Ar 18 28 45.96809(4) 8.4(6) s 0+
47Ar 18 29 46.97219(11) 1.23(3) s 3/2-#
48Ar 18 30 47.97454(32)# 0.48(40) s 0+
49Ar 18 31 48.98052(54)# 170(50) ms 3/2-#
50Ar 18 32 49.98443(75)# 85(30) ms 0+
51Ar 18 33 50.99163(75)# 60# ms [>200 ns] 3/2-#
52Ar 18 34 51.99678(97)# 10# ms 0+
53Ar 18 35 53.00494(107)# 3# ms (5/2-)#
備註:畫上#號的數據代表沒有經過實驗的證明，只是理論推測而已，而用括號括起來的代表數據不確定性。
元素來源
可從空氣分餾塔抽出含氬的餾分經氬塔製成粗氬，再經過化學反應和物理吸附方法分出純氬。
元素用途
氬氣最主要的用處就是它的惰性，可以保護一些容易與周遭物質發生反應的東西。雖然其他的惰性氣體也有這些特性，但是氬氣在空氣中的含量最多，也是最容易取得，因此相對就比較便宜，具有經濟效益。另外氬氣便宜的原因還有它是製造液氧和液氮的副產品，而由於它們兩個都是工業上重要的原料，生產很多，所以每年都有很多的液氬副產品。
以氬惰性的用途主要有：
電燈泡里的填充氣體，由於氬氣不會與燈芯產生化學反應，而又能保持氣壓減緩鎢絲升華，可延長燈絲使用壽命。
氬可當作焊接時所用的保護氣體，其中包括MIG焊接、GTA焊接與GMA焊接等，在這時氬通常會和二氧化碳混合在一起使用。
可用於滅火，用氬氣滅火的好處是幾乎不會破壞任何火場的物品，通常使在火場有特殊儀器時才使用。
是用於感應耦合等離子的氣體之一。
用於保護加工中的鈦和其他容易發生反應的金屬。
保護成長中的硅晶體和鍺晶體，這晶體主要用於半導體學。
在博物館裡，會在一些重要文物的玻璃專櫃裡填充氬氣，避免氧化。
在啤酒罐中的填充物，雖然也可以用氮氣代替。
在釀酒的過程中，啤酒桶里的填充物，它可以把氧氣置換，以避免啤酒桶里的原料被氧化成乙酸。
在藥學裡，氬可以用於保護一些靜脈內的治療的藥物，舉個例子，像是對乙酰氨基酚。一樣的，這也是防止藥物受到氧氣的破壞。
用於冷卻AIM-9響尾蛇導彈的追蹤器，氬當時都是以高壓儲存，然後當釋放氣體後就可以帶走一些熱量。
為石墨電熔爐中的保護氣體，以免它被氧化。
另外氬氣的低傳熱率也是它的特性之一，像它可以作為隔熱窗戶中兩層玻璃之間的填充物。[19] 因為它的低傳熱率和惰性，氬氣在水肺潛水可以用來作為膨脹潛水衣的氣體。氬氣還可以在水肺中代替氮氣（吸收純氧對身體不好，因此水肺中要添加其他氣體），因為氮氣在高壓下會溶進血液里而造成氮麻醉，氬氣則可以減輕這種症狀（雖然一般來說，惰性氣體也會造成這種症狀）。
使用特定的方法可以使氬氣離子化並且發光，這種功能可用於等離子燈和粒子物理學中的能量器。以氬作成的氬雷射會發出藍光，它在醫學外科中可用於連接動脈、去除腫瘤和治療眼睛的缺陷等。[21] 氬氣還可以用於濺鍍。另外氬-39有269年的半衰期，可以用於測定地下水和冰層的年齡，而鉀-氬年代測定法適用鉀-40衰變成氬-40的過程來用於測定火成岩的年齡。 氬弧焊的危害：
(1)焊工塵肺 塵肺是指由於長期吸人超過規定濃度而引起肺組織瀰漫性纖維化的粉塵所致的疾病。焊工塵肺是由於長期吸入超過允許濃度的以氧化鐵為主並有無定型的二氧化硅、硅酸鹽、錳、鐵、鉻以及臭氧、氮氧化物等混合煙塵和有毒氣體，並在組織中長期作用所致的混合性塵肺。
據有關資料表明，目前我國焊工塵肺的最短髮病工齡為7年，平均發病工齡為20～30年左右，並明顯呈現北方寒冷地區發病率高，南方地區發病率較低的現象。這主要是因為北方氣候寒冷、車間關閉門窗時間長、自然通風換氣條件差的原因。
焊工塵肺主要表現為呼吸系統症狀：氣短、咳嗽、咳痰、胸悶和胸痛。部分焊工塵肺患者可呈無力、食慾減退、體重減輕以及神經衰弱症候群(如頭痛、頭暈、失眠、嗜睡、多夢、記憶力減退等)，同時對肺功能也有影響。
(2)錳中毒 錳蒸氣在空氣中能很快氧化成灰色的氧化錳(MnO)及棕紅色的四氧化三錳(Mn3O4)煙塵。焊工長期吸入超過允許濃度的錳及其化合物的微粒和蒸氣，則可能造成錳中毒。
焊工錳中毒發病很慢，大多在接觸3～5年後，甚至可達20年才逐漸發病。
慢性錳中毒早期表現為疲勞乏力，時常頭痛、頭暈、失眠、記憶力減退以及植物神經功能紊亂，如舌、眼瞼和手指的細微振顫等。中毒進一步發展，則神經精神症狀均更明顯，而且轉變、跨越、下蹲等都較困難，走路時表現左右搖擺或前沖後倒，書寫時振顫不清等。
(3)焊工金屬熱 金屬熱是接觸足夠濃度的某些金屬煙塵的工人常見的一種綜合徵。焊工金屬熱是指吸人焊接金屬煙塵中0．05～0．5Pm的氧化銅、氧化鋅、氧化鋁、氧化錳及氧化鐵微粒和氟化物等，容易通過上呼吸道進入末梢細支氣管和肺泡，再進入血液，引起焊工金屬熱反應。金屬熱不是慢性病，而是一種復發性急性偶發病。其主要症狀是下班後感覺嘴裡有金屬味，食欲不振、噁心、寒戰，大多伴有低燒。焊工金屬熱在經常進行銅及銅合金焊接的工人中較為常見，經常在船艙、密閉容器內使用鹼性焊條施焊者，亦容易出現此症。
輔助資料
19世紀末期，英國物理學家瑞利勳爵發現利用空氣除雜製得的氮氣和從氨製得的氮氣的密度有大約是千分之一的差別。他在當時很有名望的英國《自然》雜誌上發表了他的發現，並請大家幫他分析其中的原因。倫敦大學化學教授萊姆塞推斷空氣中的氮氣里可能含有一種較重的未知氣體。他們兩人又各自做了大量的實驗，終於發現了在空氣中還存在一種密度幾乎是氮氣密度一倍半的未知氣體。
1894年8月13日，英國科學協會在牛津開會，瑞利作報告，根據馬丹主席的建議，把新的氣體叫做argon（希臘文意思就是「不工作」、「懶惰」）。元素符號Ar。當然，當時發現的氬，實際上是氬和其他惰性氣體的混合氣體，正是因為氬在空氣中存在的惰性氣體的含量占絕對優勢，所以它作為惰性氣體的代表被發現。氬的發現是從千分之一微小的差別開始的，是從小數點右邊第三位數字的差別引起的，不少化學元素的發現，許多科學技術的發明創造，都是從這種微小的差別開始的。
原子序數18，原子量39.948，是一種稀有氣體。
1894年由英國化學家瑞利和拉姆賽發現。氬在大氣中的含量為0.934%，有三種同位素：氬40、氬36、氬38，其中氬40占99.6%。
氬在通常條件下位無色、無味氣體；熔點-189.2°C，沸點-185.7°C，氣體密度1.784克/升。水中溶解度33.6立方厘米/千克水。
氬與水、對苯二酚和苯酚可形成弱鍵包和物，並可以形成氟氬化氫
氟氬化氫
（化學式：HArF）是一個氬的化合物，也是第一個被發現的氬化合物。
氬氟化氫是一群由馬庫·拉薩能（Markku Räsänen）領導的芬蘭化學家發現的，他們在2000年8月24日將發現氟氬化氫的消息登上了《自然》雜誌。
這群芬蘭化學家是將氬氣和氟化氫在碘化銫表面冷凍至-265°C，這使氬氣結成冰，然後再用大量的紫外線照射這氬冰和氟化氫的混合物，這使得氬和氟化氫反應產生氬氟化氫。經過紅外光譜術分析後，他們發現氬原子已經和氟原子、氫原子產生化學鍵，但該化學鍵非常的弱，只要溫度高於-256°C它就會再分解為氬和氟化氫。
氬放電時發出紫色輝光，可用於霓虹燈。氬還常用做惰性保護氣體。
特性
氬，無論是氣態還是液態，都是無色、無味而且無毒的稀有氣體。它在水中的溶解度比氮多出了2.5倍。雖然氬在一般的情況向都很穩定，不會與其它化合物或元素化合，但是科學家還是有辦法在極端的條件下形成一些氬化合物，像是2000年8月由芬蘭化學家馬庫·拉薩能(Markku Räsänen)領導的小組發現的氟氬化氫（HArF）。
這個氟、氫和氬的化合物在-265°C才能保持穩定。此外，氬還可以作為客體分子，與水形成包合物。除了以上基態的物質外，目前已經發現含氬的離子和激發態配合物（像ArH和ArF），而根據理論計算顯示氬應該可以形成在室溫下穩定的化合物，雖然目前還沒有發現它們存在的線索。
氬氣常被注入燈泡內，因為氬即使在高溫下也不會與燈絲髮生化學作用，從而延長燈絲的壽命。在不鏽鋼、錳、鋁、鈦和其它特種金屬電弧焊接時、鋼鐵生產時，氬也用作保護氣體。
安全信息
危險類別：2.2 海關編碼：2804210000 危險品運輸編碼：UN10062.2 WGKGermany：- 安全說明：S38 RTECS號：CF2300000 元素周期表 主族元素 硼(5) 硅(14) 鍺(32) 砷(33) 銻(51) 碲(52) 釙(84) 鋰(3) 鈉(11) 鉀(19) 銣(37) 銫(55) 鈁(87) 鈹(4) 鎂(12) 鈣(20) 鍶(38) 鋇(56) 鐳(88) 鋁(13) 銦(49) 鎵(31) 錫(50) 鉈(81) 鉛(82) 鉍(83) Uut(113) Uuq(114) uup(115) Uuh(116) Uus(117) 氦(2) 氖(10) 氬(18) 氪(36) 氙(54) 氡(86) Uuo(118) 氟(9) 氯(17) 溴(35) 碘(53) 砹(85) 氫(1) 碳(6) 氮(7) 氧(8) 磷(15) 硫(16) 硒(34) 副族元素 鑭(57) 鈰(58) 鐠(59) 釹(60) 鉕(61) 釤(62) 銪(63) 釓(64) 鋱(65) 鏑(66) 鈥(67) 鉺(68) 銩(69) 鐿(70) 鑥(71) 錒(89) 釷(90) 鏷(91) 鈾(92) 鎿(93) 鈈(94) 鎇(95) 鋦(96) 錇(97) 鐦(98) 鎄(99) 鐨(100) 鍆(101) 鍩(102) 鐒(103) 鈧(21) 鈦(22) 釩(23) 鉻(24) 錳(25) 鐵(26) 鈷(27) 鎳(28) 銅(29) 鋅(30) 釔(39) 鋯(40) 鈮(41) 鉬(42) 鍀(43) 釕(44) 銠(45) 鈀(46) 銀(47) 鎘(48) 鉿(72) 鉭(73) 鎢(74) 錸(75) 鋨(76) 銥(77) 鉑(78) 金(79) 釒盧(104) 釒杜(105) 釒喜(106) 釒波(107) 釒黑(108) 釒麥(109) 鐽(110) 錀(111) 鎶(112) 汞(80)