氬氣科普知識

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氬，元素週期表第18號元素。氬氣，是單原子分子，無色、無味，是空氣中含量最多的惰性氣體。

1785年，亨利·卡文迪什就發現了空氣中含有惰性氣體的跡象——大約有1%的空氣成分是不參與化學反應的。由於當時的技術條件限制，他無法將這部分氣體分離出來，也無法鑑定它的化學性質，更無法知道它是不是一種新元素。直到1892年，瑞利和蘇格蘭化學家威廉·拉姆齊發現，透過化學方法從空氣樣本中去除了氧氣、二氧化碳、水蒸氣等以後得到的氮氣，與透過氨氣分解制備出的氮氣有些不一樣，它們存在密度上的差異。兩年後，他們意識到，密度上的偏差，有可能就是卡文迪什所提到的惰性氣體引起的，隨後透過光譜分析，真正發現在這些氣體中存在已知元素無法解釋的譜線，從而發現了第一種惰性氣體——氬。爲了肯定他們在惰性氣體方面的研究，瑞利和拉姆齊分別被授予了1904年的諾貝爾物理學獎和化學獎。

氬，化學性質極不活潑，不能燃燒也不能助燃，根本不與其他物質發生反應。即便如此，“惰性”也是它的優勢，作爲保護氣，保護一些容易與周圍物質發生反應的東西。例如，充入燈泡中，燈絲在高溫下不與氬氣發生化學反應，而且不易導熱，可以延長燈絲的壽命；在高溫冶煉純金屬時，氬氣很穩定，可以防止金屬氧化、氮化、氫化等作用；在用電弧焊接不鏽鋼、鎂鋁等金屬時，也可以利用氬氣的惰性來保護不鏽鋼、鎂鋁等金屬不被其他氣體氧化；氬氣不燃燒也不助燃的特性，還可以做特殊儀器的滅火劑，更好地保護儀器不被水、氧氣或二氧化碳侵蝕。

氬氣的化學性質很穩定，科研人員還是發現了少量含氬化合物，其發現過程也與以往有所不同。1995年，人們發現了惰性氣體氫化物。透過初步的量子化學計算，科研人員預測出在低溫條件下氬原子的化合物有存在的可能性。在隨後的幾年裏，更多大規模計算研究提示出這種化合物的存在，終於在1999年12月21日第一次檢測到了這種新物質，它就是在極端條件下製成的第一個含氬化合物氟氬化氫——需要在-265℃的溫度下才能保持穩定。根據理論計算，人們還預測出了室溫下能穩定存在的含氬化合物，但目前還沒有實驗能證實它們的`存在，需要透過後續的實驗來驗證。但我們可以看到，隨着優秀計算工具不斷被研發出來，再輔以一定的實驗工作，未來人們可以更好地探索出惰性氣體與其他元素之間新型鍵合方式，從而設計和合成出更多類似的含氬化合物。

除了作爲保護氣，人們也發現了氬元素的其他用途。例如，利用氬同位素氬-39、氬-40的半衰期，設計的鉀-氬、氬-氬定年法，可以用於測定地下水、冰層或者火成岩的年齡。這種特定方法使氬氣離子化，可使其發出藍光，可用於等離子燈和粒子物理學中的能量器，在醫學外科中也可以用於連接動脈、醫治腫瘤和眼疾等。

氬元素雖然很“懶”，但一樣有其大展身手的領域。

理化性質

熔點：-189.2℃

沸點：-185.9℃

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

外觀：無色無臭氣體

溶解性：微溶於水

主要應用

氬氣是工業上應用很廣的稀有氣體。它的性質十分不活潑，既不能燃燒，也不助燃。在飛機制造、造船、原子能工業和機械工業部門，對特殊金屬，例如鋁、鎂、銅及其合金和不鏽鋼在焊接時，往往用氬作爲焊接保護氣，防止焊接件被空氣氧化或氮化。

①鋁業。用來替代空氣或氮氣，在鋁的製造過程中產生惰性氣氛；在脫氣過程中幫助去除不需要的可溶氣體；以及去除熔鋁中溶解氫氣和其他顆粒。

②鍊鋼。用於置換氣體或蒸氣並防止工藝流程中的氧化；用於攪拌鋼水來保持恆定的溫度和同一的成分；在脫氣過程中幫助去除不需要的可溶氣體；作爲載體氣體，氬可以用層析法來確定樣品的成分；氬還能用於不鏽鋼精煉中使用的氬氧脫碳工藝（AOD），目的是去除一氧化碳和減少鉻的損失。

③金屬加工。氬在焊接中用作惰性保護氣；在金屬和合金的退火及輥軋中提供無氧無氮保護；以及用於沖洗熔化金屬以消除鑄件中的氣孔。

④焊接保護氣。氬氣在焊接過程中作爲保護氣體，可以避免合金元素的燒損以及由此而產生的其他焊接缺陷，從而使焊接過程中的冶金反應變得簡單而易於控制，以確保焊接的高質量。[4]透過對HT250灰鑄鐵進行激光重熔試驗,研究了不同氣氛保護條件下試樣重熔區氣孔的產生機理。研究結果表明,在氬氣保護條件下,重熔區中的氣孔爲析出性氣孔;在開放條件下,重熔區的氣孔爲析出性氣孔和反應性氣孔。

⑤其他用途。電子、照明、氬氣刀等。

製備方法

在幹空氣中氬的含量約爲0.934%，合成氨尾氣中含氬3%~8%，工業上一般從空氣和合成氨尾氣中提取氬。

空氣分離提取氬

深冷空分的主要產品爲純氧和純氮，其副產品爲生產氬氣的主要來源。氬餾分（含8%~12%Ar）是由空分裝置的蒸餾塔上提取，其中含有氧和氮等組分，制氬流程有常規制氬和全精餾制氬兩種，而純氬的製取主要是脫除氬餾分中的氧、氮和氫等雜質。

合成氨尾氣提取氬

合成氨尾氣由其弛放氣和氨罐排放氣組成，其組成爲：60%~70%H2、20%~25%N2、3%~8%Ar、8%~12%CH4及約3%NH3。合成氨尾氣提氬有低溫精餾法和冷凝蒸發法，典型流程有三塔提氬流程和兩塔提氬流程及帶熱泵循環提氬裝置三種，其生產工藝包括原料氣淨化、脫氫、脫甲烷和脫氮四步工序。

危險危害

侵入途徑：吸入。

常壓下無毒。高濃度時，使氧分壓降低而發生窒息。氬濃度達50%以上，引起嚴重症狀；75%以上時，可在數分鐘內死亡。當空氣中氬濃度增高時，先出現呼吸加速，注意力不集中，共濟失調；繼之，疲倦無力、煩躁不安、噁心、嘔吐、昏迷、抽搐、甚至死亡。

危險性類別：第2.2類，不燃氣體。