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被中学化学教学忽视的氩
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作者:佚名 来源:文章中心 加入时间:2006-9-5 人气:590

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1.257 g/L,后者是1.2508 g/L,虽然两者只差0.0064 g/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1.784 g/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。

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