ما هو آرغون؟
آرغون (رمزه Ar) هو العنصر 18 في الجدول الدوري، وينتمي إلى غاز نبيل في الدورة 3 والمجموعة 18. ثالث أكثر الغازات شيوعاً في الهواء، وغير مهتم تماماً بالتفاعل مع أيٍّ منها. في درجة حرارة الغرفة، يكون غازاً.
القصة
ماهيّة آرغون وكيف اكتشفناه
ثالث أكثر الغازات وفرةً في الغلاف الجوي. خامل تماماً.
اكتشاف آرغون
اكتشاف آرغون وتاريخه
شذوذ النيتروجين
بدأ اكتشاف آرغون بتناقض محيّر ظل يؤرق العلماء لأكثر من قرن. في عام 1785، أجرى Henry Cavendish (1731-1810)، النبيل والعالم البريطاني غريب الأطوار، تجربة remarkable في مختبره الخاص في كلافام كومون. وباستخدام الشرارات الكهربائية لدمج نيتروجين الغلاف الجوي مع الأكسجين، لاحظ أن فقاعة صغيرة من الغاز - تعادل نحو 1/120 من الحجم الأصلي - رفضت بعناد أن تتفاعل.
كتب Cavendish في دفتر ملاحظاته: "إذا كان هناك أي جزء من الهواء الفلوجيستي [النيتروجين] في غلافنا الجوي يختلف عن البقية، ولا يمكن اختزاله إلى حمض النيتروز، فيمكننا أن نستنتج بأمان أنه لا يتجاوز 1/120 من الكل." وقد ظلت هذه الملاحظة الاستشرافية، المدفونة في دوريات الجمعية الملكية، خاملة لأكثر من قرن.
دقة Lord Rayleigh المثابرة
واجه John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh (1842-1919) تناقضاً محيّراً في مختبره بكامبريدج خلال تسعينيات القرن التاسع عشر. فبينما كان يحاول التحقق من الأوزان الذرية بدقة غير مسبوقة، اكتشف أن النيتروجين المستخلص من الهواء يزن باستمرار 2.310 غرام لكل لتر، في حين أن النيتروجين الناتج من المركبات الكيميائية لا يزن سوى 2.297 غرام لكل لتر.
كان معظم العلماء سيرفضون هذا الفرق البالغ 0.013 غرام - أي أقل من 0.6% - باعتباره خطأً تجريبياً. لكن Rayleigh، بفضل اهتمامه المفرط بالتفاصيل، كرر القياسات عشرات المرات على مدى ثلاث سنوات. وجرب مصادر مختلفة: نيتروجيناً من أكسيد النيتريك، ونيتروجيناً من أكسيد النيتروز، ونيتروجيناً من مركبات الأمونيوم - وكانت جميعها تعطي الوزن الأخف. أما النيتروجين الجوي وحده فظل أثقل بعناد.
وبعد أن أصابه الإحباط، نشر Rayleigh رسالة في مجلة Nature في 29 سبتمبر 1892: "أشعر بحيرة كبيرة إزاء بعض النتائج الحديثة المتعلقة بكثافة النيتروجين، وسأكون ممتناً إذا استطاع أي من قرائكم الكيميائيين تقديم اقتراحات بشأن السبب."
العبقرية الكيميائية لـ William Ramsay
قرأ Sir William Ramsay (1852-1916)، الكيميائي الاسكتلندي اللامع في كلية لندن الجامعية، رسالة Rayleigh باهتمام شديد. وبما أنه اكتشف الهيليوم مؤخراً في المعادن الأرضية، فقد امتلك Ramsay الخبرة الكيميائية اللازمة لاستكمال قياسات Rayleigh الفيزيائية.
في أوائل عام 1894، بدأ Ramsay تجارب متوازية باستخدام نهج مختلف. فبدلاً من إزالة الأكسجين وبخار الماء من الهواء، حاول إزالة النيتروجين نفسه، تاركاً وراءه كل ما قد يتبقى. وباستخدام المغنيسيوم المتوهج لامتصاص النيتروجين (3Mg + N₂ → Mg₃N₂)، استهلك Ramsay تدريجياً كل النيتروجين من عينة من الهواء.
بعد أسابيع من العمل الدقيق، بقيت بقايا ثابتة - تعادل تقريباً 1% من الحجم الأصلي. ورفض هذا الغاز أن يتفاعل مع أي كاشف كيميائي جربه Ramsay: الصوديوم أو البوتاسيوم أو الفسفور أو أقوى الأحماض والقواعد.
الاختراق التعاوني
بعد أن أدركا أنهما يحققان في الظاهرة نفسها، بدأ Rayleigh وRamsay التعاون في أبريل 1894. وقد أثبتت خبرتهما المشتركة - قياسات Rayleigh الدقيقة وتخليق Ramsay الكيميائي - أنها لا تُقاوم.
وعملا في مختبرين متوازيين متصلين برسائل وبرقيات متكررة، فعزلا عينات نقية من الغاز الغامض. قاس Rayleigh كثافته: فكانت أثقل من الهيدروجين بـ 19.9 مرة، مقارنةً بـ 14.0 للنيتروجين. وحدد Ramsay طيفه: مختلفاً تماماً عن أي عنصر معروف، مع خطوط حمراء وخضراء ساطعة لم تُلاحظ من قبل.
كان الغاز خاملاً كيميائياً تماماً - فلم يُكوّن أي مركبات على الإطلاق، متحدياً النظريات المعاصرة للترابط الكيميائي. حاول Ramsay إجبار الغاز على التفاعل باستخدام كل طريقة معروفة: التفريغات الكهربائية، ودرجات الحرارة القصوى، والعوامل المؤكسدة القوية، وحتى غاز الفلور. ولم ينجح أي شيء.
تسمية العنصر "الكسول"
في 13 أغسطس 1894، أعلن Rayleigh وRamsay اكتشافهما بشكل مشترك في اجتماع الجمعية البريطانية في أكسفورد. واقترحا اسم "argon" المشتق من الكلمة اليونانية "argos" التي تعني "كسول" أو "غير نشط"، في إشارة إلى خموله الكيميائي التام.
أثار الإعلان جدلاً فورياً. فقد رفض Dmitri Mendeleev (1834-1907)، مبتكر الجدول الدوري، في البداية قبول وجود آرغون، بحجة أنه لا يمكن لأي عنصر أن يكون خاملاً تماماً. وقد تحدى الاكتشاف الافتراضات الأساسية حول الترابط الذري، وتطلب توسيع الجدول الدوري لاستيعاب الغازات النبيلة.
التحقق والتقدير
تلاشى التشكيك تدريجياً عندما كرر علماء آخرون التجارب. وفشلت محاولات Moissan لإجبار آرغون على التفاعل مع الفلور فشلاً ذريعاً، مؤكدةً خموله. وكشف التحليل الطيفي الذي أجراه William Crookes عن البصمة الذرية الفريدة لآرغون.
منحت الجمعية الملكية Rayleigh وRamsay ميدالية Davy المرموقة عام 1895. وحصل Rayleigh على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1904 "عن تحقيقاته في كثافات أهم الغازات"، بينما نال Ramsay جائزة نوبل في الكيمياء عام 1904 "عن اكتشافه العناصر الغازية الخاملة في الهواء".
فتح عائلة الغازات النبيلة
أحدث اكتشاف آرغون ثورة في الكيمياء، إذ كشف عن عائلة جديدة تماماً من العناصر. واكتشف Ramsay لاحقاً الهيليوم (1895)، والنيون (1898)، والكريبتون (1898)، والزينون (1898)، مؤسساً مجموعة الغازات النبيلة.
وأجبر هذا العمل على إجراء مراجعة كاملة للجدول الدوري، بإضافة المجموعة 18 (المجموعة 0 سابقاً)، وأظهر أن نظام Mendeleev يستطيع استيعاب عناصر غير متوقعة تماماً. كما أثبت الاكتشاف قوة القياس الدقيق - فقد أدى فرق في الكثافة قدره 0.6% إلى اكتشافات أساسية حول البنية الذرية.
التطوير الصناعي
بدأ الإنتاج التجاري لآرغون في أوائل القرن العشرين مع تطوير تقنية تسييل الهواء. وقد عُدّلت مصانع فصل الهواء التابعة لـ Carl von Linde (1842-1934)، التي صُممت أصلاً لإنتاج الأكسجين، لاستخراج آرغون بوصفه ناتجاً ثانوياً قيّماً.
وكان Georges Claude (1870-1960) رائداً في التطبيقات الصناعية، إذ استخدم آرغون في الإضاءة الكهربائية المبكرة، وأرسى أساس صناعات الغازات الصناعية الحديثة. وبحلول عام 1930، كانت شركات مثل L'Air Liquide وLinde تنتج آلاف الأطنان من آرغون سنوياً لتطبيقات اللحام والصناعات الفلزية الناشئة.