What is آرغون?
آرغون (symbol Ar) is element 18 on the periodic table, a غاز نبيل in period 3, group 18. The third most common gas in the air, and completely uninterested in reacting with any of it. At room temperature it is a gas.
القصة
ما هو آرغون، وكيف اكتشفناه
ثالث أكثر الغازات وفرةً في الغلاف الجوي. خامل تماماً.
The discovery of آرغون
اكتشاف آرغون وتاريخه
شذوذ النيتروجين
بدأ اكتشاف آرغون بتناقض محيّر ظل يؤرّق العلماء لأكثر من قرن. في عام 1785، أجرى Henry Cavendish (1731-1810)، النبيل والعالِم البريطاني غريب الأطوار، تجربة لافتة في مختبره الخاص في كلافام كومون. وباستخدام الشرارات الكهربائية لدمج نيتروجين الغلاف الجوي مع الأكسجين، لاحظ أن فقاعة صغيرة من الغاز - تعادل تقريباً 1/120 من الحجم الأصلي - رفضت التفاعل بعناد.
كتب Cavendish في دفتر ملاحظاته: "إذا كان هناك أي جزء من الهواء الفلوجستي [النيتروجين] في غلافنا الجوي يختلف عن البقية ولا يمكن اختزاله إلى حمض النتروز، فيمكننا أن نستنتج بأمان أنه لا يتجاوز 1/120 من الكل." وظلت هذه الملاحظة النبوئية، المدفونة في دوريات الجمعية الملكية، خاملة لأكثر من قرن.
دقة اللورد رايلي المثابرة
واجه John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh (1842-1919) تناقضاً محيّراً في مختبره بكامبريدج خلال تسعينيات القرن التاسع عشر. وأثناء محاولته 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 رايلي، باهتمامه الدقيق المفرط بالتفاصيل، كرر القياسات عشرات المرات على مدى ثلاث سنوات. وجرب مصادر مختلفة: النيتروجين من أكسيد النتريك، والنيتروجين من أكسيد النيتروز، والنيتروجين من مركبات الأمونيوم - فأعطت جميعها الوزن الأخف. أما النيتروجين الجوي وحده فظل أثقل بعناد.
وبعد أن أصابه الإحباط، نشر رايلي رسالة في مجلة Nature في 29 سبتمبر 1892: "إنني في حيرة كبيرة من 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 الإسكتلندي اللامع في كلية لندن الجامعية، رسالة رايلي باهتمام بالغ. وبما أنه اكتشف الهيليوم مؤخراً في المعادن الأرضية، امتلك Ramsay الخبرة الكيميائية اللازمة لتكمّل قياسات رايلي 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 يبقى. وباستخدام المغنيسيوم المتوهج لامتصاص النيتروجين (3Mg + N₂ → Mg₃N₂)، استهلك Ramsay تدريجياً كل النيتروجين الموجود في عينة من الهواء.
وبعد أسابيع من العمل الدقيق، بقيت بقايا مستمرة - تعادل تقريباً 1% من الحجم الأصلي. ورفض هذا الغاز التفاعل 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 رايلي وRamsay التعاون في أبريل 1894. وقد أثبتت خبرتهما المشتركة - قياسات رايلي الدقيقة وتخليق Ramsay الكيميائي - أنها لا تُقهر.
وعملا في مختبرين متوازيين يتصلان بالرسائل والبرقيات المتكررة، فعزلا عينات نقية من الغاز الغامض. قاس رايلي كثافته: فكانت أثقل من الهيدروجين بـ 19.9 مرة، مقارنةً بـ 14.0 للنيتروجين. وحدد Ramsay طيفه: كان مختلفاً تماماً عن أي عنصر معروف، إذ ظهرت فيه خطوط حمراء وخضراء لامعة لم تُرصد من قبل.
كان الغاز خاملاً كيميائياً تماماً - فلم يُكوّن أي مركبات على الإطلاق، متحدياً النظريات المعاصرة للترابط الكيميائي. وحاول Ramsay إجباره على التفاعل باستخدام كل طريقة معروفة: التفريغات الكهربائية، ودرجات الحرارة القصوى، والعوامل المؤكسدة القوية، وحتى غاز الفلور. لكن لم ينجح شيء.
تسمية العنصر "الكسول"
في 13 أغسطس 1894، أعلن رايلي وRamsay اكتشافهما معاً في اجتماع الجمعية البريطانية في أكسفورد. واقترحا اسم "argon" من الكلمة اليونانية "argos" التي تعني "كسول" أو "خامل"، في إشارة إلى خموله الكيميائي الكامل.
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. وتحدى الاكتشاف الافتراضات الأساسية حول الترابط الذري، وتطلب توسيع الجدول الدوري لاستيعاب الغازات النبيلة.
التحقق والتقدير
تلاشت الشكوك تدريجياً بعدما كرر علماء آخرون التجارب. وفشلت محاولات Moissan's لإجبار آرغون على التفاعل مع الفلور فشلاً ذريعاً، مؤكدةً خموله. وكشف التحليل الطيفي الذي أجراه William Crookes's عن البصمة الذرية الفريدة لآرغون.
منحت الجمعية الملكية رايلي وRamsay ميدالية ديفي المرموقة في عام 1895. وحصل رايلي على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1904 "عن أبحاثه في كثافات أهم الغازات"، بينما حصل Ramsay على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 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 شاملة للجدول الدوري، بإضافة المجموعة 18 (المعروفة سابقاً بالمجموعة 0)، وأثبت أن نظام مندليف قادر على استيعاب عناصر غير متوقعة تماماً. كما أكد الاكتشاف قوة القياس الدقيق - فقد أدى اختلاف 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. وعُدّلت مصانع فصل الهواء التابعة لـ Carl von Linde's (1842-1934)، التي صُممت أصلاً لإنتاج الأكسجين، لاستخراج آرغون بوصفه منتجاً ثانوياً قيّماً.
كان 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 والتعدين الناشئة.