What is Argon?
Argon (symbol Ar) is element 18 on the periodic table, a edelgas 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.
Die Geschichte
Was argon ist und wie wir es entdeckt haben
Dritthäufigstes Gas in der Atmosphäre. Vollständig inert.
The discovery of argon
Die Entdeckung und Geschichte von Argon
Die Stickstoffanomalie
Die Entdeckung von Argon begann mit einer rätselhaften Abweichung, die Wissenschaftler über ein Jahrhundert lang beschäftigen sollte. Im Jahr 1785 führte Henry Cavendish (1731-1810), der exzentrische britische Adelige und Wissenschaftler, in seinem privaten Labor am Clapham Common ein bemerkenswertes Experiment durch. Mithilfe elektrischer Funken, um atmosphärischen Stickstoff mit Sauerstoff zu verbinden, bemerkte er, dass sich eine winzige Gasblase – ungefähr 1/120 des ursprünglichen Volumens – hartnäckig weigerte zu reagieren.
Cavendish schrieb in sein Notizbuch: "Wenn es irgendeinen Teil der phlogistisierten Luft [Stickstoff] unserer Atmosphäre gibt, der sich vom Rest unterscheidet und nicht zu Salpetersäure reduziert werden kann, können wir sicher schlussfolgern, dass er nicht mehr als 1/120 des Ganzen ausmacht." Diese prophetische Beobachtung, verborgen in den Philosophical Transactions der Royal Society, sollte über ein Jahrhundert lang unbeachtet bleiben.
Lord Rayleighs beharrliche Präzision
John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh (1842-1919) sah sich in den 1890er-Jahren in seinem Labor in Cambridge mit einem frustrierenden Widerspruch konfrontiert. Bei dem Versuch, Atommassen mit beispielloser Präzision zu überprüfen, entdeckte er, dass aus Luft gewonnener Stickstoff stets 2.310 Gramm pro Liter wog, während aus chemischen Verbindungen hergestellter Stickstoff nur 2.297 Gramm pro Liter wog.
Dieser Unterschied von 0.013 Gramm – weniger als 0.6 % – wäre von den meisten Wissenschaftlern als experimenteller Fehler abgetan worden. Doch Rayleigh wiederholte die Messungen aufgrund seiner obsessiven Liebe zum Detail über drei Jahre hinweg Dutzende Male. Er versuchte es mit verschiedenen Quellen: Stickstoff aus Stickstoffmonoxid, Stickstoff aus Distickstoffmonoxid und Stickstoff aus Ammoniumverbindungen – alle ergaben das geringere Gewicht. Nur der atmosphärische Stickstoff blieb hartnäckig schwerer.
Frustriert veröffentlichte Rayleigh am 29. September 1892 einen Brief in der Zeitschrift Nature: "Einige jüngste Ergebnisse zur Dichte von Stickstoff bereiten mir große Rätsel, und ich wäre dankbar, wenn einer Ihrer chemischen Leser Vorschläge zur Ursache machen könnte."
William Ramsays chemisches Genie
Sir William Ramsay (1852-1916), der brillante schottische Chemiker am University College London, las Rayleighs Brief mit großem Interesse. Nachdem Ramsay kürzlich Helium in irdischen Mineralien entdeckt hatte, verfügte er über die chemische Fachkenntnis, die Rayleighs physikalische Messungen ergänzen konnte.
Anfang 1894 begann Ramsay mit parallelen Experimenten nach einem anderen Ansatz. Statt Sauerstoff und Wasserdampf aus der Luft zu entfernen, versuchte er, den Stickstoff selbst zu entfernen und alles Übrige zurückzulassen. Mit glühend heißem Magnesium, das Stickstoff absorbiert (3Mg + N₂ → Mg₃N₂), entzog Ramsay einer Luftprobe nach und nach den gesamten Stickstoff.
Nach wochenlanger sorgfältiger Arbeit blieb ein beständiger Rückstand zurück – ungefähr 1 % des ursprünglichen Volumens. Dieses Gas weigerte sich, mit jedem von Ramsay erprobten chemischen Reagenz zu reagieren: Natrium, Kalium, Phosphor oder den stärksten Säuren und Basen.
Der gemeinsame Durchbruch
Als Rayleigh und Ramsay erkannten, dass sie dasselbe Phänomen untersuchten, begannen sie im April 1894 zusammenzuarbeiten. Ihre vereinten Fachkenntnisse – Rayleighs präzise Messungen und Ramsays chemische Synthese – erwiesen sich als unschlagbar.
In parallelen Laboren, die durch häufige Briefe und Telegramme verbunden waren, isolierten sie reine Proben des rätselhaften Gases. Rayleigh bestimmte dessen Dichte: 19.9-mal schwerer als Wasserstoff, verglichen mit 14.0 bei Stickstoff. Ramsay bestimmte sein Spektrum: völlig anders als das jedes bekannten Elements, mit leuchtend roten und grünen Linien, die nie zuvor beobachtet worden waren.
Das Gas war chemisch völlig inert – es bildete keinerlei Verbindungen und widersetzte sich den zeitgenössischen Theorien der chemischen Bindung. Ramsay versuchte, mithilfe jeder bekannten Methode Reaktionen zu erzwingen: elektrische Entladungen, extreme Temperaturen, starke Oxidationsmittel und sogar gasförmiges Fluor. Nichts funktionierte.
Die Benennung des „faulen“ Elements
Am 13. August 1894 gaben Rayleigh und Ramsay bei der Versammlung der British Association in Oxford gemeinsam ihre Entdeckung bekannt. Sie schlugen den Namen „Argon“ vor, abgeleitet vom griechischen „argos“, was „faul“ oder „untätig“ bedeutet und sich auf seine vollständige chemische Inertheit bezieht.
Die Bekanntgabe löste sofort Kontroversen aus. Dmitri Mendeleev (1834-1907), der Schöpfer des Periodensystems, weigerte sich zunächst, die Existenz von Argon anzuerkennen, da er argumentierte, kein Element könne völlig inert sein. Die Entdeckung stellte grundlegende Annahmen über die Atombindung infrage und erforderte eine Erweiterung des Periodensystems, um Edelgase aufzunehmen.
Bestätigung und Anerkennung
Die Skepsis löste sich allmählich auf, als andere Wissenschaftler die Experimente wiederholten. Moissans Versuche, Argon mit Fluor zur Reaktion zu zwingen, scheiterten spektakulär und bestätigten seine Inertheit. William Crookes' spektroskopische Analyse enthüllte Argons einzigartige atomare Signatur.
Die Royal Society verlieh Rayleigh und Ramsay 1895 die angesehene Davy-Medaille. Rayleigh erhielt 1904 den Nobelpreis für Physik „für seine Untersuchungen der Dichten der wichtigsten Gase“, während Ramsay 1904 den Nobelpreis für Chemie „für seine Entdeckung der in der Luft enthaltenen inerten gasförmigen Elemente“ erhielt.
Die Eröffnung der Edelgasfamilie
Die Entdeckung von Argon revolutionierte die Chemie, indem sie eine völlig neue Familie von Elementen enthüllte. Ramsay entdeckte anschließend Helium (1895), Neon (1898), Krypton (1898) und Xenon (1898) und etablierte damit die Edelgasgruppe.
Diese Arbeit erzwang eine vollständige Überarbeitung des Periodensystems, indem sie Gruppe 18 (früher Gruppe 0) hinzufügte und zeigte, dass Mendeleevs System völlig unerwartete Elemente aufnehmen konnte. Die Entdeckung bestätigte außerdem die Bedeutung präziser Messungen – ein Dichteunterschied von 0.6 % führte zu grundlegenden Erkenntnissen über die Atomstruktur.
Industrielle Entwicklung
Die kommerzielle Argonproduktion begann im frühen 20. Jahrhundert mit der Entwicklung der Luftverflüssigungstechnik. Die Luftzerlegungsanlagen von Carl von Linde (1842-1934), die ursprünglich für die Sauerstoffproduktion entwickelt worden waren, wurden angepasst, um Argon als wertvolles Nebenprodukt zu gewinnen.
Georges Claude (1870-1960) war ein Pionier der industriellen Anwendungen, setzte Argon in der frühen elektrischen Beleuchtung ein und legte den Grundstein für die moderne Industriegasindustrie. Bis 1930 produzierten Unternehmen wie L'Air Liquide und Linde jährlich Tausende Tonnen Argon für die aufkommenden Anwendungen in Schweißtechnik und Metallurgie.