アルゴンとは何ですか？
アルゴン（記号Ar）は周期表の元素18で、3周期、18族の希ガスです。 空気中で3番目に多い気体であり、その空気の成分とはまったく反応しようとしません。 室温では気体です。
物語
アルゴンとは何か、そしてどのように発見されたか
大気中で3番目に豊富な気体です。完全に不活性です。
アルゴンの発見
アルゴンの発見と歴史
窒素の異常
アルゴンの発見は、1世紀以上にわたって科学者たちを悩ませる、不可解な不一致から始まりました。1785年、Henry Cavendish（1731-1810）は、風変わりなイギリスの貴族であり科学者でもありましたが、Clapham Commonにある私設ラボで注目すべき実験を行いました。電気火花を使って大気中の窒素と酸素を結合させたところ、元の体積のおよそ1/120にあたるごく小さな気体の泡が、頑固に反応しないことに気づきました。
Cavendishはノートに次のように記しました。「もし大気中のフロギストン化された空気［窒素］の一部に、他の部分とは異なり、硝酸に変化させられないものがあるなら、それは全体の1/120を超えないと安全に結論づけられるでしょう。」この先見的な観察は、Royal SocietyのPhilosophical Transactionsに埋もれ、1世紀以上にわたって眠り続けることになりました。
Lord Rayleighの執拗な精密測定
John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh（1842-1919）は、1890年代、Cambridgeのラボで苛立たしい矛盾に直面しました。前例のない精度で原子量を検証しようとしていたとき、空気から取り出した窒素は一貫して1リットルあたり2.310グラムである一方、化合物から生成した窒素は1リットルあたりわずか2.297グラムであることを発見したのです。
この0.013グラムの差は0.6%未満であり、ほとんどの科学者なら実験上のエラーとして退けたでしょう。しかし、細部に執拗なまでに注意を払うRayleighは、3年にわたり数十回測定を繰り返しました。彼はさまざまな供給源を試しました。酸化窒素から得た窒素、亜酸化窒素から得た窒素、アンモニウム化合物から得た窒素は、すべて軽い値を示しました。頑固に重いままだったのは、大気中の窒素だけでした。
困惑したRayleighは、1892年9月29日、Nature誌に次の手紙を発表しました。「窒素の密度に関する最近のいくつかの結果に大いに困惑しており、その原因について何らかの示唆をいただければ幸いです。」
William Ramsayの化学的才能
University College Londonの優れたスコットランド人化学者であるSir William Ramsay（1852-1916）は、Rayleighの手紙を強い関心を持って読みました。最近、地上の鉱物中からヘリウムを発見していたRamsayには、Rayleighの物理測定を補完する化学的専門知識がありました。
1894年初頭、Ramsayは異なる方法で並行実験を始めました。空気から酸素と水蒸気を取り除く代わりに、窒素そのものを取り除き、残るものを調べようとしたのです。赤熱したマグネシウムを使って窒素を吸収させ（3Mg + N₂ → Mg₃N₂）、Ramsayは空気試料から窒素を徐々にすべて消費させました。
数週間にわたる慎重な作業の後、元の体積のおよそ1%にあたる残留物が残りました。この気体は、Ramsayが試したどの化学試薬とも反応しませんでした。ナトリウム、カリウム、リン、さらには最も強力な酸や塩基でも反応しなかったのです。
共同研究による突破口
同じ現象を研究していることに気づいたRayleighとRamsayは、1894年4月に共同研究を始めました。Rayleighの精密測定とRamsayの化学合成という、2人の専門知識の組み合わせは、まさに無敵でした。
頻繁な手紙や電報で結ばれた並行ラボで作業し、2人は謎の気体の純粋な試料を単離しました。Rayleighはその密度を測定し、水素の19.9倍の重さであることを明らかにしました。窒素は14.0倍でした。Ramsayはそのスペクトルを調べ、既知のどの元素とも完全に異なり、それまで観測されたことのない鮮やかな赤と緑の線を持つことを確認しました。
その気体は完全に化学的に不活性で、化合物をまったく形成しませんでした。これは当時の化学結合に関する理論に反するものでした。Ramsayは、電気放電、極端な高温、強力な酸化剤、さらにはフッ素ガスまで、既知のあらゆる方法を使って反応を起こそうとしました。しかし、何も成功しませんでした。
「怠け者」の元素の命名
1894年8月13日、Oxfordで開かれたBritish Associationの会議で、RayleighとRamsayは共同で発見を発表しました。2人は、完全な化学的不活性さを表すため、ギリシャ語の「argos」（「怠けた」または「不活性な」を意味する）に由来する「argon」という名称を提案しました。
この発表はすぐに論争を引き起こしました。周期表の創始者であるDmitri Mendeleev（1834-1907）は当初、アルゴンの存在を認めようとせず、完全に不活性な元素など存在し得ないと主張しました。この発見は、原子結合に関する基本的な前提に疑問を投げかけ、希ガスを収めるために周期表を拡張する必要を生じさせました。
検証と評価
他の科学者たちが実験を再現すると、懐疑論は徐々に消えていきました。Moissanがフッ素との反応を無理に起こそうとした試みは見事に失敗し、アルゴンの不活性さが確認されました。William Crookesの分光分析は、アルゴン固有の原子の特徴を明らかにしました。
Royal Societyは1895年、RayleighとRamsayに権威あるDavy Medalを授与しました。Rayleighは「最も重要な気体の密度に関する研究」により1904年のノーベル物理学賞を受賞し、Ramsayは「空気中の不活性な気体元素の発見」により1904年のノーベル化学賞を受賞しました。
希ガスの族の誕生
アルゴンの発見は、まったく新しい元素の族の存在を明らかにし、化学に革命をもたらしました。その後Ramsayは、ヘリウム（1895年）、ネオン（1898年）、クリプトン（1898年）、キセノン（1898年）を発見し、希ガス族を確立しました。
この研究によって周期表は全面的な改訂を迫られ、18族（旧0族）が追加されました。また、Mendeleevの体系が、まったく予想外の元素を収容できることも示されました。この発見は精密測定の力も実証しました。わずか0.6%の密度差が、原子構造に関する根本的な発見につながったのです。
産業発展
商業的なアルゴン生産は、空気液化技術の発展とともに20世紀初頭に始まりました。もともと酸素生産用に設計されたCarl von Linde（1842-1934）の空気分離プラントは、価値ある副産物としてアルゴンを取り出せるよう改良されました。
Georges Claude（1870-1960）は産業用途の先駆者となり、初期の電灯にアルゴンを使用するとともに、現代の産業ガス産業の基礎を築きました。1930年までには、L'Air LiquideやLindeなどの企業が、発展しつつあった溶接や冶金用途向けに、年間数千トンのアルゴンを生産していました。