What is アルゴン?
アルゴン (symbol Ar) is element 18 on the periodic table, a 希ガス 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.
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。
The discovery of アルゴン
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、不可解な食い違いから始まりました。1785年、Henry Cavendish（1731-1810）は、風変わりな英国の貴族であり科学者でもありました。Clapham Commonの私設ラボで、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にあたる気体の小さな泡が、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。「もし私たちの大気中のフロギストン化空気［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。」この予言的な観察は、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す。
Lord Rayleighの粘り強い精密測定
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1リットルあたり2.310グラムだったのに対し、化合物から生成した窒素はわずか2.297グラムでした。
この0.013グラムの差は0.6%未満であり、多くの科学者なら実験誤差として退けていたでしょう。しかし、細部に異常なほど注意を払うRayleighは、3年にわたって何十回も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。酸化窒素からの窒素、亜酸化窒素からの窒素、アンモニウム化合物からの窒素は、すべて軽い値を示しました。大気中の窒素だけが、頑固に重いままでした。
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提案をしていただける化学分野の読者がいればありがたく思います。」
William Ramsayの化学的才能
Sir William Ramsay（1852-1916）は、University College Londonで活躍する才能あるスコットランド人化学者で、Rayleighの手紙を強い関心を持って読みました。地上の鉱物中にヘリウムを発見したばかりだったRamsayは、Rayleighの物理的な測定を補完する化学的専門知識を備えていました。
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、何が残るかを調べようとしました。赤熱したマグネシウムを使って窒素を吸収させ（3Mg + N₂ → Mg₃N₂）、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、粘り強く残る残留物がありました。元の体積のおよそ1%です。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、さらに最も強力な酸や塩基でも反応しませんでした。
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、止めることのできない力となりました。
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分離しました。Rayleighはその密度を測定しました。水素の19.9倍の重さで、窒素の14.0倍を上回っていました。Ramsayはそのスペクトルを調べました。既知のどの元素ともまったく異なり、それまで観測されたことのない鮮やかな赤色と緑色の線を示しました。
その気体は完全に化学的に不活性で、いかなる化合物も形成しませんでした。当時の化学結合の理論に反する性質です。Ramsayは、電気放電、極端な温度、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、何も機能しませんでした。
「怠惰な」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を表すため、「怠惰」または「不活発」を意味するギリシャ語の「argos」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。Dmitri Mendeleev（1834-1907）は、周期表を作った人物ですが、当初アルゴンの存在を認めようとしませんでした。どの元素も完全に不活性になることはありえないと主張したのです。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、希ガスを組み入れ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、懐疑論は徐々に薄れていきました。Moissanがフッ素との反応をアルゴンに起こそうとした試みは見事に失敗し、その不活性さが確認されました。William Crookesの分光分析は、アルゴン特有の原子の特徴を明らかにしました。
Royal Societyは1895年、RayleighとRamsayに栄誉ある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。
希ガス族の幕開け
アルゴンの発見は、まったく新しい元素の一族を明らかにし、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。
この研究により、周期表は全面的な改訂を迫られ、Group 18（以前のGroup 0）が加えられました。また、Mendeleevの体系が、まったく予想外の元素も組み入れられることが示されました。この発見は、精密測定の力も裏付けました。密度の0.6%の差が、原子構造に関する根本的な発見につながったのです。
産業利用の発展
アルゴンの商業生産は、空気液化技術の発展に伴い、20世紀初頭に始まりました。もともと酸素の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造されました。
Georges Claude（1870-1960）は産業利用の先駆者となり、初期の電灯にアルゴンを使用するとともに、現代の産業用ガス産業の基盤を築きました。1930年までには、L'Air LiquideやLindeなどの企業が、新たに発展しつつあった溶接や冶金への利用向けに、年間数千トンのアルゴンを生産していました。