What is Аргон?
Аргон (symbol Ar) is element 18 on the periodic table, a благородный газ 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.
История
Что такое аргон и как его обнаружили
Третий по распространённости газ в атмосфере. Полностью инертен.
The discovery of аргон
Открытие и история Аргона
Аномалия азота
Открытие аргона началось с загадочного несоответствия, которое более века не давало покоя учёным. В 1785 году Henry Cavendish (1731-1810), эксцентричный британский аристократ и учёный, провёл удивительный эксперимент в своей частной лаборатории в Клэпем-Коммон. Используя электрические искры для соединения атмосферного азота с кислородом, он заметил, что крошечный пузырёк газа — примерно 1/120 первоначального объёма — упорно отказывался вступать в реакцию.
В своей записной книжке Cavendish написал: «Если какая-либо часть флогистонированного воздуха [азота] нашей атмосферы отличается от остального и не может быть превращена в азотную кислоту, можно с уверенностью заключить, что её не более 1/120 всей массы». Это пророческое наблюдение, опубликованное в Philosophical Transactions of the Royal Society, оставалось забытым более века.
Настойчивые и точные измерения Lord Rayleigh
John William Strutt, 3rd Baron Rayleigh (1842-1919) столкнулся с досадным противоречием в своей Кембриджской лаборатории в 1890-х годах. Пытаясь с беспрецедентной точностью проверить атомные массы, он обнаружил, что азот, выделенный из воздуха, неизменно весил 2.310 грамма на литр, тогда как азот, полученный из химических соединений, весил всего 2.297 грамма на литр.
Эта разница в 0.013 грамма — менее 0.6% — была бы отвергнута большинством учёных как экспериментальная ошибка. Но Rayleigh, уделявший навязчивое внимание деталям, повторял измерения десятки раз в течение трёх лет. Он проверил разные источники: азот из оксида азота, азот из закиси азота, азот из соединений аммония — все они давали меньшую массу. Только атмосферный азот упорно оставался более тяжёлым.
Разочарованный Rayleigh опубликовал письмо в журнале Nature 29 сентября 1892 года: «Я озадачен некоторыми недавними результатами, касающимися плотности азота, и буду признателен, если кто-либо из ваших читателей-химиков сможет высказать предположения о причине этого».
Химический гений William Ramsay
Sir William Ramsay (1852-1916), выдающийся шотландский химик из University College London, прочитал письмо Rayleigh с большим интересом. Недавно открыв гелий в земных минералах, Ramsay обладал химическими знаниями, дополнявшими физические измерения Rayleigh.
В начале 1894 года Ramsay начал параллельные эксперименты, используя другой подход. Вместо удаления из воздуха кислорода и водяного пара он попытался удалить сам азот, оставив всё, что могло остаться. Используя раскалённый магний для поглощения азота (3Mg + N₂ → Mg₃N₂), Ramsay постепенно удалил весь азот из образца воздуха.
После нескольких недель тщательной работы остался стойкий остаток — приблизительно 1% первоначального объёма. Этот газ отказывался вступать в реакцию с любым химическим реагентом, который пробовал Ramsay: натрием, калием, фосфором или самыми активными кислотами и основаниями.
Совместный прорыв
Поняв, что исследуют одно и то же явление, Rayleigh и Ramsay начали сотрудничать в апреле 1894 года. Их объединённые знания — точные измерения Rayleigh и химический синтез Ramsay — оказались непреодолимой силой.
Работая в параллельных лабораториях и постоянно обмениваясь письмами и телеграммами, они выделили чистые образцы загадочного газа. Rayleigh измерил его плотность: газ был в 19.9 раза тяжелее водорода по сравнению с 14.0 у азота. Ramsay определил его спектр: он полностью отличался от спектра любого известного элемента, демонстрируя яркие красные и зелёные линии, которые прежде никто не наблюдал.
Газ оказался полностью химически инертным — он вообще не образовывал соединений, опровергая существовавшие тогда теории химической связи. Ramsay пытался вызвать реакции всеми известными способами: электрическими разрядами, экстремальными температурами, сильными окислителями и даже газообразным фтором. Ничего не помогало.
Название «ленивого» элемента
13 августа 1894 года на заседании British Association в Оксфорде Rayleigh и Ramsay совместно объявили о своём открытии. Они предложили название «аргон», происходящее от греческого «argos» и означающее «ленивый» или «неактивный», имея в виду его полную химическую инертность.
Это объявление сразу вызвало споры. Dmitri Mendeleev (1834-1907), создатель периодической таблицы, сначала отказался признать существование аргона, утверждая, что ни один элемент не может быть полностью инертным. Открытие поставило под сомнение фундаментальные представления об атомной связи и потребовало расширить периодическую таблицу, чтобы разместить в ней благородные газы.
Подтверждение и признание
Скептицизм постепенно исчезал, когда другие учёные повторяли эксперименты. Попытки Moissan заставить аргон реагировать с фтором с треском провалились, подтвердив его инертность. Спектроскопический анализ William Crookes выявил уникальный атомный признак аргона.
В 1895 году Royal Society наградило Rayleigh и Ramsay престижной медалью Davy. Rayleigh получил Нобелевскую премию по физике 1904 года «за исследования плотности важнейших газов», а Ramsay — Нобелевскую премию по химии 1904 года «за открытие инертных газообразных элементов в воздухе».
Начало семейства благородных газов
Открытие аргона произвело революцию в химии, выявив совершенно новое семейство элементов. Впоследствии Ramsay открыл гелий (1895), неон (1898), криптон (1898) и ксенон (1898), создав группу благородных газов.
Эта работа потребовала полного пересмотра периодической таблицы: была добавлена группа 18 (ранее группа 0), и стало очевидно, что система Mendeleev способна вместить совершенно неожиданные элементы. Открытие также подтвердило силу точных измерений — разница в плотности 0.6% привела к фундаментальным открытиям в области строения атома.
Промышленное развитие
Промышленное производство аргона началось в начале XX века с развитием технологии сжижения воздуха. Воздухоразделительные установки Carl von Linde (1842-1934), первоначально предназначенные для производства кислорода, были переоборудованы для извлечения аргона как ценного побочного продукта.
Georges Claude (1870-1960) стал пионером промышленного применения, используя аргон в первых электрических осветительных приборах и заложив основу современной промышленности технических газов. К 1930 году такие компании, как L'Air Liquide и Linde, ежегодно производили тысячи тонн аргона для развивавшихся сварочной и металлургической отраслей.