在化學(xué)界中,惰性氣體有五種,叫作氦氖氬氪氙氡。它們生性懶惰,幾乎很少和其它物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應。這里提到的氬氣是一種無(wú)色、無(wú)味的單原子氣體,它的密度是空氣的1.4倍,是氦氣的10倍,氬元素的英文名字是"argon",這個(gè)名稱(chēng)源自于希臘語(yǔ),意思是“懶惰的”、“不活躍的”,給它起了這個(gè)名字是因為它幾乎不進(jìn)行化學(xué)反應。因為氬在原子外部殼層是完整的八隅體(有8個(gè)電子),這就讓它變得無(wú)比穩定,自給自足的電子已經(jīng)夠用了,還跟其它元素搞什么毛線(xiàn)?因此,在常溫下它拒絕與任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應。哪怕是經(jīng)歷高溫,它的化學(xué)性質(zhì)也很是穩定。
氬氣在空氣中的含量是很多的,在大氣中氬占了0.934%(體積比,大約9340 ppmv)。我們都知道,在空氣中,含量最多的是氮氣,大約是78.09%。其次是氧氣,大約是20.95%。排在第三名的就是氬氣了,占了0.934%。所以,我們每天在呼吸空氣的時(shí)候同時(shí)也呼吸著(zhù)氬氣,只不過(guò),怎么吸進(jìn)來(lái),又怎么呼出去了。由于氬氣比空氣重很多,于是和二氧化碳一樣,泄露的時(shí)候,它們很喜歡待在低洼的地方。我們看關(guān)于盜墓的小說(shuō),那些盜墓賊都是先把一只用繩子拴著(zhù)的雞放進(jìn)墓穴,過(guò)一段時(shí)間在拉出來(lái)看,如果還活著(zhù),就說(shuō)明里面有空氣,可以下去;如果死了,就必須要先通風(fēng),不然會(huì )被憋死的。我懷疑墓穴里面除了二氧化碳,可能還會(huì )有很多的氬氣。
那么,問(wèn)題來(lái)了,既然二氧化碳和氬氣都比空氣重,它們?yōu)槭裁礇](méi)有沉積到地面上,把我們這些需要吸氧的生物活活憋死呢?
原來(lái),在空氣中的氮氣、氧氣、氬氣都是分散的,分散成一個(gè)個(gè)獨立的分子在空中運動(dòng)。這些化身為分子的氣體,在運動(dòng)中很容易發(fā)生彼此間的碰撞,一次碰撞就會(huì )完全改變了它的運動(dòng)狀態(tài)。在大氣內部,這些像無(wú)頭蒼蠅一樣胡亂碰撞的氣體幾乎忽略了壓強、浮力的概念??諝庵袩o(wú)數氣體分子,它們體積很小,卻具有足夠大的動(dòng)能,在空中可以向任意方向運動(dòng)。當然,它們在相互碰撞彼此交換著(zhù)能量,當溫度降到很低,或者壓力山大的時(shí)候,它們的能量就會(huì )降低,活動(dòng)也會(huì )受到限制,結果就是變成了液態(tài),甚至固態(tài)。一般來(lái)說(shuō),在一個(gè)距離地面相當大的空間范圍內,地面上空的空氣組成基本上是均勻的。不會(huì )因為氬氣和二氧化碳分子比空氣中的氧氣更重而積聚在地面附近,使我們人類(lèi)和其它生物都生活在氬氣或二氧化碳之中,因無(wú)法呼吸到氧氣而死亡
氬氣有什么用處呢?
在特殊金屬如鋁、鎂、銅及其合金和不銹鋼的焊接時(shí),往往需要用氬氣作為焊接保護氣,防止焊接件被空氣氧化或氮化。這就叫做氬弧焊。
此外,氬氣還可以用作精密儀器的滅火器。避免它們被氧氣和二氧化碳污染。
在通電狀態(tài)下,氬氣能發(fā)出藍紫光。因此,把氬和其它幾種能發(fā)出顏色的氣體一起充入燈泡,霓虹燈就是這樣制作出來(lái)的。
窗戶(hù)的雙層玻璃也可以充氬。高層大廈的窗戶(hù)一般需要安裝中空玻璃,玻璃之間充入氬氣,能夠隔絕一些外界的熱量,從而大大降低窗戶(hù)玻璃的導熱效率。住在里面,可以減少熱量損失。據媒體報道,高鐵的玻璃也是雙層充氬氣的。
氬在醫學(xué)中也有應用,就是氬氣刀。氬氣刀是利用氬在高頻電流的作用下發(fā)生電離,而后產(chǎn)生的氬等離子體具有導電性,可以把電流從高頻輸出電極導向組織。這種方法既能避免電極和組織直接接觸,又能保證電流可以靈活地進(jìn)入組織的每一個(gè)角落。高頻電流接觸組織后,將通過(guò)熱效應使組織失活和凝固。主要用于治療腫瘤。
此外,氬氣被廣泛應用在煉鋼工業(yè)上。
在鋼包精煉LF爐中,通過(guò)透氣磚向熔融的鋼水中吹入氬氣,使鋼水成份均勻,鋼液凈化,并可除掉溶解在鋼水中的氫、氧、氮等氣體雜質(zhì),并攪拌鋼水使其保持恒定的溫度和成分,提高鋼坯質(zhì)量。
氬氣用在RH精煉。氬氣進(jìn)入鋼包內部,在噴吹過(guò)程中去除不必要的可溶性氣體。
氬氣還可以用于氬-氧脫碳工藝(AOD),配套的還有VOD鋼包精煉,這種工藝廣泛用于不銹鋼生產(chǎn),去除一氧化碳等氣體并減少金屬鉻的損失,縮短吹煉時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。
在品種鋼澆鋼過(guò)程中,氬氣保護可以防止鋼水被空氣中的氧氣和氮氣污染,從而使鑄坯更加純凈。
氬氣還被廣泛用于特種金屬的冶煉:鋰、鈹、鈾、钚、鈦、鋯、鉿、鈮、鉭等原子核及空間工業(yè)方面所需的稀有金屬進(jìn)行還原反應時(shí),要用氬氣作環(huán)境氣體。半導體材料硅、鍺的精煉和單晶的制備過(guò)程中,也要用氬氣作環(huán)境氣體,以保護晶體順利長(cháng)大。