氬氣

氬氣

氬氣一種稀有氣體。用作電弧焊接(切割)不鏽鋼、鎂、鋁、和其它合金的保護氣體。還用於鋼鐵、鋁、鈦和鋯的冶煉中。放電時氬發出紫色輝光,又用於照明技術和填充日光燈、光電管、照明管等。在釀酒的過程中,啤酒桶里的填充物,它可以把氧氣置換,以避免啤酒桶里的原料被氧化成乙酸。熱處理工藝也用於代替氮氣和氨氣,效果更是超過氮氣和氨氣,不鏽鋼熱處理時採用氬氣保護折彎效果更好不易斷裂。

基本信息

人體危害

氬氣氬氣

健康危害:普通大氣壓下無毒。高濃度時,使氧分壓降低而發生窒息。氬濃度達50%以上,引起嚴重症狀;75%以上時,可在數分鐘內死亡。當空氣中氬濃度增高時,先出現呼吸加速,注意力不集中,共濟失調。繼之,疲倦乏力、煩躁不安、噁心、嘔吐、昏迷、抽搐,以致死亡。液態氬可致皮膚凍傷;眼部接觸可引起炎症。毒理學資料及環境行為危險特性:若遇高熱,容器內壓增大,有開裂和爆炸的危險。

氬化合物

芬蘭科學家合成惰性氣體元素氬化合物

芬蘭赫爾辛基大學的科學家在24日出版的英國《自然》雜誌上報告說,他們首次合成了惰性氣體元素氬的穩定化合物——氟氬化氫,分子式為HArF。

這樣,6種惰性氣體元素氦、氖、氬、氪、氙和氡中,就只有原子量最小的氦和氖尚未被合成穩定化合物了。惰性氣體可廣泛套用於工業、醫療、光學套用等領域,合成惰性氣體穩定化合物有助於科學家進一步研究惰性氣體的化學性質及其套用技術。

在惰性氣體元素的原子中,電子在各個電子層中的排列,剛好達到穩定數目。因此原子不容易失去或得到電子,也就很難與其它物質發生化學反應,因此這些元素被稱為“惰性氣體元素”。

在原子量較大、電子數較多的惰性氣體原子中,最外層的電子離原子核較遠,所受的束縛相對較弱。如果遇到吸引電子強的其他原子,這些最外層電子就會失去,從而發生化學反應。1962年,加拿大化學家首次合成了氙和氟的化合物。此後,氡和氪各自的化合物也出現了。

氬氣瓶氬氣瓶

原子越小,電子所受約束越強,元素的“惰性”也越強,因此合成氦、氖和氬的化合物更加困難。赫爾辛基大學的科學家使用一種新技術,使氬與氟化氫在特定條件下發生反應,形成了氟氬化氫。它在低溫下是一種固態穩定物質,遇熱又會分解成氬和氟化氫。科學家認為,使用這種新技術,也可望分別製取出氦和氖的穩定化合物。

自19世紀末以來,稀有氣體元素不能生成熱力學穩定化合物的結論給科學家人為地劃定了一個禁區,致使絕大多數化學家不願再涉獵這一被認為是荒涼貧瘠的不毛之地,關於稀有氣體化學性質的研究被忽略了。儘管如此,仍有少數化學家試圖合成稀有氣體化合物。1932年,前蘇聯的阿因托波夫(A.R.Antropoff)曾報導,他在液體空氣冷卻器內,用放電法使氪與氯、溴反應,製得了較氯易揮發的暗紅色物質,並認為是氪的鹵化物。但當有人採用他的方法重複實驗時卻未獲成功。阿因托波夫就此否定了自己的報導,認為所謂氪的鹵化物實際上是氧化氮和鹵化氫,並非氪的鹵化物。1933年,美國著名化學家鮑林(L.Pauling)通過對離子半徑的計算,曾預言可以製得六氟化氙(XeF6)、六氟化氪(KrF6)、氙酸及其鹽。揚斯特(D.M.Younst)受阿因托波夫的第一個報導和鮑林預言的啟發,用紫外線照射和放電法試圖合成氟化氙和氯化氙,均未成功。他在放電法合成氟化氙的實驗中將氟和氙按一定比例混合後,在銅電極間施以30000伏的電壓,進行火花放電,但未能檢驗出氟化氙的生成。揚斯特由於對傳統觀念心有餘悸,沒有堅持繼續進行實驗,使一個極有希望的方法半途而廢。一系列的失敗,致使在以後的30多年中很少有人再涉足這一領域。令人遺憾的是,到了1961年,鮑林也否定了自己原來的預言,認為“氙在化學上是完全不反應的,它無論如何都不能生成通常含有共價鍵或離子鍵化合物的能力”。

歷史的發展頗具戲劇性,就在鮑林否定其預言的第二年,第一個稀有氣體化合物——六氟合鉑酸氙(XePtF6)竟奇蹟般地出現了,並以它獨特的經歷和風姿震驚了整個化學界,標誌著稀有氣體化學的建立,開創了稀有氣體化學研究的嶄新領域。

在加拿大工作的英國年輕化學家巴特列特(N.Bartlett)一直從事無機氟化學的研究。自1960年以來,文獻上報導了數種新的鉑族金屬氟化物,它們都是強氧化劑,其中高價鉑的氟化物六氟化鉑(PtF6)的氧化性甚至比氟還要強。巴特列特首先用PtF6與等摩爾氧氣在室溫條件下混合反應,得到了一種深紅色固體,經X射線衍射分析和其他實驗確認此化合物的化學式為O2PtF6,其反應方程式為:

O2+PtF6→O2PtF6

這是人類第一次製得O+2的鹽,證明PtF6是能夠氧化氧分子的強氧化劑。巴特列特頭腦機敏,善於聯想類比和推理。他考慮到O2的第一電離能是1175.7千焦/摩爾,氙的第一電離能是1175.5千焦/摩爾,比氧分子的第一電離能還略低,既然O2可以被PtF6氧化,那么氙也應能被PtF6氧化。他同時還計算了晶格能,若生成XePtF6,其晶格能只比O2PtF6小41.84千焦/摩爾。這說明XePtF6一旦生成,也應能穩定存在。於是巴特列特根據以上推論,仿照合成O2PtF6的方法,將PtF6的蒸氣與等摩爾的氙混合,在室溫下竟然輕而易舉地得到了一種橙黃色固體XePtF6:

Xe+PtF6→XePtF6該化合物在室溫下穩定,其蒸氣壓很低。它不溶於非極性溶劑四氯化碳,這說明它可能是離子型化合物。它在真空中加熱可以升華,遇水則迅速水解,並逸出氣體:

2XePtF6+6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2+12HF

發現歷史

亨利·卡文迪什氬曾經在1785年由亨利·卡文迪什製備出來,但卻沒發現這是一種新的元素;直到1894年,約翰·威廉·斯特拉斯和蘇格蘭的化學家威廉·拉姆齊才通過實驗確定氬是一種新元素。他們主要是先從空氣樣本中去除氧、二氧化碳、水汽等後得到的氮氣與從氨分解出的氮氣比較,結果發現從氨里分解出的氮氣比從空氣中得到的氮氣輕1.5%。雖然這個差異很小,但是已經大到誤差的範圍之外。所以他們認為空氣中應該含以一種不為人知的新氣體,而那個新氣體就是氬氣。

另外1882年H.F.紐厄爾和W.N.哈特萊從兩個獨立的實驗中觀測空氣的顏色光譜時,發現光譜中存在已知元素光譜無法解釋的譜線,但並沒有意識到那就是氬氣。氬的符號為Ar(在1957年以前,它的符號為A)。

氬的發現解釋了為什麼氮從空氣中提取的密度不同於分解氨獲取的。

Ramsay在空氣中提取的氬中移除了所有氮,由其和熱的鎂反應實現的,形成固態的氮化鎂。他之後得到了一種不發生反應的氣體,當他檢查其光譜後,他看到了一組新的紅色和綠色的線,從而確認了這是一種新的元素。

瑞利勳爵19世紀末期,英國物理學家瑞利勳爵發現利用空氣除雜製得的氮氣和從氨製得的氮氣的密度有大約是千分之一的差別。他在當時很有名望的英國《自然》雜誌上發表了他的發現,並請大家幫他分析其中的原因。倫敦大學化學教授萊姆塞推斷空氣中的氮氣里可能含有一種較重的未知氣體。他們兩人又各自做了大量的實驗,終於發現了在空氣中還存在一種密度幾乎是氮氣密度一倍半的未知氣體。

氬氣表氬氣表

1894年8月13日,英國科學協會在牛津開會,瑞利作報告,根據馬丹主席的建議,把新的氣體叫做argon(希臘文意思就是“不工作”、“懶惰”)。元素符號Ar。當然,當時發現的氬,實際上是氬和其他惰性氣體的混合氣體,正是因為氬在空氣中存在的惰性氣體的含量占絕對優勢,所以它作為惰性氣體的代表被發現。氬的發現是從千分之一微小的差別開始的,是從小數點右邊第三位數字的差別引起的,不少化學元素的發現,許多科學技術的發明創造,都是從這種微小的差別開始的。

應急處理

一:切斷氣源,迅速撤離泄漏污染區,處理泄漏事故人員戴自給正壓式呼吸器,處理液氬應配帶防凍護具。若氣瓶泄漏而無法堵漏時,將氣瓶移至空曠安全處放。

二、防護措施呼吸系統防護:一般不需特殊防護。但當作業場所空氣中氧氣濃度低於18%時,必須佩戴空氣呼吸器、氧氣呼吸器或長管面具。

處置儲存

儲存注意

儲存於通風庫房,遠離火種、熱源;氣瓶應有防倒措施。大於10立方米低溫液體儲槽不能放在室內。瓶裝氣體產品為高壓充裝氣體,使用時應經減壓降壓後方可使用。包裝的氣瓶上均有使用的年限,凡到期的氣瓶必須送往有部門進行安全檢驗,方能繼續使用。每瓶氣體在使用到尾氣時,應保留瓶內余壓在0.5MPa,最小不得低於0.25MPa余壓,應將瓶閥關閉,以保證氣體質量和使用安全。瓶裝氣體產品在運輸儲存、使用時都應分類堆放,嚴禁可燃氣體與助燃氣體堆放在一起,不準靠近明火和熱源,應做到勿近火、勿沾油臘、勿爆曬、勿重拋、勿撞擊,嚴禁在氣瓶身上進行引弧或電弧,嚴禁野蠻裝卸。

消防注意

滅火方法:本品不燃。切斷氣源。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場移至空曠處

貯運注意事項

在貯運過程中輕裝輕卸,嚴防碰損,防止高溫。氬氣沒有腐蝕性,在常溫下可使用碳鋼、不鏽鋼、銅、銅合金、等通用金屬材料及一般的塑性材料和彈性材料。在低溫下常用聚四氟乙烯和聚三氟氯化乙烯聚合體來作墊圈、隔膜等。

安全防護

氬本身無毒,但在高濃度時有窒息作用。當空氣中氬氣濃度高於33%時,即氧氣濃度比平時減少 2/3以下時,就有窒息的危險。當氬氣濃度超過50% 時,出現嚴重症狀,濃度達75%以上時,能在數分鐘內死亡。

窒息症狀表現為,最初出現呼吸加快,注意力減退,肌肉運動失調,繼而出現判斷力下降,失去所有感覺,情緒不穩,全身疲乏,進而出現噁心、嘔吐、衰弱、意識喪失、痊孿、昏睡,以致死亡。液態氬濺入眼內可引起炎症,觸及皮膚可引起凍傷。氬氣可用玻璃瓶或鋼瓶貯裝。

泄漏案例

烏魯木齊市高新區一企業2名工人在烏魯木齊國際機場飛機維修基地加氣站旁一工程施工焊接過程中,發生氬氣泄漏窒息。機場機務維護人員及醫護人員在不明情況下進行施救,又造成多人昏迷。事故造成5人死亡、5人重傷。
事故發生後,自治區黨委副書記、自治區主席努爾·白克力立即作出批示,要求自治區安監局迅速趕赴事故現場,全力以赴搶救受傷人員,做好遇難人員的善後處置工作,徹查事故原因。
自治區安監局、烏魯木齊市等有關部門組織人員迅速趕赴醫院和事故現場,進行傷員搶救和事故處理工作。事故原因正在進一步調查中。

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