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很多人也许会想:“千分之五?这也许是实验误差吧,我们在学校做实验的时候误差比这大多了。”可是瑞利不这么想,对于严谨的他来说,这两种实验结果都可以重复,千分位上出现的不是误差,足以让他认为这是两种物质:“重氮”和“轻氮”。
瑞利又采用方法物质来制取氮气,笑气、一氧化氮。他发现这些氮气都和从氨气里得到的“轻氮”一样重。而无论如何处理空气,最终留下的“重氮”仍旧比较重。从1892年到1894年,这些工作让他花费了整整两年时间去跟这些气体搏斗。可他却在提纯空气中氮气这个最基本的实验上陷入泥沼。
1894年春天,瑞利在英国皇家学会上宣读了他的报告,提出了“轻氮”和“重氮”的问题。报告结束,伦敦大学化学教授拉姆塞(William Ramsay, 1852-1916)推断空气中的氮气里可能含有一种密度较大的未知气体。于是他找到瑞利,表示有兴趣跟他合作。瑞利同意了拉姆塞的建议,会议结束之后,他们两人经常通信,没有任何隐瞒和保密,成为莫逆之交。
在瑞利宣读完他的报告以后,还有一位科学家迪瓦尔也找到瑞利,说卡文迪许的手稿曾提到过氮气的质量问题。早在1785年,英国化学家卡文迪许(Cavendish H.,1732-1810)在研究空气组成时,就发现了一个奇怪现象。在卡文迪许的时代,科学家已经发现了氧气和氮气。卡文迪许发现用一个起电盘不断制造出电火花(当时既没有原电池,也没有发电机),就可以让这两种气体化合,并且氢氧化钾溶液吸收掉反应后的气体。卡文迪许让空气和一些氧气混合,跟他的仆人就这么用手一直摇了三个礼拜,终于发现管里的气体不再反应了,再用一种“硫肝液”(硫化钾和多硫化钾的混合液)吸收掉未反应完的氧气,结果最后还是有一个小气泡,不参与任何反应。根据这个实验,卡文迪许得出了一条结论:空气里的氮气不是纯净物,其中约有1/120,跟主要部分性质绝不相同,可见它是两种物质的混合物。”
在瑞利翻找文献的时候,拉姆塞已经回到自己实验室,开始做实验了。几年前,很偶然的机会,他发现用灼热的镁粉可以和氮气生成固态的氮化镁,因此可以有效的吸收氮气。于是事情变得简单了,只要用灼热的镁粉将“重氮”中的氮气吸收掉,剩下的物质就是那种位置成分了。果然,每经过一次灼热的镁粉,剩下的“重氮”密度就会增加。当这些“重氮”被镁粉处理过足够多次以后,它的密度达到了氢气的20倍,其密度就再也不会变重了。很明显,“重氮”里所有的氮气已经都和镁粉反应了,剩下的是一种未知的物质。
拉姆塞花费了整整一个夏天,终于收集到了100毫升的新气体。而瑞利重复卡文迪许的实验,速度就慢了许多,只得到0.5毫升气体。这已经不重要了,两位科学家殊途同归,得到了相同的结果。
这种新气体究竟是什么物质?是新单质还是新的化合物?光谱分析可以给出答案。他们将气体放进分光镜,通电之后,管里发出一阵冷光。分光镜里出现了红线、绿线和更多颜色的谱线,这些谱线的位置跟之前任何元素的都无法对应。看来,新气体里至少含有一种新元素。
严谨的拉姆塞和瑞利还想到,氩会不会是氮和镁高温之后生成的呢?为了排除这种可能性,他们又使用物理的方法,通过不同相对分子质量气体的扩散速度不同,也得到了这种新气体。进一步实验表明,这种新气体和许多试剂都不发生反应,极不活泼。1894年,他们把这种新元素命名为Argon,即“不活泼”之意,中译名为氩。
氩在地球大气中的含量以体积计算为0.934%,而以质量计算为1.29%。然而,在很长时间内,人们并不知道它的存在。氩的发现真是令人意外,然而更让人惊讶的还在后面。氩只是第一个被发现的稀有气体元素,稀有气体有整整一族元素。1904年,瑞利和拉姆塞因为氩气的发现包揽诺贝尔物理学奖和化学奖,成为科学史上一段佳话。
氩的应用
除了霓虹灯之外,氩还是目前工业上应用很广的稀有气体。它的性质十分不活泼,既不能燃烧,也不助燃。在飞机制造、造船、原子能工业和机械工业部门,对特殊金属,例如铝、镁、铜及其合金和不锈钢在焊接时,往往用氩作为焊接保护气,防止焊接件被空气氧化或氮化。在金属冶炼方面,氧、氩吹炼是生产优质钢的重要措施,每炼1t钢的氩气消耗量为1~3m3。此外,对钛、锆、锗等特殊金属的冶炼,以及电子工业中也需要用氩作保护气。
在空气中含有的0.932%的氩,沸点在氧、氮之间,在空分装置上塔的中部含量最高,叫氩馏分。在分离氧、氮的同时,将氩馏分抽出,进一步分离提纯,也可得到氩副产品。对全低压空分装置,一般可将加工空气中30%~35%的氩作为产品获得(最新流程已可将氩的提取率提高到80%以上);对中压空分装置,由于膨胀空气进下塔,不影响上塔的精馏过程,氩的提取率可达60%左右。但是,小型空分装置总的加工空气量少,所能生产的氩气量有限,是否需要配置提氩装置,要视具体情况确定。
氩气为惰性气体,对人体无直接危害。但是,如果工业使用后,产生的废气则对人体危害很大,会造成矽肺、眼部损坏等情况。
虽然是惰性气体,同时也是窒息性气体,大量吸入会产生窒息。生产场所要通风,并且,从事与氩气有关的技术人员,每年定期进行职业病体检,确保身体健康。
氩本身无毒,但在高浓度时有窒息作用。当空气中氩气浓度高于33%时就有窒息的危险。当氩气浓度超过50%时,出现严重症状,浓度达到75%以上时,能在数分钟内死亡。液氩可以伤皮肤,眼部接触可引起炎症。返回搜狐,查看更多