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Argon


L’atmosphère contient quelques 0,9 % d’argon. L’argon, qui, tout comme l’azote, est un gaz neutre incolore, n’existe dans la nature que dans l’air atmosphérique. Il n'est pas approprié pour le maintien de vie, mais il est irremplaçable pour certains procédés techniques grâce à son haut niveau de l’inertie chimique, tout en étant facile à dégager.

Histoire de la découverte

Argon / Argon (Ar), 18
Présentation du corps simple

Gaz incolore, insipide et inodore
Propriétés de l’atome
Nom, symbole, numéro Argon / Argon (Ar), 18
Masse d’atome (poids atomique) 39,948 u (g/mol)
Configuration électronique [Ne] 3s2 3p6
Rayon atomique 71 pm
Propriétés chimiques
Rayon covalent 106 pm
Rayon ionique 154 pm
Electronégativité 4,3 (échelle de Pauling)
Potentiel d’électrode 0
Degrés d’oxydation 0
Energie d’ionisation (premier électron) 1519,6(15,75) kJ/mol (eV)
Propriétés thermodynamiques de corps simple
Densité (conditions normales) (sous 186 °C) 1,40 g/cm3
Température de fusion 83,8 K
Température d’ébullition 87,3 K
Chaleur d’évaporation 6,52 kJ/mol
Capacité thermique molaire 20,79 J/(K mol)
Volume molaire 24,2 cm3/mol
Réseau cristallin simple
Structure du réseau cubique à faces centrées (CFC)
Paramètres du réseau 5,260 A
Température de Debye 85 K
Autres caractéristiques
Conductibilité thermique (300 K) 0,0177 W/(m•К)

L’histoire de la découverte de l'argon débute en 1785, où le physicien et chimiste anglais Henri Cavendish, en étudiant la composition de l'air, a décidé d'établir si tout l’azote de l’air est oxydé.

Au cours de plusieurs semaines il ne cessait de soumettre à l’effet de la décharge électrique le mélange de l’air avec l'oxygène dans les tubes en U, ce qui aboutissait à la formation de nouvelles portions des oxydes d’azote bruns qu’il dissolvait à plusieurs reprises dans de l’alcali. Au bout de quelque temps la formation des oxydes cessait, mais, après la fixation de l’oxygène résiduel, il restait encore une bulle de gaz, dont le volume ne diminuait pas sous un effet prolongé des décharges électriques en présence de l’oxygène. Cavendish a estimé le volume de la bulle de gaz restant comme 1/120 du volume d’air initial. Cavendish n’a pas pu résoudre l’énigme de cette bulle, c’est pourquoi il a arrêté sa recherche, sans avoir même publié ses résultats. Ce n’est que plusieurs années plus tard que le physicien anglais James Maxwell a recueilli et publié les manuscrits inédits et les notes de laboratoire de Cavendish.

Ensuite, l’histoire de la découverte de l’argon est liée avec le nom de Rayleigh qui a consacré plusieurs années aux recherches sur la densité des gaz, notamment de l’azote. Il s’est trouvé qu’un litre d’azote obtenu à partir de l’air pesait plus par rapport à un litre d’azote « chimique » (obtenu en décomposant une combinaison d’azote, par exemple, de l’oxyde nitreux, de l’oxyde azotique, de l’ammoniaque, de l’urée ou du salpêtre), le dépassant de 1,6 mg (le poids du premier était de 1,2521, et du deuxième, de 1,2505 г.).

Cette différence était assez considérable pour ne pas l’attribuer à l’erreur de l’expérience. En plus, elle se répétait, indépendamment de la source d’obtention de l’azote chimique.

Sans avoir la solution, en automne de 1892, Rayleigh a publié dans le magazine « Nature » une lettre adressée aux chercheurs avec une demande de donner l’explication au fait que, indépendamment du moyen de dégagement de l’azote, il obtenait de diverses valeurs de la densité. La lettre a été lue par plusieurs chercheurs, mais aucun n’était capable de répondre à la question posée.

Le chimiste anglais déjà connu à l’époque William Ramsay n’avait non plus la réponse toute faite, néanmoins, ce dernier a proposé à Rayleigh sa collaboration. L’intuition a poussé Ramsay à supposer que l’azote de l’air contient des mélanges d’un gaz inconnu, plus lourd, et Dewar a attiré l’attention de Rayleigh sur la description des anciennes expériences de Cavendish (publiées à cette époque-là.)

En faisant des efforts pour dégager de l’air ce composant caché, chacun des chercheurs a choisi son propre chemin. Rayleigh a refait l’expérience de Cavendish en plus grande échelle et à un niveau technique plus élevé. Un transformateur sous la tension de 6000 volt a envoyé vers un récipient repli de l’azote une pluie d'étincelles. Une turbine spéciale créait dans le récipient une fontaine de gouttelettes de la solution d'alcali qui absorbaient les oxydes d’azote et le mélange d'acide carbonique. Rayleigh a séché le gaz restant et l’a passé à travers un tube de porcelaine au-dessus de la limaille de cuivre fixant les restes d’oxygène.

L’expérience a duré plusieurs jours. Ramsay a utilisé la capacité du magnésium chauffé qu’il a découvert d’absorber l’azote, en formant la nitrure de magnésium solide. Il a passé à plusieurs reprises quelques litres d’azote à travers l’appareil qu’il a confectionné. Au bout de 10 jours le volume de gaz a cessé de diminuer, donc, tout l’azote était fixé. En même temps, l'oxygène présent dans l’azote a été fixé par le cuivre. Cette méthode a permis à Ramsay dans sa première expérience de dégager à peu près 100 cm³ du nouveau gaz.

Donc, un nouvel élément a été découvert. Il a été su qu'il est plus lourd que l’azote d'une fois et demie et constitue 1/80 partie du volume d’air. Ramsay a découvert, à l’aide des mesures acoustiques, que la molécule du nouveau gaz se compose d’un seul atome – de pareils gaz n’ont jamais été découverts dans un état stable. D’où suivait une conclusion importante – comme la molécule ne contient qu’un seul atome, il est évident que le nouveau gaz n’est pas un corps composé, mais un corps simple. Ramsay et Rayleigh ont passé beaucoup de temps à étudier sa capacité de réagir aux matières chimiques actives. Mais, comme il en fallait bien s’y attendre, ils ont tiré la conclusion suivante : ce gaz était complètement inerte. C’était sensationnel : aucune matière aussi inerte n’a jamais été connue auparavant.

Un grand rôle dans l'examen du nouveau gaz a été joué par l'analyse spectrale. Le spectre du gaz dégagé à partir de l’air, avec ses raies orange, bleues et vertes, tranchait avec ceux des gaz déjà connus. William Crookes, un des spectroscopistes les plus éminents de l’époque, a compté dans son spectre quelques 200 raies. Le niveau du développement de l’analyse spectrale de cette époque n’a pas permis de déterminer si le spectre observé appartenait à un ou à plusieurs éléments. Quelques années plus tard il a été découvert que Ramsay et Rayleigh tenaient dans leurs mains non pas un seul inconnu, mais plusieurs, une pléiade entière des gaz inertes.

Le 7 août 1894, à Oxford, au cours d’une réunion de l'Association britannique pour l'avancement des sciences, l’annonce de la découverte d’un nouvel élément appelé Argon a été faite. Rayleigh, dans son rapport, a affirmé que chaque mètre-cube d’air contient à peu près 15 g du gaz découvert (1,288 poids %). Le fait que plusieurs générations des chercheurs n’ont pas aperçu un composant d’air, et cela, en quantité de un pourcent, a été incroyable ! Dans à peine quelques jours des dizaines de chercheurs de différents pays ont vérifié les expériences de Ramsay et Rayleigh. Il n’y avait plus de doutes: l’air contenait de l'argon.


Au bout de 10 ans, en 1904, Rayleigh reçoit le prix de Nobel en physique pour les recherches sur les densités des gaz les plus répandus et la découverte de l’argon et Ramsay, le prix de Nobel en chimie, pour la découverte de divers gaz dans l’atmosphère.

Usage principal

Branche alimentaire

Dans un milieu contrôlé l’argon peut être utilisé dans plusieurs procédés comme substitut de l’azote. Sa haute solubilité (deux fois dépassant celle de l’azote) et certaines caractéristiques moléculaires lui donnent des propriétés spécifiques utiles pour le stockage des légumes. En certaines conditions il est capable d'inhiber les réactions métaboliques et de diminuer considérablement l'échange gazeux.

Production du verre, du ciment et de la chaux

L’argon assure une parfaite isolation thermique, en remplissant les ceintures à double vernissage.

Métallurgie

L’argon est utilisé pour éviter le contact et la réaction postérieure du métal fondu avec l’air environnant.

L’utilisation de l’argon permet d’améliorer les procédés industriels, tels que mélangeage des matières fondues, soufflage des carters des réacteurs pour éviter la nouvelle oxydation de l’acier et traitement de l’acier à usage restreint dans les appareils de dégazage sous vide, y compris décarburation à l'oxygène sous vide, procédés d'oxydation et de désoxydation et procédés de combustion ouverte. Néanmoins, l’usage de l’argon est encore plus populaire pour les procédés de décarburation argon-oxygène de l'acier au chrome élevé non affiné, car il permet de minimiser l’oxydation du chrome.

Examens et essais de laboratoire

L’argon est utilisé, à l’état pur ou en composés avec d’autres gaz, pour effectuer les examens et les essais industriels et médicaux dans le cadre du contrôle de qualité.

En particulier, l’argon remplit la fonction du plasma de gaz dans la spectrométrie d’émission, du plasma couplé par induction (ICP), du coussin de gaz dans la spectroscopie à adsorption/émission atomique en four graphite (GFAAS) et du gaz porteur en chromatographie des gaz avec utilisation de divers analyseurs de gaz.

En composé avec le méthane l’argon est utilisé dans les compteurs Geiger et les détecteurs à fluorescence (XRF), où il fonctionne comme gaz de piégeage.

Soudage, coupage et application de l’isolation

L’argon est utilisé comme milieu protecteur dans les procédés de soudage à l'arc, pour le soufflage de gaz protecteur et pour le coupage au plasma.

L’argon prévient l’oxydation des joints de soudure et permet de diminuer le volume de la fumée éjectée au cours du soudage.

Electronique

L’argon ultra pur sert de gaz porteur pour les molécules chimiquement actives, ainsi que de gaz inerte pour protéger les semi-conducteurs contre les mélanges étrangers (par exemple, l’argon assure un milieu nécessaire pour le tirage des cristaux du silicium et du germanium.)

En son état ionique, l’argon est utilisé pour les procédés de métallisation par pulvérisation, implantation ionique, normalisation et décapage en production des semi-conducteurs et en production des matériaux de grande efficacité.

Branche automobile et de transport

L’argon dans un emballage étanche remplit les airbags des véhicules.

Ceci n’est pas une offre publique