アルゴン

アルゴン、  ₁₈ Ar

アルゴン
発音	/ ˈ ɑːr ɡ ɒ n / ( AR -gon )
外観	電界中に置かれると薄紫色に輝く無色のガス
標準原子量 A r °(Ar)
	[39.792、 39.963 ] [1] 39.95 ± 0.16  （要約）[2]
周期表におけるアルゴン
水素 ヘリウム リチウム ベリリウム ボロン 炭素 窒素 酸素 フッ素 ネオン ナトリウム マグネシウム アルミニウム シリコン リン 硫黄 塩素 アルゴン カリウム カルシウム スカンジウム チタン バナジウム クロム マンガン 鉄 コバルト ニッケル 銅 亜鉛 ガリウム ゲルマニウム 砒素 セレン 臭素 クリプトン ルビジウム ストロンチウム イットリウム ジルコニウム ニオブ モリブデン テクネチウム ルテニウム ロジウム パラジウム 銀 カドミウム インジウム 錫 アンチモン テルル ヨウ素 キセノン セシウム バリウム ランタン セリウム プラセオジム ネオジム プロメチウム サマリウム ユーロピウム ガドリニウム テルビウム ジスプロシウム ホルミウム エルビウム ツリウム イッテルビウム ルテチウム ハフニウム タンタル タングステン レニウム オスミウム イリジウム 白金 金 水銀（元素） タリウム 鉛 ビスマス ポロニウム アスタチン ラドン フランシウム ラジウム アクチニウム トリウム プロトアクチニウム ウラン ネプツニウム プルトニウム アメリシウム キュリウム バークリウム カリホルニウム アインシュタイニウム フェルミウム メンデレビウム ノーベリウム ローレンシウム ラザホーディウム ドブニウム シーボーギウム ボーリウム ハッシウム マイトネリウム ダルムシュタディウム レントゲン コペルニシウム ニホニウム フレロビウム モスコビウム リバモリウム テネシン オガネソン ネ ↑ アル ↓ クル 塩素←アルゴン→カリウム
原子番号 ( Z )	18
グループ	18族（希ガス）
期間	期間3
ブロック	pブロック
電子配置	[ね] 3s 2 3p 6
殻あたりの電子数	2、8、8
物理的特性
STPでの フェーズ	ガス
融点	83.81  K (-189.34 °C、-308.81 °F)
沸点	87.302 K (-185.848 °C、-302.526 °F)
密度 （標準温度）	1.784グラム/リットル
液体のとき（ 沸点）	1.3954グラム/ cm3
三点	83.8058 K、68.89 kPa [3]
臨界点	150.687 K、4.863 MPa [3]
融解熱	1.18kJ  /モル
気化熱	6.53kJ/モル
モル熱容量	20.85 [4]  J/(モル·K)
蒸気圧 パ （Pa） 1 10 100 1k 10k ... 10万 T （K）で    47 53 61 71 87
原子特性
酸化状態	共通: (なし) 0 [5]
電気陰性度	ポーリングスケール: データなし
イオン化エネルギー	1位: 1520.6 kJ/mol 2位: 2665.8 kJ/mol 3位: 3931 kJ/mol （もっと）
共有結合半径	午後106±10 時
ファンデルワールス半径	午後188時
アルゴンのスペクトル線
その他のプロパティ
自然発生	原始的な
結晶構造	面心立方(fcc) ( cF4 )
格子定数	a  = 546.91 pm（三重点）[6]
熱伝導率	17.72 × 10−3   W/(m⋅K)
磁気秩序	反磁性[7]
モル磁化率	−19.6 × 10 −6  cm 3 /モル[8]
音速	323 m/s (ガス、27 °C)
CAS番号	7440-37-1
歴史
発見と最初の分離	レイリー卿とウィリアム・ラムゼイ（1894）
アルゴンの同位体 ヴ e
主な同位体[9] 減衰 豊富 半減期 （t 1/2） モード 製品 36アル 0.334% 安定した 37アル トレース 35日 ε 37塩素 38アル 0.0630% 安定した 39アル トレース 268歳 β − 39千円 40アル 99.6% 安定した 41アル トレース 109.34 分 β − 41K​ 42アル シンセ 32.9歳 β − 42キロ
カテゴリー: アルゴン ビュー 話す 編集 |参照

アルゴンは化学元素であり、記号は Ar、原子番号は18です。周期表の第18族に属し、希ガスです。^[10]アルゴンは、地球の大気中で3番目に豊富なガスで、濃度は0.934%（9340 ppmv ）です。アルゴンは水蒸気（平均約4000 ppmvですが、大きく変動します）の2倍以上、二酸化炭素（400 ppmv）の23倍、ネオン（18 ppmv）の500倍以上豊富です。アルゴンは地球の地殻で最も豊富な希ガスで、地殻の0.00015%を占めています。

地球の大気中のアルゴンのほぼすべては、地球の地殻におけるカリウム40の崩壊から生成された放射性 アルゴン40です。宇宙では、アルゴン36が圧倒的に最も一般的なアルゴン同位体であり、超新星における恒星内元素合成によって最も簡単に生成されるためです。

「アルゴン」という名前は、ギリシャ語のἀργόνに由来しています。これは、「怠惰な」または「不活性な」を意味するἀργόςの中性単数形であり、この元素がほとんど化学反応を起こさないという事実に由来しています。アルゴンは、外殻の完全なオクテット（電子 8 個）により安定しており、他の元素と結合しにくくなっています。アルゴンの三重点温度 83.8058  Kは、1990 年の国際温度目盛りの定義的な固定点です。

アルゴンは、液体空気の分留によって工業的に抽出されます。通常は反応しない物質が反応するようになる溶接やその他の高温工業プロセスで、不活性シールドガスとして主に使用されます。たとえば、グラファイト電気炉では、グラファイトの燃焼を防ぐためにアルゴン雰囲気が使用されます。また、白熱灯や蛍光灯、その他のガス放電管にも使用されます。特徴的な青緑色のガスレーザーを生成します。蛍光グロースターターにも使用されます。

アルゴンの水への溶解度は酸素とほぼ同じで、窒素の2.5倍も水に溶けやすい。アルゴンは固体、液体、気体のいずれにおいても無色、無臭、不燃性、無毒である。^[11]アルゴンはほとんどの条件下で化学的に不活性であり、室温では安定した化合物を形成しないことが確認されている。

アルゴンは希ガスであるが、様々な極端な条件下ではいくつかの化合物を形成する可能性がある。フッ素と水素を含むアルゴンの化合物であるアルゴンフルオロハイドライド（HArF）は、17 K（-256.1 °C; -429.1 °F）以下で安定であることが実証されている。^{[12] [13]}アルゴンの中性基底状態の化合物は現在HArFに限られているが、アルゴンの原子が水分子の格子に閉じ込められると、アルゴンは水とクラスレートを形成することができる。 ^[14 ] ArH ⁺
、およびArFなどの励起状態錯体が実証されています。理論計算では、安定であるはずのアルゴン化合物がさらにいくつか予測されていますが^[15]、まだ合成されていません。

アルゴン（ギリシャ語の ἀργόν 、 ἀργόςの中性単数形は「怠惰な」または「不活性」を意味する）は、化学的に不活性であることから名付けられた。この最初に発見された希ガスの化学的性質は、命名者に強い印象を与えた。 ^{[16] [17]} 1785年にヘンリー・キャベンディッシュは、反応しないガスが空気の成分ではないかと疑った。^[18]

アルゴンは1894年にロンドン大学ユニバーシティ・カレッジのレイリー卿とウィリアム・ラムゼー卿によって、清浄な空気のサンプルから酸素、二酸化炭素、水、窒素を除去することによって初めて空気から分離された。 ^{[19]彼らは}ヘンリー・キャベンディッシュの実験を再現することによってこれを初めて達成した。彼らは大気中の空気と追加の酸素の混合物を、キャベンディッシュの元の実験では水酸化カリウムであった大量の希アルカリ溶液 (B) の上に逆さまにした試験管 (A) に閉じ込め、 ^[18]白金線の電極の周りを密閉したU字型のガラス管 (CC) で絶縁された電線に電流を送り、電線の端 (DD) はガスにさらされ、アルカリ溶液からは絶縁されたままだった。アークは5つのグローブ電池と中型のルームコルフコイルによって駆動された。アルカリはアークによって生成された窒素酸化物と二酸化炭素を吸収した。彼らは、少なくとも 1 ～ 2 時間はガスの体積の減少が見られなくなり、ガスを検査したときに窒素のスペクトル線が消えるまでアークを作動させました。残った酸素はアルカリ性ピロガレートと反応して、明らかに非反応性のガスが残り、彼らはこれをアルゴンと呼びました。

ガスを分離する前に、彼らは化合物から生成された窒素は大気中の窒素よりも0.5％軽いことを突き止めていました。その差はわずかでしたが、何ヶ月も彼らの注意を引くほど重要でした。彼らは、空気中に窒素に混ざった別のガスがあると結論付けました。^[20]アルゴンは、1882年にHFニューオールとWNハートリーの独立した研究でも発見されました。^{[21]それぞれが、空気の}発光スペクトルに既知の元素と一致しない 新しい線を観察しました。

1957年以前、アルゴンの記号は「A」であった。これは、1957年に国際純正・応用化学連合が「無機化学命名法」を出版した後にArに変更された^。[22]

アルゴンは地球の大気の体積比で0.934%、質量比で1.288%を占める。^[23]空気は精製アルゴン製品の主な産業源である。アルゴンは分留によって空気から分離され、最も一般的には極低温 分留によって分離され、このプロセスでは精製された窒素、酸素、ネオン、クリプトン、キセノンも生成される。^[24]地球の地殻と海水にはそれぞれ1.2 ppmと0.45 ppmのアルゴンが含まれている。^[25]

地球上で見つかるアルゴンの主な同位体は⁴⁰
アルゴン（99.6％）³⁶
Ar（0.34％）、および³⁸
Ar（0.06％）。天然に存在する⁴⁰
K、半減期は1.25 × 10⁹年、安定に衰退⁴⁰
Ar（11.2％）は電子捕獲または陽電子放出によって、また安定⁴⁰
ベータ崩壊によりCa（88.8%）に変化します。これらの特性と比率は、K-Ar年代測定によって岩石の年代を決定するために使用されます。^{[25] [26]}

地球の大気圏では、³⁹
Arは宇宙線活動によって生成され、主に中性子捕獲によって生成される。⁴⁰
Arは2つの中性子放出によって生成される。地下環境では、中性子捕獲によっても生成される。³⁹
K、続いて陽子放出が起こります。³⁷
Arは中性子捕獲によって生成される。⁴⁰
Caは地下核爆発の結果としてアルファ粒子放出に続いて生成される。半減期は35日である。^[26]

太陽系内の場所によって、アルゴンの同位体組成は大きく異なります。アルゴンの主な発生源は、⁴⁰
岩石中のK 、⁴⁰
地球と同様に、アルゴンが主要な同位体となる。恒星の元素合成によって直接生成されるアルゴンは、アルファ過程核種が主である。³⁶
Ar。それに応じて、太陽のアルゴンには84.6％が含まれています³⁶
（太陽風測定による）^[27] 、そして外惑星の大気中の³⁶ Ar：  ³⁸ Ar：  ^{40 Arの3同位体の比率は8400：1600：1である[28]。これは原始的な}宇宙の起源の低さとは対照的である。 ³⁶
地球の大気中のArはわずか31.5 ppmv（= 9340 ppmv × 0.337%）で、探査機によって測定された地球上および惑星間ガスのネオン（18.18 ppmv）と同程度です。

火星、水星、タイタン（土星の最大の衛星）の大気には、主にアルゴンが含まれています。⁴⁰
アル^[29 ]

放射性物質の優位性 ⁴⁰
Ar は、地球上のアルゴンの標準原子量が次の元素であるカリウムよりも大きい理由であり、アルゴンが発見されたときには不可解な事実であった。メンデレーエフは周期表で元素を原子量の順に配置したが、アルゴンの不活性さから、反応性の高いアルカリ金属の前に配置することが示唆された。ヘンリー・モーズリーは後に、周期表が実際には原子番号の順に配置されていることを示して、この問題を解決した(周期表の歴史を参照)。

アルゴンの電子の完全なオクテットは、sサブシェルとpサブシェルがいっぱいであることを示しています。この完全な価電子殻により、アルゴンは非常に安定しており、他の元素との結合に対して極めて耐性があります。1962年より前、アルゴンと他の希ガスは化学的に不活性で化合物を形成できないと考えられていましたが、より重い希ガスの化合物はそれ以来合成されています。タングステンペンタカルボニルとの最初のアルゴン化合物W(CO) ₅ Arは1975年に単離されました。しかし、当時は広く認識されていませんでした。^[30] 2000年8月、ヘルシンキ大学の研究者らは、少量のフッ化水素とヨウ化セシウムを含む凍結アルゴンに紫外線を照射することにより、別のアルゴン化合物であるフッ化水素化アルゴン（HArF）を形成しました。この発見により、アルゴンが弱結合化合物を形成できることが認識されましたが、これは最初ではありませんでした。^{[13] [31]} 17ケルビン（-256℃）まで安定である。準安定ArCF ²⁺
_{2 ...}カルボニルフルオリドおよびホスゲンと価電子が等しくなるジカチオンが2010年に観測された。^[32]アルゴン36は、アルゴン水素化物（アルゴニウム）イオンの形で、かに星雲超新星に関連する星間物質で検出されており、これは宇宙空間で検出された最初の希ガス分子であった。^[33]

固体アルゴン水素化物（Ar(H ₂ ) _{2 ）は、MgZn 2} ラーベス相と同じ結晶構造を持っています。4.3～220 GPaの圧力で形成されますが、ラマン測定によると、Ar(H ₂ ) ₂中のH ₂分子は175 GPaを超えると解離することが示唆されています。^[34]

アルゴンは、極低温空気分離装置で液体空気を分留することによって工業的に抽出されます。このプロセスでは、沸騰温度77.3 Kの液体窒素を、沸騰温度87.3 Kのアルゴンと沸騰温度90.2 Kの液体酸素から分離します。毎年、世界中で約70万トンのアルゴンが生産されています。 ^{[25] [35]}

アルゴンにはいくつかの望ましい特性があります。

• アルゴンは化学的に不活性なガスです。
• 窒素が十分に不活性でない場合は、アルゴンが最も安価な代替手段となります。
• アルゴンは熱伝導率が低いです。
• アルゴンは、いくつかの用途に望ましい電子特性（イオン化および/または発光スペクトル）を備えています。

その他の希ガスもこれらの用途のほとんどに等しく適していますが、アルゴンは断然安価です。アルゴンは空気中に自然に存在し、液体酸素や液体窒素の製造における極低温 空気分離の副産物として容易に得られるため、安価です。空気の主成分は大規模な工業規模で使用されています。他の希ガス（ヘリウムを除く）も同様に生産されますが、アルゴンが断然豊富です。アルゴンの用途の大部分は、単に不活性で比較的安価であるという理由から生じています。

アルゴンは、通常は反応しない物質が反応するようになる高温工業プロセスで使用されます。たとえば、グラファイト電気炉では、グラファイトの燃焼を防ぐためにアルゴン雰囲気が使用されます。

これらのプロセスの一部では、窒素ガスや酸素ガスの存在により材料内に欠陥が生じる可能性があります。アルゴンは、ガスメタルアーク溶接やガスタングステンアーク溶接などの一部のアーク溶接のほか、チタンやその他の反応性元素の処理にも使用されます。アルゴン雰囲気は、シリコンやゲルマニウムの結晶成長にも使用されます。

アルゴンは養鶏業界では鳥を窒息させるために使われており、病気の発生後に大量殺処分するため、または電気ショックよりも人道的な屠殺方法として使われています。アルゴンは空気よりも密度が高く、不活性ガスによる窒息の際に地面近くの酸素を置き換えます。^[36]アルゴンは非反応性であるため食品に適しており、死んだ鳥の体内の酸素と置き換わるため、アルゴンは保存期間も延長します。^[37]

アルゴンは、水や泡によって貴重な機器が損傷する可能性がある火災の消火に使用されることがあります。 ^[38]

液体アルゴンは、ニュートリノ実験や暗黒物質の直接探索のターゲットとして使用されます。仮想のWIMPとアルゴン原子核との相互作用により、光電子増倍管で検出されるシンチレーション光が生成されます。アルゴンガスを含む 2 相検出器は、WIMP 原子核散乱中に生成された電離電子を検出するために使用されます。他のほとんどの液化希ガスと同様に、アルゴンは高いシンチレーション光収率 (約 51 光子/keV ^[39] ) を持ち、自身のシンチレーション光に対して透明であり、比較的精製が容易です。キセノンと比較して、アルゴンは安価で、明確なシンチレーション時間プロファイルを持っているため、電子反跳と原子核反跳を分離できます。一方、その固有のベータ線バックグラウンドは、³⁹
地下から採取したアルゴンを使用しない限り、アルゴン汚染は起こりません。³⁹
アルゴン汚染。地球の大気中のアルゴンのほとんどは、長寿命の電子捕獲によって生成された。⁴⁰
K (⁴⁰
K + e ⁻ →⁴⁰
地球上の天然カリウムにはAr +ν（アルゴン+ν）が含まれています。³⁹
大気中のアルゴンの活動は、ノックアウト反応による宇宙線生成によって維持されている。⁴⁰
アル(n,2n)³⁹
Arおよび類似の反応。³⁹
Arの寿命はわずか269年です。その結果、岩石と水に守られた地下のArは、³⁹
アルゴン汚染。^[40]現在液体アルゴンで稼働している暗黒物質検出器には、DarkSide、WArP、ArDM、microCLEAN、DEAPなどがある。ニュートリノ実験にはICARUSとMicroBooNEがあり、どちらもニュートリノ相互作用の微細な3次元画像化のために 時間投影チャンバーで高純度の液体アルゴンを使用している。

スウェーデンのリンショーピング大学では、真空チャンバー内で不活性ガスを利用してプラズマを発生させ、金属フィルムをイオン化しています。^[41]このプロセスにより、コンピュータープロセッサの製造に使用できるフィルムが生まれます。この新しいプロセスにより、化学薬品の浴槽や高価で危険な希少材料の使用が不要になります。

アルゴンは、包装材内の酸素や水分を含む空気を置換して内容物の保存期間を延ばすために使用されます（アルゴンは欧州食品添加物コードE938です）。製品を劣化させる空気酸化、加水分解、その他の化学反応は、遅延または完全に防止されます。高純度の化学物質や医薬品は、アルゴンで包装され密封されることがあります。^[42]

ワイン造りでは、アルゴンはさまざまな活動で使用され、液体表面の酸素に対するバリアを提供します。酸素は、微生物の代謝（酢酸菌など）と標準的な酸化還元化学の両方を促進してワインを劣化させる可能性があります。

アルゴンはエアゾール缶の推進剤として使用されることがあります。

アルゴンは、ワニス、ポリウレタン、塗料などの製品の保存料としても使用され、空気を置換して容器内の保管を準備します。 ^[43]

2002年以来、アメリカ国立公文書館は、独立宣言書や合衆国憲法などの重要な国家文書を、劣化を防ぐためにアルゴンガスを充填したケースに保管している。アルゴンは、過去50年間使用されてきたヘリウムよりも好ましい。なぜなら、ヘリウムガスはほとんどの容器の分子間孔から漏れ出し、定期的に交換する必要があるからである。^[44]

アルゴンは、シュレンクラインやグローブボックス内の不活性ガスとして使用できます。窒素が試薬や装置と反応する可能性がある場合には、より安価な窒素よりもアルゴンが好まれます。

アルゴンは、ガスクロマトグラフィーやエレクトロスプレーイオン化質量分析法のキャリアガスとして使用できます。また、 ICP 分光法で使用されるプラズマに最適なガスです。アルゴンは、走査型電子顕微鏡の試料のスパッタコーティングに適しています。アルゴンガスは、マイクロエレクトロニクスにおける薄膜のスパッタ堆積や、微細加工におけるウェーハ洗浄にも一般的に使用されています。

冷凍アブレーションなどの冷凍手術では、液体アルゴンを使用して癌細胞などの組織を破壊する。これは「アルゴン強化凝固」と呼ばれる、アルゴンプラズマビーム 電気手術の一種の手術で使用される。この手術にはガス塞栓症を引き起こすリスクがあり、少なくとも1人の患者が死亡した。^[45]

青色アルゴンレーザーは、動脈を溶接したり、腫瘍を破壊したり、眼の欠陥を修正したりする手術に使用されます。^[25]

アルゴンは、アルゴックスとして知られる呼吸用または減圧用混合物中の窒素の代替として実験的に使用され、血液中の溶解窒素の除去を早めました。^[46]

白熱電球には、高温のフィラメントを酸化から守るためにアルゴンが充填されています。 ^{[47]アルゴンは、}プラズマグローブや実験粒子物理学の熱量測定など、イオン化して光を発する特殊な方法で使用されます。純粋なアルゴンを充填したガス放電ランプは、ライラック/紫色の光を発します。アルゴンと少量の水銀を充填すると、青色の光が出ます。アルゴンは、青色と緑色のアルゴンイオンレーザーにも使用されます。

アルゴンは省エネ窓の断熱材として使用されています。^[48]アルゴンは不活性で熱伝導率が低いため、テクニカルスキューバダイビングではドライス​​ーツを膨らませるためにも使用されています。 ^[49]

アルゴンは可変比推力磁気プラズマロケット（VASIMR）の開発において推進剤として使用されている。圧縮されたアルゴンガスを膨張させて、 AIM-9サイドワインダーミサイルの一部のバージョンや、冷却された熱シーカーヘッドを使用する他のミサイルのシーカーヘッドを冷却する。ガスは高圧で貯蔵される。^[50]

半減期が269年のアルゴン39は、主に氷床コアや地下水の年代測定など、さまざまな用途に使用されています。また、カリウム-アルゴン年代測定や関連するアルゴン-アルゴン年代測定は、堆積岩、変成岩、火成岩の年代測定に使用されています。^[25]

アルゴンは、低酸素状態をシミュレートするためのドーピング剤としてアスリートによって使用されてきた。2014年に世界アンチ・ドーピング機構（WADA）は、アルゴンとキセノンを禁止物質および禁止方法のリストに追加したが、現時点では乱用を判定する信頼できる検査法はない。^[51]

アルゴンは無毒ですが、空気より38%密度が高いため、閉鎖された場所では危険な窒息物質とみなされています。無色、無臭、無味であるため、検出が困難です。1994年にアラスカで建設中の石油パイプのアルゴン充填部分に入った男性が窒息した事件は、閉鎖空間でのアルゴンタンクの漏れの危険性を浮き彫りにし、適切な使用、保管、取り扱いの必要性を強調しています。^[52]

• 工業用ガス
• 酸素とアルゴンの比は、物理的に類似した 2 つのガスの比率であり、さまざまな分野で重要です。

• Brown, TL; Bursten, BE; LeMay, HE (2006). J. Challice; N. Folchetti (編).化学: 中心となる科学(第 10 版). Pearson Education . pp. 276& 289. ISBN 978-0-13-109686-8。
• Lide, DR (2005)。「元素および無機化合物の特性; 元素の融点、沸騰点、三倍体温度、臨界温度」。CRC化学物理ハンドブック(第 86 版) 。CRC プレス。§4。ISBN 978-0-8493-0486-6。三重点圧力69kPa。
• プレストン・トーマス、H. (1990)。「1990年の国際温度目盛り（ITS-90）」。メトロロジア。27 （ 1 ）：3–10。Bibcode ：1990Metro..27....3P。doi ： 10.1088 /0026-1394/27/1/ 002。S2CID  250785635 。83.8058 K での三重点圧力について。

• ビデオ周期表のアルゴン（ノッティンガム大学）
• USGS 周期表 – アルゴン
• ダイビング用途: なぜアルゴンなのか?