氩气（无色无臭的惰性气体）

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更新时间：2023-05-19
氩气
无色无臭的惰性气体
氩气是用于灯泡充气和对不锈钢、镁、铝等的电弧焊接，即“氩弧焊”。
基本信息
中文名
氩气
警示术语
普通大气压下无毒
分子量
39.948
原子质量
39.948
熔点
-189.2℃
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主要应用
装有氩气的灰色钢瓶
用途：一种稀有气体。用作电弧焊接（切割）不锈钢、镁、铝、和其它合金的保护气体。还用于钢铁、铝、钛和锆的冶炼中。放电时氩发出紫色辉光，又用于照明技术和填充日光灯、光电管、照明管等。
在酿酒的过程中，啤酒桶里的填充物，它可以把氧气置换，以避免啤酒桶里的原料被氧化成乙酸。
热处理工艺也用于代替氮气和氨气，效果更是超过氮气和氨气，不锈钢热处理时采用氩气保护折弯效果更好不易断裂。
氩气是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。
铝业。用来替代空气或氮气，在铝的制造过程中产生惰性气氛；在脱气过程中帮助去除不需要的可溶气体；以及去除熔铝中溶解氢气和其他颗粒。
炼钢。用于置换气体或蒸气并防止工艺流程中的氧化；用于搅拌钢水来保持恒定的温度和同一的成分；在脱气过程中帮助去除不需要的可溶气体；作为载体气体，氩可以用层析法来确定样品的成分；氩还能用于不锈钢精炼中使用的氩氧脱碳工艺（AOD），目的是去除一氧化碳和减少铬的损失。
金属加工。氩在焊接中用作惰性保护气；在金属和合金的退火及辊轧中提供无氧无氮保护；以及用于冲洗熔化金属以消除铸件中的气孔。
焊接保护气。氩气在焊接过程中作为保护气体，可以避免合金元素的烧损以及由此而产生的其他焊接缺陷，从而使焊接过程中的冶金反应变得简单而易于控制，以确保焊接的高质量。通过对HT250灰铸铁进行激光重熔试验,研究了不同气氛保护条件下试样重熔区气孔的产生机理。研究结果表明,在氩气保护条件下,重熔区中的气孔为析出性气孔;在开放条件下,重熔区的气孔为析出性气孔和反应性气孔。
其他用途。电子、照明、氩气刀等。
制备方法
在干空气中氩的含量约为0.934%，合成氨尾气中含氩3%~8%，工业上一般从空气和合成氨尾气中提取氩。
空气分离提取氩
深冷空分的主要产品为纯氧和纯氮，其副产品为生产氩气的主要来源。氩馏分（含8%~12%Ar）是由空分装置的蒸馏塔上提取，其中含有氧和氮等组分，制氩流程有常规制氩和全精馏制氩两种，而纯氩的制取主要是脱除氩馏分中的氧、氮和氢等杂质。
合成氨尾气提取氩
合成氨尾气由其弛放气和氨罐排放气组成，其组成为：60%~70%H2、20%~25%N2、3%~8%Ar、8%~12%CH4及约3%NH3。合成氨尾气提氩有低温精馏法和冷凝蒸发法，典型流程有三塔提氩流程和两塔提氩流程及带热泵循环提氩装置三种，其生产工艺包括原料气净化、脱氢、脱甲烷和脱氮四步工序。
人体危害
侵入途径：吸入。
常压下无毒。高浓度时，使氧分压降低而发生窒息。氩浓度达50%以上，引起严重症状；75%以上时，可在数分钟内死亡。当空气中氩浓度增高时，先出现呼吸加速，注意力不集中，共济失调；继之，疲倦无力、烦躁不安、恶心、呕吐、昏迷、抽搐、甚至死亡。
危险性类别：第2.2类，不燃气体。
泄漏案例
乌鲁木齐机场加气站施工时氩气泄漏致5死5伤
乌鲁木齐市高新区一企业2名工人在乌鲁木齐国际机场飞机维修基地加气站旁一工程施工焊接过程中，发生氩气泄漏窒息。机场机务维护人员及医护人员在不明情况下进行施救，又造成多人昏迷。事故造成5人死亡、5人重伤。
事故发生后，自治区领导立即作出批示，要求自治区安监局迅速赶赴事故现场，全力以赴抢救受伤人员，做好遇难人员的善后处置工作，彻查事故原因。
自治区安监局、乌鲁木齐市等有关部门组织人员迅速赶赴医院和事故现场，进行伤员抢救和事故处理工作。事故原因正在进一步调查中。
氩化合物
芬兰科学家合成惰性气体元素氩化合物
HArF模型
芬兰赫尔辛基大学的科学家在24日出版的英国《自然》杂志上报告说，他们首次合成了惰性气体元素氩的稳定化合物——氟氩化氢，分子式为HArF。这样，6种惰性气体元素氦、氖、氩、氪、氙和氡中，就只有原子量最小的氦和氖尚未被合成稳定化合物了。惰性气体可广泛应用于工业、医疗、光学应用等领域，合成惰性气体稳定化合物有助于科学家进一步研究惰性气体的化学性质及其应用技术。
在惰性气体元素的原子中，电子在各个电子层中的排列，刚好达到稳定数目。因此原子不容易失去或得到电子，也就很难与其它物质发生化学反应，因此这些元素被称为“惰性气体元素”。
在原子量较大、电子数较多的惰性气体原子中，最外层的电子离原子核较远，所受的束缚相对较弱。如果遇到吸引电子强的其他原子，这些最外层电子就会失去，从而发生化学反应。1962年，加拿大化学家首次合成了氙和氟的化合物。此后，氡和氪各自的化合物也出现了。
原子越小，电子所受约束越强，元素的“惰性”也越强，因此合成氦、氖和氩的化合物更加困难。赫尔辛基大学的科学家使用一种新技术，使氩与氟化氢在特定条件下发生反应，形成了氟氩化氢。它在低温下是一种固态稳定物质，遇热又会分解成氩和氟化氢。科学家认为，使用这种新技术，也可望分别制取出氦和氖的稳定化合物。
在加拿大工作的英国年轻化学家巴特列特（N．Bartlett）一直从事无机氟化学的研究。自1960年以来，文献上报道了数种新的铂族金属氟化物，它们都是强氧化剂，其中高价铂的氟化物六氟化铂（PtF6）的氧化性甚至比氟还要强。巴特列特首先用PtF6与等摩尔氧气在室温条件下混合反应，得到了一种深红色固体，经X射线衍射分析和其他实验确认此化合物的化学式为O2PtF6，其反应方程式为：
O+PtF→OPtF
这是人类第一次制得O+2的盐，证明PtF6是能够氧化氧分子的强氧化剂。巴特列特头脑机敏，善于联想类比和推理。他考虑到O2的第一电离能是1175.7千焦/摩尔，氙的第一电离能是1175.5千焦/摩尔，比氧分子的第一电离能还略低，既然O2可以被PtF6氧化，那么氙也应能被PtF6氧化。他同时还计算了晶格能，若生成XePtF6，其晶格能只比O2PtF6小41.84千焦/摩尔。这说明XePtF6一旦生成，也应能稳定存在。于是巴特列特根据以上推论，仿照合成O2PtF6的方法，将PtF6的蒸气与等摩尔的氙混合，在室温下竟然轻而易举地得到了一种橙黄色固体XePtF6：
Xe+PtF6→XePtF6该化合物在室温下稳定，其蒸气压很低。它不溶于非极性溶剂四氯化碳，这说明它可能是离子型化合物。它在真空中加热可以升华，遇水则迅速水解，并逸出气体：
2XePtF6+6H2O→2Xe↑+O2↑+2PtO2+12HF
发现历史
具有历史意义的第一个含有化学键的“惰性”气体化合物诞生了，从而很好地证明了巴特列特的正确设想。1962年6月，巴特列特在英国ProccedingsoftheChemicalSociety杂志上发表了一篇重要短文，正式向化学界公布了自己的实验报告，一下震动了整个化学界。持续70年之久的关于稀有气体在化学上完全惰性的传统说法，首先从实践上被推翻了。化学家们开始改变了原来的观念，摘掉了冠以稀有气体头上名不副实的“惰性”的帽子，拆除了人为的樊篱，很快形成了一个合成和研究新的稀有气体化合物的热潮，开辟了一个稀有气体化学的新天地。
认识上的障碍一旦拆除，更多的稀有气体化合物很快被陆续合成出来。就在同年8月，柯拉森（H．H．Classen）在加热加压的情况下，以1∶5体积比混合氙与氟时，直接得到了XeF4，年底又制得了XeF2和XeF6。氙的氟化物的直接合成成功，更加激发了化学家合成稀有气体化合物的热情。在此后不长的时间内，人们相继又合成了一系列不同价态的氙氟化合物、氙氟氧化物、氙氧酸盐等，并对其物理化学性质、分子结构和化学键本质进行了广泛的研究和探讨，从而大大丰富和拓宽了稀有气体化学的研究领域。到1963年初，关于氪和氡的一些化合物也陆续被合成出来了。至今，人们已经合成出了数以百计的稀有气体化合物，但却仅限于原子序数较大的氪、氙、氡，至于原子序数较小的氦、氖、氩，仍未制得它们的化合物，但有人已从理论上预测了合成这些化合物的可能性。1963年，皮门陶（Pimentaw）等人根据HeF2的电子排布与稳定的HF-2离子相似这一点，提出了利用核反应制备HeF2的3种设想：（1）制取TF-2，再利用氚〔3H（T）〕的β衰变合成HeF2：TF-2→HeF2+β；（2）用热中子辐射LiF，生成HeF2；（3）直接用α粒子轰击固态氟而产生HeF2。但毛姆等人则认为，HeF2和HF-2的电子排布虽然相似，但HF-2可以看成是一个H-跟两个F原子作用成键，H-的电离能仅为22.44千焦/摩尔，而He的电离能却高达801.5千焦/摩尔，因此是否存在HeF2，在理论上是值得怀疑的，氦能否形成化合物，至今仍是个不解之谜。
急救处理
一：切断气源，迅速撤离泄漏污染区，处理泄漏事故人员戴自给正压式呼吸器，处理液氩应配带防冻护具。若气瓶泄漏而无法堵漏时，将气瓶移至空旷安全处放。二、防护措施呼吸系统防护：一般不需特殊防护。但当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。
若吸入，迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。呼吸。心跳停止，立即进行心肺复苏术，就医。
皮肤接触，如果发生冻伤，将患部浸泡于保持在38~42℃的温水中复温，不要涂擦，不要使用热水或辐射热。使用清洁、干燥的敷料包扎，就医。
处置储存
氩气可在低于-184℃的温度下以液态形式储存和运送，但焊接用氩气大多装于钢瓶中使用。
氩气瓶是一种钢制圆柱形高压容器，其外表面涂成灰色并注有绿色“氩”字标志字样。
氩气瓶在使用中严禁敲击、碰撞、瓶阀冻结时，不得用火烘烤；不得用电磁起重搬运机搬运氩气瓶；夏季要防日光暴晒；瓶内气体不能用尽，返厂氩气瓶气余压力应不小于0.2MPa；氩气瓶一般直立放置。
储存注意
正式压呼吸器
储存于通风库房，远离火种、热源；气瓶应有防倒措施。大于10立方米低温液体储槽不能放在室内。瓶装气体产品为高压充装气体，使用时应经减压降压后方可使用。包装的气瓶上均有使用的年限，凡到期的气瓶必须送往有部门进行安全检验，方能继续使用。每瓶气体在使用到尾气时，应保留瓶内余压在0.5MPa，最小不得低于0.25MPa余压，应将瓶阀关闭，以保证气体质量和使用安全。瓶装气体产品在运输储存、使用时都应分类堆放，严禁可燃气体与助燃气体堆放在一起，不准靠近明火和热源，应做到勿近火、勿沾油腊、勿爆晒、勿重抛、勿撞击，严禁在气瓶身上进行引弧或电弧，严禁野蛮装卸。
消防注意
灭火方法：本品不燃。切断气源。喷水冷却容器，可能的话将容器从火场移至空旷处
贮运注意事项
在贮运过程中轻装轻卸，严防碰损，防止高温。氩气没有腐蚀性，在常温下可使用碳钢、不锈钢、铜、铜合金、等通用金属材料及一般的塑性材料和弹性材料。在低温下常用聚四氟乙烯和聚三氟氯化乙烯聚合体来作垫圈、隔膜等。
应急措施
危险特性，若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。
灭火方法，本品不燃，根据着火原因选择适当灭火器灭火。
大量泄漏，根据气体扩散的影响区域划定警戒区，无关人员从侧风、上风向撤离至安全区。应急处理人员戴正压自给式呼吸器，穿一般作业工作服，液化气体泄漏时穿防寒服，尽可能切断泄露源，泄漏场所保持通风。
安全防护
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，即氧气浓度比平时减少2/3以下时，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75%以上时，能在数分钟内死亡。
窒息症状表现为，最初出现呼吸加快，注意力减退，肌肉运动失调，继而出现判断力下降，失去所有感觉，情绪不稳，全身疲乏，进而出现恶心、呕吐、衰弱、意识丧失、痊孪、昏睡，以致死亡。液态氩溅入眼内可引起炎症，触及皮肤可引起冻伤。氩气可用玻璃瓶或钢瓶贮装。
最高允许浓度：中国，未制定标准；美国，ACGIH未制定标准。
工程控制：密闭操作，提供良好的自然通风条件。
呼吸系统防护：一般不需要特殊防护，但当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器或长管面具。
眼睛防护：一般不需要特殊防护。
身体防护：穿一般作业工作服。
手防护：戴一般作业防护手套。
其他防护：避免高浓度吸入。
参考资料
[1]
氩气的特殊用途及安全防护知识 · 氩气的特殊用途及安全防护知识[引用日期2014-12-04]