只有少數科學家可以自豪地宣稱發現了某種元素。其中,蘇格蘭化學家威廉·拉姆齊脫穎而出。他不僅增加了一種元素,而且在元素週期表中增加了一個完整的族:惰性氣體。這一成就為他贏得了1904年的諾貝爾獎。
拉姆齊在1894年發現了氬氣,偶然發現了惰性氣體。氬氣是一種無色、無味且幾乎不發生反應的氣體。它是地球上含量最豐富的惰性氣體,由地殼和地函中鉀-40的放射性衰變形成。
有趣的是,我們每次呼吸的空氣中有1%是氬氣,但它直到19世紀末才被發現。早些時候,在1785年,英國科學家亨利·卡文迪許注意到了它存在的最初跡象。卡文迪許在研究空氣成分時,觀察到從空氣樣本中去除所有已知氣體後,殘留了一個小氣泡,其中包含未知的氣體。
一個多世紀後,拉姆齊和瑞利勳爵解決了類似的問題。瑞利發現,來自大氣中的氮氣比來自化合物的氮氣具有更高的密度。他們懷疑大氣中的氮氣含有另一種氣體。1894年,他們通過反覆將大氣中的氮氣通過熱鎂,使氮氣結合並沉澱為氮化鎂,從而分離出這種氣體。
拉姆齊和瑞利在1895年發表的文章詳細描述了他們為使這種新氣體與各種物質發生反應所做的詳盡嘗試。從氧氣和氫氣到熾熱的磷和硝酸鉀,這種氣體仍然沒有反應。他們將其命名為氬氣,源自希臘語“argos”,意思是“不活躍”或“懶惰”。
不久之後,拉姆齊發現氦氣也幾乎不與其他物質發生反應。這促使他將一個惰性氣體族添加到門捷列夫的元素週期表中。他很快用氖、氪、氙以及後來的氡氣擴展了這個族。有一段時間,一些化學家認為這些惰性氣體完全沒有反應。
然而,在20世紀60年代,科學家們設法創造了一些含有惰性氣體的化合物。氬氣堅持的時間更長。第一個氬化合物,氟氫化氬,直到2000年才在-265°C和紫外線輻射下被創造出來。儘管在化學上“懶惰”,但氬氣有許多應用。
填充氬氣的雙層玻璃窗由於其導熱性差而提供更好的隔熱效果。它也用於給潛水服充氣。舊文件通過儲存在非反應性氬氣中來防止氧化。填充氬氣的白熾燈可以防止燈絲燒毀。
像氖氣一樣,當電流通過時,氬氣會發出明亮的光。純氬氣發出紫色光,而與汞混合時,則發出藍色光。藍綠色氬激光用於眼科和癌症治療。這種“懶惰”的惰性氣體在許多方面都發揮著作用。