介绍自己-军训小结

元素史话——氩
摘要：氩是一种稀有气体，也称为惰性气体，它的性质十分不活
泼，不能燃烧，也不助燃。应用十分广泛，可用作电弧焊接不锈钢、
镁、铝的惰性保护气体。也作为惰 性气体填充日光灯、电灯泡、光电
管等，延长灯丝寿命等等。
关键词：氩的性质 氩的用途 氩的发现 氩弧焊
前言：氩：argon，一种化学元素。化学符号Ar，原子序数18，
原子量39.948，属周期系零族，为稀有气体的成员之一。1784年英
国H.卡文迪什曾从空气中 获得氩，但未确认。1894年英国瑞利和W.
拉姆齐重复了卡文迪什的实验，并用光谱分析证实这种气 体是一种新
元素，取名argon。含义是“懒惰”。氩在地球大气中的含量为0.934％，
有3种同位素：氩40、氩36、氩38。氩是无色、无臭、无味的气体，
熔点－189.2℃，沸点－ 185.7℃，气体密度1.784克／升（0℃，1×105
帕），在水中的溶解度33.6厘米3／ 千克水 。氩可由液态空气分馏制
得。氩不能燃烧，也不助燃，用作电弧焊接不锈钢、镁、铝的惰性保< br>护气体。也作为惰性气体填充日光灯、电灯泡、光电管等，延长灯丝
寿命。
一、简介
（一）物理性质
氩（Ar）元素为非金属元素，在元素周期表中的位臵为第二周期
第 零族，电子层分布为2-8-8，原子量为39.95，原子体积是23.9立
方厘米摩尔。氩元素在太 阳中的含量为70 ppm，在海水中的含量为
0.45 ppm，在地壳中含量为1.2ppm。声音 在其中的传播速率为
323mS。氩元素的晶体结构是晶胞为面心立方晶胞。
其单质为无色、 无臭和无味的气体。是稀有气体中在空气中含量
最多的一个，100升空气中约含有934毫升。密度1 .784克升。熔点

-189.2℃。沸点-185.7度。电离能为15.759电子 伏特。
（二）化学性质
化学性极不活泼，不能燃烧，也不能助燃。按化合物这个词的一般意义来说，它是不会形成任何化合物的。
（三）氩的化合物
氩，无论是气态还是液态 ，都是无色、无味而且无毒的稀有气体。
它在水中的溶解度比氮多出了2.5倍。虽然氩在一般的情况向 都很稳
定，不会与其它化合物或元素化合，但是科学家还是有办法在极端的
条件下形成一些氩化 合物，像是2000年8月由芬兰化学家马库•拉萨
能(Markku Räsä nen)领导的小组发现的氟氩化氢（HArF）。
这个氟、氢和氩的化合物在-265°C才能保持稳 定。此外，氩还可以作
为客体分子，与水形成包合物。除了以上基态的物质外，目前已经发
现含 氩的离子和激发态配合物（像ArH和ArF），而根据理论计算显
示氩应该可以形成在室温下稳定的化 合物，虽然目前还没有发现它们
存在的线索。
氟氩化氢，化学式为HArF，是一个氩的化合 物，也是第一个被
发现的氩化合物。氩与水、对苯二酚和苯酚可形成弱键包和物，并可
以形成氟 氩化氢。
氩氟化氢是一群由马库•拉萨能（Markku Räsänen）< br>领导的芬兰化学家发现的，他们在2000年8月24日将发现氟氩化氢
的消息登上了《自然》杂 志。
这群芬兰化学家是将氩气和氟化氢在碘化铯表面冷冻至-265°C，
这使氩气结成冰， 然后再用大量的紫外线照射这氩冰和氟化氢的混合
物，这使得氩和氟化氢反应产生氩氟化氢。经过红外光 谱术分析后，
他们发现氩原子已经和氟原子、氢原子产生化学键，但该化学键非常
的弱，只要温 度高于-256°C它就会再分解为氩和氟化氢。所以，这个

氟、氢和氩的化合物在-2 65°C才能保持稳定。
（四）天然含量
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%，至于在地壳中可说是完全不含氩，因为氩在自然情况下不与
其他 化合物反应，而无法形成固态物质。也因为这样工业用的氩大多
就直接从空气中提取。主要是用分馏法提 取，而像是氮、氧、氖、氪、
氙等气体也都是这样从空气中提取的。 而在火星的大气中，氩-40以体积计算的话占有1.6%，而氩-36的浓度为5ppm；另外1973年水
手号计划的太空探 测器飞过水星时，发现它稀薄的大气中占有70%
氩气，科学家相信这些氩气是从水星岩石本身的放射性 同位素衰变而
成的。卡西尼-惠更斯号在土星最大的卫星，也就是泰坦上，也发现
少量的氩。
（五）同位素
氩的同位素有24种。一般来说，稳定的氩-40是由地壳中的钾
-4 0(40K)经由电子俘获或正子发射衰变来的。钾-40以这两种方式衰
变成氩只占所有的11.2% ，另外还有88.8%的氩经由钙-40(40Ca)的β
衰变而来。这个特性可以被用来测定岩石的年 龄。
在地球大气中，不稳定的氩-39(39Ar)可经由宇宙射线轰击氩-40
而生成，另 外也可以经由钾-39(39K)的中子俘获而来。至于氩-37，则
可以从(37Ar)核试验中形成 的钙的人造同位素衰变而来，氩-37的寿
命非常短，半衰期只有35天。
符质中质量(原子质量单
号

子

子

位)

激发能量

半衰期

原子核自旋

相对丰度

相对丰度的
变化率

30Ar

18

12

30.02156(32)#

31Ar

18

13

31.01212(22)#

32Ar

18

14

31.9976380(19)

33Ar

18

15

32.9899257(5)

34Ar

18

16

33.9802712(4)

<20 ns

14.4(6) ms

98(2) ms

0+

52(+#)

0+

173.0(20) ms

12+

844.5(34) ms

0+

35Ar

18

17

34.9752576(8)


36Ar

18

18

35.967545106(29)

稳定

0+

0.003365(30)


37Ar

18

19

36.96677632(22)

35.04(4) d

32+


38Ar

18

20

37.9627324(4)

稳定

0+

0.000632(5)


39Ar

18

21

38.964313(5)

269(3) a

72-


40Ar

18

22

39.9623831225(29)

稳定

0+

0.996003(30)


41Ar

18

23

40.9645006(4)

109.61(4) min

72-


42Ar

18

24

41.963046(6)

32.9(11) a

0+


43Ar

18

25

42.965636(6)

5.37(6) min

(52-)


44Ar

18

26

43.9649240(17)

11.87(5) min

0+


45Ar

18

27

44.9680400(6)

21.48(15) s

(12,32,52)-


46Ar

18

28

45.96809(4)

8.4(6) s

0+


47Ar

18

29

46.97219(11)

1.23(3) s

32-#


48Ar

18

30

47.97454(32)#

0.48(40) s

0+


49Ar

18

31

48.98052(54)#

170(50) ms

32-#


50Ar

18

32

49.98443(75)#

85(30) ms

0+


51Ar

18

33

50.99163(75)#

52Ar

18

34

51.99678(97)#

53Ar

18

35

53.00494(107)#

60# ms [>200
32-#

ns]

10# ms

3# ms

0+

(52-)#

1.775(4) s

32+








备注:画上#号的数据代表没有经过实验的证明，只是理论推测而已，
而用括号括起 来的代表数据不确定性。
（六）元素来源
可从空气分馏塔抽出含氩的馏分经氩塔制成粗氩，再经过化学反
应和物理吸附方法分出纯氩。
（七）元素用途
氩气最主要的用处就是它的惰性，可以保护一些容易与周围物质
发生 反应的东西。虽然其他的惰性气体也有这些特性，但是氩气在空
气中的含量最多，也是最容易取得，因此 相对就比较便宜，具有经济
效益。另外氩气便宜的原因还有它是制造液氧和液氮的副产品，而由
于它们两个都是工业上重要的原料，生产很多，所以每年都有很多的
液氩副产品。
1、以氩惰性的用途主要有：

（1）电灯泡里的填充气体，由于氩气不会与灯 芯产生化学反应，
而又能保持气压减缓钨丝升华，可延长灯丝使用寿命。
（2）氩可当作焊接 时所用的保护气体，其中包括MIG焊接、
GTA焊接与GMA焊接等，在这时氩通常会和二氧化碳混合 在一起使
用。
（3）可用于灭火，用氩气灭火的好处是几乎不会破坏任何火场
的物品 ，通常使在火场有特殊仪器时才使用。
（4）用于感应耦合等离子的气体之一。
（5）用于 保护加工中的钛和其他容易发生反应的金属。保护成
长中的硅晶体和锗晶体，这晶体主要用于半导体学。 在博物馆里，会
在一些重要文物的玻璃专柜里填充氩气，避免氧化。在啤酒罐中的填
充物，虽然 也可以用氮气代替。在酿酒的过程中，啤酒桶里的填充物，
它可以把氧气臵换，以避免啤酒桶里的原料被 氧化成乙酸。在药学里，
氩可以用于保护一些静脉内的治疗的药物，举个例子，像是对乙酰氨
基 酚。一样的，这也是防止药物受到氧气的破坏。用于冷却AIM-9
响尾蛇导弹的追踪器，氩当时都是以 高压储存，然后当释放气体后就
可以带走一些热量。为石墨电熔炉中的保护气体，以免它被氧化。 2、另外氩气的低传热率也是它的特性之一，像它可以作为隔热
窗户中两层玻璃之间的填充物。因为 它的低传热率和惰性，氩气在水
肺潜水可以用来作为膨胀潜水衣的气体。氩气还可以在水肺中代替氮气（吸收纯氧对身体不好，因此水肺中要添加其他气体），因为氮气
在高压下会溶进血液里而造成氮 麻醉，氩气则可以减轻这种症状（虽
然一般来说，惰性气体也会造成这种症状）。
3、使用 特定的方法可以使氩气离子化并且发光，这种功能可用
于等离子灯和粒子物理学中的能量器。以氩作成的 氩雷射会发出蓝
光，它在医学外科中可用于连接动脉、去除肿瘤和治疗眼睛的缺陷等。

< br>氩气还可以用于溅镀。另外氩-39有269年的半衰期，可以用于测定
地下水和冰层的年龄，而 钾-氩年代测定法适用钾-40衰变成氩-40的
过程来用于测定火成岩的年龄。
二、氩的发现简史
早在1785年，英国著名科学家卡文迪什（Cavendish H,1 731-1810）
在研究空气组成时，发现一个奇怪的现象。当时人们已经知道空气中
含有氮 、氧、二氧化碳等，卡文迪什把空气中的这些成分除尽后，发
现还残留少量气体，这个现象当时并没有引 起化学家们应有的重视。
谁也没有想到，就在这少量气体里竟藏着一个化学元素家族。
19世 纪末期，英国物理学家瑞利勋爵发现利用空气除杂制得的
氮气和从氨制得的氮气的密度有大约是千分之一 的差别。他在当时很
有名望的英国《自然》杂志上发表了他的发现，并请大家帮他分析其
中的原 因。伦敦大学化学教授莱姆塞推断空气中的氮气里可能含有一
种较重的未知气体。他们两人又各自做了大 量的实验，终于发现了在
空气中还存在一种密度几乎是氮气密度一倍半的未知气体。
英国物理学家瑞利（Rayleigh J W S,1842-1919）在研究氮气时发
现 从氮的化合物中分离出来的氮气每升重1.2508g，而从空气中分离
出来的氮气在相同情况下每升重 1.2572g，这0.0064g的微小差别引
起了瑞利的注意。他与化学家莱姆赛合作，把空气中的 氮气和氧气除
去，用光谱分析鉴定剩余气体，终于在1894年发现了氩。由于氩和
许多试剂都 不发生反应，极不活泼，故被命名为Argon，即“不活泼”
之意。中译名为氩，化学符号为Ar。1 894年8月13日，英国科学协
会在牛津开会，瑞利作报告，根据马丹主席的建议，把新的气体叫做< br>argon（希腊文意思就是“不工作”、“懒惰”）。元素符号Ar。当然，当
时发现的氩，实 际上是氩和其他惰性气体的混合气体，正是因为氩在
空气中存在的惰性气体的含量占绝对优势，所以它作 为惰性气体的代

表被发现。
氩的发现是从千分之一微小的差别开始的，是从 小数点右边第三
位数字的差别引起的，不少化学元素的发现，许多科学技术的发明创
造，都是从 这种微小的差别开始的。原子序数18，原子量39.948，
是一种稀有气体。1894年由英国化学 家瑞利和拉姆赛发现。氩在大
气中的含量为0.934%，有三种同位素：氩40、氩36、氩38，其 中氩
40占99.6%。氩在通常条件下位无色、无味气体；熔点-189.2°C，沸
点-1 85.7°C，气体密度1.784克升。水中溶解度33.6厘米³千克
水。氩与水、对苯 二酚和苯酚可形成弱键包和物，但不形成任何化合
物。氩放电时发出紫色辉光，可用于霓虹灯。氩还常用 做惰性保护气
体。
三、发现者生平
（一）卡文迪什
英国物理学家和化学 家卡文迪什，担任过英国皇家学会会员等，
从事科学研究，其重大贡献是建立电势概念、测量万有引力扭 秤实验
等，论文有《论人工空气》且获皇家学会科普利奖章，而卡文迪什工
作室后被后人筹建成 著名卡文迪什实验室。
卡文迪什1731年10月10日生于法国尼斯。1749年考入剑桥大
学，1753年尚未毕业就去巴黎留学。后回伦敦定居，在他父亲的实
验室中做了许多电学和化学方面 的研究工作。1760年被选为英国皇
家学会会员。1803年当选为法国科学院外国院士。卡文迪什毕 生致
力于科学研究，从事实验研究达50年之久，性格孤僻，很少与外界
来往，终身未娶。他在 化学、热学、电学、万有引力等方面进行地行
多成功的实验研究，但很少发表，过了一个世纪后，麦克斯 韦整理了
他的实验论文，并于1879年出版了名为《尊敬的亨利•卡文迪什的电
学研究》一书 ，此后人们才知道卡文迪什做了许多电学实验。麦克斯

韦说：“这些论文证明卡文迪什几 乎预料到电学上所有的伟大事实，
这些伟大的事实后来通过库仑和法国哲学家们的著作而闻名于科学界。”
1、早年研究
早在库仑之前，卡文迪什已经研究了电荷在导体上的分布问题。< br>1777年，他向皇家学会提出报告说：“电的吸引力和排斥力很可能反
比于电荷间距离的平方， 如果是这样的话，那么物体中多余的电几乎
全部堆积在紧靠物体表面的地方，而且这些电紧紧地压在一起 ，物体
的其余部分处于中性状态。”他还通过实验证明电荷之间的作用力 ，
其中 。他还早于 法拉第用实验证明电容器的电容取决于两极板之间
的物质。他最早建立电势概念，指出导体两端的电势与 通过它的电流
成正比（欧姆定律在1827年才确立）。当时还无法测量电流强度，据
说他勇敢 地用自己的身体当作测量仪器，以从手指到手臂何处感到电
振动来估计电流的强弱。
2、重大贡献
卡文迪什的重大贡献之一是1798年完成了测量万有引力的扭秤
实验 ，后世称为卡文迪什实验。他改进了英国机械师米歇尔（John
Michell，1724～179 3）设计的扭秤，在其悬线系统上附加小平面镜，
利用望远镜在室外远距离操纵和测量，防止了空气的扰 动（当时还没
有真空设备）。他用一根39英寸的镀银铜丝吊一6英尺木杆，杆的两
端各固定一 个直径2英寸的小铅球，另用两颗直径12英寸的固定着
的大铅球吸引它们，测出铅球间引力引起的摆动 周期，由此计算出两
个铅球的引力，由计算得到的引力再推算出地球的质量和密度。他算
出的地 球密度为水密度的5.481倍（地球密度的现代数值为
5.517gcm3），由此可推算出万有引力 常量G的数值为 6.754×10-11
Nm2kg2（现代值前四位数为6.672）。这一实验 的构思、设计与操作

十分精巧，英国物理学家J.H.坡印廷曾对这个实验下过这样的评 语：
“开创了弱力测量的新时代”。
卡文迪什在1766年发表了《论人工空气》的论文并获 皇家学会
科普利奖章。他制出纯氧，并确定了空气中氧、氮的含量，证明水不
是元素而是化合物 。他被称为“化学中的牛顿”。
（二）瑞利
瑞利原名约翰•威廉•斯特拉特（John William Strutt），尊称瑞利男
爵三世（Third Baron Rayleigh） ，1842年11月12日出生于英国埃塞
克斯郡莫尔登（Malden）的朗弗德林园。他的父亲是第 二世男爵约翰
•詹姆斯•斯特拉特，母亲叫克拉腊•伊丽莎白•拉图哲，是理查德•维卡
斯海军 上校的小女儿。瑞利以严谨、广博、精深著称，并善于用简单
的设备作实验而能获得十分精确的数据。他 是在19世纪末年达到经
典物理学颠峰的少数学者之一，在众多学科中都有成果，其中尤以光
学 中的瑞利散射和瑞利判据、物性学中的气体密度测量几方面影响最
为深远。
1、职业生涯
瑞利的一项重要研究是从空气和氮的化合物中制取纯净的氮。他
经深入研究， 1882年，向 英国科学协会提出一份报告，精确地指出，
氢和氧的密度比不是1：16，正确的比例应为1：15.8 82。从这件事
可以看出他那极为严谨的工作态度。他还从事气体的化合体积及压缩
性的精密测 量，计算出许多气体在极限情况下的摩尔体积，并严格测
定了氮的密度。
瑞利在制取氧和氮的 过程中发现，用三种不同的方法制取的氧，
密度完全相等，而用不同的方法制取的氮，密度则有微小的差 异。如
由氨制得的氮，与由空气制得的氮密度就不同，前者要小51000左
右。对此，他自己 反复验证了多次。尽管从实验的角度来看，这个微

小的差别是在允许范围内，但瑞利发现 ，这个“误差”总是表现为由空
气除去氧、二氧化碳、水以后获得的氮，比由氮的化合物获得的氮重，< br>误差虽小，但是不对称，这是用传统的说法无法解释的。因而，他将
这一实验给果刊登在英国的《 自然界》周刊。
瑞利认为，之所以由空气制得的氮比重大一些，可能有四种解释：
①由大气中 所得的氮，可能还含有少量的氧。②由氨制得的氮，可能
混杂了微量的氢。③ 由大气制得的氮，或许有 类似臭氧的N分子存
在。④由氨制得的氮，可能有若干分子已经分解，固而把氮气的密度
降低了 。第一个假设是不可能的，因为氧和氨的密度相差极微，必须
杂有大量的氧、才有可能出现51000的 差异。与此同时，瑞利又用
实验证明；他由氨制得的氮，其中绝不含氢。第三个解释也不足臵信，
因为他采用无声放电使可能混杂N3的氮气变化，并没发现氮的密度
有所变化，即不存在N3。第四种 假设几乎是不可能的，因为如果存
在游离的氮原子，必然会彼此给合为分子，不可能在正常条件下长期< br>游离。正当瑞利困惑不解时，拉姆塞向瑞利提出，他要用新方法研究
大气中的氮，瑞利对此慨然允 许，并与拉姆塞精诚合作，这种研究导
致了惊人的重大成果，发现了氦、氖、氩、氪、氙等整个一族的惰 性
气体元素。1894年5月24日，拉姆塞给瑞利写信，提出了整个惰性
气体族的设想。同年 8月7日，以他们两个人的名义宣布了一种惰性
气体元素的发现，英国科学协会主席马登提议， 把这种气体命名为
氩（Argon）。
瑞利一生发表了许多学术论文，他文笔清雅畅达，所写 文章大多
有严格的数学证明，定量十分准确。瑞利于1919年去世，比他的精
诚合作者拉姆塞 晚逝3年，享年77岁。
2、瑞利散射
入射光在线度小于光波长的微粒上散射后散射光和入 射光波长

相同的现象。由英国物理学家 瑞利提出而得名。
1871年，瑞利 在经过反复研究，反复计算的基础上，提出了著
名的瑞利散射公式，当光线入射到不均匀的介质中，如乳 状液、胶体
溶液等，介质就因折射率不均匀而产生散射光。瑞利研究表明，即使
均匀介质，由于 介质中分子质点不停的热运动，破坏了分子间固定的
位臵关系，从而也产生一种分子散射，这就是瑞利散 射。瑞利经过计
算认为 ，分子散射光的强度与入射光的频率（或波长）有关，即四
次幂的瑞利 定律。正午时，太阳直射地球表面，太阳光在穿过大气层
时，各种波长的光都要受到空气的散射，其中波 长较长的波散射较小，
大部分传播到地面上。而波长较短的蓝、绿光，受到空气散射较强，
天空 中的蓝色正是这些散射光的颜色，因此天空会呈现蓝色。正是由
于波长较短的光易被散射掉，而波长较长 的红光不易被散射，它的穿
透能力也比波长短的蓝、绿光强，因此用红光作指示灯，可以让司机
在大雾迷漫的天气里容易看清指示灯，防止交通事故的发生。当前对
海洋水色遥感精确瑞利散射的计算均 采用查找表方式进行，但由于这
些查找表是针对特定遥感器生成的，无法直接应用于新的水色遥感
器，给实际应用带来一定程度的麻烦，为此提出了一种通用的海洋水
色遥感精确瑞利散射查找表．首先 ，详细地推导了加倍法解大气矢量
辐射传输方程的基本关系式和实际的计算原理．通过与MODIS精确
瑞利散射查找表计算结果比较，证明利用加倍法计算瑞利散射的精度
优于0．25%，完全能够 满足当前海洋水色遥感大气校正对瑞利散射
计算精度的要求，并可以用来生成精确瑞利散射查找表。其次 ，利用
加倍法解大气矢量辐射传输方程，生成了一个通用的海洋水色遥感精
确瑞利散射查找表， 验证结果表明该查找表可用于所有水色遥感器的
精确瑞利散射计算，且计算精度优于0．5%。这就是瑞 利散射表在现
代科学当中的重要应用。

3、瑞利原理
瑞利-瑞利原 理瑞利原理用以计算振动系统固有频率的近似值，
特别是最小固有频率（即基频）的上界的一个原理，是 英国的瑞利于
1873年提出的。它是振动理论中的一些极值原理以及计算固有频率
和振型的瑞 利－里兹法的理论基础。对于一个在稳定平衡位臵附近振
动的保守系统，假设它以某一满足变形连续条件 和位移边界条件的可
能位移为振型作简谐振动，它的角频率为[kg]。由于机械能守恒,[kg]系统最大势能[y1]等于最大动能[y1][kg]。[y1]可写成[y1]=[y1],式中[y1]
为最大动能系数。最大势能和最大动能系数之比[412-50]称为瑞利商，
它是可能位移的 泛函。瑞利原理可表述为：当可能位移取某阶固有振
型时，瑞利商取驻值，且该值就是对应阶固有角频率 的平方。特别地，
当可能位移取对应于基频的振型时，瑞利商取最小值，其值就是基频
的平方。 将瑞利原理应用于固有频率和振型的近似计算，就得到著名
的瑞利－里兹法。它将可能位移表达成若干个 给定的可能位移的线性
组合，从而使瑞利商成为这个线性组合的系数的函数。利用瑞利商的
驻值 条件将问题化为以这些系数为未知量的代数特征值问题，而特征
值就是固有频率近似值的平方，它们可以 很容易地求出。其中，最小
特征值是基频平方的偏大的近似值。再求出特征矢量就得到振型。作
为特殊情形，若可能位移只用一个给定函数近似表达，就得到瑞利法，
用它计算基频的上界非常简便有效 。若可能位移和振型的差为一级小
量，则用瑞利法求出的频率的误差为二级小量。例如，对一根两端固< br>定且长为的均匀弦,可能位移可以取[412-05] ≥0； 当[412-01a]。与此
对应的瑞利商为： [412-12]，式中[kg2][kg2]为弦中 的张力；为单位
弦长的质量。由此得到的基频[kg]的近似值为 2[kg]。若分别取
=1[kg2]2[kg2]和对应于[kg][kg]取极小时的[412-1]，则 对应的近似值
分别为[412-2]、 [412-3]以及[412-07]。而两端固定的均匀弦的 基频的

准确值为(12)[412-06]。所以基频的上述三个近似值和准确值的相对
误差为 0.1、0.007和0.001。随着科学的发展，瑞利商和瑞利原理的
应用远远超 出了原来的范围，它在许多物理和数学领域的理论分析和
数值计算技术中起着重要的作用。
（三）拉姆赛
拉姆赛，惰性元素之父。（1852~1916），出生于英国的格拉斯哥。< br>他从小就兴趣广泛、聪颖好学。 “有志者，事竟成”。拉姆赛以优异
的成绩从大学毕业后，又经 过几年寒窗苦读，获得了博士学位，在无
机化学和物理化学方面小有成就。
正当他开始制定研 究计划，潜心化学探索时，物理学家瑞利找上
门来。原来，近一段时间，瑞利一直忙于测定各种气体的密 度，尤其
是空气中氮气的密度。他取来一瓶空气，先除去氧气，再除去二氧化
碳和水蒸气，按道 理，剩下的应该全是氮气了。然而，测定的结果显
示，空气中氮的密度居然比从一氧化氮、氨、尿素中得 到的纯氮气的
密度要大0.0067。这个在常人看来似乎无足轻重的细微差别，在治学
严谨的 科学家眼中却是不容忽视的科学数据。（注：去氧气、二氧化
碳、水蒸气法得1.2572克升，而纯氮 气为1.2508克升。事实上，这
个差距已经超过了“实验误差允许范围”）瑞利百思不解，只好上门 向
拉姆赛博士求助。
拉姆赛兴趣甚浓他立即停下手头的工作。首先，他重复了瑞利的
实验，结果验证，0.0067的密度差异的确存在于制取途径不同的两种
氮气中。接着，拉姆赛作出 推断：既然纯氮气的密度要小于空气中所
谓氮气的密度，那么，很可能在空气中还混有其他物质，其密度 大于
氮气密度。这不就显示说空气中还有未知的新元素吗？拉姆赛似乎在
黑暗中摸到了它的鼻尖 ，他再也坐不住了，强烈的探索欲望扰乱了他
正常的生活节奏，他开始废寝忘食地寻觅这种未知的新元素 。

果然，除去氧气、二氧化碳、水蒸气、氮气这后的空气瓶子中，
还剩下一 点点气体。看着这未知的气体，拉姆赛和瑞利幸福极了，就
像母亲深情地注视着初生的婴儿。为了进一步 证实，他们将这种气体
放到光谱仪上去测量，结果发现这种谱线他们从未看见过。（注：得
到的 卡文迪许所称的浊气后，光谱为橙色+绿色）从而确信这是一种
新元素。后来拉姆赛又测定了这种气体的 密度，果然比氮气重，大约
是它的一倍半。
空气中居然发现了惰性气体，这消息轰动了整个世 界。然而拉姆
赛没有在胜利的喜悦中忘记自己的使命，为了继续探索空气中是否存
在其他未知元 素，他和别一位化学家特拉威斯开始了合作。
他们利用空气液化的办法，利用各种气体沸点不同的特点 ，将空
气中的氧、氮、二氧化碳、氩一一除去，然后再观察剩余气体的光谱
线。1898年，喜 讯不断传出，拉姆赛和特拉威斯陆续发现了氖、氪、
氙等新元素。它们的性质和氩一样，都非常懒惰，所 以被统称为“惰
性气体”。
三、氩弧焊
氩弧焊，是使用氩气作为保护气体的一种焊 接技术，又称氩气体
保护焊。就是在电弧焊的周围通上氩弧保护性气体，将空气隔离在焊
区之外 ，防止焊区的氧化。
氩弧焊技术是在普通电弧焊的原理的基础上，利用氩气对金属焊
材的保护 ，通过高电流使焊材在被焊基材上融化成液态形成溶池，使
被焊金属和焊材达到冶金结合的一种焊接技术 ，由于在高温熔融焊接
中不断送上氩气，使焊材不能和空气中的氧气接触，从而防止了焊材
的氧 化，因此可以焊接不锈钢、铁类五金金属。
（一）分类
1、非熔化极

氩弧焊按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两
种。
工 作原理及特点：非熔化极氩弧焊是电弧在非熔化极（通常是钨
极）和工件之间燃烧，在焊接电弧周围流过 一种不和金属起化学反应
的惰性气体（常用氩气），形成一个保护气罩，使钨极端部、电弧和
熔 池及邻近热影响区的高温金属不与空气接触，能防止氧化和吸收有
害气体。从而形成致密的焊接接头，其 力学性能非常好。
2、熔化极
工作原理及特点 ：焊丝通过丝轮送进，导电嘴导电，在母材 与
焊丝之间产生电弧，使焊丝和母材熔化，并用惰性气体氩气保护电弧
和熔融金属来进行焊接的 。它和钨极氩弧焊的区别：一个是焊丝作电
极，并被不断熔化填入熔池，冷凝后形成焊缝；另一个是采用 保护气
体，随着熔化极氩弧焊的技术应用，保护气体已由单一的氩气发展出
多种混合气体的广泛 应用，如以氩气或氦气为保护气时 称为熔化极
惰性气体保护电弧焊（在国际上简称为MIG焊）；以惰 性气体与氧化
性气体（O2,CO2）混合气为保护气体 时，或以CO2气体或CO2+O2
混合气为保护气时，统称为熔化极活性气 体保护电弧焊（在国际上
简称为MAG焊）。从其操作方式看，目前应用最广的是半自动熔化
极氩弧焊和富氩混合气保护 焊，其次是自动熔化极氩弧焊。
（二）优点
氩弧焊之所以能获得如此广泛的应用，主要是因为有如下优点。
1、氩气保护可隔绝空气中氧 气、氮气、氢气等对电弧和熔池产
生的不良影响，减少合金元素的烧损，以得到致密、无飞溅、质量高< br>的焊接接头；
2、氩弧焊的电弧燃烧稳定，热量集中，弧柱温度高，焊接生产
效率高， 热影响区窄，所焊的焊件应力、变形、裂纹倾向小；

3、氩弧焊为明弧施焊，操作、观察方便；
4、电极损耗小，弧长容易保持，焊接时无熔剂、涂药层，所以
容易实现机械化和自动化； < br>5、氩弧焊几乎能焊接所有金属，特别是一些难熔金属、易氧化
金属，如镁、钛、钼、锆、铝等及 其合金；
6、不受焊件位臵限制，可进行全位臵焊接。[3]
（三）危害
1、焊工尘肺
尘肺是指由于长期吸入超过规定浓度的粉尘而引起肺组织弥漫
性纤维化 所致的疾病。焊工尘肺是由于长期吸入超过允许浓度的以氧
化铁为主并有无定型的二氧化硅、硅酸盐、锰 、铁、铬以及臭氧、氮
氧化物等混合烟尘和有毒气体，并在组织中长期作用所致的混合性尘
肺。
据有关资料表明，目前我国焊工尘肺的最短发病工龄为7年，平
均发病工龄为20～30年左右 ，并明显呈现北方寒冷地区发病率高，
南方地区发病率较低的现象。这主要是因为北方气候寒冷、车间关 闭
门窗时间长、自然通风换气条件差的原因。
焊工尘肺主要表现为呼吸系统症状：气短、咳嗽 、咳痰、胸闷和
胸痛。部分焊工尘肺患者可呈无力、食欲减退、体重减轻以及神经衰
弱症候群( 如头痛、头晕、失眠、嗜睡、多梦、记忆力减退等)，同时
对肺功能也有影响。
2、锰中毒
锰蒸气在空气中能很快氧化成灰色的氧化锰(MnO)及棕红色的
四氧化三锰(Mn3O4)烟 尘。焊工长期吸入超过允许浓度的锰及其化合
物的微粒和蒸气，则可能造成锰中毒。
焊工锰中毒发病很慢，大多在接触3～5年后，甚至可达20年才

逐渐发病。
慢性锰中毒早期表现为疲劳乏力，时常头痛、头晕、失眠、记忆
力减退以及植物神经功能紊乱， 如舌、眼睑和手指的细微振颤等。中
毒进一步发展，则神经精神症状均更明显，而且转变、跨越、下蹲等
都较困难，走路时表现左右摇摆或前冲后倒，书写时振颤不清等。
3、焊工金属热
金属热是接触足够浓度的某些金属烟尘的工人常见的一种综合
征。焊工金属热是指吸人焊接金属烟尘中 0．05～0．5Pm的氧化铜、
氧化锌、氧化铝、氧化锰及氧化铁微粒和氟化物等，容易通过上呼吸< br>道进入末梢细支气管和肺泡，再进入血液，引起焊工金属热反应。金
属热不是慢性病，而是一种复 发性急性偶发病。其主要症状是下班后
感觉嘴里有金属味，食欲不振、恶心、寒战，大多伴有低烧。焊工 金
属热在经常进行铜及铜合金焊接的工人中较为常见，经常在船舱、密
闭容器内使用碱性焊条施 焊者，亦容易出现此症。
四、心得体会
听了老师关于化学史的介绍，对化学史有了一个新的了解。
通过学习化学史这一课程，我认识 了无数对化学这一学科做出伟
大贡献的人物，填充了我在化学历史这一方面的空白，他们的人生历
程以及丰功伟业都对我的人生产生了巨大的影响，使我清楚地认识到
自己在学习过程中的不足，从而更 加明确自己的人生目标。。
通过对元素史的写作以及PPT的制作，使我重新了解了化学元
素 ，对以后的学习有很大的帮助。
非常感谢这门课程以及老师的孜孜不倦地讲解，使我能够从不一
样的角度来学习化学、认识化学。
参考文献：
[1] 化工空间,氩的物化性质

[2] 张爱辉,氩弧焊技术[J].现代工业技术和信息化,2012（03）
[3] 张志明,氩气[J].包钢科技,1993(01)
[4] 曾玉柳,FON—3001000—1型分馏塔选配XKAr—3型氩塔的尝试[J],福建化工,
1994(04)
[5] 汪怀生. 合肥发生氩气泄漏事故 四死五伤[J]. 深冷技术, 2002,(01)
[6] 朱杰.李宗极.顾国标,氩气及氩气检验方法(送审稿)[J]. 深冷技术, 1985, (02)
[7] 顾福民. 警惕:氩气也是窒息性气体[J]. 深冷技术, 2001,(02)