氩气发现史：小误差引出大发现

公元1892年，一封信发表在英国著名的科学杂志《自然》9月号上。信中写道:“我最近在实验中发现一个现象，用不同的方法测得的氮不一致，两者的密度差是0.0064克/升，希望读者能帮我分析一下。气体研究员莱利希望开始。

这是怎么回事？谁是自称为“气体研究员”的莱利？

魔鬼隐藏在细节中。

事实证明，自从门捷列夫在19世纪中叶提出元素周期表以来，世界各地的科学家一直在积极寻找新的元素来填补周期表中的空白。英国科学家莱利也不甘落后，致力于气体研究。莱利，原名约翰·威廉·斯特拉特，因其高贵的出身而被尊为男爵莱利三世。他是一个非常执着的人。1880年，他开始连续12年精确测量各种气体的密度。在他的实验室里，有当时最精确的天平，灵敏度为1/10000克。

莱利原名约翰·威廉·斯特拉特(约翰·威廉·斯特拉特，1841919)，英国物理学家(网络图)

有一天，当他测量氮的密度时，他用两种来源的氮进行测量，以便于比较。一种氮是通过从空气中除去氧气、二氧化碳和水蒸气而获得的，密度为1.2572克/升；另一种氮是从氨中获得的，测得的密度为1.2408克/升。“怎么会有0.0064克/升的差异？”小心莱利怎么能放过这个错误呢？他重复了十几次测试，结果相差约0.0001克/升。

莱利感到困惑。绝望中，他求助于《自然》杂志，希望有人能一起解决这个问题。然而，两年过去了，没有收到一封信。

1894年3月，赖利在皇家科学研究会议上介绍了氮密度的实验，并分享了他的困惑。会后，苏格兰化学家威廉·拉姆齐找到了他，兴奋地说:“你好，我一年前见过这个，现在还在研究它。我敢说，空气中获得的氮一定含有重杂质，这可能是未知气体。”

“这有道理。我们为什么不一起解决这个科学问题呢？”莱利发出了邀请。

拉姆齐点头表示同意。

英国化学家威廉·拉姆齐的形象(网络图)

合作发现新元素

皇家科学研究学会也给了莱利一份“沉重的礼物”:一位物理学家说，几年前一些科学家做过类似于莱利的实验。莱利回到家后立即查阅了旧文件。果然，早在公元1785年，英国科学家卡文迪许就从实验中了解到，在从空气中去除氮气、氧气和二氧化碳后，仍有少量杂质。这些杂质的总量不超过空气的1/120，即使在放电条件下也不会与氧气结合。

莱利做了卡文迪许100多年前在实验室做的实验。他用一个大圆底烧瓶倒立在碱性水箱中。烧瓶穿过两根金属丝，金属丝的尖端相距只有几厘米。然后通电产生电火花，使瓶中空气中的氧气和氮气转化为二氧化氮。然后，他将苛性钠溶液通过玻璃管导入瓶子，收集产生的二氧化氮。莱利终于得到了足够的未知气体。

接下来，莱利打电话给拉姆齐，他们一起学习。拉姆齐将未知气体密封在两端焊接有电极的玻璃管中。通电时，玻璃管中的气体会发光。通过光谱检查，在光谱中发现了橙色和绿色的谱线。这是已知元素没有的谱线。“这是一个新的元素！”这两个人几乎异口同声。

动画视频:一丝不苟的赖利(优酷视频)

一段时间后，通过其他实验，他们终于发现了这种未知气体的特征:它不与氢、氯、氟和各种金属反应，也不与碳和硫反应；无论加热、加压或使用电火花，即铂作为催化剂，它都没有改变。他们最初建议将这种“不工作”的气体称为氩(希腊语的意思是懒惰)，元素符号A(1957年以后改为氩，直到现在仍被使用)，后来被翻译成中文为“氩”。

第二年，当氩被命名时，专注的拉姆齐和另一位科学家一起发现了氦，一种类似氩的气体。他称这种气体为“惰性气体”和“稀有气体”。公元1902年，门捷列夫接受了氩和氦，并将它们放入元素周期表，并将其归入零族。稀有气体的发现有利于原子结构的深入研究。1904年，莱利和拉姆齐分别获得了诺贝尔物理和化学奖，以表彰他们在稀有气体领域的贡献。瑞典皇家科学院主席席德·布隆(Sid blom)在一次演讲中表示:“即使前辈们未能证实该组中的任何元素，他们仍能找到一个新的元素组，这在化学史上是独一无二的，在本质上对科学发展具有特殊意义。”

氩和氦在化学元素周期表中的位置(最右边的粉红色区域，网络图)

作为人类发现的第一种稀有气体，氩约占空气的0.93%，高于其他稀有气体。每天都有它，但不知有多少科学家做空气实验，错过了寻找的机会。莱利以严谨的科学态度、细致彻底的研究和长期跟踪赢得了最后的胜利。如果他把千分之几的偏差归因于实验错误，诺贝尔奖将会被错过。这一事件再次证明了一句谚语:“细节中藏着魔鬼。”

稀有气体的发现史(优酷视频)

附言

目前，氩广泛应用于生活、生产和商业活动中。氩最初被用来给灯泡充气，后来被用于照明技术，填充荧光灯、光电池、灯管等。荧光灯是通过在灯管中加入少量的汞和氩，并在内壁涂上荧光物质制成的。

此外，氩也广泛用于焊接和切割金属。这就是众所周知的氩弧焊。氩弧焊，也称为氩弧焊，是在电弧焊周围注入氩气保护气体。显然，氩气隔绝了空气中的氧、氮、氢等对电弧和熔池的负面影响，减少了合金元素的燃烧损失，防止了焊接区的氧化。

工人们正在做氩弧焊(网络图)

在元素周期表中排名第一的氢的发现过程也经历了许多波折。让我们来看看。《传递氢》