Argon

Pour le personnage de J. R. R. Tolkien, voir Argon (Terre du Milieu).

Argon
Chlore ← Argon → Potassium Ne       18 Ar                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ↑ Ar ↓ Kr Tableau complet • Tableau étendu
Informations générales
Nom, symbole, numéro	Argon, Ar, 18
Série chimique	Gaz rare
Groupe, période, bloc	18 (VIIIA), 3, p
Masse volumique	1,7837 g·l-1 (0 °C, 1 atm)[1] équation[2] : Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 83,78 à 150,86 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 83,78 -189,37 35,491 1,41779 88,25 -184,9 34,79241 1,38989 90,49 -182,66 34,4353 1,37562 92,72 -180,43 34,07258 1,36113 94,96 -178,19 33,70392 1,3464 97,2 -175,95 33,32891 1,33142 99,43 -173,72 32,94712 1,31617 101,67 -171,48 32,55807 1,30063 103,9 -169,25 32,16122 1,28478 106,14 -167,01 31,75595 1,26859 108,38 -164,77 31,34158 1,25203 110,61 -162,54 30,91731 1,23508 112,85 -160,3 30,48224 1,2177 115,08 -158,07 30,03532 1,19985 117,32 -155,83 29,57534 1,18148 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 119,56 -153,59 29,10084 1,16252 121,79 -151,36 28,61012 1,14292 124,03 -149,12 28,10111 1,12258 126,26 -146,89 27,57126 1,10142 128,5 -144,65 27,01741 1,07929 130,74 -142,41 26,43555 1,05605 132,97 -140,18 25,82043 1,03147 135,21 -137,94 25,16501 1,00529 137,44 -135,71 24,45946 0,97711 139,68 -133,47 23,68934 0,94634 141,92 -131,23 22,83198 0,91209 144,15 -129 21,84808 0,87279 146,39 -126,76 20,65797 0,82524 148,62 -124,53 19,04309 0,76073 150,86 -122,29 13,353 0,53343
Couleur	incolore
No CAS	7440-37-1 [3]
No EINECS	231-147-0
Propriétés atomiques
Masse atomique	39,948 ± 0,001 u
Rayon atomique (calc)	(71 pm)
Rayon de covalence	106 ± 10 pm [4]
Rayon de van der Waals	188 pm
Configuration électronique	[Ne] 3s2 3p6
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 8
État(s) d’oxydation	0
Oxyde	inconnu
Structure cristalline	Cubique à faces centrées
Propriétés physiques
État ordinaire	Gaz (non magnétique)
Point de fusion	-189,36 °C [1]
Point d’ébullition	-185,85 °C [1]
Énergie de fusion	1,188 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	6,43 kJ·mol-1 (1 atm, −185,85 °C)[1]
Température critique	-122,3 °C
Point triple	−189,3442 °C [5]
Volume molaire	22,414×10-3 m3·mol-1
Pression de vapeur	équation[2] : Pression en pascals et température en kelvins, de 83,78 à 150,86 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) P (Pa) 83,78 -189,37 6,8721E4 88,25 -184,9 112 148,93 90,49 -182,66 140 488,79 92,72 -180,43 173 950,2 94,96 -178,19 213 081,34 97,2 -175,95 258 443,49 99,43 -173,72 310 609,15 101,67 -171,48 370 160,69 103,9 -169,25 437 689,44 106,14 -167,01 513 795,27 108,38 -164,77 599 086,73 110,61 -162,54 694 181,59 112,85 -160,3 799 707,93 115,08 -158,07 916 305,52 117,32 -155,83 1 044 627,7 T (K) T (°C) P (Pa) 119,56 -153,59 1 185 343,64 121,79 -151,36 1 339 140,82 124,03 -149,12 1 506 727,99 126,26 -146,89 1 688 838,27 128,5 -144,65 1 886 232,65 130,74 -142,41 2 099 703,68 132,97 -140,18 2 330 079,46 135,21 -137,94 2 578 227,85 137,44 -135,71 2 845 060,97 139,68 -133,47 3 131 539,89 141,92 -131,23 3 438 679,68 144,15 -129 3 767 554,64 146,39 -126,76 4 119 303,91 148,62 -124,53 4 495 137,3 150,86 -122,29 4,8963E6
Vitesse du son	319 m·s-1 à 20 °C
Divers
Chaleur massique	520 J·kg-1·K-1 équation[2] : Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 83,78 à 135 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) Cp Cp 83,78 -189,37 45 230 1 132 87 -186,15 44 897 1 124 88 -185,15 44 840 1 122 90 -183,15 44 792 1 121 92 -181,15 44 833 1 122 94 -179,15 44 962 1 126 95 -178,15 45 060 1 128 97 -176,15 45 322 1 135 99 -174,15 45 672 1 143 100 -173,15 45 880 1 148 102 -171,15 46 363 1 161 104 -169,15 46 933 1 175 105 -168,15 47 252 1 183 107 -166,15 47 956 1 200 109 -164,15 48 747 1 220 T (K) T (°C) Cp Cp 111 -162,15 49 627 1 242 112 -161,15 50 101 1 254 114 -159,15 51 113 1 279 116 -157,15 52 214 1 307 117 -156,15 52 798 1 322 119 -154,15 54 031 1 353 121 -152,15 55 353 1 386 123 -150,15 56 763 1 421 124 -149,15 57 502 1 439 126 -147,15 59 044 1 478 128 -145,15 60 675 1 519 129 -144,15 61 524 1 540 131 -142,15 63 288 1 584 133 -140,15 65 139 1 631 135 -138,15 67 080 1 679
Conductivité thermique	0,01772 W·m-1·K-1
Énergies d’ionisation[6]
1re : 15,759610 eV	2e : 27,62966 eV
3e : 40,74 eV	4e : 59,81 eV
5e : 75,02 eV	6e : 91,009 eV
7e : 124,323 eV	8e : 143,460 eV
9e : 422,45 eV	10e : 478,69 eV
11e : 538,96 eV	12e : 618,26 eV
13e : 686,10 eV	14e : 755,74 eV
15e : 854,77 eV	16e : 918,03 eV
17e : 4 120,8857 eV	18e : 4 426,2296 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 36Ar 0,336 % stable avec 18 neutrons 37Ar traces (?) {syn.} 35,04 j ε 37Cl 38Ar 0,063 % stable avec 20 neutrons 39Ar traces (?) {syn.} 269 ans β- 0,565 39K 40Ar 99,6 % stable avec 22 neutrons 42Ar {syn.} 32,9 ans β- 0,600 42K
Précautions
Directive 67/548/EEC[7]
Phrases S : S38 : En cas de ventilation insuffisante, porter un appareil respiratoire approprié. Phrases S : 38,
Transport[8]
20    1006    Code Kemler : 20 : gaz asphyxiant ou qui ne présente pas de risque subsidiaire Numéro ONU : 1006 : ARGON COMPRIMÉ Classe : 2.2 Étiquette : 2.2 : Gaz ininflammables, non toxiques (correspond aux groupes désignés par un A ou un O majuscule); 22    1951    Code Kemler : 22 : gaz liquéfié réfrigéré, asphyxiant Numéro ONU : 1951 : ARGON LIQUIDE RÉFRIGÉRÉ Classe : 2.2 Étiquette : 2.2 : Gaz ininflammables, non toxiques (correspond aux groupes désignés par un A ou un O majuscule);
SIMDUT[9]
A, A : Gaz comprimé température critique =−122,4 °C Divulgation à 1,0% selon les critères de classification
SGH[8]
AttentionH280, P403, H280 : Contient un gaz sous pression ; peut exploser sous l'effet de la chaleur P403 : Stocker dans un endroit bien ventilé.
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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L’argon est un élément chimique, de symbole Ar et de numéro atomique 18.

Il appartient au groupe des gaz nobles (aussi appelé « gaz rares » voire « gaz inertes »), avec l’hélium, le néon, le krypton, le xénon, le radon. L’ununoctium, de découverte plus récente, fait peut-être également partie de ce groupe. Malgré le nom générique de cette famille, l’argon (sur Terre) n’est pas à proprement parler un gaz « rare » : il figure, derrière le diazote et le dioxygène, au troisième rang d'importance des constituants de l’atmosphère terrestre (0,933 % en volume). Et il est, de ce fait, l’un des gaz nobles les plus utilisés.

La presque totalité de l'argon terrestre est l'isotope radiogénique argon 40 formé par la désintégration radioactive du potassium 40 dans la croûte terrestre. Par contre dans l'Univers, l'isotope le plus commun est l'argon 36, qui est l'isotope principal produit par le processus de nucléosynthèse stellaire aux supernovas.

Histoire

La présence dans l’air de l’argon (provenant du grec argos signifiant « paresseux ») fut suspectée par Henry Cavendish dès 1785 mais sa découverte par Lord Rayleigh et Sir William Ramsay attendit 1894.

Ils furent mis sur la piste par la différence de densité entre l’azote produit chimiquement et celui extrait de l’air par élimination de l’oxygène. La distillation fractionnée de l’air liquide leur permit d’en produire une quantité notable en 1898 et par la même occasion d’isoler le néon et le xénon.

L’argon a aussi été rencontré en 1882 aux travers de recherches indépendamment menées par H. F. Newall et W. N. Hartley.

Le symbole de l’argon est aujourd’hui Ar, mais a été A jusqu’en 1957.

La première molécule impliquant l’argon (HArF) a été synthétisée en 2000.

Occurrence

L’argon est isolé du reste de l’air liquide par fractionnement et est donc facile à produire en grande quantité puisque l’atmosphère en contient près de 1 % (0,933 %). L’atmosphère de Mars est grossièrement comparable quant à ses concentrations relatives en isotopes d'argon, puisque contenant 1,6 % d’argon 40 et 5 ppm d’argon 36.

Caractéristiques notoires

Raies d’émission.

C’est un élément chimiquement inerte, incolore, sans saveur et inodore sous ses formes liquide et gazeuse. L’argon est 2,5 fois plus soluble dans l’eau que le diazote qui a approximativement la même solubilité que le dioxygène.

Il n’y a aucun véritable composé chimique connu qui contienne de l’argon. Seul le fluorohydrure d’argon HArF a été détecté dans des conditions très particulières^[10] pour des températures inférieures à 27 K (soit -246 °C).

Isotopes

Les principaux isotopes de l'argon présents sur Terre sont l'argon 40 (99,6 %), 36 (0,34 %) et 38 (0,06 %).
Le potassium radioactif « naturel » (le ⁴⁰K), a une demi-vie de 1,248×10⁹ ans, et se désintègre en 2 produits :

• en argon 40 (11,2 %) stable, par capture électronique (ou émission de positron).
• en calcium 40 (88,8 %) également stable, par désintégration β^-.

Ces propriétés ainsi que le rapport entre les sous-produits formés sont employés pour déterminer l’âge de roches par la méthode de la datation au potassium-argon.

Dans l’atmosphère terrestre, l’argon 37, ainsi que l’argon 39 (tous deux radioactifs), sont produits par l’activité des rayons cosmiques.

• L’argon 37 est produit par réaction du calcium 40 soumis aux radiations d’explosions nucléaires souterraines, il a une demi-vie de 35 jours.
• Sous la surface de la Terre, l’argon 39 est également produit par capture neutronique du potassium 39 ou par émission de particules alpha du calcium.^{[réf. nécessaire]}

L'argon est remarquable parce que sa composition isotopique varie beaucoup entre diverses parties du système solaire. Aux endroits où la source principale de l'argon est la désintégration radioactive du potassium 40 des roches, l'argon 40 sera l'isotope majoritaire, comme sur les planètes telluriques retenant une atmosphère (Vénus, la Terre, et Mars). Par contre l'argon formé directement par la nucléosynthèse stellaire contient surtout le noyau argon 36 produit par la réaction alpha. Par exemple, l'argon du Soleil contient 84,6 % d'argon 36 selon les mesures du vent solaire. Il en est de même dans les planètes géantes, dont l'atmosphère est issue de l'accrétion du gaz primordial.

La prédominance de l'argon 40 radiogénique est responsable du fait que le poids atomique de l'argon terrestre est supérieur à celui du prochain élément, le potassium. Ceci semblait paradoxal lors de la découverte de l'argon en 1894, parce que Dmitri Mendeleïev avait rangé son tableau périodique des éléments par ordre de poids atomique croissant, mais l'inertie de l'argon implique qu'il doit être placé avant le potassium qui est un métal alcalin très réactif. Ce problème fut résolu par Henry Moseley, qui démontra en 1913 que le tableau périodique est vraiment rangé par ordre de numéro atomique croissant.

La très supérieure abondance atmosphérique de l'argon relatif aux autres gaz nobles peut aussi être attribuée à la présence de l'argon 40 radiogénique. L'isotope primordial argon 36 possède une abondance de seulement 31,5 ppm (= 9 340 ppm x 0,337 %), comparable à celle du néon (18,18 ppm).

Composés

L'argon possède une couche de valence complète avec sous-couches s et p remplies. Il est alors très stable et très résistant à se lier à d'autres éléments. Avant 1962, tous les gaz nobles y compris l'argon étaient considérés chimiquement inertes et incapables de former le moindre composé. Cependant des composés de gaz nobles plus lourds (krypton et xénon) ont été synthétisés depuis.

En 2000, le premier composé de l'argon fut synthétisé par des chercheurs à l'Université de Helsinki (Finlande). Lors de l'irradiation par la lumière ultraviolette d'argon congelé contenant une petite quantité du fluorure d'hydrogène (HF), une petite quantité de fluorohydrure d'argon (HArF) fut formée. Il est stable aux températures inférieures à 40 K (-233^oC). En 2010, le cation métastable ArCF₂²⁺ fut observé.

Applications

L’argon est, entre autres, utilisé :

• pour la conservation de la viande dans l’industrie agro-alimentaire.
• pour l’éclairage puisqu’il ne réagit pas avec le filament d’une lampe à incandescence classique même aux températures élevées (dans les cas où le diazote ne convient pas comme gaz semi-inerte) ;
• comme gaz inerte de protection pour le soudage TIG avec électrodes non fusibles et le découpage (Ar+O₂ selon convention) ;
• comme gaz inerte en chimie fine pour réaliser des manipulations en l’absence d’oxygène ;
• comme gaz inerte dans la lame d’air des vitrages isolants à faible émission;
• comme gaz inerte dans les réservoirs d’extinction d’incendie (allié à 50 % d’azote) ;
• comme atmosphère protectrice pour la fabrication de cristaux de silicium et de germanium ultra-pur pour l’industrie électronique ;
• en plongée sous-marine pour gonfler la combinaison étanche, à cause de ses propriétés d’isolant thermique non-réactif.

L’argon 39 a été employé notamment pour dater des eaux souterraines.

En récupération, lors de la cuisson d'écume d'aluminium dans des fours à plasma, l'argon stabilise la réaction d'inflammabilité de l'aluminium qui tend à s'auto-allumer.

L'argon est produit industriellement par distillation fractionnée d'air liquide dans un réacteur de séparation d'air cryogénique. C'est un procédé qui permet de séparer l'azote liquide, qui bout à 77,3 K, de l'argon qui bout à 87,3K et de l'oxygène liquide qui bout à 90,2 K. Environ 700 000 tonnes d'argon sont produites dans le monde entier chaque année^[11].

⁴⁰Ar, l'isotope le plus abondant de l'argon, est produit par la décroissance radioactive du ⁴⁰K qui a une demi-vie de 1,25x10⁹ ans par capture d'électrons ou émission de positrons. Grâce à cela, il est utilisé dans la datation potassium-argon pour déterminer l'âge des roches. L'argon est utilisé dans beaucoup de procédés industriels à haute température, où des substances ordinairement non réactives le deviennent. Par exemple, une atmosphère d'argon est utilisée dans les fours électriques graphites pour empêcher le graphite de brûler. Pour certains de ces procédés, la présence d'azote ou d'oxygène gazeux peut endommager le matériau. L'argon est utilisé dans de nombreux types de soudure à arc. Une atmosphère d'argon est également utilisée pour grossir les cristaux de sillicium et de germanium. L'argon est utilisé dans l'industrie avicole pour asphyxier les animaux, soit pour un abattage de masse après l'apparition d'une maladie, soit comme moyen d'abattage plus humaine que l'électronarcose. La relativement grande densité de l 'argon le fait rester près du sol lors du gazage. Sa nature non réactive le rend compatible avec les produits alimentaires.^{[citation nécessaire][12]} L'argon est parfois utilisé pour éteindre les incendies là où il faut éviter d'endommager les équipements.

Dangers

Tout comme l’hélium, l’argon n’est pas dangereux à faible concentration. Toutefois, une inhalation d’une grande quantité comporte des risques d’asphyxie par privation d’oxygène (Risque d'anoxie); ceci peut se produire lors d'opérations de soudage dans un espace confiné.

Notes et références

Voir aussi

• Chimie des gaz nobles
• Tableau périodique des éléments

Liens externes

• (en) Images de l'argon sous différentes formes

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