Argon

Le mot argon dérive du grec ancien ἀργός / argós (« oisif », « paresseux », « stérile »), formé du préfixe grec privatif ἀ et du mot ἔργον / ergon (« travail »), cette étymologie évoquant le caractère inerte de l'élément[9].

La présence dans l’air de l’argon fut suspectée par Henry Cavendish dès 1785 mais sa découverte par Lord Rayleigh et Sir William Ramsay attendit 1894. Ces deux scientifiques firent à la Royal Society la communication officielle de leur découverte le 31 janvier 1895[10].

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 n'est Ar que depuis 1957, auparavant c'était simplement A.

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

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.

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[11] pour des températures inférieures à 27 K (soit −246 °C).

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[12].

• 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[13].
• Sous la surface de la Terre, l’argon 39 est également produit par capture neutronique du potassium 39[12] 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).

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 °C). En 2010, le cation métastable ArCF₂²⁺ fut observé.

L'argon est, entre autres, utilisé :

• pour la conservation de la viande dans l'industrie agro-alimentaire ;
• comme gaz inerte dans les lampes à incandescence 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 ou MIG-MAG, notamment) et le découpage (Ar+O₂) ;
• 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[14] ;
• 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 ;
• en médecine pour l'électrocoagulation par voie endoscopique de lésions responsables de saignement digestif[15].

L’argon 39 a été employé notamment pour dater des eaux souterraines et des échantillons de glace en Antarctique[12].

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 87,3 K 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[16].

⁴⁰Ar, l'isotope le plus abondant de l'argon, est produit par la décroissance radioactive du ⁴⁰K qui a une demi-vie de 1,25 × 10⁹ ans par capture d'électrons ou émission de positrons. Grâce à cela, il est utilisé dans les datations potassium-argon et argon-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 humain que l'électronarcose^{[réf. souhaitée]}. 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]}[17].

L'argon est parfois utilisé pour éteindre les incendies là où il faut éviter d'endommager les équipements.

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.