Argon

Argon
Argon solide et liquide.
Chlore ← Argon → Potassium Ne     18 Ar                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Ar ↓ Kr Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole	Ar
Nom	Argon
Numéro atomique	18
Groupe	18
Période	3e période
Bloc	Bloc p
Famille d'éléments	Gaz noble
Configuration électronique	[Ne] 3s2 3p6
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 8
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	39,948 ± 0,001 u
Rayon atomique (calc)	(71 pm)
Rayon de covalence	106 ± 10 pm
Rayon de van der Waals	188 pm
État d’oxydation	0
Oxyde	inconnu
Énergies d’ionisation
1re : 15,759 610 eV	2e : 27,629 66 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 : 4 120,885 7 eV	18e : 4 426,229 6 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
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire	Gaz (non magnétique)
Masse volumique	1,783 7 g·L-1 (0 °C, 1 atm) équation : $\rho =3.8469/0.2881^{(1+(1-T/150.86)^{0.29783})}$ 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
Système cristallin	Cubique à faces centrées
Couleur	incolore
Point de fusion	−189,36 °C
Point d’ébullition	−185,85 °C
Énergie de fusion	1,188 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	6,43 kJ·mol-1 (1 atm, −185,85 °C)
Température critique	−122,3 °C
Point triple	−189,344 2 °C, 688,9 hPa
Volume molaire	22,414×10-3 m3·mol-1
Pression de vapeur	équation : $P_{vs}=exp(42.127+{\frac {-1093.1}{T}}+(-4.1425)\times ln(T)+(5.7254E-5)\times T^{2})$ 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 68 721 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 4 896 300
Vitesse du son	319 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique	520 J·kg-1·K-1 équation : $C_{P}=(134390)+(-1989.4)\times T+(11.043)\times T^{2}$ 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 $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 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 $({\tfrac {J}{kmol\times K}})$ Cp $({\tfrac {J}{kg\times K}})$ 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	0,017 72 W·m-1·K-1
Divers
No CAS	7440-37-1
No ECHA	100.028.315
No CE	231-147-0
No E	E938
Précautions
SGH
Attention H280 et P403 H280 : Contient un gaz sous pression ; peut exploser sous l'effet de la chaleur P403 : Stocker dans un endroit bien ventilé.
SIMDUT
A, A : Gaz comprimé température critique =−122,4 °C Divulgation à 1,0% selon les critères de classification
Transport
20    1006    Code Kemler : 20 : gaz asphyxiant ou qui ne présente pas de risque subsidiaire Numéro ONU : 1006 : ARGON COMPRIMÉ Classe : 2.2 Code de classification : 1A : Gaz comprimé, aspxyiant ; 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 Code de classification : 3A : Gaz liquéfié réfrigéré, asphyxiant ; Étiquette : 2.2 : Gaz ininflammables, non toxiques (correspond aux groupes désignés par un A ou un O majuscule);
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'argon est l'élément chimique de numéro atomique 18 et de symbole Ar. Il appartient au groupe 18 du tableau périodique et fait partie de la famille des gaz nobles, également appelés « gaz rares », qui regroupe également l'hélium, le néon, le krypton, le xénon et le radon. L'argon est le 3^e constituant le plus abondant de l'atmosphère terrestre, avec une fraction massique de 1,288 %, correspondant à une fraction volumique de 0,934 % (soit 9 340 ppm), et est le gaz noble le plus abondant de l'écorce terrestre, dont il représente 1,5 ppm. L'argon de l'atmosphère terrestre est presque entièrement constitué d'argon 40, nucléide radiogénique provenant de la désintégration du potassium 40, tandis que l'argon observé dans l'univers est essentiellement constitué d'argon 36, produit par nucléosynthèse stellaire dans les supernovae.

Le nom argon provient du grec ancien ἀργόν, signifiant « oisif », « paresseux », en référence au fait que cet élément est chimiquement inerte. Sa configuration électronique présente une couche de valence saturée à l'origine de sa stabilité et de la quasi impossibilité d'établir des liaisons covalentes. La température de 83,805 8 K de son point triple est l'un des points de référence de l'Échelle internationale de température de 1990 (ITS-90).

L'argon est produit industriellement par distillation fractionnée d'air liquiéfié. Il est utilisé essentiellement comme atmosphère inerte pour le soudage et divers procédés industriels à haute température faisant intervenir des substances réactives. On utilise ainsi une atmosphère d'argon dans les fours à arc électrique au graphite pour éviter la combustion de ce dernier. On emploie également l'argon dans l'éclairage par lampes à incandescence, tubes fluorescents et tubes à gaz. Il permet de réaliser des lasers à gaz bleu-vert.

Propriétés notables

Raies d’émission de l'argon.

L'argon est incolore, inodore, ininflammable et non toxique aussi bien à l'état gazeux que liquide ou solde. Sa solubilité dans l'eau est à peu près comparable à celle de l'oxygène et vaut 2,5 fois celle de l'azote. Il est chimiquement inerte dans à peu près toutes les conditions et ne forme aucun composé chimique confirmé à température ambiante.

L'argon est cependant susceptible de former des composés chimiques dans certaines conditions extrêmes hors équilibre. Le fluorohydrure d'argon HArF a ainsi été obtenu par photolyse ultraviolette de fluorure d'hydrogène HF dans une matrice cryogénique d'iodure de césium CsI et d'argon Ar ; stable en-dessous de 27 K (−246,15 °C), il a été identifié par spectroscopie infrarouge.

Le fluorohydrure d'argon est le seul composé connu de l'argon qui soit neutre et stable à l'état fondamental. L'argon peut également former des clathrates dans l'eau lorsque ses atomes sont emprisonnés dans le réseau tridimensionnel formé par la glace. Il existe également des ions contenant de l'argon, comme ArH⁺, et des exciplexes, tels qu'ArF. Divers composés présentant des liaisons Ar–C et Ar–Si stables ont été prédits par simulation numérique mais n'ont pas été synthétisés en laboratoire.

Isotopes

Les principaux isotopes d'argon présents dans l'écorce terrestre sont l'argon 40 (⁴⁰Ar) pour 99,6 %, l'argon 36 (³⁶Ar) pour 0,34 % et l'argon 38 (³⁸Ar) pour 0,06 %. Le potassium 40 (⁴⁰K) se désintègre spontanément à raison de 11,2 % en argon 40 par capture électronique ou émission de positron et à raison de 88,8 % en calcium 40 (⁴⁰Ca) par désintégration β^- avec une période radioactive (demi-vie) de 1,25 milliards d'années. Ces Cette durée et le rapport entre les sous-produits formés permettent de déterminer l'âge de roches par la méthode de la datation au potassium-argon.

Dans l'atmosphère terrestre, l'argon 39 est produit essentiellement par l'interaction du rayonnement cosmique sur l'argon 40 par capture neutronique suivie par une double émission de neutron. Dans le sous-sol, il peut être également produit à partir de potassium 39 par capture neutronique suivie par une émission de proton.

L'argon 37 est produit lors des essais nucléaires souterrains à partir de calcium 40 par capture neutronique suivie d'une radioactivité α ; il présente une période radioactive de 35 jours.

L'argon est remarquable parce que sa composition isotopique varie sensiblement selon les régions du Système solaire. Lorsque la source principale d'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. En revanche, l'argon formé directement par nucléosynthèse stellaire est essentiellement constitué d'argon 36 produit par réaction alpha. Ainsi, l'argon du Soleil est constitué à 84,6 % d'argon 36 selon les mesures du vent solaire. Il en est de même dans les planètes géantes, où l'abondance relative des isotopes ³⁶Ar : ³⁸Ar : ⁴⁰Ar vaut 8400 : 1600 : 1.

Outre l'atmosphère terrestre, qui présente une fraction volumique de 0,934 % d'argon, soit 9 340 ppm, l'atmosphère de Mercure en contient 0,07 ppm, celle de Vénus en contient 70 ppm, et celle de Mars en contient 1,93 %, soit 19 300 ppm.

La prédominance de l'argon 40 radiogénique dans l'atmosphère terrestre est responsable du fait que la masse atomique de l'argon terrestre est supérieure à celle de l'élément chimique suivant, le potassium. Ceci semblait paradoxal lors de la découverte de l'argon en 1894 car Dmitri Mendeleïev avait rangé son tableau périodique des éléments par ordre de masse atomique croissante, mais l'inertie chimique de l'argon implique qu'il soit 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 devait être rangé par ordre de numéro atomique croissant, et non par masse atomique croissante.

L'abondance atmosphérique relative de l'argon par rapport aux autres gaz nobles — 9 340 ppm d'argon, contre 5,24 ppm d'hélium, 18,18 ppm de néon, 1,14 ppm de krypton et 0,087 ppm de xénon — peut aussi être attribuée à l'argon 40 radiogénique : l'argon 36 présente en effet une abondance de seulement 31,5 ppm (= 9 340 ppm x 0,337 %), comparable à celle du néon (18,18 ppm).

Histoire et étymologie

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.

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.

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.

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 °C). 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 ;
• 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 ;
• 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.

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

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.

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]}.

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.

Voir aussi

Articles connexes

• Chimie des gaz nobles
• Tableau périodique des éléments

Liens externes

• (en) « Technical data for Argon » (consulté le 24 avril 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope
• (en) Images de l'argon sous différentes formes

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Métaux alcalins	Métaux alcalino-terreux	Lanthanides	Métaux de transition	Métaux pauvres	Métalloïdes	Non-métaux	Halogènes	Gaz nobles	Éléments non classés
		Actinides
		Superactinides