Sciences · Éléments chimiques
Argon
L’argon (Ar, numéro atomique 18) est un gaz noble incolore et inerte qui forme 0,93 % de l’air, plus que le CO₂. Bon marché, il protège les soudures, remplit les doubles vitrages et les ampoules.
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L'argon est le troisième gaz de l’atmosphère, après le diazote et le dioxygène. Chaque pièce d’habitation en contient plusieurs dizaines de litres. Il a pourtant échappé aux chimistes jusqu’en 1894, parce qu’il ne réagit avec presque rien. C’est le moins cher des gaz nobles, et donc le plus utilisé dans l’industrie.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Ar |
| Numéro atomique | 18 |
| Masse atomique | 39,95 u |
| Famille | Gaz noble (groupe 18, période 3) |
| État à 20 °C | Gaz |
| Fusion | −189,3 °C |
| Ébullition | −185,8 °C |
| Découverte | 1894, Lord Rayleigh et William Ramsay |
| Abondance | 0,934 % du volume de l’air sec |
Propriétés
L’argon est un gaz monoatomique, incolore, inodore, environ 1,4 fois plus dense que l’air. Sa couche externe de huit électrons est complète : il ne forme pratiquement aucun composé (voir gaz nobles). Un seul composé, le fluorohydrure d’argon (HArF), a été obtenu en 2000, à très basse température.
Il conduit mal la chaleur, environ un tiers de moins que l’air, d’où son usage comme isolant. Traversé par une décharge électrique, il émet une lueur bleu-violet.
Isotopes
| Isotope | Part naturelle | Origine |
|---|---|---|
| Argon 40 | environ 99,6 % | désintégration du potassium 40 des roches |
| Argon 36 | environ 0,33 % | primordial |
| Argon 38 | environ 0,06 % | primordial |
Presque tout l’argon terrestre est radiogénique : il provient de la désintégration du potassium 40, de période 1,25 milliard d’années, accumulée depuis la formation de la Terre. C’est pourquoi l’argon de l’air est surtout de l’argon 40, alors que dans le Soleil domine l’argon 36.
Cette désintégration sert d'horloge géologique : les méthodes potassium-argon et argon-argon datent les roches volcaniques de quelques milliers à plusieurs milliards d’années. Elles ont notamment permis de dater les couches où l’on a trouvé des fossiles d’hominidés en Afrique de l’Est (voir évolution humaine).
Où le trouve-t-on ?
Essentiellement dans l'atmosphère, où il s’est accumulé en s’échappant des roches. On en trouve aussi dissous dans les eaux et piégé dans les minéraux potassiques.
Production
L’argon est extrait par distillation fractionnée de l’air liquide, dans les mêmes unités que l’oxygène et l’azote. Son point d’ébullition, très proche de celui de l’oxygène, impose une colonne de distillation spécifique. Comme l’air en contient près de 1 %, il est abondant et bon marché : plusieurs centaines de milliers de tonnes en sont produites chaque année dans le monde.
Usages
| Usage | Rôle de l’argon |
|---|---|
| Soudage TIG et MIG | protège le métal en fusion de l’oxygène et de l’azote de l’air |
| Métallurgie | affinage de l’acier inoxydable, production de titane, coulée sous atmosphère inerte |
| Double et triple vitrage | gaz isolant entre les vitres |
| Ampoules à incandescence | ralentit l’évaporation du filament de tungstène |
| Tubes fluorescents | gaz de remplissage avec la vapeur de mercure |
| Électronique | atmosphère de croissance des cristaux de silicium, gravure par plasma |
| Vins et aliments | protection contre l’oxydation dans les cuves et les emballages |
| Plongée | gonflage des combinaisons étanches, pour son pouvoir isolant |
| Physique | détecteurs de particules et de matière noire à argon liquide |
Rôle biologique et toxicité
L’argon n’a aucun rôle biologique et n’est pas toxique. Plus lourd que l’air, il peut toutefois s’accumuler dans les points bas (cuves, fosses, sous-sols) et y remplacer l’oxygène sans être détecté : les soudeurs travaillant en espace confiné sont exposés à un risque d’asphyxie.
Histoire du nom
En 1892, le physicien britannique Lord Rayleigh constate que l’azote extrait de l’air est un peu plus dense, d’environ 0,5 %, que l’azote obtenu à partir de l’ammoniac. Avec le chimiste William Ramsay, il montre en 1894 que l’air contient un gaz inconnu, qu’ils isolent en éliminant l’azote. Ils l’appellent argon, du grec argos, « paresseux » ou « inactif », car il refuse de réagir. Henry Cavendish avait déjà remarqué, en 1785, qu’une petite bulle de l’air résistait à toutes ses réactions. La découverte vaut en 1904 le prix Nobel de physique à Rayleigh et celui de chimie à Ramsay.
Questions fréquentes
Pourquoi l’argon est-il dans le double vitrage ?
Il conduit moins la chaleur que l’air : il réduit les pertes thermiques à travers la fenêtre. Il est inerte, ne condense pas et n’abîme pas les joints.
L’argon est-il un gaz à effet de serre ?
Non. Comme tous les gaz monoatomiques, il n’absorbe pas le rayonnement infrarouge émis par la Terre (voir effet de serre).
Pourquoi l’argon est-il plus abondant que les autres gaz nobles ?
Parce qu’il est produit en permanence par la radioactivité du potassium 40 des roches, puis libéré dans l’atmosphère, où il reste : trop lourd pour s’échapper dans l’espace.