Аргон это металл или неметалл
Обновлено: 07.07.2024
Арго́н — химический элемент с атомным номером 18. Третий по распространённости элемент в атмосфере — 0,93 % по объёму.
Содержание
История
К открытию аргона привело обнаруженное в 1892 году английским физиком азота, выделяемого из воздуха, над плотностью «химического» азота, возникающего при термическом разложении нитрита аммония NH4NO2. Вместе с другим английским физиком Уильям Рамзаем , Происхождение названия
Именно из-за своей удивительной химической инертности новый газ и получил своё название (греч. αργός — неактивный).
Аргон в природе
Аргон распространён в природе только в свободном виде. В земной коре его содержание составляет 1,2•10 -4 %, в морской воде — 0,45•10 -4 %. В атмосферном воздухе содержится 0,93 % аргона по объёму (9,34 л в 1м 3 ). Это значительно больше, чем содержание в воздухе всех остальных инертных газов вместе взятых. Воздух служит неиссякаемым источником для получения аргона.
Обращает на себя внимание преобладание в смеси природных нуклидов аргона самого тяжёлого — аргона-40. Это связано с тем, что 40 Ar постоянно образуется за счёт распада радиоактивного калия-40. В 1 т калия за год при радиоактивном распаде калия-40 путём захвата орбитального электрона (так называемый электронный захват, или К-захват; на этот тип радиоактивного распада калия-40 приходится 12 % от всех актов распада этого природного радионуклида) образуется всего около 3100 атомов аргона- 40 . Но калий — один из самых распространённых на Земле элементов, да и время, прошедшее за долгую историю Земли, исчисляется миллиардами лет. Поэтому 40 Ar накопился в земной атмосфере в значительных количествах.
Преобладание тяжёлого аргона-40 в природной смеси изотопов этого элемента приводит к тому, что атомная масса элемента аргона оказывается немного выше, чем следующего за ним в периодической системе элемента калия. Однако, когда Менделеев создавал свою знаменитую таблицу, проблема, как разместить калий и аргон, у него не возникала, так как аргон был открыт спустя почти 30 лет после открытия периодического закона, и в таблицу (в группу, которой тогда присвоили номер ноль) попал только в начале 20-го века. В настоящее время аргон, как и другие инертные газы, включают в восьмую группу периодической системы элементов.
Получение
В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот. При температуре -185,9°C аргон конденсируется, при -189,4°С — кристаллизуется.
Свойства
Аргон — одноатомный газ с температурой кипения (при нормальном давлении) –185,9° C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота). В 100 мл воды при 20° C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде.
Как уже говорилось, химических соединений не образует. Однако со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, Применение
аргон
АРГО́Н -а; м. [от греч. argon - недеятельный]. Химический элемент (Ar), инертный газ без цвета и запаха, входящий в состав воздуха (применяется для наполнения электрических ламп, в металлургии, химии и т.п.).
(лат. Argon), химический элемент VIII группы периодической системы, относится к благородным газам. Название от греческого argós — недеятельный. Плотность 1,784 г/л, tкип –185,86ºC. Применяют как инертную среду при сварке алюминия и других металлов и при получении сверхчистых веществ, для заполнения электрических ламп и газоразрядных трубок (сине-голубое свечение).АРГО́Н (лат. Аrgon), Ar (читается «аргон»), химический элемент с атомным номером 18, атомная масса 39,948. Относится к группе инертных, или благородных (см. БЛАГОРОДНЫЕ ГАЗЫ) , газов (восьмая группа периодической системы), замыкает третий период. Природный аргон состоит из трех стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) : 36 Ar (0,337%), 38 Ar(0,063%) и 40 Ar(99,600%).
Радиус нейтрального атома аргона 0,192 нм. Электронная конфигурация нейтрального невозбужденного атома 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 . Энергии последовательной ионизации нейтрального атома равны, соответственно, 15,759, 27,63, 40,91, 59,8 и 75 эВ. Простое вещество аргон — газ без запаха, цвета и вкуса.
История открытия
К открытию аргона привело обнаруженное в 1892 году английским физиком Дж. Рэлеем (см. РЭЛЕЙ Джон Уильям) небольшое (всего на 0,13%) превышение плотности азота, выделяемого из воздуха, над плотностью «химического» азота, возникающего при термическом разложении нитрита аммония NH4NO2.
Вместе с другим английским физиком У. Рамзаем (см. РАМЗАЙ Уильям) Дж. Рэлей в 1894 году выделил из воздуха примесь более тяжелого (по сравнению с азотом) газа, который отличался одноатомным составом молекул и практически полной химической недеятельностью (аргон не вступает ни в какие химические реакции). Именно из-за своей удивительной химической инертности новый газ и получил свое название (греч. аrgos — неактивный).
Аргон в природе
Аргон распространен в природе только в свободном виде. В земной коре его содержание составляет 1,2·10 -4 %, в морской воде — 0,45·10 -4 %. В атмосферном воздухе содержится 0,93% аргона по объему (9,34 л в 1м 3 ). Это значительно больше, чем содержание в воздухе всех остальных инертных газов вместе взятых. Воздух служит неиссякаемым источником для получения аргона.
Обращает на себя внимание преобладание в смеси природных нуклидов аргона самого тяжелого — аргона-40. Это связано с тем, что 40 Ar постоянно образуется за счет распада радиоактивного калия-40. В 1 т калия за год при радиоактивном распаде калия-40 путем захвата орбитального электрона (так называемый электронный захват (см. ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ) , или К-захват; на этот тип радиоактивного распада калия-40 приходится 12% от всех актов распада этого природного радионуклида) образуется всего около 3100 атомов аргона-40. Но калий — один из самых распространенных на Земле элементов, да и время, прошедшее за долгую историю Земли, исчисляется миллиардами лет. Поэтому 40 Ar накопился в земной атмосфере в значительных количествах.
Преобладание тяжелого аргона-40 в природной смеси изотопов этого элемента приводит к тому, что атомная масса элемента аргона оказывается немного выше, чем следующего за ним в периодической системе элемента калия. Однако, когда Менделеев создавал свою знаменитую таблицу, проблема, как разместить калий и аргон, у него не возникала, так как аргон был открыт спустя почти 30 лет после открытия периодического закона, и в таблицу (в группу, которой тогда присвоили номер ноль) попал только в начале 20-го века. В настоящее время аргон, как и другие инертные газы, включают в восьмую группу периодической системы элементов.
Получение
В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот.
Физические свойства
Аргон — одноатомный газ с температурой кипения (при нормальном давлении) –185,9 °C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота), температура плавления –189,3°C. Критическая температура –122,43 °C, критическое давление 4,86 МПа. Плотность при нормальных условиях 1,7839 кг/м 3 .
В 100 мл воды при 20 °C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде.
Как уже говорилось, химических соединений не образует. Однако со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, фенолом (см. ФЕНОЛ) , гидрохиноном (см. ГИДРОХИНОН) и другими), образует соединения включения (клатраты (см. КЛАТРАТЫ) ), где атом аргона, как своего рода «гость», находится в полости, образованной в кристалической решетке молекулами вещества-хозяина.
Применение
Аргон широко используют для создания инертной и защитной атмосферы, прежде всего при термической обработке легко окисляющихся металлов (аргоновая плавка, аргоновая сварка и другие). В атмосфере аргона получают кристаллы полупроводников и многие другие сверхчистые материалы. Аргоном часто заполняют электрические лампочки (для замедления испарения вольфрама (см. ВОЛЬФРАМ) со спирали).
При пропускании электрического разряда через стеклянную трубку, заполненную аргоном, наблюдается сине-голубое свечение, что широко используется, например, в светящейся рекламе. В геохронологии (см. ГЕОХРОНОЛОГИЯ) по оределению соотношения изотопов 40 Ar/ 40 К устанавливают возраст минераллов.
Энциклопедический словарь . 2009 .
Полезное
Смотреть что такое "аргон" в других словарях:
Аргон (X) — Аргон вымышленная человеческая раса в компьютерной серии X от Egosoft. Аргонский пилот Содержание 1 История … Википедия
АРГОН — (греч.). Составная часть воздуха, недавно открытая. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. АРГОН простое тело (химич. элемент), открытое лордом Релеем и Рамзаем в 1894 г. Он содержится в атмосферном… … Словарь иностранных слов русского языка
АРГОН — (Аг), благородный газ, без запаха и цвета; ат. в. 39,88; уд. в. (воздух =1) 1,3775; вода растворяет 4% по объему А.; как элемент нулевой группы периодич. системы аргон в хим. соединения не вступает. А. содержится в колич. 0,937 объемных процентов … Большая медицинская энциклопедия
АРГОН — (Argon), Ar, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 18, атомная масса 39,948; относится к благородным газам. Аргон открыли английские ученые Дж. Рэлей и У. Рамзай в 1894 … Современная энциклопедия
АРГОН — (символ Аr), одноатомный бесцветный, лишенный запаха газ, наиболее распространенный из БЛАГОРОДНЫХ ГАЗОВ (инертных). Был открыт в воздухе лордом Рэйли и сэром Уильямом Рамсеем в 1894 г. Составляет 0,93% объема атмосферы, и 99,6% этого количества… … Научно-технический энциклопедический словарь
Аргон — хим. элемент восьмой гр. периодической системы Менделеева, порядковый номер 18, ат. в. 39,944. Хим. инертность обусловила его свободное состояние и значительное содер. в атмосфере (0,933% по объему). Атмосферный А. состоит из трех стабильных… … Геологическая энциклопедия
Аргон — (Argon), Ar, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 18, атомная масса 39,948; относится к благородным газам. Аргон открыли английские ученые Дж. Рэлей и У. Рамзай в 1894. … Иллюстрированный энциклопедический словарь
АРГОН — (лат. Argon) Ar, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 18, атомная масса 39,948, относится к благородным газам. Название от греческого argos недеятельный. Плотность 1,784 г/л, tкип = 185,86 .C. Применяют как инертную … Большой Энциклопедический словарь
АРГОН — АРГОН, а, муж. Химический элемент, инертный газ без цвета и запаха, в электрических лампах и осветительных трубках дающий синеватое свечение. | прил. аргоновый, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
аргон — сущ., кол во синонимов: 2 • газ (55) • элемент (159) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
аргон — а, м. argon <гр. argos бездеятельный, вялый. Химический элемент из группы инертных газов: бесцветный газ без запаха, дающий при использовании его в электрических лампах, синеватое свечение. Крысин 1998. Лекс. Уш. 1940: арго/н … Исторический словарь галлицизмов русского языка
Арго́н — элемент главной подгруппы восьмой группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 18. Обозначается символом Ar (лат. Argon ). Третий по распространённости элемент в земной атмосфере (после азота и кислорода) — 0,93 % по объёму. Простое вещество аргон (CAS-номер: 7440-37-1) — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
История открытия аргона начинается в 1785 году, когда английский физик и химик Генри Кавендиш, изучая состав воздуха, решил установить, весь ли азот воздуха окисляется. В течение многих недель он подвергал воздействию электрического разряда смесь воздуха с кислородом в U-образных трубках, в результате чего в них образовывались все новые порции бурых окислов азота, которые исследователь периодически растворял в щёлочи. Через некоторое время образование окислов прекратилось, но после связывания оставшегося кислорода остался пузырек газа, объём которого не уменьшался при длительном воздействии электрических разрядов в присутствии кислорода. Кавендиш оценил объём оставшегося газового пузыря в 1/120 от первоначального объёма воздуха [3] [4] [5] . Разгадать загадку пузыря Кавендиш не смог, поэтому прекратил свое исследование, и даже не опубликовал его результатов. Только спустя много лет английский физик Джеймс Максвелл собрал и опубликовал неизданные рукописи и лабораторные записки Кавендиша.
Дальнейшая история открытия аргона связана с именем Рэлея, который несколько лет посвятил исследованиям плотности газов, особенно азота. Оказалось, что литр азота, полученного из воздуха, весил больше литра «химического» азота (полученного путём разложения какого-либо азотистого соединения, например, закиси азота, окиси азота, аммиака, мочевины или селитры) на 1,6 мг (вес первого был равен 1,2521, а второго 1,2505 г). Эта разница была не так уж мала, чтобы можно было её отнести на счет ошибки опыта. К тому же она постоянно повторялась независимо от источника получения химического азота [3] .
Не придя к разгадке, осенью 1892 года Рэлей в журнале «Nature» опубликовал письмо к учёным, с просьбой дать объяснение тому факту, что в зависимости от способа выделения азота он получал разные величины плотности. Письмо прочли многие учёные, однако никто не был в состоянии ответить на поставленный в нём вопрос [3] [4] .
У известного уже в то время английского химика Уильяма Рамзая также не было готового ответа, но он предложил Рэлею свое сотрудничество. Интуиция побудила Рамзая предположить, что азот воздуха содержит примеси неизвестного и более тяжелого газа, а Дьюар обратил внимание Рэлея на описание старинных опытов Кавендиша (которые уже были к этому времени опубликованы) [4] .
Пытаясь выделить из воздуха скрытую составную часть, каждый из учёных пошел своим путём. Рэлей повторил опыт Кавендиша в увеличенном масштабе и на более высоком техническом уровне. Трансформатор под напряжением 6000 вольт посылал в 50-литровый колокол, заполненный азотом, сноп электрических искр. Специальная турбина создавала в колоколе фонтан брызг раствора щёлочи, поглощающих окислы азота и примесь углекислоты. Оставшийся газ Рэлей высушил, и пропустил через фарфоровую трубку с нагретыми медными опилками, задерживающими остатки кислорода. Опыт длился несколько дней [3] .
Рамзай воспользовался открытой им способностью нагретого металлического магния поглощать азот, образуя твёрдый нитрид магния. Многократно пропускал он несколько литров азота через собранный им прибор. Через 10 дней объём газа перестал уменьшаться, следовательно, весь азот оказался связанным. Одновременно путём соединения с медью был удален кислород, присутствовавший в качестве примеси к азоту. Этим способом Рамзаю в первом же опыте удалось выделить около 100 см³ нового газа [3] .
Итак, был открыт новый элемент. Стало известно, что он тяжелее азота почти в полтора раза и составляет 1/80 часть объёма воздуха. Рамзай при помощи акустических измерений нашёл, что молекула нового газа состоит из одного атома — до этого подобные газы в устойчивом состоянии не встречались. Отсюда следовал очень важный вывод — раз молекула одноатомна, то, очевидно, новый газ представляет собой не сложное химическое соединение, а простое вещество [3] .
Много времени затратили Рамзай и Рэлей на изучение его реакционной способности по отношению ко многим химически активным веществам. Но, как и следовало ожидать, пришли к выводу: их газ совершенно недеятелен. Это было ошеломляюще — до той поры не было известно ни одного настолько инертного вещества [3] .
Большую роль в изучении нового газа сыграл спектральный анализ. Спектр выделенного из воздуха газа с его характерными оранжевыми, синими и зелёными линиями резко отличался от спектров уже известных газов. Уильям Крукс, один из виднейших спектроскопистов того времени, насчитал в его спектре почти 200 линий. Уровень развития спектрального анализа на то время не дал возможности определить, одному или нескольким элементам принадлежал наблюдаемый спектр. Несколько лет спустя выяснилось, что Рамзай и Рэлей держали в своих руках не одного незнакомца, а нескольких — целую плеяду инертных газов [3] .
Через 10 лет, в 1904 году, Рэлей за исследования плотностей наиболее распространённых газов и открытие аргона получает Нобелевскую премию по физике, а Рамзай за открытие в атмосфере различных инертных газов — Нобелевскую премию по химии [3] .
Происхождение названия
По предложению доктора Медана (председателя заседания, на котором был сделан доклад об открытии) Рэлей и Рамзай дали новому газу имя «аргон» (от др.-греч. ἀργός — ленивый, медленный, неактивный). Это название подчеркивало важнейшее свойство элемента — его химическую неактивность [3] .
Распространённость
Во Вселенной
Содержание аргона в мировой материи оценивается приблизительно в 0,02 % по массе [6] .
Аргон (вместе с неоном) наблюдается на некоторых звездах и в планетарных туманностях. В целом его в космосе больше, чем кальция, фосфора, хлора, в то время как на Земле существуют обратные отношения [7] .
Земная кора
Аргон — третий по содержанию после азота и кислорода компонент воздуха, его среднестатистическое содержание в атмосфере Земли составляет 0,934 % по объему и 1,288 % по массе [4] [7] , его запасы в атмосфере оцениваются в 4·10 14 т [2] [4] . Аргон — самый распространённый инертный газ в земной атмосфере, в 1 м³ воздуха содержится 9,34 л аргона (для сравнения: в том же объеме воздуха содержится 18,2 см³ неона, 5,2 см³ гелия, 1,1 см³ криптона, 0,09 см³ ксенона) [4] [7] .
Содержание аргона в литосфере — 4·10 −6 % по массе [2] . В каждом литре морской воды растворено 0,3 см³ аргона, в пресной воде его содержится 5,5·10 −5 — 9,7·10 −5 %. Его содержание в Мировом океане оценивается в 7,5·10 11 т, а в изверженных породах земной оболочки — 16,5·10 11 т [7] .
Определение
Качественно аргон обнаруживают с помощью эмиссионного спектрального анализа, основные характеристические линии — 434,80 и 811,53 нм. При количественном определении сопутствующие газы (O2, N2, H2, CO2) связываются специфичными реагентами (Ca, Cu, MnO, CuO, NaOH) или отделяются с помощью поглотителей (например, водных растворов органических и неорганических сульфатов). Отделение от других инертных газов основано на различной адсорбируемости их активным углём. Используются методы анализа, основанные на измерении различных физических свойств (плотности, теплопроводности и др.), а также масс-спектрометрические и хроматографические методы анализа [2] .
Физические свойства
Аргон — одноатомный газ с температурой кипения (при нормальном давлении) −185,9 °C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота). В 100 мл воды при 20 °C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде. Плотность при нормальных условиях составляет 1,7839 кг/м 3
Химические свойства
Пока известны только 2 химических соединения аргона — гидрофторид аргона и CU(Ar)O, которые существуют при очень низких температурах. Кроме того, аргон образует эксимерные молекулы, то есть молекулы, у которых устойчивы возбужденные электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Есть основания считать, что исключительно нестойкое соединение Hg—Ar, образующееся в электрическом разряде, — это подлинно химическое (валентное) соединение. Не исключено, что будут получены другие валентные соединения аргона с фтором и кислородом, которые тоже должны быть крайне неустойчивыми. Например, при электрическом возбуждении смеси аргона и хлора возможна газофазная реакция с образованием ArCl. Также со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, фенолом, гидрохиноном и другими), образует соединения включения (клатраты), где атом аргона, как своего рода «гость», находится в полости, образованной в кристаллической решётке молекулами вещества-хозяина.
Соединение CU(Ar)O получено из соединения урана с углеродом и кислородом CUO [8] . Вероятно существование соединений со связями Ar-Si и Ar-C: FArSiF3 и FArCCH.
Изотопы
Аргон представлен в земной атмосфере тремя стабильными изотопами: [4] [7] . Почти вся масса тяжёлого изотопа 40 Ar возникла на Земле в результате распада радиоактивного изотопа калия 40 K (содержание этого изотопа в изверженных породах в среднем составляет 3,1 г/т). Распад радиоактивного калия идёт по двум направлениям одновременно:
_K>\rightarrow\mathrm^_Ca>+ e^- + \bar_e" />
_K> + e^- \rightarrow \mathrm^_Ar>+ \nu_e + \gamma" />
Первый процесс (обычный β-распад) протекает в 88 % случаев и ведет к возникновению стабильного изотопа кальция. Во втором процессе, где участвуют 12 % атомов, происходит электронный захват, в результате чего образуется тяжёлый изотоп аргона. Одна тонна калия, содержащегося в горных породах или водах, в течение года генерирует приблизительно 3100 атомов аргона. Таким образом, в минералах, содержащих калий, постепенно накапливается 40 Ar, что позволяет измерять возраст горных пород; калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.
Вероятные источники происхождения изотопов 36 Ar и 38 Ar — неустойчивые продукты спонтанного деления тяжёлых ядер, а также реакции захвата нейтронов и альфа-частиц ядрами лёгких элементов, содержащихся в урано-ториевых минералах.
Подавляющая часть космического аргона состоит из изотопов 36 Ar и 38 Ar. Это вызвано тем обстоятельством, что калий распространён в космосе примерно в 50 000 раз меньше, чем аргон (на Земле калий преобладает над аргоном в 660 раз). Примечателен произведенный геохимиками подсчёт: вычтя из аргона земной атмосферы радиогенный 40 Ar, они получили изотопный состав, очень близкий к составу космического аргона [7] .
В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот. При температуре −185,9 °C аргон конденсируется, при −189,4 °C — кристаллизуется.
Применение
Ниже перечислены области применения аргона:
Биологическая роль
Аргон не играет никакой биологической роли.
Физиологическое действие
Инертные газы обладают физиологическим действием, которое проявляется в их наркотическом воздействии на организм. Наркотический эффект от вдыхания аргона проявляется только при барометрическом давлении свыше 0,2 МПа [10] .
Содержание аргона в высоких концентрациях во вдыхаемом воздухе может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии (в результате кислородного голодания) [11] .
Все что нужно знать об аргоне простыми словами
Аргон – это химический элемент, занимающий в периодической таблице Д.И. Менделеева место под номером 18. Инертный, по-другому благородный, одноатомный газ аргон, который, при нормальных условиях не вступает в химические реакции и является чистым веществом, незаменим во многих сферах человеческой деятельности.
В данной статье рассказывается о его физических и химических свойствах, областях применения, технике безопасности при использовании.
Происхождение названия
Впервые с аргоном во второй половине XVIII века столкнулся английский ученый Кавендиш при изучении состава воздуха.
Во время проведения эксперимента после удаления с помощью химических реакций кислорода и азота в трубке оставался небольшой пузырек газа, который не реагировал на внешние воздействия. Его размер составлял около 1/120 первоначального объема. Понять причину этого Кавендишу не удалось.
И только более чем через столетие, на исходе XIX века, совместные усилия ученых Рэлея и Рамзая, также англичан, привели к ликвидации белого пятна в периодической таблице.
Они заинтересовались разницей в весе двух объемов азота, равных 1 л, один из которых был получен из воздуха, другой – в результате химической реакции. Эта разница составляла 1,6 мг и не могла быть отнесена на счет погрешности измерения.
Ученые предположили, что в первом случае, кроме азота, присутствует неизвестный газ, что и подтвердил последующий спектральный анализ. Поскольку этот газ оказался химически неактивным, то есть не вступал в какие-либо реакции, то и название он получил соответствующее.
В переводе с древнегреческого языка ἀργός (читается как «аргос») – медленный, ленивый.
Несколько позднее, также с помощью спектрального анализа, были открыты и другие инертные газы, присутствующие в составе атмосферы, хотя и в значительно меньших, чем аргон, количествах.
Распространенность
Температура кипения аргона при атмосферном давлении очень низка, поэтому на Земле его можно встретить лишь в виде газа.
По количеству в составе атмосферного воздуха, которое составляет около 1%, элемент уступает лишь азоту и кислороду, и это в несколько десятков раз больше, чем общее количество других инертных газов – ксенона, криптона, гелия, неона.
Поэтому он наиболее популярен. А такого содержания в воздухе вполне достаточно для промышленной добычи, тем более что после использования газ практически полностью возвращается в атмосферу, не вступая в какие-либо реакции по причине своей инертности.
Чтобы понять, как добывают аргон, необходимо учесть, что температуры кипения кислорода и азота различны и равны, соответственно, 90 °К (-183 °С) и 77 °К (-196 °С). В то же время аргон закипает при температуре, большей, чем азот, и меньшей, чем кислород.
Данную физическую особенность и используют инженеры, чтобы получить газ в чистом виде. Происходит это при низкотемпературной ректификации воздуха, то есть разделения его на азот и кислород путем многократного ожижения и испарения. Аргон в этом процессе появляется в качестве побочного продукта.
В окружающей наш мир материи аргона немного – всего 0,02% от общей массы.
Ученые обнаружили его входящим вместе с еще одним инертным газом – неоном в состав некоторых звезд, а также планетарных туманностях – оболочках ионизированных газов, образующихся вокруг звезд на исходе их существования.
Распространение в природе
На нашей планете, кроме атмосферы, аргон содержится в земной коре и морской воде, но в значительно меньшей степени – его количество составляет лишь тысячные доли процента от общей массы.
1 см3 аргона в газообразном состоянии при стандартных условиях весит 1,78×10-3г, что означает, что его плотность равна 1,78×10-3г/см3.
То есть аргон тяжелее, чем воздух, который имеет плотность 1,2×10-3г/см3. Поэтому при попадании в атмосферу из какой-либо емкости, например, газового баллона, аргон будет занимать объем в нижней части помещения, вытесняя оттуда воздух и постепенно с ним смешиваясь.
Температура конденсации аргона, то есть его кипения, в условиях атмосферного давления равна 87,3 °К (-185,9 °С). При температуре 83,8 °К (– 189,3 °С) жидкость отвердевает. Плотность аргона в жидком состоянии при давлении в одну атмосферу равна 1,39х103 кг/м3.
Аргон является инертным газом, не имеющим ни запаха, ни вкуса, ни цвета и в периодической таблице занимает место среди других неметаллов в столбце с прочими благородными газами. Его химическая формула – Ar (первые две буквы латинского слова argon).
Атомная и молекулярная масса
Атомной массой называется средняя масса существующих в земных условиях изотопов с учетом их распространенности. Для аргона она составляет 39,948. Его молекулярная масса равна атомной.
Изотопы
Изотопы – это разновидности атомов с одинаковым зарядом ядра и различной массой. На Земле существуют следующие изотопы аргона:
- 40Ar с ядром, состоящим из 18 протонов и 22 нейтронов в земной атмосфере представлен наиболее всего – 99,6% от общего количества газа;
- 36Ar (18 нейтронов) – 0,337%;
- 38Ar (20 нейтронов) – 0,063%.
Источником изотопа 40Ar является изотоп калия 40К, являющийся радиоактивным и попадающий на поверхность земли вместе с продуктами извержения вулканов.
Также существуют изотопы, создаваемые искусственно. Их масса может иметь значение от 30 до 55 атомных единиц, но они нестабильны. Наиболее устойчивым является 39Ar с периодом полураспада, составляющим 269 лет, самые неустойчивые существуют в течение десятков наносекунд.
Для того чтобы оторвать от атома электрон, необходимо потратить энергию, которая называется энергией ионизации.
Для создания катиона (положительно заряженного иона) Ar+ потребуется 1520 кДж/моль. Это можно осуществить с помощью пропускания через газ электрических разрядов.
Молекула и атом
Атом имеет положительно заряженное ядро, в состав которого входит 18 протонов. Вокруг ядра по трем орбитам вращаются 18 электронов – 2 на первой, на второй и третьей – по 8.
Таким образом, внешняя орбита заполнена электронами полностью. Именно этим объясняется отсутствие каких-либо химических соединений с участием аргона – при нормальных условиях он существует только в свободном виде.
Такое свойство присуще всем остальным инертным газам – у каждого из них внешняя электронная орбита заполнена полностью.
Молекула по этой же причине состоит из одного атома и так же, как и атом, обозначается – Ar.
Молярная масса
Один моль – это 6,02х1023 молекул данного вещества. Величина 6,02х1023 называется числом Авогадро и обозначается как NA. Молярная масса, определяющая свойства аргона, как и любого газа – это масса одного моля. Для аргона она равна 39,948 г/моль.
Чаще всего аргон получают с помощью криогенной ректификации воздуха. Для этого воздух сначала тщательно очищают от частиц пыли, прогоняя через несколько фильтров, осушают, затем сжимают при помощи компрессоров до перехода в состояние жидкости.
Последнюю отправляют в ректификационную колонну – устройство, в котором при различных температурах происходит последовательное испарение азота, аргона и кислорода.
Аргонная фракция, содержащая 12%, аргона, подвергается еще одной ректификации, в результате чего доля газа в смеси доходит до 85%, остальное приходится на кислород с небольшим количеством азота.
Такой газ называют сырым аргоном и уже из него получают чистый аргон, который в зависимости от количества оставшихся примесей в соответствии с ГОСТ 10157-62 может быть трех марок:
- марка А – объемный процент содержания аргона, не менее 99,99%. Применяется при сварке титановых сплавов, нержавеющей стали, конструкционной стали – при повышенных требованиях к прочности;
- марка Б – не менее 99,96%. Используется во время сварки алюминия, менее активных, чем титан, цветных металлов;
- марка В – не менее 99,90%. Востребована при работе с жаростойкими сплавами, алюминиевыми материалами, конструкционными сталями. Часто используется совместно с углекислым газом и кислородом.
Еще один способ получения аргона – при синтезировании аммиака. Побочным продуктом реакции является продувочный газ, содержащий до 20% аргона, причем стоимость его получения заметно ниже.
Под биологической ролью элемента подразумевается его участие в жизнедеятельности каких-либо организмов. Аргон в таких процессах участия не принимает, следовательно, этой роли не выполняет.
Область применения
Аргон применяется в самых различных областях деятельности человека. В первую очередь востребовано отсутствие его химическая активности.
Наиболее широко газ используется при сварке – для создания вокруг дуги газового слоя, оттесняющего атмосферные кислород и азот. Поскольку этот газ тяжелее воздуха, то применять его лучше при использовании нижнего положения.
Аргон растекается над поверхностью материала, вытесняя вверх кислород с азотом, и прикрывает не только область расплава, но также и нагретую часть поверхности.
Это важно во время работы с металлами, отличающимися активностью при высокой температуре, например, такими как титан. Аргон также используют во время сварки высоколегированных и нержавеющих сталей. Неметаллы обычно соединяют с использованием газовой сварки.
Использование инертного газа дает возможность увеличить температуру дуги, а это сказывается на проплавлении шва, который приобретает форму кинжала и позволяет в один проход соединять куски металла большой толщины.
В связи с тем, что в отсутствие кислорода шов получается значительно более ровным и прочным, аргон востребован при изготовлении ответственных конструкций в строительстве: высоких зданий, железнодорожных и автомобильных мостов.
Швы высокого качества востребованы в химическом и пищевом машиностроении, атомной промышленности, аэрокосмической сфере. Нефте- и газопроводы также сооружаются с применением аргонной сварки.
В электронике инертность аргона также находит применение. Его закачивают в колбы осветительных и радиоламп – для защиты, соответственно, нити накаливания или электродов, используют при выращивании полупроводниковых кристаллов.
В сфере производства продуктов питания газ применяется в качестве вытеснителя (в первую очередь, присутствующего в воздухе кислорода). Его закачивают в герметичные упаковки с продуктами с целью увеличения срока хранения.
Низкое значение теплопроводности аргона дает возможность применять его в качестве теплоизолятора – в оконных рамах, гидрокостюмах.
Способность излучать фиолетовый свет при нагревании находит применение в рекламных афишах и надписях.
Другие области применения:
- пожаротушение;
- лазеры;
- хирургические операции
и многое другое.
Окраска баллона
При использовании баллонов для хранения газов за каждым из них закреплен цвет, в который окрашена сама емкость, а также цвет полосы, нанесенной по окружности на ее образующую вблизи горловины. Баллон, предназначенный для аргона, окрашен в серый цвет, при этом цвет полоса и надпись – зеленые.
Для транспортировки жидкого аргона применяются специальные емкости типа сосуда Дьюара и цистерны.
Зависимость давления аргона в баллоне от температуры
При заправке давление аргона в баллоне составляет порядка 150 атм. Однако в соответствии с законами физики все газы при нагревании расширяются. Если отсутствует возможность для расширения, что и наблюдается в замкнутом объеме, то при повышении температуры давление внутри него будет нарастать. В случае идеального газа соблюдается следующая зависимость:
где P – давление внутри замкнутого объема;
Т – абсолютная температура газа по шкале Кельвина, которая выше температуры по шкале Цельсия на 273°, то есть
где t – температура по шкале Цельсия.
Зависимость давления реального газа в баллоне от температуры приведена в таблице:
| Температура, °С | Давление, атм |
| -30 | 111,8 |
| -20 | 120,5 |
| -10 | 127,5 |
| 0 | 135,6 |
| +10 | 144,3 |
| +20 | 151,3 |
| +30 | 158,2 |
Таким образом, при увеличении температуры на 60 ° (от -30 °С до +30 °С) давление аргона в баллоне растет более чем на 40%.
ДЛЯ СПРАВКИ: аргон в 40-литровом баллоне при давлении 150 атм и комнатной температуре весит около 7,5 кг. При этом вес баллона, изготовленного из углеродистой стали, составляет 58,5 кг.
Техника безопасности при работе с аргоном
Газ не является ни токсичным, ни взрывоопасным, тем не менее, попадание излишнего количества аргона в воздух ведет к уменьшению в нем процентной доли кислорода, а это уже опасно для здоровья и жизни человека и может привести к кислородной недостаточности.
В обычном атмосферном воздухе содержится 20,9% кислорода, уменьшение его доли до 18% ведет к появлению головной боли и сонливости, при значении менее 15–16% человек теряет сознание.
В случае вдыхания аргона, так же как и других инертных газов, возникает мгновенное удушье и потеря сознания, чреватые летальным исходом.
Поэтому во время работы в замкнутом пространстве должны отсутствовать какие-либо утечки газа через уплотнения в соединениях трубопроводов или трещины в шлангах.
С особым вниманием за этим нужно следить при проведении сварки в слабопроветриваемых помещениях, а также приямках, где газ может скапливаться, поскольку тяжелее воздуха. Перед началом работы следует проверить содержание кислорода в окружающем пространстве – оно должно быть не менее 19%.
В противном случае необходимо надеть изолирующий противогаз, который предотвращает какой-либо контакт органов дыхания с окружающим воздухом. Работы в таких условиях проводят два человека.
Первая помощь в случае отравления газообразным аргоном заключается в эвакуации пострадавшего на свежий воздух, проведении искусственного дыхания, использовании кислородной подушки.
Жидкий аргон при попадании на тело человека может вызвать ожоги, поэтому, работая с ним, необходимо надевать защитные очки и спецодежду, способную предохранить поверхность тела от контакта с ним.
Аргон – самый ленивый газ
Аргон химический элемент периодической системы Д. И. Менделеева, инертный газ, атомный номер 18, атомная масса 39,948. Объемная концентрация аргона в воздухе 0,9325% об. или 1,2862% вес. Аргон тяжелее воздуха, плотность 1,78 кг/м 3 при нулевой температуре и нормальном давлении. Температура кипения -185,85°C. Обладает низким потенциалом ионизации 15,7 В. С большинством элементов аргон не образует химических соединений, кроме некоторых гидридов. В металлах аргон, как в жидком, так и в твердом состоянии нерастворим. При обычных условиях - бесцветный, негорючий, неядовитый газ, без запаха и вкуса. Химическая формула - Ar.
Содержание
На данный момент известны изотопы аргона с массовыми числами от 29 до 54, но в в земной атмосфере он представлен тремя стабильными изотопами:
- 40 Ar (изотопная распространённость 99,600 %)
- 36 Ar (изотопная распространённость 0,337 %)
- 38 Ar (изотопная распространённость 0,063 %)
История открытия aргона
Аргон был открыт Джоном Уильямом Стреттом (John Strutt) и Сэром Уильямом Рамзаем (Sir William Ramsay) при исследовании азота, полученного из воздуха химическим путем. Несовпадение плотности этого газа при различных способах получения натолкнуло этих ученых на идею о присутствии в воздухе какого-то тяжелого инертного газа, который и был выделен ими в 1894 г. и назван argon, что с греческого переводится как «ленивый», «медлительный», «неактивный».
Способы получения аргона
Аргон получают как побочный продукт, при производстве кислорода и азота из воздуха методом низкотемпературной ректификации (см. получение аргона)
Применение аргона
Наиболее часто аргон применяют:
- как защитный газ при сварке;
- как плёнкообразующий газ при плазменной сварке и резке;
- для вытеснения кислорода и влаги из упаковки при хранении пищевых продуктов, что увеличивает срок их хранения (пищевая добавка Е938);
- как газ для тушения огня в некоторых системах пожаротушения.
Применение аргона в сварке
Аргон применяют в качестве защитной среды при сварке активных и редких металлов (титана, циркония и ниобия) и сплавов на их основе, алюминиевых и магниевых сплавов, а также хромоникелевых коррозионностойких жаропрочных сплавов, легированных сталей различных марок.
Для сварки черных металлов аргон обычно используются в смеси с другими газами - кислородом, гелием, двуокисью углерода или водородом.
Аргон, являясь более тяжелым, чем воздух, своей струей лучше защищает металл при сварке в нижнем положении. Растекаясь по поверхности свариваемого изделия, он защищает достаточно длительно довольно широкую и протяженную зону как расплавленного, так и нагретого при сварке металла.
Низкий ионизационный потенциал аргона помогает получить превосходный профиль сварочного шва и сохранять хорошую и устойчивую дугу от начала до конца. В тоже время, низкий потенциал ионизации является причиной и низкого напряжения на дуге, что снижает тепловую мощность дуги. Для более подробной информации рекомендуем статью о свойствах сварочной дуги в инертных газах - аргоне и гелии.
Применение аргона позволяет повысить температуру сварочной дуги, что улучшает проплавление сварного шва, увеличивая производительность сварки в целом. При этом проплавление приобретает «кинжальную» форму, что дает возможность выполнять однопроходную сварку в щелевую разделку металла больших толщин. При сварке в среде аргона (как и иных инертных газов) минимизируется выгорание активных легирующих элементов, что позволяет использовать более дешевые сварочные проволоки.
При TIG сварке аргон служит защитой не только для сварочной ванны от вредного воздействия воздуха, а также инертной защитой конца электрода.
Для дуговой сварки в целом аргон применяется гораздо чаще, чем гелий, однако при сварке листового алюминия толщиной менее 6 мм аргон рекомендуют смешивать с гелием, чтобы обеспечить нужную теплопроводность. В некоторых случаях аргонно-гелиевые смеси используют для зажигания дуги, после чего сварка происходит в присутствии гелия. Этот метод применяется для сварки толстолистового алюминия вольфрамовым электродом при постоянном токе.
Вредность и опасность аргона
Аргон не оказывает опасного воздействия на окружающую среду, но относится к асфиксантам (удушающий газ). Поскольку газообразный аргон тяжелее воздуха он может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается содержание кислорода в воздухе, что вызывает кислородную недостаточность и удушье. Поэтому можно сделать вывод, что в больших количествах аргон вреден для организма человека.
Жидкий аргон – низкокипящая жидкость, которая может вызвать обморожение кожи и поражение слизистой оболочки глаз человека.
Хранение и транспортировка аргона
Газообразный и жидкий аргон поставляется по ГОСТ 10157. Хранят и транспортируют газообразный аргон в баллонах по ГОСТ 949 под давлением 15МПа.
Стальные баллоны должны соответствовать ГОСТ 949. Баллон окрашивается в серый цвет с зеленой полосой и зеленой надписью «АРГОН ЧИСТЫЙ».
Возможна транспортировка аргона в жидком виде в специальных цистернах или сосудах Дьюара с последующей его газификацией.
Читайте также: