Аргон - самий ледачий газ

У перекладі з грецької «argon» означає «повільний» або «неактивний». таке визначення газ аргон отримав завдяки своїм інертним властивостям, що дозволяє широко його використовувати в багатьох промислових і побутових цілях.

Хімічний елемент Ar

Ar - 18-й елемент періодичної таблиці Менделєєва, відноситься до благородних інертних газів. Дана речовина є третім після N (азоту) і O (кисню) за змістом в атмосфері Землі. У звичайних умовах - безбарвний, не горючий, не отруйний, без смаку і запаху.

Інші властивості газу аргону:

атомна маса: 39,95;
вміст у повітрі: 0,9% обсягу і 1,3% маси;
щільність в нормальних умовах: 1,78 кг / м³;
температура кипіння: -186 ° С.

На малюнку назва хімічного елемента і його властивості

Даний елемент був відкритий Джоном Стретта і Вільямом Рамзаем при дослідженні складу повітря. Розбіжність щільності при різних хімічних випробуваннях наштовхнуло вчених на думку, що в атмосфері крім азоту і кисню присутній інертний важкий газ. У підсумку в 1894 р було зроблено заяву про відкриття хімічного елемента, частка якого в кожному кубометрі повітря становить 15 м

Як видобувають аргон

Ar не піддається змінам в процесі його використання і завжди повертається в атмосферу. Тому вчені вважають дане джерело невичерпним. Він видобувається як супутній продукт при розділенні повітря на кисень і азот за допомогою низькотемпературної ректифікації.

Для реалізації цього методу застосовуються спеціальні повітророзподільну апарати, що складаються з колон високого, низького тиску і конденсатора-випарника. В результаті процесу ректифікації (поділу) виходить аргон з невеликими домішками (3-10%) азоту і кисню. Щоб провести очищення, домішки прибираються за допомогою додаткових хімічних реакцій. Сучасні технології дозволяють досягти 99,99% чистоти даного продукту.

Представлені установки по виробництву даного хімічного елемента

Зберігається і транспортується газ аргон в сталевих балонах (ГОСТ 949-73), які мають сірий окрас з смугою і відповідним написом зеленого кольору. При цьому процес наповнення ємності повинен повністю відповідати технологічним нормам і правилам безпеки. Детальну інформацію про специфіку заповнення газових балонів можна прочитати в статті: балони зі зварювальної сумішшю - технічні особливості і правила експлуатації.

Де застосовується газ аргон

Даний елемент має досить велику сферу застосування. Нижче наведені основні області його використання:

заповнення внутрішньої порожнини ламп розжарювання і склопакетів;
витіснення вологи і кисню для довгого зберігання харчових продуктів;
вогнегасна речовина в деяких системах гасіння пожежі;
захисне середовище при зварювальному процесі;
плазмообразующий газ для плазмового зварювання і різання.

В зварювальному виробництві він застосовується як захисне середовище в процесі зварювання рідкісних металів (ніобію, титану, цирконію) і їх сплавів, легований сталей різних марок, а також алюмінієвих, магнієвих і хромонікелевих сплавів. Для чорних металів, як правило, застосовують суміш Ar з іншими газами - гелієм, киснем, вуглекислотою і воднем.

Вид захисного середовища при зварювальному процесі, яку створює аргон

Запобіжні заходи при експлуатації

Даний хімічний елемент не представляє абсолютно ніякої небезпеки для навколишнього середовища, але при великій концентрації надає задушливе вплив на людину. Він нерідко накопичується в районі статі в недостатньо провітрюваних приміщеннях, а при значному зменшенні вміст кисню може привести до втрати свідомості і навіть смертельного результату. Тому важливо стежити за концентрацією кисню в закритому приміщенні, Яка не повинна падати нижче 19%.

Рідкий Ar здатний викликати обмороження ділянок шкіри і пошкодити слизову оболонку очей, тому в процесі роботи важливо використовувати спецодяг і захисні окуляри. При роботі в атмосфері цього газу з метою запобігання удушення необхідно застосовувати ізолюючий кисневий прилад або шланговий протигаз.

Аргон- одноатомний газ з температурою кипіння (при нормальному тиску) - 185,9 ° C (трохи нижче, ніж у кисню, але трохи вище, ніж у азоту). У 100 мл води при 20 ° C розчиняється 3,3 мл аргону, в деяких органічних розчинниках аргон розчиняється значно краще, ніж у воді.

Поки що відомі лише 2 хімічних з'єднання аргону - гідрофторид аргону і CU (Ar) O, які існують при дуже низьких температурах. Крім того, аргон утворює ексимерні молекули, тобто молекули, у яких стійкі порушені електронні стану та нестійке основний стан. Є підстави вважати, що виключно нестійке з'єднання Hg-Аr, що утворюється в електричному розряді, - це справді хімічне (валентное) з'єднання. Не виключено, що будуть отримані інші валентні з'єднання аргону з фтором і киснем, які теж повинні бути вкрай нестійкими. Наприклад, при електричному збудженні суміші аргону і хлору можлива газофазних реакція з утворенням ArCl. Також з багатьма речовинами, між молекулами яких діють водневі зв'язку (водою, фенолом, гидрохиноном і іншими), утворює сполуки включення (клатрати), де атом аргону, як свого роду «гість», знаходиться в порожнині, утвореної в кристалічній решітці молекулами речовини- господаря.

З'єднання CU (Ar) O отримано з сполуки урану з вуглецем і киснем CUO. Ймовірно существованіяесоедіненій зі зв'язками Ar-Si і Ar-C: FArSiF3 і FArCCH.

отримання аргону

Земна атмосфера містить 66 1013 т аргону. Це джерело аргону невичерпний, тим більше що практично весь аргон рано чи пізно повертається в атмосферу, оскільки при використанні він не зазнає ніяких фізичних або хімічних змін. Виняток становлять дуже незначні кількості ізотопів аргону, що витрачаються на отримання в ядерних реакціях нових елементів і ізотопів.

Отримують аргон як побічний продукт при розділенні повітря на кисень і азот. Зазвичай використовують повітророзподільну апарати дворазової ректифікації, що складаються з нижньої колони високого тиску (попереднє поділ), верхньої колони низького тиску і проміжного конденсатора-випарника. В кінцевому рахунку азот відводиться згори, а кисень - з простору над конденсатором.

Склад аргонной фракції: 10 ... 12% аргону, до 0,5% азоту, решта - кисень. У «аргонной» колоні, приєднаної до основного апарату, отримують аргон з домішкою 3 ... 10% кисню і 3 ... 5% азоту.

У промислових масштабах нині отримують аргон до 99,99% -ной чистоти. Аргон витягають також з відходів аміачного виробництва - з азоту, що залишився після того, як велику його частину зв'язали воднем.

Аргон зберігають і транспортують в балонах ємністю 40 л, забарвлених в сірий колір із зеленою смугою і зеленої написом. Тиск в них 150 атм. Економічніша перевезення зрідженого аргону, для чого використовують судини Дюара і спеціальні цистерни. Штучні радіоізотопи аргону отримані при опроміненні деяких стабільних і радіоактивних ізотопів (37Cl, 36Аr, 40Аr, 40Са) протонами і дейтонами, а також при опроміненні нейтронами продуктів, що утворилися в ядерних реакторах при розпаді урану. Ізотопи 37Аr і 41Аr використовуються як радіоактивні індикатори: перший - в медицині і фармакології, другий - при дослідженні газових потоків, ефективності заспівати вентиляції і в різноманітних наукових дослідженнях. Але, звичайно, не ці застосування аргону найважливіші.

застосування аргону

Земна атмосфера містить 66 1013 тонн аргону. Отримують аргон як побічний продукт при розділенні повітря на кисень і азот. Летючість аргону більше, ніж кисню, але менше, ніж азоту. Тому аргону фракцію відбирають в точці, що знаходиться приблизно на третині висоти верхньої колони, і відводять в спеціальну колону. Склад аргонной фракції: 10-12% аргону, до 0,5% азоту, решта - кисень. В "аргонной" колоні, приєднаної до основного апарату, отримують аргон з домішкою 3-10% кисню і 3-5% азоту. Далі слід очищення "сирого" аргону від кисню (хімічним шляхом або адсорбцією) і від азоту (ректифікацією).

Як найдоступніший і відносно дешевий інертний газ аргон став продуктом масового виробництва, особливо в останні десятиліття. Найбільша частина одержуваного аргону йде в металургію, металообробку і деякі суміжні з ними галузі промисловості.

У середовищі аргону ведуть процеси, при яких потрібно виключити контакт розплавленого металу з киснем, азотом, вуглекислотою і вологою повітря. аргоновому середовищі використовується при гарячій обробці титану, танталу, ніобію, берилію, цирконію, гафнію, вольфраму, урану, торію, а також лужних металів. В атмосфері аргону обробляють плутоній, отримують деякі сполуки хрому, титану, ванадію та інших елементів (сильні відновники).

продувкою аргону через рідку сталь з неї видаляють газові включення. Це покращує властивості металу. Все ширше застосовується дугове електрозварювання в середовищі аргону. У аргонної струмені можна зварювати тонкостінні вироби і метали, які раніше вважалися важкозварювальних.

Електрична дуга в аргоновому атмосфері внесла переворот в техніку різання металів. Процес набагато прискорився, з'явилася можливість різати товсті листи самих тугоплавких металів. Продувається уздовж стовпа дуги аргон (в суміші з воднем) охороняє кромки розрізу і вольфрамовий електрод від освіти окисних, нітридних та інших плівок. Одночасно він стискає і концентрує дугу на малій поверхні, чому температура в зоні різання досягає 4000-6000 ° С. До того ж, ця газова струмінь видуває продукти різання. При зварюванні в аргоновому струмені немає потреби у флюсах і електродних покриттях, а отже, і в зачистці шва від шлаку і залишків флюсу.

Прагнення використовувати властивості і можливості надчистих матеріалів - одна з тенденцій сучасної техніки. Для сверхчістоти потрібні інертні захисні середовища, зрозуміло, теж чисті; аргон - найдешевший і доступний з благородних газів.

характеристики аргону

Види зварювання з використанням аргону

Аргон відноситься до інертних газів, які хімічно не взаємодіють з металом і не розчиняються в ньому. інертні гази застосовують для зварювання хімічно активних металів (титан, алюміній, магній та ін.), а також у всіх випадках, коли необхідно отримувати зварні шви, Однорідні за складом з основним і присадним металом (високолеговані сталі та ін.). Інертні гази забезпечують захист дуги і зварюється, не надаючи на нього металургійного впливу.

Аргон газоподібний чистий використовується трьох сортів: вищого, першого і другого. Зміст аргону відповідно 99,99%; 99,98%; і 99,95%. Домішки - кисень (<0,005), азот (< 0,004) , влага(<0,003). Аргон хранится и поставляется в баллонах вместимостью 40л, под давлением 150 ? 98,06 кПа. Цвет окраски баллону присвоен серый, надпись «Аргон чистый» зеленого цвета.

аргонодуговая зварювання - дугове зварювання, при якій в якості захисного газу використовується аргон. Застосовують аргонодугове зварювання неплавким вольфрамовим і плавиться електродами. Сварка може бути ручним і автоматичним. Аргонодуговая зварювання вольфрамовим електродом призначена для зварювання швів стикових, таврових і кутових з'єднань. Зварювання плавиться застосовується для зварювання кольорових металів (Al, Mg, Cu, Ti і їх сплавів) і легованих сталей.

Аргон використовується в плазмовому зварюванні як плазмообразующий газ. При микроплазменной зварюванні більшість металів зварюють в безперервному або імпульсному режимах дугою прямої полярності, що горить між вольфрамовим електродом плазмотрона і виробом в струмені плазмообразующего інертного газу - (найчастіше) аргону.

аргонодуговая зварювання

Дугoвaя cвapкa, пpи кoтopoй в кaчecтвe зaщітнoгo гaзa іcпoльзуeтcя apгoн.

ГОСТ 2601-84 Свapкa мeтaллoв. Тepміни і oпpeдeлeнія ocнoвниx пoнятій (c Ізмeнeніямі N 1, 2)

ISO 14555: 1998 Свapкa. Дугoвaя пpівapкa шпілeк з мeтaллічecкіx мaтepіaлoв

Аргон - хімічний елемент з атомним номером 18. Третій за поширеністю елемент в атмосфері - 0,93% за обсягом.

Історія

Аргон було відкрито в 1894 англійськими фізиками Вільямом Рамзаем і Джоном Релєєм. Потім були відкриті інші інертні гази.

походження назви

Саме через свою дивовижною хімічної інертності новий газ і отримав свою назву (грец. Αργός - неактивний).

Аргон в природі

Цей розділ не завершений. Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши його.

отримання

У промисловості аргон отримують як побічний продукт при великомасштабному розділенні повітря на кисень і азот. При температурі -185,9 ° C аргон конденсується, при -189,4 ° С - кристалізується.

властивості

Аргон - одноатомний газ з температурою кипіння (при нормальному тиску) -185,9 ° C (трохи нижче, ніж у кисню, але трохи вище, ніж у азоту). У 100 мл води при 20 ° C розчиняється 3,3 мл аргону, в деяких органічних розчинниках аргон розчиняється значно краще, ніж у воді.

З'єднання CU (Ar) O отримано з сполуки урану з вуглецем і киснем CUO. Ймовірно существованіяесоедіненій зі зв'язками Ar-Si і Ar-C: FArSiF3 і FArCCH

застосування

Харчова галузь

У контрольованому середовищі аргон може в багатьох процесах використовуватися в якості заміни для азоту. Висока розчинність (в два рази перевищує розчинність азоту) і певні молекулярні характеристики забезпечують його особливі властивості при зберіганні овочів. При певних умовах він здатний сповільнювати метаболічні реакції і значно скорочувати газообмін.

Виробництво скла, цементу і вапна

При використанні для заповнення огорож з подвійним глазуруванням аргон забезпечує чудову теплову ізоляцію.

металургія

Аргон використовується для попередження контакту і подальшої взаємодії між розплавленим металом і навколишньою атмосферою.

Використання аргону дозволяє оптимізувати такі виробничі процеси, як перемішування розплавлених речовин, продування піддонів реакторів для попередження повторного окислення стали і обробка стали вузького застосування в вакуумних дегазатором, включаючи вакуумно-кисневе обезуглероживание, окисно-відновних процесів і процеси відкритого спалювання. Однак найбільшу популярність аргон придбав в процесах аргоно-кисневого зневуглецювання нерафінованої високохромисто стали, дозволяючи мінімізувати окислення хрому.

Лабораторні дослідження і аналізи

У чистому вигляді і в з'єднаннях з іншими газами аргон використовується для проведення промислових і медичних аналізів і випробувань в рамках контролю якості.

Зокрема, аргон виконує функцію газової плазми в емісійної спектрометрії індуктивно-зв'язаною плазмою (ICP), газової подушки в атомно-абсорбційної спектроскопії в графитной печі (GFAAS) і газу-носія в газовій хроматографії з використанням різних газоаналізаторів.

У поєднанні з метаном аргон використовується в лічильниках Гейгера і детекторах рентгенівського флуоресцентного аналізу (XRF), де він виконує функцію гасить газу.

Зварювання, різання та нанесення покриття

Аргон використовується як захисне середовище в процесах дугового зварювання, при Піддув захисного газу і при плазмовому різанні.

Аргон попереджає окислення зварних швів і дозволяє скоротити обсяг диму, що скидається в процесі зварювання.

електроніка

Надчистий аргон служить в якості газу-носія для хімічно активних молекул, а також в якості інертного газу для захисту напівпровідників від сторонніх домішок (наприклад, аргон забезпечує необхідне середовище для вирощування кристалів силікону і германію).

В іонному стані аргон використовується в процесах металізації напиленням, іонної імплантації, нормалізації і травлення при виробництві напівпровідників і високоефективному виробництві матеріалів.

Автомобільна і транспортна галузь

Затарений герметизований аргон служить для наповнення подушок безпеки в автомобілях.

Загальні відомості про відкриття благородних газів

До шляхетних газів відносяться гелій, неон, аргон, криптон, ксенон і радон. За своїми властивостями вони не схожі ні на які інші елементи і в періодичній системі розташовуються між типовими металами і неметалами.

Історія відкриття інертних газів представляє великий інтерес: по-перше, як тріумф введених Ломоносовим кількісних методів хімії (відкриття аргону), а по-друге, як тріумф теоретичного передбачення (відкриття інших інертних газів), що спирається на найбільше узагальнення хімії - періодичний закон Менделєєва.

Відкриття фізиком Релєєм і хіміком Рамзаем першого благородного газу - аргону - відбулося в той час, коли побудова періодичної системи здавалося завершеним і в ній залишалося лише кілька порожніх клітин.

Ще 1785 року англійський хімік і фізик Г. Кавендіш виявив в повітрі якийсь новий газ, надзвичайно стійкий хімічно. На частку цього газу припадала приблизно одна сто двадцята частина обсягу повітря. Але що це за газ, Кавендишу з'ясувати не вдалося.

Через два роки Релей і У. Рамзай встановили, що в азоті повітря дійсно є домішка невідомого газу, тяжчого, ніж азот, і вкрай інертного хімічно. "Повітря за допомогою розпеченої міді був позбавлений свого кисню і потім нагрітий з шматочками магнію в трубочці. Після того як значна кількість азоту було поглинуто на магній, було визначено щільність залишку. Щільність виявилася в 15 разів більше щільності водню, тоді як щільність азоту тільки в 14 разів більше її. Ця щільність зростала ще в міру подальшого поглинання азоту, поки не досягла 18. Цим було доведено, що повітря містить газ, щільність якого більше щільності азоту ... Я отримав 100 см 3 цієї речовини і знайшов його щільність рівної 19,9. Воно виявилося одноатомних газом. "Коли вони виступили з публічним повідомленням про своє відкриття, це справило приголомшуюче враження. Багатьом здавалося неймовірним, щоб кілька поколінь вчених, які виконали тисячі аналізів повітря, прогледіли його складову частину, та ще таку помітну - майже відсоток! До речі, саме в цей день і годину, 13 серпня 1894, аргон і отримав своє ім'я, яке в перекладі з грецького означає «недіяльний».

Гелій вперше був ідентифікований як хімічний елемент в 1868 П.Жансеном при вивченні сонячного затемнення в Індії. При спектральному аналізі сонячної хромосфери була виявлена яскраво-жовта лінія, спочатку віднесена до спектру натрію, проте в 1871 Дж.Локьер і П.Жансен довели, що ця лінія не належить до жодного з відомих на землі елементів. Локьер і Е.Франкленд назвали новий елемент гелієм від грец. «Геліос», що означає сонце. У той час не знали, що гелій - інертний газ, і припускали, що це метал. І тільки через майже чверть століття гелій був виявлений на землі. У 1895, через кілька місяців після відкриття аргону, У.Рамзай і майже одночасно шведські хіміки П.Клеве і Н.Ленгле встановили, що гелій виділяється при нагріванні мінералу клевеїту. Рік по тому Г.Кейзер виявив домішка гелію в атмосфері, а в 1906 гелій був виявлений у складі природного газу нафтових свердловин Канзасу. У тому ж році Е. Резерфорд і Т.Ройдс встановили, що a частинки, що випускаються радіоактивними елементами, є ядрами гелію.

Після цього відкриття Рамзай дійшов висновку, що існує ціла група хімічних елементів, яка розташовується в періодичній системі між лужними металами і галогенами. Користуючись періодичним законом і методом Менделєєва, було визначено кількість невідомих шляхетних газів і їх властивості, зокрема їх атомні маси. Це дозволило здійснити і цілеспрямовані пошуки шляхетних газів.

Спочатку Рамзай і його співробітники зайнялися мінералами, природними водами, навіть метеоритами. Результати аналізів незмінно виявлялися негативними. Тим часом-тепер ми це знаємо-новий газ в них був. Але методами, що існували в кінці минулого століття, ці «мікросліди" не можна було вловити. Потім дослідники звернулися до повітря.

Всього за чотири наступні роки було відкрито чотири нові елементи, при цьому неон, криптон і ксенон були виділені з повітря.

Повітря, очищений попередньо від вуглекислоти і вологи, зріджують, а потім починали повільно випаровувати. Спочатку «летять» більш легкі гази. Після випаровування основної маси повітря розсортовують залишилися важкі інертні гази. Потім, отримані фракції досліджували. Одним з методів пошуку був спектральний аналіз: газ поміщали в розрядну трубку, підключали струм і по лініях спектра визначали «хто є хто».

Коли в розрядну трубку помістили першу, найлегшу і низькокиплячих фракцію повітря, то в спектрі поряд з відомими лініями азоту, гелію і аргону були виявлені нові лінії, з них особливо яскравими були червоні і помаранчеві. Вони надавали світла в трубці вогненну забарвлення. У момент, коли Рамзай спостерігав спектр щойно отриманого газу, в лабораторію зайшов його дванадцятирічний син, який встиг стати «уболівальником» батькових робіт. Побачивши незвичайне світіння, він вигукнув: «new one!» Так виникла назва газу «неон», по-давньогрецькому означає «новий».

Після того як були відкриті гелій, неон і аргон, завершальні три перших періоду таблиці Менделєєва, вже не викликало сумнівів, що четвертий, п'ятий і шостий періоди теж повинні закінчуватися інертним газом. Але знайти їх вдалося не відразу. Це й не дивно: в 1 м 3 повітря 9, 3 л аргону і всього лише 0, 08 мл ксенону. Але на той час стараннями вчених, перш за все англійця Траверса, з'явилася можливість отримувати значні кількості рідкого повітря. Став доступний навіть рідкий водень. Завдяки цьому Рамзай спільно з Траверсом зміг зайнятися дослідженням найбільш труднолетучем фракції повітря, що виходить після відгону гелію, водню, неону, кисню, азоту та аргону. Залишок містив сирої (тобто неочищений) криптон ( "прихований"). Однак після відкачування його в посудині незмінно залишався бульбашка газу. Цей газ блакитно світився в електричному розряді і давав своєрідний спектр з лініями в областях від помаранчевої до фіолетовою. Характерні спектральні лінії - візитна картка елемента. У Рамзая і Траверса були всі підстави вважати, що відкритий новий інертний газ. Його назвали ксеноном, що в перекладі з грецького означає «чужий»: в криптоновой фракції повітря він дійсно виглядав чужинцем. У пошуках нового елемента і для вивчення його властивостей Рамзай і Траверс переробили близько ста тонн рідкого повітря; індивідуальність ксенону як нового хімічного елемента вони встановили, оперуючи всего 0,2 см 3 цього газу. Надзвичайна для того часу тонкість експерименту! Хоча зміст ксенону в атмосфері вкрай мало, саме повітря - практично єдиний і невичерпне джерело ксенону. Невичерпне - тому, що майже весь ксенон повертається в атмосферу.

Заслуга відкриття вищого представника інертних газів належить тому ж Рамзаю. За допомогою досить тонких технічних прийомів він довів, що радіоактивне витікання з радію - еманація радію - являє собою газ, який підпорядковується всім законам звичайних газів, хімічно інертний і володіє характерним спектром. Його молекулярна вага - близько 220 - був Рамзаем виміряно за швидкістю дифузії. Якщо припустити, що ядро атома еманації радію - це залишок ядра радію після викидання з нього ядра атома гелію - a-частинки, то заряд його має дорівнювати 88-2 = 86, тобто новий елемент повинен дійсно бути інертним газом з атомним вагою 226-4 = 222.

Таким чином, після блискучих експериментів 16 березня 1900 року в Лондоні відбулася зустріч Менделєєва і Рамзая, на якій було офіційно вирішено включити в періодичну систему нову групу хімічних елементів.

Аргон

Аргон

39,948

Історія відкриття Аргона

У 1785 р англійський хімік і фізик Г. Кавендіш виявив в повітрі якийсь новий газ, надзвичайно стійкий хімічно. На частку цього газу припадала приблизно одна сто двадцята частина обсягу повітря. Але що це за газ, Кавендишу з'ясувати не вдалося.

Про це досвіді згадали 107 років по тому, коли Джон Вільям Стратт (лорд Релей) натрапив на ту ж домішка, помітивши, що азот повітря важче, ніж азот, виділений із з'єднань. Не знайшовши достовірного пояснення аномалії, Релей через журнал «Nature» звернувся до колег-натуралістам з пропозицією разом подумати і попрацювати над розгадкою її причин ...

Через два роки Релей і У. Рамзай встановили, що в азоті повітря дійсно є домішка невідомого газу, тяжчого, ніж азот, і вкрай інертного хімічно.

Коли вони виступили з публічним повідомленням про своє відкриття, це справило приголомшуюче враження. Багатьом здавалося неймовірним, щоб кілька поколінь вчених, які виконали тисячі аналізів повітря, прогледіли його складову частину, та ще таку помітну - майже відсоток!

До речі, саме в цей день і годину, 13 серпня 1894 р аргон і отримав своє ім'я, яке в перекладі з грецького означає «недіяльний». Його запропонував головуючий на зборах доктор Медан.

Тим часом немає нічого дивного в тому, що аргон так довго вислизав від учених. Адже в природі він себе рішуче нічим не виявляв! Напрошується паралель з ядерною енергією: говорячи про труднощі її виявлення, А. Ейнштейн зауважив, що нелегко розпізнати багатія, якщо він не витрачає своїх грошей ...

Скепсис вчених був швидко розвіяний експериментальної перевіркою і встановленням фізичних констант аргону. Але не обійшлося без моральних витрат: засмучений нападками колег (головним чином хіміків) Релей залишив вивчення аргону і хімію взагалі і зосередив свої інтереси на фізичних проблемах. Великий вчений, він і у фізиці досяг видатних результатів, за що в 1904 був удостоєний Нобелівської премії. Тоді в Стокгольмі він знову зустрівся з Рамзаем, який в той же день отримував Нобелівську премію за відкриття і дослідження благородних газів, в тому числі і аргону.

Узагальнення історії відкриття

Аргон був відкритий як інертний газ в атмосфері в 1894 Дж.Релеем, який виявив, що атмосферне азот на 0,5% важче, ніж отриманий хімічним шляхом. Різниця пояснювалася присутністю мізерної кількості більш важких інертних газів, переважно аргону. Цей елемент був першим з інертних газів, виявлених в природі на нашій планеті. Зміст аргону в атмосфері становить 0,93% (об.), Причому його трохи більше над поверхнею великих водойм, ніж над сушею, так як азот і кисень більш розчинні у воді. У електротехнічної промисловості щомісяця витрачається кілька тисяч кубічних метрів аргону для створення інертного середовища в лампах розжарювання: аргонове середовище дозволяє знизити швидкість випаровування вольфрамової нитки і запобігає її окислення.

будова Аргона

Аргон це газ із завершеним останнім електронним рівнем

Ar 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6

10 електронів

18 протонів

22 нейтрона

Фізичні властивості

Загальні властивості інертних газів

Всі благородні гази-безбарвні одноатомні газ без кольору і запаху

мають більш високу електропровідність у порівнянні з іншими газами і при проходженні через них струму яскраво светятсяНасищенний характер атомних молекул інертних газів позначається і в тому, що інертні гази мають нижчі точки скраплення і замерзання, ніж інші гази з тим же молекулярною вагою.

З підгрупи важких інертних газів аргон найлегший. Він важчий за повітря в 1,38 рази. Рідиною стає при - 185,9 ° C, твердне при - 189,4 ° C (в умовах нормального тиску). На відміну від гелію і неону, він досить добре адсорбується на поверхнях твердих тіл і розчиняється в воді (3,29 см 3 в 100 г води при 20 ° C). Ще краще розчиняється аргон в багатьох органічних рідинах. Зате він практично не розчиняється в металах і не дифундує крізь них.

Як все інертні гази, аргон диамагнитен. Це означає, що його магнітна сприйнятливість негативна, він має більший опір магнітних силових ліній, ніж порожнеча. Це властивість аргону (як і багато інших) пояснюється «замкнутістю» електронних оболонок його атомів.

Під дією електричного струму аргон яскраво світиться, синьо-блакитне світіння аргону широко використовується в світлотехніці.

Тепер про вплив аргону на живий організм. При вдиханні суміші з 69% Ar, 11% азоту і 20% кисню під тиском 4 атм виникають явища наркозу, які виражені набагато сильніше, ніж при вдиханні повітря під тим же тиском. Наркоз миттєво зникає після припинення подачі аргону. Причина - в неполярних молекул аргону, підвищений же тиск підсилює розчинність аргону в нервових тканинах.

Біологи знайшли, що аргон сприяє росту рослин. Навіть в атмосфері чистого аргону насіння рису, кукурудзи, огірків і жита викинули паростки. Цибулю, моркву і салат добре проростають в атмосфері, що складається з 98% аргону і тільки 2% кисню.

Хімічні властивості

Хімічна інертність аргону (як і інших газів цієї групи) і одноатомних його молекул пояснюються насамперед граничною насиченістю електронних оболонок. Проте розмова про хімії аргону Сьогодні не безпредметна.

Є підстави вважати, що виключно нестійке з'єднання Hg - Ar, що утворюється в електричному розряді, - це справді хімічне (валентное) з'єднання. Не виключено, що будуть отримані валентні з'єднання аргону з фтором і киснем, які, швидше за все, будуть нестійкими, Як нестійкі і навіть вибухонебезпечні окисли ксенону - газу, тяжчого і явно більш схильного до хімічних реакцій, ніж аргон.

Ще в кінці минулого століття француз Війяр, стискаючи аргон під водою при 0 ° C, отримав кристаллогидрат складу Аr · 6Н 2 О, а в 20 ... 30-х роках XX століття Б.А. Нікітіним, Р.А. Франкраном і іншими дослідниками при підвищеному тиску і низьких температурах були отримані кристалічні клатратного з'єднання аргону з H 2 S, SO 2, галогеноводородами, фенолами і деякими іншими речовинами. У 1976 р з'явилося повідомлення про синтез гідриду аргону, але поки що важко сказати, чи є цей гідрид істинно хімічним, валентним з'єднанням.

Ось поки і все успіхи хімії ...

Аргон на Землі й у Всесвіті

На Землі аргону набагато більше, ніж усіх інших елементів його групи, разом узятих. Його середній вміст в земній корі (кларк) в 14 разів більше, ніж гелію, і в 57 разів більше, ніж неону. Є аргон і у воді, до 0,3 см 3 в літрі морської і до 0,55 см 3 в літрі прісної води. Цікаво, що в повітрі плавального міхура риб аргону знаходять більше, ніж в атмосферному повітрі. Це тому, що в воді аргон розчинний краще, ніж азот ...

Головне «сховище» земного аргону - атмосфера. Його в ній (за вагою) 1,286%, причому 99,6% атмосферного аргону - це найважчий ізотоп - аргон-40. Ще більше частка цього ізотопу в аргоні земної кори. Тим часом у переважної більшості легких елементів картина зворотна - переважають легкі ізотопи.

Причина цієї аномалії виявлена в 1943 р У земній корі знаходиться потужний джерело аргону-40 - радіоактивний ізотоп калію 40 К. Цього ізотопу на перший погляд в надрах трохи - всього 0,0119% від загального вмісту калію. Однак абсолютна кількість калію-40 велике, оскільки калій - один з найпоширеніших на нашій планеті елементів. У кожній тонні вивержених порід 3,1 г калію-40.

Радіоактивний розпад атомних ядер калію-40 йде одночасно двома шляхами. Приблизно 88% калію-40 піддається бета розпаду і перетворюється в кальцій-40. Але в 12 випадках з 100 (в середньому) ядра калію-40 не випромінюють, а, навпаки, захоплюють по одному електрону з найближчій до ядру К-орбіти ( «К-захоплення»). Захоплений електрон з'єднується з протоном - утворюється новий нейтрон в ядрі і випромінюється нейтрино. Атомний номер елемента зменшується на одиницю, а маса ядра залишається практично незмінною. Так калій перетворюється на аргон.

Період напіврозпаду 40 До досить великий - 1,3 млрд років. Тому процес утворення 40 Аr в надрах Землі триватиме ще довго, дуже довго. Тому, хоча і надзвичайно повільно, але неухильно зростатиме зміст аргону в земній корі і атмосфері, куди аргон «видихається» літосферою в результаті вулканічних процесів, вивітрювання і перекристалізації гірських порід, а також водними джерелами.

Правда, за час існування Землі запас радіоактивного калію грунтовно виснажився - він став в 10 разів менше (якщо вік Землі вважати рівним 4,5 млрд років.).

Співвідношення ізотопів 40 Аr: 40 К і 40 Ar: 36 Аr в гірських породах лягло в основу аргонного методу визначення абсолютного віку мінералів. Очевидно, чим більше ці відносини, тим древнє порода. Аргоновий метод вважається найбільш надійним для визначення віку вивержених порід і більшості калійних мінералів. За розробку цього методу професор Е.К. Герлинг в 1963 році удостоєний Ленінської премії.

Отже, весь або майже весь аргон-40 стався на Землі від калію-40. Тому важкий ізотоп і домінує в земній аргоні.

Цим фактором пояснюється, до речі, одна з аномалій періодичної системи. Всупереч початковим принципом її побудови - принципу атомних терезів - аргон поставлений в таблиці попереду калію. Якби в аргоні, як і в сусідніх елементах, переважали легкі ізотопи (як це, мабуть, має місце в космосі), то атомний вагу аргону був би на дві-три одиниці менше ...

Тепер про легкі ізотопи.

Звідки беруться 36 Аr і 38 Аr? Не виключено, що якась частина цих атомів реліктового походження, тобто частина легкого аргону прийшла в земну атмосферу з космосу при формуванні нашої планети і її атмосфери. Але більша частина легких ізотопів аргону народилася на Землі в результаті ядерних процесів.

Ймовірно, ще не всі такі процеси виявлені. Швидше за все деякі з них давно припинилися, оскільки вичерпалися короткоживучі атоми- «батьки», але є і понині протікають ядерні процеси, в яких народжуються аргон-36 і аргон-38. Це бета-розпад хлору-36, обстріл альфа-частками (в уранових мінералах) сірки-33 і хлору-35:

36 17 Cl β - → 36 18 Ar + 0 -1 e + ν.

33 16 S + 4 2 He → 36 18 Ar + 1 0 n .

35 17 Cl + 4 2 He → 38 18 Ar + 1 0 n + 0 +1 e .

У матерії Всесвіту аргон представлений ще рясніше, ніж на нашій планеті. Особливо багато його в речовині гарячих зірок і планетарних туманностей. Підраховано, що аргону в космосі більше, ніж хлору, фосфору, кальцію, калію - елементів, дуже поширених на Землі.

У космічному аргоні панують ізотопи 36 Аr і 38 Аr, аргону-40 у Всесвіті дуже мало. На це вказує мас-спектральний аналіз аргону з метеоритів. У тому ж переконують підрахунки поширеності калію. Виявляється, в космосі калію приблизно в 50 тис. Разів менше, ніж аргону, в той час як на Землі їх співвідношення явно на користь калію - 660: 1. А раз мало калію, то звідки ж взятися аргону-40 ?!

застосування

Все ширше застосовується дугове електрозварювання в середовищі аргону. У аргонної струмені можна зварювати тонкостінні вироби і метали, які раніше вважалися важкозварювальних. Не буде перебільшенням сказати, що електрична дуга в аргоновому атмосфері внесла переворот в техніку різання металів. Процес набагато прискорився, з'явилася можливість різати товсті листи самих тугоплавких металів. Продувається уздовж стовпа дуги аргон (в суміші з воднем) охороняє кромки розрізу і вольфрамовий електрод від освіти окисних, нітридних та інших плівок. Одночасно він стискає і концентрує дугу на малій поверхні, чому температура в зоні різання досягає 4000-6000 ° С. До того ж ця газова струмінь видуває продукти різання. При зварюванні в аргоновому струмені немає потреби у флюсах і електродних покриттях, а отже, і в зачистці шва від шлаку і залишків флюсу

Як видобувають аргон

Земна атмосфера містить 66 · 1013 т аргону. Це джерело аргону невичерпний, тим більше що практично весь аргон рано чи пізно повертається в атмосферу, оскільки при використанні він не зазнає ніяких фізичних або хімічних змін. Виняток становлять дуже незначні кількості ізотопів аргону, що витрачаються на отримання в ядерних реакціях нових елементів і ізотопів.

Летючість аргону більше, ніж кисню, але менше, ніж азоту. Тому аргону фракцію відбирають в точці, що знаходиться приблизно на третині висоти верхньої колони, і відводять в спеціальну колону. Склад аргонной фракції: 10 ... 12% аргону, до 0,5% азоту, решта - кисень. У «аргонной» колоні, приєднаної до основного апарату, отримують аргон з домішкою 3 ... 10% кисню і 3 ... 5% азоту. Далі слід очищення «сирого» аргону від кисню (хімічним шляхом або адсорбцією) і від азоту (ректифікацією). У промислових масштабах нині отримують аргон до 99,99% -ной чистоти. Аргон витягають також з відходів аміачного виробництва - з азоту, що залишився після того, як велику його частину зв'язали воднем.

Аргон зберігають і транспортують в балонах ємністю 40 л, забарвлених в сірий колір із зеленою смугою і зеленої написом. Тиск в них 150 атм. Економічніша перевезення зрідженого аргону, для чого використовують судини Дюара і спеціальні цистерни.

Штучні радіоізотопи аргону отримані при опроміненні деяких стабільних і радіоактивних ізотопів (37 Cl, 36 Аr, 40 Аr, 40 Са) протонами і дейтонами, а також при опроміненні нейтронами продуктів, що утворилися в ядерних реакторах при розпаді урану. Ізотопи 37 Аr і 41 Аr використовуються як радіоактивні індикатори: перший - в медицині і фармакології, другий - при дослідженні газових потоків, ефективності заспівати вентиляції і в різноманітних наукових дослідженнях. Але, звичайно, не ці застосування аргону найважливіші.

Аргон займає третє місце за змістом в повітрі (після азоту і кисню), на нього припадають приблизно 1,3% маси і 0,9% обсягу атмосфери Землі.

У промисловості основний спосіб одержання аргону - метод низькотемпературної ректифікації повітря з отриманням кисню та азоту і попутним витяганням аргону. Також аргон отримують як побічний продукт при отриманні аміаку.

Газоподібний аргон зберігається і транспортується в сталевих балонах (по ГОСТ 949-73). Балон з чистим аргоном забарвлений в сірий колір, з написом «Аргон чистий» зеленого кольору.

Згідно ГОСТ 10157-79 газоподібний і рідкий аргон поставляється два види: вищого сорту (з об'ємною часткою аргону не менше 99,993%, об'ємною часткою водяної пари не більше 0,0009%) і першого сорту (з об'ємною часткою аргону не менше 99,987%, об'ємної часткою водяної пари не більше 0,001%).

Аргон не вибухонебезпечний і не токсичний, проте при високій концентрації в повітрі може становити небезпеку для життя: при зменшенні об'ємної частки кисню нижче 19% з'являється киснева недостатність, а при значному зниженні вмісту кисню виникають ядуха, втрата свідомості і навіть смерть.

Історія відкриття

Аргон відноситься до числа шляхетних газів, а історія рясніє воістину драматичними моментами. У 1785 році англійський хімік і фізик Г. Кавендіш виявив в повітрі якийсь новий газ, надзвичайно стійкий хімічно. На частку цього газу припадала приблизно одна сто двадцята частина обсягу повітря. Але що це за газ, Кавендишу з'ясувати не вдалося.

Про це досвіді згадали 107 років по тому, коли Джон Вільям Стратт (лорд Релей) натрапив на ту ж домішка, помітивши, що азот повітря важче, ніж азот, виділений із з'єднань. Не знайшовши достовірного пояснення аномалії, Релей через журнал Nature звернувся до колег-натуралістам з пропозицією разом подумати і попрацювати над розгадкою її причин ...

Через два роки Релей і У. Рамзай встановили, що в азоті повітря дійсно є домішка невідомого газу, тяжчого, ніж азот. Газ поводився парадоксально: він не вступав у реакцію з хлором, металами, кислотами, лугами, тобто був абсолютно хімічно інертний. І ще одна несподіванка: Рамзай довів, що молекула цього газу складається з одного атома, - а до того часу одноатомні гази були невідомі.

Коли Релей і Рамзай виступили з публічним повідомленням про своє відкриття, це справило приголомшуюче враження. Багатьом здавалося неймовірним, щоб кілька поколінь вчених, які виконали тисячі аналізів повітря, прогледіли його складову частину, та ще таку помітну - майже відсоток! До речі, саме в цей день і годину, 13 серпня 1894, аргон і отримав своє ім'я (від грец. «Аргос» - «ледачий», «байдужий»).

Повідомленням про відкриття нового газу повірили далеко не всі хіміки, засумнівався в ньому і сам Менделєєв. Відкриття аргону, здавалося, могло призвести до того, що все «будівля» періодичної системи впаде. Атомна маса газу (39,9) вказувала йому місце між калієм (39,1) і кальцій (40,1). Але в цій частині таблиці всі клітини були давно зайняті. Аргон не мав в таблиці аналогів, йому взагалі не знаходилося місця в періодичній системі.

Тому офіційне визнання аргон отримав лише через чверть століття - після відкриття гелію. Тепер уже двом елементам не було місця в періодичній системі. Після тривалих дискусій Менделєєв і Рамзай прийшли до висновку, що інертних газів потрібно відвести окрему, так звану нульову групу між галогенами і лужними металами.

Хімічна інертність аргону (як і інших газів нульової групи) і одноатомних його молекул пояснюються насамперед граничною насиченістю електронних оболонок.
З підгрупи важких інертних газів аргон найлегший. Він важчий за повітря в 1,38 рази. Рідиною стає при -185,9 ° С, твердне при -189,4 ° С (в умовах нормального тиску). Молекула аргону одноатомна.

На відміну від гелію і неону, він досить добре адсорбується на поверхнях твердих тіл і розчиняється в воді (3,29 см 3 в 100 г води при 20 ° С). Ще краще розчиняється аргон в багатьох органічних рідинах. Зате він практично не розчиняється в металах і не дифундує крізь них.

Під дією електричного струму аргон яскраво світиться, і сьогодні синьо-блакитне світіння аргону широко використовується в світлотехніці.

На Землі і у Всесвіті

На Землі аргону набагато більше, ніж усіх інших елементів його групи, разом узятих. Його середній вміст в земній корі (кларк) - 0,04 г на тонну, що в 14 разів більше, ніж гелію, і в 57 - ніж неону. Є аргон і у воді, до 0,3 см3 в літрі морської і до 0,55 см3 в літрі прісної води. Цікаво, що в повітрі плавального міхура риб аргону знаходиться більше, ніж в атмосферному повітрі. Це тому, що в воді аргон розчинний краще, ніж азот ...

Головне «сховище» земного аргону - атмосфера. Його в ній (за вагою) 1,286%, причому 99,6% атмосферного аргону - найважчий ізотоп - аргон-40. Ще більше частка цього ізотопу в аргоні земної кори. Тим часом у переважної більшості легких елементів картина зворотна - переважають легкі ізотопи.

Як видобувають аргон

Земна атмосфера містить 66. 1013 тонн аргону. Це джерело газу невичерпний. Тим більше що практично весь аргон рано чи пізно повертається в атмосферу, оскільки при використанні він не зазнає ніяких фізичних або хімічних змін. Виняток становлять дуже незначні кількості ізотопів аргону, що витрачаються на отримання в ядерних реакціях нових елементів і ізотопів.

Летючість аргону більше, ніж кисню, але менше, ніж азоту. Тому аргону фракцію відбирають в точці, що знаходиться приблизно на третині висоти верхньої колони, і відводять в спеціальну колону. Склад аргонной фракції: 10-12% аргону, до 0,5% азоту, решта - кисень. У «аргонной» колоні, приєднаної до основного апарату, отримують аргон з домішкою 3-10% кисню і 3-5% азоту. Далі слід очищення «сирого» аргону від кисню (хімічним шляхом або адсорбцією) і від азоту (ректифікацією). У промислових масштабах нині отримують аргон до 99,99% -ої чистоти. Аргон витягають також з відходів аміачного виробництва - з азоту, що залишився після того, як велику його частину зв'язали воднем.

Головна » інструкції » Аргон - самий ледачий газ