Шляхетний газ аргон. Газ аргон - хімічні властивості і сфера застосування. Види зварювання з використанням аргону
| Зовнішній вигляд простої речовини | |
|---|---|
|
Інертний газ без кольору, смаку і запаху |
|
| властивості атома | |
| Ім'я, символ, номер | Аргон / Argon (Ar), 18 |
| Атомна маса (молярна маса) | 39,948 а. е. м. (г / моль) |
| Електронна конфігурація | 3s 2 3p 6 |
| радіус атома | 71пм |
| Хімічні властивості | |
| ковалентний радіус | 106 пм |
| радіус іона | 154 пм |
| електронегативність | 4,3 (шкала Полінга) |
| електродний потенціал | 0 |
| ступені окислення | 0 |
| Енергія іонізації (перший електрон) | 1519,6 (15,75) кДж / моль (еВ) |
| Термодинамічні властивості | |
| Щільність (при н. У.) | (При 186 ° C) 1,40 г / см 3 |
| Температура плавлення | 83,8 K |
| Температура кипіння | 87,3 K |
| теплота випаровування | 6,52 кДж / моль |
| Питома теплоємність | 20,79 Дж / (K моль) |
| молярний об'єм | 24,2 см 3 / моль |
| Кристалічна ґратка | |
| структура ґратки | кубічна гранецентрірованая |
| параметри решітки | 5,260 A |
| температура Дебая | 85 K |
| Інші характеристики | |
| теплопровідність | (300 K) 0,0177 Вт / (м · К) |
Історія відкриття аргону починається в 1785 році, коли англійський фізик і хімік Генрі Кавендіш, вивчаючи склад повітря, вирішив встановити, чи весь азот повітря окислюється.
Протягом багатьох тижнів він піддавав впливу електричного розряду суміш повітря з киснем в U-образних трубках, в результаті чого в них утворювалися все нові порції бурих оксидів азоту, які дослідник періодично розчиняв в лугу. Через деякий час утворення оксидів припинялося, але, після зв'язування залишився кисню, залишався газовий міхур, обсяг якого не зменшувався при тривалому впливі електричних розрядів в присутності кисню. Кавендіш оцінив обсяг залишився газового міхура в 1/120 від початкового об'єму повітря. Розгадати загадку міхура Кавендіш не зміг, тому припинив своє дослідження, і навіть не опублікував його результатів. Тільки через багато років англійський фізик Джеймс Максвелл зібрав і опублікував невидані рукописи і лабораторні записки Кавендіша.
Аргон і азот дуже схожі по інертності, але значно відрізняються за вартістю, як економічним, так і екологічним. Аргон є найбільш поширеним газом в атмосфері, крім азоту і кисню. Аргон - інертний газ, що означає, що він повністю інертний. Аргон не буде легко реагувати з будь-яким іншим речовиною. Повертаючись до занять з хімії, ви згадайте, що благородні гази не реагують, тому що вони мають повну зовнішню оболонку електронів. Ці електрони міцно утримуються і не будуть розділятися з іншими сполуками.
Подальша історія відкриття аргону пов'язана з ім'ям Релея, який кілька років присвятив дослідженням щільності газів, особливо азоту. Виявилося, що літр азоту, отриманого з повітря, важив більше літра «хімічного» азоту (отриманого шляхом розкладання будь-якого азотистого з'єднання, наприклад, закису азоту, окису азоту, аміаку, сечовини або селітри) на 1,6 мг (вага першого був дорівнює 1,2521, а другого 1,2505 р). Ця різниця була не така вже мала, щоб можна було її віднести на рахунок помилки досвіду. До того ж вона постійно повторювалася незалежно від джерела отримання хімічного азоту.
Це робить Аргон хорошим вибором для покриття предметів, таких як вино і чутливі хімікати, але з високою вартістю. Хоча аргон є третім найбільш поширеним газом, він становить лише близько 9% атмосфери. Комерційно він доступний як побічний продукт промислового поділу повітря. Це єдиний комерційний джерело Аргона. Оскільки це такий невеликий відсоток атмосфери, аргон в багато разів дорожче, ніж азот.
З іншого боку, азот не є благородним газом. Два атома азоту складають молекулу азоту, тому у неї немає вільних електронів, таких як аргон, і, таким чином, ті ж властивості благородного газу майже при всіх застосуваннях. Дійсно, азот, який становить 1% нашої атмосфери, дуже неактивний. Тому щодо звичайний азот проявляє ті ж властивості аргону, але при набагато менших витратах. Азот в 88 разів більше, ніж аргон. Це означає, що енергія для виробництва фунта азоту в 88 разів менше енергії для виробництва фунта аргону.
Не дійшовши до розгадки, восени 1892 року Релей в журналі «Nature» опублікував лист до вчених, з проханням дати пояснення тому факту, що в залежності від способу виділення азоту він отримував різні величини щільності. Лист прочитали багато вчених, однак ніхто не був в змозі відповісти на поставлене в ньому питання.
У відомого вже в той час англійського хіміка Вільяма Рамзая також не було готової відповіді, але він запропонував Релею свою співпрацю. Інтуїція спонукала Рамзая припустити, що азот повітря містить домішки невідомого і важчого газу, а Дьюар звернув увагу Релея на опис старовинних дослідів Кавендіша (які вже були до цього часу опубліковані).
Виробництво і розподіл аргону створює великий вуглецевий слід. Одним з переваг аргону є його важку вагу. Тому аргон буде сидіти поверх рідкої колони і не буде легко дифундувати повітрям. Для додатків з покриттям, що визначають, як довго буде залишатися ковдру аргону, не є тривіальним завданням, так як це залежить від температури і руху повітря над ковдрою. Також аргон невидимий, тому користувач не може легко визначити, коли потрібно поповнити ковдру. Тому азот використовується, тому що його низька вартість дозволяє забезпечити безперервну продувку, яка була б неекономічною з аргоном.
Намагаючись виділити з повітря приховану складову частину, кожен з учених пішов своїм шляхом. Релей повторив досвід Кавендіша в збільшеному масштабі і на більш високому технічному рівні. Трансформатор під напругою 6000 вольт посилав в 50-літровий дзвін, заповнений азотом, сніп електричних іскор. Спеціальна турбіна створювала в дзвоні фонтан бризок розчину лугу, що поглинають оксиди азоту і домішка вуглекислоти. Газ, що залишився Релей висушив, і пропустив через порцелянову трубку з нагрітими мідними тирсою, що затримують залишки кисню. Дослід тривав кілька днів.
Дивитися що таке "аргон" в інших словниках
Є два випадки, коли аргон перевершує азот. Дугове зварювання, де азот стає реакционноспособним в присутності електричної дуги і в віконної ізоляції, де аргон має набагато меншу теплопровідність, ніж азот. Майже у всіх інших застосуваннях газів найкращим вибором є азот.
Це повідомлення вніс Девід Коннотон, менеджер по продуктах, системи генерації азоту і Дженніфер Фіореллі, член команди блога технології генерації газу - Паркер Ханнифин. Пов'язані статті в цьому блозі. Велика частина промислового азоту і кисню в світі створюється в результаті великомасштабного криогенного поділу в блоці поділу повітря.
Рамзай скористався відкритої їм здатністю нагрітого металевого магнію поглинати азот, утворюючи твердий нітрид магнію. Багаторазово пропускав він кілька літрів азоту через зібраний ним прилад. Через 10 днів обсяг газу перестав зменшуватися, отже, весь азот виявився пов'язаним. Одночасно шляхом з'єднання з міддю був видалений кисень, який був присутній в якості домішки до азоту. Цим способом Рамзаю в першому ж досвіді вдалося виділити близько 100 см³ нового газу.
Аргон використовується в ситуаціях, коли матеріали повинні бути захищені від кисню або інших газів. Хорошим прикладом є лампа розжарювання, яка складається з металевого дроту всередині прозорої скляної колби. Електричний струм проходить через провід, змушуючи його нагріватися і виділяти світло.
Кисень дуже легко поєднується з гарячим металом, утворюючи з'єднання металу і кисню. Це з'єднання не буде проводити електричний струм дуже добре, тим самим змушуючи лампу перестати виділяти світло. Аргон, однак, використовується для запобігання цьому. Оскільки аргон інертний, він не буде реагувати з гарячою дротом, залишаючи метал гарячим протягом дуже тривалих періодів часу. Лампочка перестане виділяти світло тільки тоді, коли метал зламається. Тоді він більше не може переносити електричний струм.
Отже, був відкритий новий елемент. Стало відомо, що він важче азоту майже в півтора рази і становить 1/80 частину обсягу повітря. Рамзай за допомогою акустичних вимірювань знайшов, що молекула нового газу складається з одного атома - до цього подібні гази в стійкому стані не зустрічалися. Звідси випливав дуже важливий висновок - раз молекула одноатомна, то, очевидно, новий газ є не складне хімічна сполука, а проста речовина.
На Землі і у Всесвіті
Аргон також використовується при зварюванні. Зварювання - це процес, при якому два метали з'єднуються один з одним. У більшості випадків два металу нагріваються до дуже високих температур. Коли вони нагріваються, вони тануть разом. Однак, коли метали нагріваються, вони починають реагувати з киснем. У цій реакції утворюється з'єднання металу і кисню. Дуже складно приєднуватися до двох металів, якщо вони утворюють сполуки, але введення аргону в зварювальну середу покращує зв'язок.
Аргон також використовується в аргонових лазерах і аргоно-фарбувальних лазерах. Лазер - це пристрій, який виробляє дуже яскраве світло одного кольору. Аргоновий лазер використовується для лікування шкірних захворювань. Лазер світить синьо-зелене світло на уражену ділянку шкіри. Небажані паростки сплющуються, а темні плями висвітлюються з невеликим ризиком рубцювання.
Багато часу витратили Рамзай і Релей на вивчення його реакційної здатності по відношенню до багатьох хімічно активних речовин. Але, як і слід було очікувати, прийшли до висновку: їх газ абсолютно недеятелен. Це було приголомшливо - до того часу не було відомо жодного настільки інертного речовини.
Велику роль у вивченні нового газу зіграв спектральний аналіз. Спектр виділеного з повітря газу з його характерними помаранчевими, синіми і зеленими лініями різко відрізнявся від спектрів вже відомих газів. Вільям Крукс, один з найвизначніших спектроскопістов того часу, нарахував в його спектрі майже 200 ліній. Рівень розвитку спектрального аналізу на той час не дав можливості визначити, одному або декільком елементам належав спостережуваний спектр. Кілька років по тому з'ясувалося, що Рамзай і Релей тримали в своїх руках не одного незнайомця, а декількох - цілу плеяду інертних газів.
Лазер аргоно-барвника використовується в хірургії ока. Колір світла, що створюється лазером, можна регулювати з високою точністю. Це може бути зроблено для виробництва світла в діапазоні від зеленого до синього. Кожен відтінок зеленого або синього кольору має трохи іншу частоту. Він може проникати більш-менш глибоко в очі. Лазер можна відрегулювати для лікування дуже певної частини ока. Аргоновий барвник використовується для лікування пухлин, пошкодження кровоносних судин, умов, пов'язаних з сітківкою, і інших видів очних проблем.
7 серпня 1894 року в Оксфорді, на зборах Британської асоціації фізиків, хіміків і натуралістів, було зроблено повідомлення про відкриття нового елемента, який був названий аргоном. У своїй доповіді Релей стверджував, що в кожному кубічному метрі повітря присутні близько 15 г відкритого газу (1,288 мас.%). Занадто неймовірний був той факт, що кілька поколінь учених не помітили складової частини повітря, та ще й в кількості цілого відсотка! У лічені дні десятки натуралістів з різних країн перевірили досліди Рамзая і Релея. Сумнівів не залишалося: повітря містить аргон.
Аргон - інертний, безбарвний і без запаху елемент - один з благородних газів. Використовуваний в люмінесцентних лампах і при зварюванні цей елемент отримав свою назву від грецького слова «ледачий», повагу про те, як мало він реагує на освіту з'єднань.
Зварювання, різання та нанесення покриття
Але в космосі аргон утворюється в зірках, коли два ядра водню або альфа-частинки зливаються з кремнієм. Результатом є ізотопний аргон. Хоча інертний, аргон далеко не рідкісний; за даними Королівського хімічного товариства, він становить 94 відсотки атмосфери Землі.
Через 10 років, в 1904 році, Релей за дослідження щільності найбільш поширених газів і відкриття аргону отримує Нобелівську премію з фізики, а Рамзай за відкриття в атмосфері різних інертних газів - Нобелівську премію з хімії.
Основне 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.
Згідно Національної лабораторії лінійного прискорювача Джефферсона, властивості аргону. Кавендіш не зміг зрозуміти, що це за таємничий 1 відсоток: відкриття настане більш ніж через сторіччя, в Роботі одночасно і в спілкуванні з лордом Релея шотландський хімік Вільям Ремсі визначив і описав загадковий газ. Аргон привів до інших Еврика також для Ремсі. Вивчаючи цей елемент, він також виявив гелій, згідно організації Нобелівської премії. Розуміючи, що подібні елементи, ймовірно, існують, він швидко знайшов неонові, криптон і ксенон.
Оскільки аргон інертний, він використовується в промислових процесах, які вимагають нереактивного атмосфери. Аргон також є хорошим ізолятором, тому його часто закачують в глибоководні підводні сухі костюми, щоб тримати дайвера в теплі. Інше використання аргону в історичному збереженні. На відміну від реакційноздатного кисню, аргон НЕ деградує папір або чорнило на делікатних документах.
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.
Протягом багатьох років ксенон благородного газу був досліджений як лікування травм головного мозку. Ксенон, однак, доріг, і провідні дослідники звертаються до свого двоюрідного брата з благородного газу, аргону, в якості потенційної альтернативи. Дослідницька область ще молода, але експерименти в клітинних культурах і у тварин показують, що аргон міг якось використовуватися для обмеження пошкодження головного мозку після травматичних травм або позбавлення кисню.
Ніхто ще не розуміє, чому аргон володіє цим ефектом. Клітини мозку взаємодіють з використанням хімічних речовин, званих нейротрансмиттерами, і з нейрорецептори, які підходять один одному, як замок і ключ. Як би там не було, при використанні цих рецепторів аргон, мабуть, діє, щоб запобігти саморуйнування клітин у відповідь на пошкодження головного мозку.
Лабораторні дослідження і аналізи
В 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 дослідженнях аргоновий газ або безпосередньо прикладається до клітин в культуральній чашці, яка знаходиться під напругою, наприклад, в середовищі без кисню і глюкози, або при змішуванні з киснем в масці для досліджень на тваринах. Потім дослідники кількісно визначали кількість клітин, які загинули при лікуванні аргоном і без нього.
Як показує дослідження аргону, більш імовірно, що людські випробування почнуться, сказав Новрангі, але є застереження: деякі дослідження знаходять змішані результати або негативні ефекти на лікування аргоном. Це може бути пов'язано з тим, що аргон не проникало в цей регіон або тому, що різні ділянки мозку мають різні типи клітин і щільність клітин. Аргон - безбарвний, без запаху, нереакционноспособниє інертний газ. У високих концентраціях він надає задушливе дію. Оскільки аргон є атмосферне газ, його зазвичай отримують шляхом поділу повітря.
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.
Неочищений потік аргону, що містить до 5% кисню, видаляють з основної колони поділу повітря і очищають для отримання необхідної комерційної ступеня чистоти. Аргон також може бути витягнутий з вихлопних потоків деяких аміачних установок. Промислові застосування Аргон має безліч різних застосувань у багатьох галузях. Найбільш поширений в якості захисного газу для дугового зварювання - або в чистому вигляді, або в складі різних сумішей. Це один з основних газів, що використовуються в заповнюють сумішах для ламп розжарювання, люмінесцентних ламп і тиратронах радіоламп.
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).
Він також використовується в якості газу-носія при хроматографії, розпиленні, плазмовому травленні і іонних імплантації. Він забезпечує повну атмосферу в вирощуванні кристалів, виноградарстві та фармацевтичної упаковці. Для ексимерних лазерів аргон змішують з фтором і гелієм. В якості ізоляційного газу аргон є популярним способом поліпшення теплоізоляції в багатошарових вікнах.
Він має багато захисних застосувань в металургійній, сталеливарної і термообробці - особливо в разі металів, схильних до азотуванню, при обробці азотної атмосферою. Менш поширені застосування включають криохирургия, охолодження, обезуглероживание нержавіючої сталі, здуття подушок безпеки, гасіння пожежі, спектроскопія, спектрометрія і очищення або балансування в лабораторіях.
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.
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.
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
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.
