Аргон — благородный газ. Благородные газы — это 7 элементов в группе 18 (VIII A) периодической таблицы (Периодическая таблица представляет собой диаграмму, которая показывает, как химические элементы связаны друг с другом). Благородные газы также называют инертными газами, потому что элементы группы 18 (VIII A) реагируют с очень небольшим количеством других элементов. Фактически, никакого соединения аргона никогда не производилось.
Английский химик по имени Джон Уильям Струтт, наиболее известный как лорд Рэлей (1842-1919), химик Уильям Рамзи (1852-1916) открыл аргон в 1894 году. Это был первый выделенный вид благородных газов.
Рэлей и Рамзи нашли аргон фракционной перегонкой жидкого воздуха. Фракционная перегонка — это метод, позволяющий жидкому воздуху медленно нагреться. Когда воздух нагревается, различные элементы превращаются из жидкости обратно в газ. Часть воздуха, которая снова превращается в газ при -185,86 ° C (-302,55 ° F), представляет собой аргон.
Символ: Ar
Атомный номер: 18
Атомная масса: 39.948 а.
Семейство: Группа 18 (VIII A) Благородный газ
Произношение: AR-гон
Аргон используется для изготовления инертного одеяла для определенных промышленных операций. Инертная газовая оболочка предотвращает реакцию любых химических веществ в процессе работы с кислородом и другими небольшими веществами, присутствующими в воздухе. Аргон также используется при создании «неоновых» ламп и в лазерах.
Что такое Аргон, argon, характеристики, свойства
Аргон — это химический элемент Ar
элемент 18-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элемент главной подгруппы VIII 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 — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.
Зависимость давления аргона в баллоне от температуры
По мере нагрева давление газообразного вещества в замкнутом объеме повышается. В таблице приведены примерные значения давления в баллоне в зависимости от температуры окружающего воздуха.
| T, °C | P, Мегапаскаль |
| -40 | 10,45 |
| -30 | 11,33 |
| -20 | 12,21 |
| -10 | 12,92 |
| 0 | 13,74 |
| +10 | 14,62 |
| +20 | 15,33 |
| +30 | 16,03 |
Следует учитывать, что баллонное давление изменяется не мгновенно, а по мере его прогрева или охлаждения.
История открытия Аргон Argon
Открытие элемента Argon 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 всё новые порции бурых оксидов азота, которые исследователь периодически растворял в щёлочи. Через некоторое время образование окислов прекратилось, но после связывания оставшегося кислорода остался пузырёк 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. Разгадать загадку пузыря Кавендиш не смог, поэтому прекратил своё 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.
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.
У известного уже в то время английского химика Уильяма Рамзая также не было готового ответа, но он предложил Рэлею своё сотрудничество. Интуиция побудила Рамзая предположить, что азот воздуха содержит примеси неизвестного и более тяжёлого газа, а Дьюар обратил внимание Рэлея на описание старинных опытов Кавендиша (которые уже были к этому времени опубликованы).
Пытаясь выделить из воздуха скрытую составную часть, каждый из учёных пошёл 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.
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 удалён кислород, присутствовавший в качестве примеси к азоту. Этим способом Рамзаю в первом же опыте удалось выделить около 100 см³ нового газа.
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.
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.\
Спектральный анализ, спектр известных газов
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.
Сообщение об открытии нового газа аргона
7 августа 1894 года в Оксфорде, на собрании Британской ассоциации физиков, химиков и естествоиспытателей, было сделано сообщение об открытии нового элемента, который был назван аргоном. В своём докладе Рэлей утверждал, что в каждом кубическом метре воздуха присутствует около 15 г открытого газа (1,288 вес. %). Слишком невероятен был тот факт, что несколько поколений учёных не заметили составной части воздуха, да ещё и в количестве целого процента! В считанные дни десятки естествоиспытателей из разных стран проверили опыты Рамзая и Рэлея. Сомнений не оставалось: воздух содержит аргон.
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
Область применения
Шире всего аргон применяется при сварочных работах. Он используется для создания защитной атмосферы вокруг сварочной ванны, вытесняя из рабочей зоны O2 и N2, содержащиеся в атмосфере. Особенно важно это для сварки цветных металлов, многие из которых, к примеру, Ti, отличаются высокой химической активностью в нагретом состоянии. Незаменим инертный газ также для неразъемного соединения нержавеющих и высоколегированных сплавов.
Также широко применяется при монтаже высоконагруженных строительных конструкций, таких, как каркасы высотных зданий, фермы мостов и многих других. Здесь его применение обеспечивает высокое качество, однородность и долговечность ответственных соединений. В строительной индустрии аргонная сварка доминирует среди других методов.
Сварка аргоном
Аргонно-дуговая сварка
Не менее широко применяется аргонная сварка в машиностроении, прежде всего химическом и пищевом. Швы получаются долговечные и надежные, даже в условиях воздействия агрессивных сред.
Нефтяная и газовая отрасли также применяют аргонная сварку при монтаже трубопроводов, газоперекачивающих станций и нефтеперегонных комбинатов.
Используется метод также в атомной промышленности, в транспортном машиностроении и в аэрокосмической отрасли.
В домохозяйствах аргонная сварка распространена не так широко. Это объясняется:
- высокой стоимостью оборудования и расходных материалов;
- необходимостью достаточной квалификации сварщика;
- меньшими нагрузками, испытываемыми домашними конструкциями;
- более низкими требованиями к прочности и долговечности сварных соединений.
Если в домохозяйстве возникает эпизодическая потребность в таких сварочных работах, то дешевле, быстрее и надежнее пригласить сварщика-специалиста.
Стеклопакет с аргоном
Принцип действия стеклопакета с аргоном
Характерным свойством Ar является его более высокая плотность по сравнению с воздухом. Поэтому максимальная эффективность аргонной сварки достигается при нижнем сварочном положении. В этом случае инертный раз растекается по поверхности детали и образует защитное облако значительной протяженности, позволяя вести сварку, как большими токами, так и на большой скорости. При сварке в наклонном и верхнем положении приходится учитывать «проваливание» аргона сквозь воздух. Чтобы компенсировать это явление, либо увеличивают подачу газа, либо проводят работы в герметичном помещении, заполненным инертным газом. В обоих случаях себестоимость работ возрастает.
Поскольку потенциал ионизации Ar невысок, его использование обеспечивает идеальные геометрических характеристик сварочного шва, прежде всего, профиля. Возбужденная электродуга в аргоновой атмосфере также отличается высокой стабильностью своих параметров. С другой стороны, низкое значение потенциала ионизации обуславливает и более низкое напряжение розжига и поддержания дуги. Это сокращает ее тепловыделение и усложняет провар толстых листов металла.
Более высокая температура дуги в аргоновой атмосфере существенно повышает проплав сварочного шва. Это позволяет проводить сварку за один проход при условии точного соблюдения параметров зазора между заготовками.
В случае применения TIG-метода сварочных работ аргоновая атмосфера защищает от коррозионного влияния не только зону сварки, но и окончание неплавкого электрода.
В ряде специфических случаев в состав защитной газовой смеси добавляют гелий.
Кроме применения при сварочных работах, аргон используется:
- Как плазмоообразующее веществона установках плазменного раскроя металла.
- Для создания инертной среды в упаковках пищевых продуктов. Он вытесняет из пакетов и контейнеров кислород воздуха и водяные пары, пагубно влияющие на срок годности продуктов. Продукты в защитной атмосфере хранятся в несколько раз дольше, чем в обычной упаковке. Применяется этот метод и для упаковки медицинских изделий и препаратов, позволяя сохранить их в должной стерильности и химической чистоте.
- В качестве активного агента в противопожарных установках. Аргон вытесняет кислород (или другой газ) из очага горения, прекращая его.
- Для создания защитной среды в технологических установках при обработке полупроводниковых устройств, создании микросхем и других электронных компонентов или материалов высоких степеней чистоты.
- Наполнитель электроламп.
- В рекламных люминесцентных трубках.
Химические свойства Аргон Argon
Определение химических свойств Argon —
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 возбуждённые 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, например, Ar·6H2O.
Соединение CU(Ar)O получено из соединения урана с углеродом и кислородом CUO[9]. Вероятно существование соединений со связями Ar-Si и Ar-C: FArSiF3 и FArCCH.
Извлечение:
Благородный газ аргон можно получить из жидкого воздуха фракционной перегонкой. Аргон также можно получить, нагревая азот из атмосферы горячим магнием или кальцием. Магний или кальций смешиваются с азотом с образованием нитрида:
Небольшое количество аргона всегда присутствует в виде примеси с газообразным азотом. Он остается позади, потому что не вступает в реакцию с магнием или кальцием.
Аргон также может встречаться в скважинах с природным газом. Когда природный газ очищается, некоторое количество аргона может быть извлечено как побочный продукт реакции.
Интересные факты
Интересных фактов связанных с аргоном достаточно много. Стоит начать с того, что аргон с 2014 года запрещен к применению международной антидопинговой компанией. Недостаток кислорода при вдыхании, вероятно, активирует образование собственного эритропоэтина организма(ЭПО). Так же стоит отметить, что аргон под давлением около 24 бар может оказывать обезбаливающее действие. Интересным моментом является то, что запасы аргона в атмосфере пополняются на Земле за счет солнечных лучей, а в земной коре за счет подземных ядерных взрывов.
