Аргон - Argon


Из Википедии, свободной энциклопедии

Аргон,   18 Ar
Пузырек, содержащий фиолетовый светящийся газ
аргон
Произношение / Ɑːr ɡ ɒ п / ( АР -угольник )
Внешность бесцветный газ демонстрируя сирень / фиолетовое свечение при помещении в электрическом поле
Стандартный атомный вес г, станд (Ar) [ 39,79239,963 ] обычный:  39,948
Аргон в периодической таблице
водород гелий
литий бериллий бор углерод азот кислород Фтор неон
натрий магниевый алюминий кремний фосфор сера хлор аргон
калий кальций Скандий титан Ванадий хром марганца Железо кобальт никель медь цинк галлий германий мышьяк Селен Бром криптон
Рубидий стронций Иттрий Цирконий ниобий молибден технеций Рутений Родий палладий Серебряный Кадмий Индий Банка сурьма Теллур йод ксенон
цезий барий Лантан церий празеодимий неодим Прометий Самарий европий гадолиний тербий диспрозий Holmium эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний тантал вольфрам рений Осмий Иридий платиновый Золото Ртуть (элемент) таллий вести висмут Полоний Астат радон
Франций радий актиний торий протактиний Уран нептуний Плутоний Америций кюрий беркелий калифорний эйнштейний Fermium менделевий Нобелий Лоуренсий резерфордия Дубний сиборгия борий гания мейтнерий Darmstadtium рентгения Коперниций Nihonium Флеровий Moscovium Ливерморий Tennessine Oganesson
Ne

Ar

Kr
хлорааргонакалия
Атомный номер ( Z ) 18
группа Группа 18 (благородные газы)
период период 3
блок п-блок
категория Элемент   благородный газ
Электронная конфигурация [ Н ] 3s 2 3p 6
Электроны в оболочке
2, 8, 8
Физические свойства
Фаза на  STP газ
Температура плавления 83.81  К (-189,34 ° С, -308,81 ° F)
Точка кипения 87,302 К (-185,848 ° С, -302,526 ° F)
Плотность (при НТД) 1,784 г / л
когда жидкость (в  п.н. ) 1,3954 г / см 3
Тройная точка 83,8058 К, 68,89 кПа
Критическая точка 150,687 К, 4,863 МПа
Теплота плавления 1,18  кДж / моль
Теплота парообразования 6,53 кДж / моль
Молярная теплоемкость 20,85 Дж / (моль · К)
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 к 10 к 100 к
при  Т  (К)   47 53 61 71 87
Атомные свойства
Окислительные состояния 0
Электроотрицательность Полинг шкала: нет данных
энергия ионизации
  • 1-й: 1520,6 кДж / моль
  • 2-й: 2665,8 кДж / моль
  • Третий: 3931 кДж / моль
  • ( Более )
радиус Ковалентного 106 ± 10  вечера
Ван-дер-Ваальса радиус 188 ч
Цвет линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии аргона
Другие свойства
Естественное явление исконный
Кристальная структура гранецентрированной кубической (ГЦК)
Гранецентрированная структура кубического кристалла для аргона
Скорость звука 323 м / с (газ, при 27 ° C)
Теплопроводность 17,72 × 10 - 3   Вт / (м · К)
Магнитное упорядочение диамагнитный
магнитная восприимчивость -19,6 · 10 -6  см 3 / моль
Количество CAS 7440-37-1
история
Открытие и первый изоляции Лорд Рейли и Уильям Рамсей (1894)
Основные изотопы аргона
Изотоп изобилие Период полураспада ( т 1/2 ) режим Decay Товар
36 Ar 0,334% стабильный
37 Ar син 35 г ε 37 Cl
38 Ar 0,063% стабильный
39 Ar след 269 ​​г β - 39 K
40 Ar 99,604% стабильный
41 Ar син 109.34 мин β - 41 K
42 Ar син 32,9 г β - 42 K
36
Ar
и 38
Ar
содержание может быть столь же высоким , как 2,07% и 4,3% соответственно , в природных образцах. 40
Ar
является остатком в таких случаях, содержание которых может быть столь же низким , как 93,6%.
| Рекомендации

Аргон является химическим элементом с символом  Ar и атомным номером  18. Это находится в группе 18 периодической таблицы и представляет собой благородный газ . Аргон является третьим наиболее распространенным газа в атмосфере Земли , на 0,934% (9340 млн - ). Это более чем в два раза , как обильные , как водяной пар (который составляет в среднем около 4000 объемных частей на миллион, но сильно варьирует), 23 раз , как обильные , как диоксид углерода (400 промилле по объему), и более чем в 500 раз , как обильные , как неон (18) промилле по объему. Аргон является наиболее распространенным благородным газом в земной коре, содержащая 0,00015% от коры.

Почти все аргона в атмосфере Земли является радиогенный аргон-40 , полученный от распада на калий-40 в земной коре. Во вселенной, аргон-36 на сегодняшний день является наиболее распространенным аргона изотопа , как это наиболее легко получают путем звездного нуклеосинтеза в сверхновых .

Название «аргон» происходит от греческого слова ἀργόν , стерилизуют единственная форма ἀργός означает «ленивый» или «неактивный», в качестве ссылки на тот факт , что элемент подвергается практически нет химических реакций. Полный октет (восемь электронов) во внешней оболочке атома аргона делает стабильным и устойчивым к склеиванию с другими элементами. Его тройная точка температурой 83.8058  K является определяющей фиксированной точкой в международной температурной шкале 1990 года .

Аргон получают промышленно с помощью фракционной перегонки из жидкого воздуха . Аргон в основном используются в качестве инертного защитного газа при сварке и других промышленных высокотемпературных процессах , где обычно инертные вещества становятся реактивными; например, в атмосфере аргона используется в графитовых электрических печах , чтобы предотвратить графит от горения. Аргон также используется в ламп накаливания , люминесцентное освещение , и других газоразрядных трубок. Аргон делает отличительный сине-зеленый газовый лазер . Аргон также используется в люминесцентных стартеров тлеющего.

Характеристики

Небольшой кусочек быстро плавильного твердого аргона

Аргон имеет приблизительно такую же растворимость в воде , как кислород и в 2,5 раза больше , растворим в воде , чем азот . Аргон бесцветен, не имеет запаха, нетоксичен и негорюч в виде твердого вещества, жидкости или газа. Аргон химически инертен при большинстве условий и формах ни одного подтвержденных стабильных соединений при комнатной температуре.

Хотя аргон является инертным газом , он может образовывать несколько соединений при различных экстремальных условиях. Гидрофторид аргон (Harf), соединение аргона с фтором и водородом , который стабилен ниже 17 К (-256.1 ° C; -429,1 ° F), был продемонстрировано. Несмотря на то, что нейтральное основном состоянии химических соединения аргона в настоящее время ограничены HArF, аргон может образовывать клатраты с водой , когда атомы аргона в ловушке в решетке молекул воды. Ионы , такие как ArH +
И возбужденные состояния комплексы , такие как ArF, были продемонстрированы. Теоретический расчет предсказывает несколько больше аргона соединений , которые должны быть стабильными , но еще не были синтезированы.

история

Лорд Рейли «метод с для выделения аргона, на основе эксперимента Генри Кавендиш » ы. Газа содержится в пробирке (А) , стоя слишком большое количество слабой щелочи (В), а ток подаются в проводах изолированных от U-образных стеклянных трубок (CC) , проходящих через жидкость и вокруг устья тест-трубка. Внутренние концы платины (DD) проволок получают ток от батареи из пяти клеток Grove и катушки Румкорфа среднего размера.

Аргон ( греческий ἀργόν , стерилизуют единственная форма ἀργός означает «ленивый» или «неактивный»), назван в отношении его химической активности. Это химическое свойство этого первого благородного газа , чтобы быть обнаруженными впечатлить namers. Инертное газ предположительно компонент воздуха Генри Кавендиш в 1785 Аргоне впервые был выделена из воздуха в 1894 годом Рэлея и сэр William Ramsay в University College London путем удаления кислорода , углекислого газ , воды и азот из образца чистый воздух. Они установили , что азот получают из химических соединений составляла 0,5% легче , чем азот из атмосферы. Разница была небольшой, но это было достаточно важно , чтобы привлечь их внимание в течение многих месяцев. Они пришли к выводу , что существует другой газ в воздухе , смешанный с азотом. Аргон также встречается в 1882 году в ходе независимого исследования ВЧ Ньюолл и WN Хартли. Каждые обнаружены новые линии в спектре излучения воздуха , который не соответствует известным элементам.

До 1957 года, символ для аргона не было «А», но теперь «Ар».

Вхождение

Аргон составляет 0.934% по объему и 1.288% по массе земной атмосферы , и воздух является основным промышленным источником очищенных продуктов аргона. Аргон изолирован от воздуха путем фракционирования, наиболее часто путь криогенной фракционной перегонки , процесс , который также производит очищенный азот , кислород , неон , криптон и ксенон . В земной коре и морской воды содержат 1,2 м.д. и 0,45 м.д. аргона, соответственно.

Изотопы

Основные изотопы аргона , найденные на Земле 40
Ar
(99,6%), 36
Ar
(0,34%), и 38
Ar
(0,06%). Встречающиеся в природе 40
К
, с периодом полураспада 1,25 × 10 9 лет, распадается на стабильный 40
Ar
(11,2%) путем захвата электрона или позитронов , а также стабильный 40
Са
(88,8%) с помощью бета - распада . Эти свойства и соотношения используются для определения возраста пород с помощью K-Ar датирования .

В атмосфере Земли, 39
Ar
производится луче космической деятельности, в первую очередь нейтронного захвата 40
Ar
с последующим испусканием двух нейтронов. В среде подповерхностного, также производится путем захвата нейтронов на 39
К
, с последующим испусканием протона. 37
Ar
создается из захвата нейтронов на 40
Ca
сопровождается альфа - частиц излучения в результате подземных ядерных взрывов . Она имеет период полураспада 35 дней.

Между мест в Солнечной системе , изотопный состав аргона сильно варьирует. Там , где основной источник аргона является распадом 40
K
в породах, 40
Ar
будет доминирующим изотопом, так как она находится на Земле. Аргон производится непосредственно звездным нуклеосинтезом , доминируют альфа-процесс нуклида 36
Ar
. Соответственно, солнечный аргон содержит 84,6% 36
Ar
(согласно солнечным ветру измерениям), а отношение трех изотопов 36 Ar:  38 Ar:  40 Ar в атмосферах внешнего планета 8400: 1600: 1. Это контрастирует с низкой численностью изначальных 36
Ar
в атмосфере Земли, что только 31,5 промилле (= 9340 × 0,337 млн.%), сравнимые с этим неоном (18,18) млн - на Земле и с межпланетными газами, измеренных с помощью зондов .

Атмосферы Марс , Меркурий и Титан (самый большой луны Сатурна ) содержат аргон, преимущественно в виде 40
Ар
, и его содержание может быть столь же высоким , как 1,93% (Mars).

Преобладание радиогенных 40
Ar
является причиной стандартный атомный вес земного аргона больше , чем у следующего элемента, калия , факт , который был загадочным , когда был обнаружен аргон. Менделеева расположены элементы на его периодической таблицы в порядке атомного веса, но инертность аргона предложили размещение до того реактивного щелочного металла . Мозли позже решил эту проблему, показав , что периодическая таблица фактически расположены в порядке атомным номером (см История периодической таблицы ).

соединений

Полный октет Аргон о электронов указывает на полное s и р Подоболочки. Эта полная валентная оболочка делает аргон очень стабильный и чрезвычайно устойчив к связи с другими элементами. До 1962 г., аргон и другие благородные газы считались химически инертны и не способны образовывать соединения; Однако, с тех пор были синтезированы соединения тяжелых благородных газов. Первый аргон соединение с вольфрамовым пентакарбонилом W (CO) 5 Ара, был выделен в 1975 г. Тем не менее он не получил широкое признание в то время. В августе 2000 года , еще одного соединения аргона, гидрофторид аргон (HArF), было сформировано исследователями из Университета Хельсинки , сияя ультрафиолетовый свет на замороженном аргон , содержащий небольшое количество фтористого водорода с йодидом цезия . Это открытие привело к признанию того, что аргон может образовывать слабо связанные соединения, даже если он не был первым. Он стабилен до 17  Кельвина с (-256 ° С). Метастабильное ArCF 2+
2
дикатиона, который валентный изоэлектронный с карбонилфторидом и фосгеном , наблюдались в 2010 году Аргона-36 , в виде гидрида аргона ( argonium ионов), было обнаружено в межзвездной среде , связанную с Крабовидной туманностью сверхновой ; это была первая молекула благородного газа обнаружены в космическом пространстве .

Твердый аргон гидрид (Ar (H 2 ) 2 ) имеет такую же кристаллическую структуру , как MGZN 2 фаза Лавеса . Он образует при давлении между 4,3 и 220 ГПа, хотя измерения комбинационного рассеяния свидетельствуют о том , что H 2 молекулы в Ar (H 2 ) 2 диссоциируют выше 175 ГПа.

производство

промышленные

Аргон получают промышленно с помощью фракционной перегонки из жидкого воздуха в криогенной сепарации воздуха блока; процесс , который отделяет жидкий азот , который кипит при 77,3 K, из аргона, который кипит при 87,3 K, и жидкий кислород , который кипит при 90,2 К. Примерно 700 000 тонн в год аргона произведены во всем мире.

В радиоактивных распадах

40 Ar , наиболее распространенным изотопом аргона, получают при распаде 40 K сполураспада 1,25 × 10 9 лет путем захвата электрона или позитронов . Изза этого, он используется в калий-аргонового датирования для определения возраста пород.

Приложения

Цилиндры, содержащие газ аргон для использования в тушении пожара, не повредив серверного оборудования

Аргон имеет несколько желательных свойств:

  • Аргон представляет собой химически инертный газ .
  • Аргон является самой дешевой альтернативой , когда азот не является достаточно инертным.
  • Аргон имеет низкую теплопроводность .
  • Аргон имеет электронные свойства (ионизацию и / или спектр излучения) желательные для некоторых применений.

Другие благородные газы были бы в равной степени подходит для большинства из этих приложений, но аргон является самым дешевым. Аргон является недорогим, так как это происходит естественным образом в воздухе и легко получают в виде побочного продукта при криогенном разделении воздуха в производстве жидкого кислорода и жидкого азота : первичные компоненты воздуха используются в промышленном масштабе. Другие инертные газы (кроме гелия ) получают таким образом , как хорошо, но аргон является наиболее обильным на сегодняшний день. Масса приложений аргона возникает просто потому , что он является инертным и относительно дешево.

Промышленные процессы

Аргон используется в некоторых промышленных высокотемпературных процессах, где обычно неактивные вещества становятся реактивными. Так, например, в атмосфере аргона используется в графитовых электрических печах, чтобы предотвратить графит от горения.

Для некоторых из этих процессов, присутствие азота или кислорода газов может вызвать дефекты в материале. Аргон используется в некоторых типах дуговой сварки , такие как дуговой сварки газа металла и газа вольфрама дуговой сварки , а также при обработке титана и других реактивных элементов. Атмосфере аргона также используется для выращивания кристаллов кремния и германия .

Аргон используется в птицеводстве , чтобы задушить птица, либо для массовых выбраковок следующего вспышек заболеваний, или в качестве средства убоя более гуманного , чем электрическая ванна. Аргон имеет большую плотность , чем воздух и вытесняет кислород близко к земле во время газовыделения . Его нереакционноспособная природа делает его пригодным в пищевом продукте, а поскольку он заменяет кислород в пределах мертвой птицы, аргон также увеличивает срок годности при хранении.

Аргон иногда используется для тушения пожаров , где ценное оборудование может быть повреждены водой или пеной.

Научное исследование

Жидкий аргон используется в качестве мишени для экспериментов нейтрино и прямых темной материи поисков. Взаимодействие между гипотетическим WIMPs и с ядром аргона производит сцинтилляционный свет , который обнаруживается с помощью фотоэлектронных умножителей . Двухфазные детекторы , содержащий газ аргона используются для обнаружения ионизированных электронов , возникающих при рассеянии WIMP-ядре. Как и большинство других сжиженных благородных газов, аргон имеет высокие сцинтилляционный световой выход (около 51 фотонов / к), является прозрачным для своего собственного сцинтилляционного света, и относительно легко очистить. По сравнению с ксеноном , аргон дешевле и имеет ярко выраженный профиль сцинтилляционного времени, что позволяет разделение электронных откатов от ядерных откатов. С другой стороны, присущий фон беты-лучи больше из - за 39
Ar
загрязнение, если кто не использует аргон из подземных источников, что имеет гораздо меньше 39
Ар
загрязнения. Большая часть аргона в атмосфере Земли был произведен захват электронов долгоживущих 40
К
( 40
К
+ е -40
Ar
+ ν) присутствует в природном калии в пределах Земли. 39
Ar
активность в атмосфере поддерживается космогенного производства за счет реакции нокаута 40
Ар
(п, 2п) 39
Ar
и аналогичные реакции. Полураспада 39
Ar
всего 269 лет. В результате, подземный Ar, экранируется породы и воды, имеет гораздо меньше 39
Ар
загрязнения. Детекторы темной материи в настоящее время работающие с жидким аргоном , включают Darkside , WARP , ARDM , MicroClean и ОЭАП . Нейтринные эксперименты включают в себя ICARUS и MicroBooNE , оба из которых используют высокой чистоты жидкого аргона в проекционной камере времени для мелкозернистого трехмерной визуализации взаимодействий нейтрино.

консервант

Образец цезия упакован в атмосфере аргона , чтобы избежать реакций с воздухом

Аргон используется для вытеснения кислород- и влаги , содержащей воздух в упаковочном материале , чтобы продлить срок годности, жизнь содержимого (аргон имеет европейский код пищевой добавки E938). Воздушное окисление, гидролиз, и другие химические реакции , которые ухудшают продукты замедляется или предотвращается полностью. Химические вещества высокой чистоты и фармацевтические препараты иногда упакованы и запечатаны в атмосфере аргона.

В виноделии аргон используется в различных мероприятиях , чтобы обеспечить барьер против кислорода на поверхности жидкости, которая может испортить вино путем заправки как микробного метаболизма (как в случае с уксуснокислых бактерий ) и стандартного окислительно - восстановительной химии.

Аргон иногда используется в качестве газа - вытеснителя в аэрозольных баллончиках для таких продуктов , как лак , полиуретан , и краски, и для вытеснения воздуха при подготовке контейнера для хранения после открытия.

С 2002 года американский Национальный архив хранит важные национальные документы , такие как Декларация независимости и Конституции в пределах заполненной аргоном случаев для ингибирования их деградации. Аргон предпочтительнее гелия , которые были использованы в предыдущих пяти лет, потому что газообразный гелий выходит через поры в межмолекулярных большинстве контейнеров и должны быть заменены на регулярной основе .

Лабораторное оборудование

Перчаточные часто заполнены аргоном, который рециркулирует через скрубберы , чтобы поддерживать кислород -, азот - и влаги в атмосфере

Аргон может быть использован в качестве инертного газа в пределах Шленки линий и перчаточных камер . Аргон предпочтительно менее дорогой азота в тех случаях , когда азот может вступать в реакцию с реагентами или аппаратом.

Аргон может быть использован в качестве газа - носителя в газовой хроматографии и в электрораспылении ионизационной масс - спектрометрии ; это газ выбора для плазмы , используемой в ПМС - спектроскопии . Аргон является предпочтительным для распыления покрытия образцов для сканирующей электронной микроскопии . Аргон газ также обычно используется для напыления тонких пленок , как в микроэлектронике и для очистки пластин в микрообработки .

Медицинское использование

Криохирургии процедуры , такие как криоаблация использования жидкого аргона , чтобы разрушить ткани , такие как раковые клетки. Он используется в процедуре под названием «аргон повышенной коагуляции», форма аргона плазменного пучка электрохирургии . Процедура несет в себе риск получения газа эмболии и привела к гибели по меньшей мере , одного пациента.

Синие лазеры аргона используются в хирургии , чтобы сварить артерии, разрушить опухоли и исправить дефекты глаз.

Аргон также экспериментально использован для замены азота в дыхательной смеси или декомпрессионной известной как Argox , чтобы ускорить устранение растворенного азота из крови.

Осветительные приборы

Аргон газоразрядная лампа формирования символа для аргона «Ar»

Лампы накаливания заполнены аргоном, чтобы сохранить нити при высокой температуре от окисления. Он используется для конкретного пути он ионизирует и излучает свет, например, в плазменных глобусы и калориметрии в экспериментальной физике элементарных частиц . Газоразрядные лампы , заполненные чистым аргоном обеспечивают сирень / фиолетовый свет; аргоном и некоторой ртути, синим светом. Аргон также используется для синих и зеленых аргонно-ионных лазеров .

Разные виды использования

Аргон используется для теплоизоляции в энергосберегающих окнах . Аргон также используется в техническом аквалангом надуть сухой костюм , потому что он вл етс инертным и имеет низкую теплопроводность.

Аргон используется в качестве пропеллента в развитии переменной удельного импульса Магнитоплазменные Rocket (VASIMR). Сжатый газ аргона это позволило расширить, чтобы охладить ищущую головку некоторых версий AIM-9 Sidewinder ракет и других ракет , которые используют охлаждаемые тепловую ищущую голову. Газ хранят при высоком давлении .

Аргон-39 с периодом полураспада 269 лет, был использован для ряда приложений, в первую очередь льда ядра и грунтовых вод знакомствам. Кроме того , калий-аргоновый знакомства и связанных с ними аргон-аргонового знакомства используется для даты осадочные , метаморфические и магматические породы .

Аргон был использован спортсменами качестве легирующего агента для имитации гипоксических условий. В 2014 году Всемирное антидопинговое агентство (WADA) добавляют аргон и ксенон в список запрещенных веществ и методов, хотя в настоящее время не существует надежного теста для злоупотреблений.

безопасности

Несмотря на то, аргон , не токсичен, он составляет 38% плотнее , чем воздух , и поэтому считается опасным удушающим в закрытых помещениях. Это трудно обнаружить , поскольку он бесцветен, не имеет запаха, вкуса и запаха. В 1994 году инцидента, в котором человек был асфиксии после ввода раздел заполненной аргоном нефтяной трубы в стадии строительства в Аляске , подчеркивает опасность утечки аргона в баллоне в ограниченном пространстве и подчеркивает необходимость правильного использования, хранения и обработки.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

внешняя ссылка