Аргон (общие сведения)

Аргон (общие сведения)

Краткая информация:
Аргон – элемент главной подгруппы 8-й группы 3-го периода периодической системы химических элементов Менделеева Д. И., с атомным номером 18.

Символ: Ar
Электронная конфигурация: 1s2 | 2s2 2p6 3s2 3p6
Температура кипения: -185,9 °C
Атомный номер: 18
Атомная масса: 39,948 ± 0,001 а. е. м.
Первооткрыватели: Уильям Рамзай, Джон Стретт (Лорд Рэлей)

Общие сведения об аргоне

Аргон является инертным одноатомным газом, не имеющим цвета, запаха, вкуса. В периодической системе химических элементов аргон обозначен символом Ar и имеет атомный номер 18. В общем объеме мирового вещества содержится около 0,02 % аргона. В природе аргон распространен в свободном виде, а не в соединениях. Атмосферный воздух содержит 0,93% аргона и является неиссякаемым источником его получения. Аргон также содержится в земной коре (1,2·10–4 %) и морской воде (0,45·10–4 %).

История открытия аргона

В 1892 году английский физик Джон Рэлей опытным путем обнаружил, что литр азота, полученный при переработке воздуха, весит больше, нежели литр азота, выделившийся в результате распада любого азотистого соединения. Рэлей, к тому времени несколько лет посвятивший изучению плотности газов вообще и азота в частности, вознамерился найти разгадку причин данного явления.
В журнале «Nature» им было опубликовано открытое письмо к ученым всего мира с описанием результатов проведенных опытов и предложением выдвинуть гипотезы касательно разницы в величинах плотности газа, полученного двумя различными способами. На данное письмо откликнулся известный английский химик Уильям Рамзай. Он предположил, что азот, выделившийся из воздуха, содержит неизвестный ранее газ более высокой плотности, чем азот.
Совместная работа двух ученых привела к получению абсолютно нового элемента. Измерения показали, что молекула полученного газа состоит лишь из одного атома, а значит данный газ является простым веществом.
В ходе проведенных исследований учеными было выяснено, что новый газ – самое инертное вещество из всех известных. Реакционная способность элемента по отношению к химически активным веществам практически полностью отсутствовала.
В 1894 году был сделан доклад об открытии нового элемента с описанием его свойств и способа его обнаружения. Ввиду полученной информации, председатель заседания – доктор Медан – внес предложение дать газу название «аргон», что в переводе с древнегреческого означает «неактивный, ленивый».

Свойства аргона

Физические свойства
Аргон относится к одноатомным газам. Он лишен цвета, вкуса и запаха. В нормальных условиях его плотность составляет 1,7839 кг/м3. В 100 мл воды комнатной температуры (20 °C) способно раствориться до 3,3 мл аргона. Температура кипения аргона составляет -185,9 °C, температура плавления же -189,3 °C.
Химические свойства
В настоящее время известны 2 химических соединения аргона: HArF и CU(Ar)O. Их можно получить и сохранить лишь при низких температурах.
Аргон не образует химических соединений, за исключением указанных выше, однако способен образовывать клатраты (соединения включения) с веществами, которые отличаются наличием водородных связей между молекулами. Атом аргона в данных соединениях помещается в созданную такими веществами кристаллическую решетку.
Аргон также способен образовывать эксимерные молекулы (они характеризуются устойчивостью возбужденных электронных состояний – когда вещество находится под действием электрического тока – и неустойчивостью состояний основных). К примеру, если провести через смесь хлора и аргона электрический ток, можно получить неустойчивое в обычных условиях соединение ArCl.

Получение аргона

Поскольку в атмосфере Земли содержится приблизительно 66*1013 тонн аргона, а при использовании этот газ не подвергается абсолютно никаким изменениям, можно считать его запасы на планете неисчерпаемыми. В крупной промышленности аргон образуется при разделении обычного воздуха на кислород и азот. Он является побочным продуктом и извлекается практически 99,99%-ой чистоты. Кроме того этот газ образуется при переработке отходов аммиачного производства.

Применение аргона

Являясь самым дешевым и доступным из благородных газов, аргон становится все более востребованным в сферах производства и потребления.
Аргон используется для заполнения ламп накаливания. Ранее для этих целей использовался чистый азот, однако переход к использованию смеси азота с аргоном позволил увеличить светоотдачу ламп. Кроме того, аргон используется и при производстве люминесцентных ламп.
В последние годы аргон получил широкое распространение в металлургической промышленности, а также в зависимых отраслях. Аргонная среда не допускает контакта расплавленного металла с иными газами и влажным воздухом при обработке плутония, титана, бериллия, циркония, щелочных и прочих металлов. Благодаря использованию электрической дуги в аргонной изоляции невероятно ускорился процесс резки металлов, и появилась возможность разрезать самые толстые листы тугоплавких металлов. Аналогичные защитные функции аргона используются при создании монокристаллов – полупроводников и сегнетоэлектриков.
Во время медицинских операций аргон часто используется для очистки пространства, поскольку не способен образовывать химические соединения в силу своей инертности.
Кроме того, аргон используется в качестве средства пожаротушения, для обработки сухих гидрокостюмов в дайвинге и даже в качестве пищевой добавки и как пропеллент для аэрозольных упаковок.

Интересные факты об аргоне

Под действием электрического тока аргон начинает испускать приятное ровное сине-голубое свечение.
Низкая теплопроводность аргона была отмечена и использована при производстве верхней одежды. Слой аргона в 4,5 мм позволяет с успехом заменить 14 мм твердых изоляторов. Закачивая газ в куртку, человек способен самостоятельно регулировать ее теплопроводность, увеличивая или уменьшая количество введенного вещества.
Одна тонна калия в течение одного года способна генерировать до 3100 атомов аргона. Поскольку в природных минералах, которые содержат калий, постоянно происходит накопление одного из стабильных изотопов аргона — 40Ar, появляется возможность измерить возраст существующих горных пород. Данный метод, называемый калий-аргоновым, широко применяется в области ядерной геохронологии.
В настоящее время ведущим поставщиком аргона в Украине является компания «DP Air Gas».

Жидкий

Аргон - газ для промышленности

Аргон - газ, который был открыт двумя учеными Рамзаем и Релеем в 1894 году. После нескольких экспериментов ученые смогли выделить из азота газ аргон. Свое название аргон получил благодаря своей инертности. Аргон плохо взаимодействует и вступает в реакции с другими газами, за что и получил свое название (в переводе с греческого аргон - неактивный, медленный). Аргон представляет собой простой, бесцветный одноатомный газ без запаха и вкуса, который присутствует в воздухе в малых количествах.

Химические и физические свойства газа аргона

Так как воздух является неисчерпаемым источником получения таких газов как кислород, азот и аргон, то в промышленности газ аргон получают именно из воздуха. В большинстве случаев большое количество аргона получают при проведении реакций для получения промышленного кислорода и азота. В результате химических реакций , связанных с нагреванием и дистилляцией выделают кислород, азот и как побочный продукт получают аргон газ. Различают три степени чистоты аргона для промышленных нужд. В первой степени чистота содержания аргона составляет 99,99%, во второй - 99,98% и в третьей - 99,95%. В качестве примесей в аргоне могут выступать азот или кислород. Хранить этот газ следует в специальных баллонах под давлением. Жидкий аргон хранят в специальных цистернах Дьюара с двойными стенками заполненных вакуумом. В этих же емкостях рекомендуется перевозить аргон, соблюдая все правила и технику безопасности.

Применение аргон нашел во многих областях. Он успешно применяется в пищевой промышленности как упаковочный газ, в качестве вещества для тушения пожаров, в медицине для очистки воздуха и наркоза и в аргоновых лазерах. Однако, наибольшее и наилучшее применение этот газ получил в сварочных работах . При помощи аргоновой сварки можно работать с такими твердыми металлами как цирконий, титан, молибден и другие. Очень часто при сварочных работах используют специальную смесь аргона с кислородом или углекислым газом.

Атомный номер 18, атомная масса 39,948. Объемная концентрация аргона в воздухе 0,9325% об. или 1,2862% вес. Аргон тяжелее воздуха, плотность 1,78 кг/м3 при нулевой температуре и нормальном давлении. Температура кипения -185,85°C. Обладает низким потенциалом ионизации 15,7 В. С большинством элементов аргон не образует химических соединений, кроме некоторых гидридов. В металлах аргон, как в жидком, так и в твердом состоянии нерастворим. При обычных условиях - бесцветный, негорючий, неядовитый газ, без запаха и вкуса. Химическая формула - Ar.

Аргон добывают как побочный продукт, при получении кислорода и азота из воздуха методом низкотемпературной ректификации (см.)

Аргон был открыт Джоном Уильямом Стреттом (John Strutt) и Сэром Уильямом Рамзаем (Sir William Ramsay) при исследовании, полученного из воздуха химическим путем. Несовпадение плотности этого газа при различных способах получения натолкнуло этих ученых на идею о присутствии в воздухе какого-то тяжелого, который и был выделен ими в 1894 г. и назван аргоном, что с греческого переводится как «ленивый», «медлительный», «неактивный» .

Наиболее часто аргон применяют :

• как плазмообразующий газ при плазменной и;
• для вытеснения кислорода и влаги из упаковки при хранении пищевых продуктов, что увеличивает срок их хранения (пищевая добавка Е938);
• как газ для тушения огня в некоторых системах пожаротушения.

В сварочном производстве газообразный аргон применяют в качестве защитной среды при сварке активных и редких металлов (титана, циркония и ниобия) и сплавов на их основе, алюминиевых и магниевых сплавов, а также хромоникелевых коррозионностойких жаропрочных сплавов , легированных сталей различных марок.

Для сварки черных металлов аргон обычно используются в смеси с другими газами - , или.

Аргон, являясь более тяжелым, чем воздух, своей струей лучше защищает металл при сварке в нижнем положении. Растекаясь по поверхности свариваемого изделия, он защищает достаточно длительно довольно широкую и протяженную зону как расплавленного, так и нагретого при сварке металла.

Применение аргона позволяет повысить температуру, что улучшает проплавление , увеличивая производительность сварки в целом. При этом проплавление приобретает «кинжальную» форму, что дает возможность выполнять однопроходную сварку в щелевую разделку металла больших толщин. При сварке в среде аргона (как и иных) минимизируется выгорание активных легирующих элементов, что позволяет использовать более дешевые сварочные.

При -сварке аргон служит защитой не только для сварочной ванны от вредного воздействия воздуха, а также инертной защитой конца электрода.

Хотя для в целом аргон применяется гораздо чаще, чем, однако при сварке листового алюминия толщиной менее 6 мм аргон рекомендуют смешивать с гелием , чтобы обеспечить нужную теплопроводность. В некоторых случаях аргонно-гелиевые смеси используют для зажигания дуги, после чего сварка происходит в присутствии гелия. Этот метод применяется для сварки толстолистового алюминия вольфрамовым электродом при постоянном токе.

Аргон не оказывает опасного воздействия на окружающую среду , но относится к асфиксантам (удушающий газ). Поскольку газообразный аргон тяжелее воздуха он может накапливаться в слабо проветриваемых помещениях у пола. При этом снижается содержание кислорода в воздухе, что вызывает кислородную недостаточность и удушье.

Жидкий аргон – низкокипящая жидкость, которая может вызвать обморожение кожи и поражение слизистой оболочки глаз.

Газообразный и жидкий аргон поставляется по. Газообразный аргон хранят и транспортируют в стальных баллонах по под давлением 15МПа.

Стальные баллоны должны соответствовать ГОСТ 949. окрашивается в серый цвет с зеленой полосой и зеленой надписью «АРГОН ЧИСТЫЙ» .

Возможна также транспортировка аргона в жидком виде в специальных цистернах или сосудах Дьюара с последующей его газификацией.

АРГО́Н -а; м. [от греч. argon - недеятельный]. Химический элемент (Ar), инертный газ без цвета и запаха, входящий в состав воздуха (применяется для наполнения электрических ламп, в металлургии, химии и т.п.).

Арго́н

(лат. Argon), химический элемент VIII группы периодической системы , относится к благородным газам. Название от греческого argós - недеятельный. Плотность 1,784 г/л, t кип –185,86ºC. Применяют как инертную среду при сварке алюминия и других металлов и при получении сверхчистых веществ, для заполнения электрических ламп и газоразрядных трубок (сине-голубое свечение).

АРГОН

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "аргон" в других словарях:

- (греч.). Составная часть воздуха, недавно открытая. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. АРГОН простое тело (химич. элемент), открытое лордом Релеем и Рамзаем в 1894 г. Он содержится в атмосферном… … Словарь иностранных слов русского языка

АРГОН - (Аг), благородный газ, без запаха и цвета; ат. в. 39,88; уд. в. (воздух =1) 1,3775; вода растворяет 4% по объему А.; как элемент нулевой группы периодич. системы аргон в хим. соединения не вступает. А. содержится в колич. 0,937 объемных процентов … Большая медицинская энциклопедия

- (Argon), Ar, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 18, атомная масса 39,948; относится к благородным газам. Аргон открыли английские ученые Дж. Рэлей и У. Рамзай в 1894 … Современная энциклопедия

- (символ Аr), одноатомный бесцветный, лишенный запаха газ, наиболее распространенный из БЛАГОРОДНЫХ ГАЗОВ (инертных). Был открыт в воздухе лордом Рэйли и сэром Уильямом Рамсеем в 1894 г. Составляет 0,93% объема атмосферы, и 99,6% этого количества… … Научно-технический энциклопедический словарь

Хим. элемент восьмой гр. периодической системы Менделеева, порядковый номер 18, ат. в. 39,944. Хим. инертность обусловила его свободное состояние и значительное содер. в атмосфере (0,933% по объему). Атмосферный А. состоит из трех стабильных… … Геологическая энциклопедия

Аргон - (Argon), Ar, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 18, атомная масса 39,948; относится к благородным газам. Аргон открыли английские ученые Дж. Рэлей и У. Рамзай в 1894. … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (лат. Argon) Ar, химический элемент VIII группы периодической системы, атомный номер 18, атомная масса 39,948, относится к благородным газам. Название от греческого argos недеятельный. Плотность 1,784 г/л, tкип = 185,86 .C. Применяют как инертную … Большой Энциклопедический словарь

Аргон - одноатомный газ с температурой кипения (при нормальном давлении) - 185,9°C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота). В 100 мл воды при 20°C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде.

Пока известны только 2 химических соединение аргона - гидрофторид аргона и CU(Ar)O, которые существуют при очень низких температурах. Кроме того, аргон образует эксимерные молекулы, то есть молекулы, у которых устойчивы возбужденные электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Есть основания считать, что исключительно нестойкое соединение Hg-Аr, образующееся в электрическом разряде, - это подлинно химическое (валентное) соединение. Не исключено, что будут получены другие валентные соединения аргона с фтором и кислородом, которые тоже должны быть крайне неустойчивыми. Например, при электрическом возбуждении смеси аргона и хлора возможна газофазная реакция с образованием ArCl. Также со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, фенолом, гидрохиноном и другими), образует соединения включения (клатраты), где атом аргона, как своего рода «гость», находится в полости, образованной в кристаллической решётке молекулами вещества-хозяина.

Соединение CU(Ar)O получено из соединения урана с углеродом и кислородом CUO. Вероятно существованияесоединений со связями Ar-Si и Ar-C: FArSiF3 и FArCCH.

Получение аргона

Земная атмосфера содержит 66 1013 т аргона. Этот источник аргона неисчерпаем, тем более что практически весь аргон рано или поздно возвращается в атмосферу, поскольку при использовании он не претерпевает никаких физических или химических изменений. Исключение составляют весьма незначительные количества изотопов аргона, расходуемые на получение в ядерных реакциях новых элементов и изотопов.

Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород – из пространства над конденсатором.

Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну.

Состав аргонной фракции: 10...12% аргона, до 0,5% азота, остальное – кислород. В «аргонной» колонне, присоединенной к основному аппарату, получают аргон с примесью 3...10% кислорода и 3...5% азота.

В промышленных масштабах ныне получают аргон до 99,99%-ной чистоты. Аргон извлекают также из отходов аммиачного производства – из азота, оставшегося после того, как большую его часть связали водородом.

Аргон хранят и транспортируют в баллонах емкостью 40 л, окрашенных в серый цвет с зеленой полосой и зеленой надписью. Давление в них 150 атм. Более экономична перевозка сжиженного аргона, для чего используют сосуды Дюара и специальные цистерны. Искусственные радиоизотопы аргона получены при облучении некоторых стабильных и радиоактивных изотопов (37Cl, 36Аr, 40Аr, 40Са) протонами и дейтонами, а также при облучении нейтронами продуктов, образовавшихся в ядерных реакторах при распаде урана. Изотопы 37Аr и 41Аr используются как радиоактивные индикаторы: первый – в медицине и фармакологии, второй – при исследовании газовых потоков, эффективности спетом вентиляции и в разнообразных научных исследованиях. Но, конечно, не эти применения аргона самые важные.

Применение аргона

Земная атмосфера содержит 66 1013 тонн аргона. Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Состав аргонной фракции: 10-12% аргона, до 0,5% азота, остальное - кислород. В "аргонной" колонне, присоединенной к основному аппарату, получают аргон с примесью 3-10% кислорода и 3-5% азота. Дальше следует очистка "сырого" аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией).

Как самый доступный и относительно дешевый инертный газ аргон стал продуктом массового производства, особенно в последние десятилетия. Наибольшая часть получаемого аргона идет в металлургию, металлообработку и некоторые смежные с ними отрасли промышленности.

В среде аргона ведут процессы, при которых нужно исключить контакт расплавленного металла с кислородом, азотом, углекислотой и влагой воздуха. Аргонная среда используется при горячей обработке титана, тантала, ниобия, бериллия, циркония, гафния, вольфрама, урана, тория, а также щелочных металлов. В атмосфере аргона обрабатывают плутоний, получают некоторые соединения хрома, титана, ванадия и других элементов (сильные восстановители).

Продувкой аргона через жидкую сталь из нее удаляют газовые включения. Это улучшает свойства металла. Все шире применяется дуговая электросварка в среде аргона. В аргонной струе можно сваривать тонкостенные изделия и металлы, которые прежде считались трудносвариваемыми.

Электрическая дуга в аргонной атмосфере внесла переворот в технику резки металлов. Процесс намного ускорился, появилась возможность резать толстые листы самых тугоплавких металлов. Продуваемый вдоль столба дуги аргон (в смеси с водородом) предохраняет кромки разреза и вольфрамовый электрод от образования окисных, нитридных и иных пленок. Одновременно он сжимает и концентрирует дугу на малой поверхности, отчего температура в зоне резки достигает 4000-6000°С. К тому же, эта газовая струя выдувает продукты резки. При сварке в аргонной струе нет надобности во флюсах и электродных покрытиях, а стало быть, и в зачистке шва от шлака и остатков флюса.

Стремление использовать свойства и возможности сверхчистых материалов - одна из тенденций современной техники. Для сверхчистоты нужны инертные защитные среды, разумеется, тоже чистые; аргон - самый дешевый и доступный из благородных газов.

Характеристики аргона

Виды сварки с использованием аргона

Аргон относится к инертным газам, которые химически не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем. Инертные газы применяют для сварки химически активных металлов (титан, алюминий, магний и др.), а также во всех случаях, когда необходимо получать сварные швы , однородные по составу с основным и присадочным металлом (высоколегированные стали и др.). Инертные газы обеспечивают защиту дуги и свариваемого металла, не оказывая на него металлургического воздействия.

Аргон газообразный чистый используется трех сортов: высшего, первого и второго. Содержание аргона соответственно 99,99 %; 99,98 %; и 99,95 %. Примеси – кислород (

Аргонодуговая сварка – дуговая сварка, при которой в качестве защитного газа используется аргон. Применяют аргонодуговую сварку неплавящимся вольфрамовым и плавящимся электродами. Сварка может быть ручной и автоматической. Аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом предназначена для сваривания швов стыковых, тавровых и угловых соединений. Сварка плавящимся электродом применяется для сварки цветных металлов (Al, Mg , Cu ,Ti и их сплавов) и легированных сталей.

Аргон используется в плазменной сварке как плазмообразующий газ. При микроплазменной сварке большинство металлов сваривают в непрерывном или импульсном режимах дугой прямой полярности, горящей между вольфрамовым электродом плазмотрона и изделием в струе плазмообразующего инертного газа – (чаще всего) аргона.

Аргонодуговая сварка

Дугoвaя cвapкa, пpи кoтopoй в кaчecтвe зaщитнoгo гaзa иcпoльзуeтcя apгoн.

ГОСТ 2601-84 Свapкa мeтaллoв. Тepмины и oпpeдeлeния ocнoвныx пoнятий (c Измeнeниями N 1, 2)

ISO 14555:1998 Свapкa. Дугoвaя пpивapкa шпилeк из мeтaлличecкиx мaтepиaлoв

Высшего сорта, производимый нашим заводом, имеет сертификат Национального агентства контроля сварки (НАКС), что подтверждает высочайшее качество газа. Используя его при сварке на своем производстве вы можете быть совершенно спокойны за качество и надежность сварного шва в полученном изделии!

АРГОН - химический элемент, является инертным (благородным) газом, не имеет цвета, запаха и вкуса.

обладает следующими основными характеристиками:

• плотность газообразного аргона - 1,784 кг/м3 при 0 С и 760 мм.рт.ст.
• температура кипения, град. С - минус 186
• температура плавления, град. С - минус 189
• температура конденсации, град. С – минус 185,9
• температура кристаллизации, град. С – минус 189,4

В промышленности аргон получают из атмосферы, путем разделения воздуха на составные: кислород и азот. Так как воздух на Земле неисчерпаем, то можно утверждать, что и аргона в атмосфере содержится в неограниченном количестве. Поскольку аргон не вступает в химические реакции, то после использования он возвращается обратно в атмосферу, совершая своеобразный «круговорот».

Область применения аргона достаточно широка:

• в лампах накаливания (для замедления испарения вольфрама со спирали)
• в качестве защитной среды сварочной ванны (при дуговой, лазерной и т.п. сварке)
• в генераторах плазмы – плазматронах, в качестве плазмаобразователя (для обработки, сварки и резки металлов или как источник тепла)
• в стеклопакетах (для значительного снижения теплопроводности стеклопакета) - в пищевой промышленности, в качестве пищевой добавки E938 («упаковочный газ») - в медицине, во время проведения операций (для очистки воздуха в операционной) и т.п.

Хранится и транспортируется газообразный аргон в стальных баллонах под давлением 150 атмосфер. При таком давлении в стандартный 40-литровый баллон вмещается 6,4 м3 газа.

Различается по степени очистки. В ряду технических газов АО «Московский газоперерабатывающий завод» производит и реализует аргон по ГОСТ 10157-79 следующего сорта и со следующими характеристиками.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Аргон - восемнадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Ar от латинского «argon». Расположен в третьем периоде, VIIIА группе. Относится к группе благородных (инертных) газов. Заряд ядра равен 18.

Самый распространенный в природе элемент VIIIA-группы. Содержание аргона в воздухе 0,932% (об.), 1,28% (масс).

Представляет собой бесцветный газ. Плохо растворяется в воде (растворимость понижается в присутствии сильных электролитов), лучше — в органических растворителях. Образует клатрат состава 8Ar×46Н 2 О. Не реагирует со всеми другими веществами (простыми и сложными).

Атомная и молекулярная масса аргона

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии аргон существует в виде одноатомных молекул Ar, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 39,948.

Изотопы аргона

Известно, что в природе аргон может находиться в виде трех стабильных изотопов 36 Ar (0,337%), 38 Ar (0,063%) и 40 Ar (99,6%). Их массовые числа равны 36, 38 и 40 соответственно. Ядро атома изотопа аргона 36 Ar содержит восемнадцать протонов и восемнадцать нейтронов, а изотопов 38 Ar и 40 Ar- такое же количество протонов, двадцать и двадцать два нейтронов/а соответственно.

Существуют искусственные изотопы аргона с массовыми числами от 32-х до 55-ти, среди которых наиболее стабильным является 39 Ar с периодом полураспада равным 269 лет.

Ионы аргона

Как гелий и неон при сильном возбуждении атомов аргон образует молекулярные ионы типа Ar 2 + .

Молекула и атом аргона

В свободном состоянии аргон существует в виде одноатомных молекул Ar.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

История открытия аргона начинается в 1785 году, когда английский физик и химик Генри Кавендиш, изучая состав воздуха, решил установить, весь ли азот воздуха окисляется.

В течение многих недель он подвергал воздействию электрического разряда смесь воздуха с кислородом в U-образных трубках, в результате чего в них образовывались все новые порции бурых окислов азота, которые исследователь периодически растворял в щёлочи. Через некоторое время образование окислов прекращалось, но, после связывания оставшегося кислорода, оставался газовый пузырь, 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 свое исследование, и даже не опубликовал его результатов. Только спустя много лет английский физик Джеймс Максвелл собрал и опубликовал неизданные рукописи и лабораторные записки Кавендиша.

Дальнейшая история открытия аргона связана с именем Рэлея, который несколько лет посвятил исследованиям плотности газов, особенно азота. Оказалось, что литр азота, полученного из воздуха, весил больше литра «химического» азота (полученного путём разложения какого-либо азотистого соединения, например, закиси азота, окиси азота, аммиака, мочевины или селитры) на 1,6 мг (вес первого был равен 1,2521, а второго 1,2505 г.). Эта разница была не так уж мала, чтобы можно было её отнести на счет ошибки опыта. К тому же она постоянно повторялась независимо от источника получения химического азота.

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 свое сотрудничество. Интуиция побудила Рамзая предположить, что азот воздуха содержит примеси неизвестного и более тяжелого газа, а Дьюар обратил внимание Рэлея на описание старинных опытов Кавендиша (которые уже были к этому времени опубликованы).

Пытаясь выделить из воздуха скрытую составную часть, каждый из учёных пошел своим путём. Рэлей повторил опыт Кавендиша в увеличенном масштабе и на более высоком техническом уровне. Трансформатор под напряжением 6000 вольт посылал в 50-литровый колокол, заполненный азотом, сноп электрических искр. Специальная турбина создавала в колоколе фонтан брызг раствора щёлочи, поглощающих окислы азота и примесь углекислоты. Оставшийся газ Рэлей высушил, и пропустил через фарфоровую трубку с нагретыми медными опилками, задерживающими остатки кислорода. Опыт длился несколько дней.

Рамзай воспользовался открытой им способностью нагретого металлического магния поглощать азот, образуя твёрдый нитрид магния. Многократно пропускал он несколько литров азота через собранный им прибор. Через 10 дней объём газа перестал уменьшаться, следовательно, весь азот оказался связанным. Одновременно путём соединения с медью был удален кислород, присутствовавший в качестве примеси к азоту. Этим способом Рамзаю в первом же опыте удалось выделить около 100 см³ нового газа.

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.

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.

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 ученых не заметили составной части воздуха, да еще 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.

Основное применение

Пищевая отрасль

В контролируемой среде аргон может во многих процессах использоваться в качестве замены для азота. Высокая растворимость (в два раза превышающая растворимость азота) и определенные молекулярные характеристики обеспечивают его особые свойства при хранении овощей. При определенных условиях он способен замедлять метаболические реакции и значительно сокращать газообмен.

Производство стекла, цемента и извести

При использовании для заполнения ограждений с двойным глазурованием аргон обеспечивает превосходную тепловую изоляцию.

Металлургия

Аргон используется для предупреждения контакта и последующего взаимодействия между расплавленным металлом и окружающей атмосферой.

Использование аргона позволяет оптимизировать такие производственные процессы как перемешивание расплавленных веществ, продувка поддонов реакторов для предупреждения повторного окисления стали и обработка стали узкого применения в вакуумных дегазаторах, включая вакуумно-кислородное обезуглероживание, окислительно-восстановительных процессы и процессы открытого сжигания. Однако наибольшую популярность аргон приобрел в процессах аргоно-кислородного обезуглероживания нерафинированной высокохромистой стали, позволяя минимизировать окисление хрома.

Лабораторные исследования и анализы

В чистом виде и в соединениях с другими газами аргон используется для проведения промышленных и медицинских анализов и испытаний в рамках контроля качества.

В частности аргон выполняет функцию газовой плазмы в эмиссионной спектрометрии индуктивно-связанной плазмой (ICP), газовой подушки в атомно-абсорбционной спектроскопии в графитной печи (GFAAS) и газа-носителя в газовой хроматографии с использованием различных газоанализаторов.

В соединении с метаном аргон используется в счетчиках Гейгера и детекторах рентгеновского флуоресцентного анализа (XRF), где он выполняет функцию гасящего газа.

Сварка, резка и нанесение покрытия

Аргон используется в качестве защитной среды в процессах дуговой сварки, при поддуве защитного газа и при плазменной резке.

Аргон предупреждает окисление сварных швов и позволяет сократить объем дыма, сбрасываемого в процессе сварки.

Электроника

Сверхчистый аргон служит в качестве газа-носителя для химически активных молекул, а также в качестве инертного газа для защиты полупроводников от посторонних примесей (например, аргон обеспечивает необходимую среду для выращивания кристаллов силикона и германия).

В ионном состоянии аргон используется в процессах металлизации напылением, ионной имплантации, нормализации и травления при производстве полупроводников и высокоэффективном производстве материалов.

Автомобильная и транспортная отрасль

Затаренный герметизированный аргон служит для наполнения подушек безопасности в автомобилях.

В переводе с греческого «argon» означает «медленный» или «неактивный». Такое определение газ аргон получил благодаря своим инертным свойствам, позволяющим широко его использовать во многих промышленных и бытовых целях.

Химический элемент Ar

Ar – 18-й элемент периодической таблицы Менделеева, относящийся к благородным инертным газам. Данное вещество является третьим после N (азота) и O (кислорода) по содержанию в атмосфере Земли. В обычных условиях – бесцветен, не горюч, не ядовит, без вкуса и запаха.

Другие свойства газа аргона:

• атомная масса: 39,95;
• содержание в воздухе: 0,9% объема и 1,3% массы;
• плотность в нормальных условиях: 1,78 кг/м³;
• температура кипения: -186°С.

На рисунке название химического элемента и его свойства

Данный элемент был открыт Джоном Стреттом и Уильямом Рамзаем при исследовании состава воздуха. Несовпадение плотности при различных химических испытаниях натолкнуло ученых на мысль, что в атмосфере помимо азота и кислорода присутствует инертный тяжелый газ. В итоге в 1894 г. было сделано заявление об открытии химического элемента, доля которого в каждом кубометре воздуха составляет 15 г.

Как добывают аргон

Ar не поддается изменениям в процессе его использования и всегда возвращается в атмосферу. Поэтому ученые считают данный источник неисчерпаемым. Он добывается как сопутствующий продукт при разделении воздуха на кислород и азот посредством низкотемпературной ректификации.

Для реализации этого метода применяются специальные воздухоразделительные аппараты, состоящие из колонн высокого, низкого давления и конденсатора-испарителя. В результате процесса ректификации (разделения) получается аргон с небольшими примесями (3-10%) азота и кислорода. Чтобы произвести очистку, примеси убираются с помощью дополнительных химических реакций. Современные технологии позволяют достичь 99,99% чистоты данного продукта.

Представлены установки по производству данного химического элемента

Хранится и транспортируется газ аргон в стальных баллонах (ГОСТ 949-73), которые имеют серый окрас с полосой и соответствующей надписью зеленого цвета. При этом процесс наполнения емкости должен полностью соответствовать технологическим нормам и правилам безопасности. Детальную информацию о специфике заполнения газовых баллонов можно прочитать в статье: баллоны со сварочной смесью – технические особенности и правила эксплуатации .

Где применяется газ аргон

Данный элемент имеет достаточно большую сферу применения. Ниже приведены основные области его использования:

1. заполнение внутренней полости ламп накаливания и стеклопакетов;
2. вытеснение влаги и кислорода для долгого хранения пищевых продуктов;
3. огнетушащее вещество в некоторых системах тушения пожара;
4. защитная среда при сварочном процессе;
5. плазмообразующий газ для плазменной сварки и резки.

В сварочном производстве он применяется как защитная среда в процессе сварки редких металлов (ниобия, титана, циркония) и их сплавов, легированный сталей разных марок, а также алюминиевых, магниевых и хромоникелевых сплавов. Для черных металлов, как правило, применяют смесь Ar с другими газами – гелием, кислородом, углекислотой и водородом.

Вид защитной среды при сварочном процессе, которую создает аргон

Меры предосторожности при эксплуатации

Данный химический элемент не представляет абсолютно никакой опасности для окружающей среды, но при большой концентрации оказывает удушающее воздействие на человека. Он нередко скапливается в районе пола в недостаточно проветриваемых помещениях, а при значительном уменьшении содержание кислорода может привести к потере сознания и даже смертельному исходу. Поэтому важно следить за концентрацией кислорода в закрытом помещении, которая не должна падать ниже 19%.

Жидкий Ar способен вызвать обморожение участков кожи и повредить слизистую оболочку глаз, поэтому в процессе работы важно использовать спецодежду и защитные очки. При работе в атмосфере этого газа с целью предотвращения удушения необходимо применять изолирующий кислородный прибор или шланговый противогаз.