Русская Энциклопедия

Аргон

Аргон - химический элемент с Площадью символа и атомным числом 18. Это находится в группе 18 периодической таблицы и является благородным газом. Аргон - третий наиболее распространенный газ в атмосфере Земли, в 0,93% (9 300 частей на миллион), делая его приблизительно в 23.7 раза более богатым, чем следующий наиболее распространенный атмосферный газ, углекислый газ (390 частей на миллион), и больше чем в 500 раз более богатый, чем следующий наиболее распространенный благородный газ, неон (18 частей на миллион). Почти весь этот аргон - радиогенный аргон 40 полученных от распада калия 40 в земной коре. Во вселенной аргон 36 является безусловно наиболее распространенным изотопом аргона, будучи предпочтительным изотопом аргона, произведенным звездным nucleosynthesis в сверхновых звездах. Кроме того, аргон является самым распространенным из благородных газов в земной коре с элементом, составляющим 0,00015% этой корки.

Имя «аргон» получено из греческого слова , средняя исключительная форма  значение «ленивого» или «бездействующего», как ссылка на факт, что элемент не подвергается почти никаким химическим реакциям. Полный октет (восемь электронов) во внешней атомной раковине делает аргон стабильным и стойким к соединению другими элементами. Его тройная температура пункта 83.8058 K - фиксированная точка определения в Международном Температурном Масштабе 1990.

Аргон произведен промышленно фракционной дистилляцией жидкого воздуха. Аргон главным образом используется в качестве инертного газа ограждения в сварке и других высокотемпературных производственных процессах, где обычно нереактивные вещества становятся реактивными; например, атмосфера аргона используется в графите электрические печи, чтобы препятствовать тому, чтобы графит горел. У газа аргона также есть использование в сверкающем и люминесцентном освещении и другие типы газовых разрядных трубок. Аргон делает отличительный сине-зеленый газовый лазер. Аргон также используется во флуоресцентных начинающих жара.

Особенности

Аргон имеет приблизительно ту же самую растворимость в воде как кислород и в 2.5 раза более разрешим в воде, чем азот. Аргон бесцветный, без запаха, невоспламеняющийся и нетоксичный как тело, жидкость и газ. Аргон химически инертен при большинстве условий и не формирует подтвержденных стабильных составов при комнатной температуре.

Хотя аргон - благородный газ, у этого, как находили, была способность формирования некоторых составов. Например, о создании аргона fluorohydride (HArF), состава аргона с фтором и водородом, который стабилен ниже 17 K, сообщили исследователи в университете Хельсинки в 2000.

Хотя нейтральные химические соединения стандартного состояния аргона в настоящее время ограничены HArF, аргон может сформировать клатраты с водой, когда атомы его пойманы в ловушку в решетке молекул воды.

Содержащие аргон ионы и взволнованные государственные комплексы, такой как и ArF, соответственно, как известно, существуют. Теоретические вычисления предсказали несколько составов аргона, которые должны быть стабильными, но которым никакие маршруты синтеза не в настоящее время известны.

История

Аргон (, стерилизуйте исключительную форму , греческое «бездействующее» значение, в отношении его химической бездеятельности), как подозревали, присутствовал в воздухе Генри Кавендишем в 1785, но не был изолирован до 1894 лордом Рейли и сэром Уильямом Рэмси в Университетском колледже Лондона в эксперименте, в котором они удалили весь кислород, углекислый газ, воду и азот от образца чистого воздуха. Они решили, что азот, произведенный из химических соединений, был половиной процента легче, чем азот от атмосферы. Различие казалось незначительным, но было достаточно важно привлечь их внимание в течение многих месяцев. Они пришли к заключению, что был другой газ в воздухе, смешанном в с азотом. С аргоном также столкнулись в 1882 посредством независимого исследования Х. Ф. Ньюола и В. Н. Хартли. Каждый наблюдал новые линии в цветовой гамме воздуха, но был неспособен определить элемент, ответственный за линии. Аргон стал первым членом благородных газов, который будет обнаружен. Символ для аргона - теперь «Площадь», но вплоть до 1957 это был «A».

Возникновение

Аргон составляет 0,934% объемом и 1,288% массой атмосферы Земли, и воздух - первичное сырье, используемое промышленностью, чтобы произвести очищенные продукты аргона. Аргон изолирован от воздуха разбивкой, обычно криогенной фракционной дистилляцией, процессом, который также производит очищенный азот, кислород, неон, криптон и ксенон. Земная кора и морская вода содержат 1,2 части на миллион и 0,45 части на миллион аргона, соответственно.

Изотопы

Главные изотопы аргона, найденного на Земле, (99,6%), (0,34%) и (0,06%). Естественный, с полужизнью 1,25 лет, распадов к стабильному (11,2%) электронным захватом или эмиссией позитрона, и также к стабильному (88,8%) через бета распад. Эти свойства и отношения используются, чтобы определить возраст скал методом датирования K-Ar.

В атмосфере Земли, сделан космической деятельностью луча, прежде всего с. В окружающей среде недр это также произведено через нейтронный захват или альфа-эмиссию кальцием. создан из нейтронного расщепления ядра в результате недр ядерные взрывы. У этого есть полужизнь 35 дней.

Аргон известен в том своем изотопическом составе, варьируется значительно между различными местоположениями в Солнечной системе. То, где основной источник аргона - распад в скалах, будет доминирующим изотопом, как это находится на Земле. Аргон, произведенный непосредственно звездным nucleosynthesis, напротив, во власти альфа-нуклида процесса. Соответственно, солнечный аргон содержит 84,6%, основанные на измерениях солнечного ветра,

и отношение этих трех Площадей изотопов: Площадь: Площадь в атмосферах внешних планет измерена, чтобы быть 8400: 1600:1. это контрастирует с изобилием исконных в атмосфере Земли: только 31,5 ppmv (= 9340 ppmv × 0,337%), сопоставимый с тем из неона (18.18 ppmv); и с измерениями межпланетными исследованиями.

Марсианская атмосфера содержит 1,6% и 5 частей на миллион. Демонстрационный полет исследования Моряка планеты, Меркурий в 1973 нашел, что у Меркурия есть очень тонкая атмосфера с 70%-м аргоном, который, как полагают, следовал из выпусков газа как продукт распада от радиоактивных материалов на планете. В 2005 исследование Гюйгенса обнаружило присутствие исключительно на Титане, самой большой луне Сатурна.

Господство радиогенных ответственно за стандартный атомный вес земного аргона, являющегося больше, чем тот из следующего элемента, калия, который был озадачивающим в то время, когда аргон был обнаружен. Менделеев поместил элементы в свою периодическую таблицу в порядке атомного веса, но инертность аргона предложила размещение перед реактивным щелочным металлом. Генри Мозли позже решил эту проблему, показав, что периодическая таблица фактически устроена в порядке атомного числа. (См. Историю периодической таблицы).

Составы

Полный октет аргона электронов указывает на полный s и подраковины p. Этот полный внешний энергетический уровень делает аргон очень стабильным и чрезвычайно стойким к соединению другими элементами. До 1962 аргон и другие благородные газы, как полагали, были химически инертны и неспособны сформировать составы; однако, составы более тяжелых благородных газов были с тех пор синтезированы. В августе 2000 первый состав аргона был сформирован исследователями в университете Хельсинки. Ярким ультрафиолетовым светом на замороженный аргон, содержащий небольшое количество водородного фторида с йодидом цезия, аргон fluorohydride (HArF) был сформирован. Это стабильно до 40 kelvin (−233 °C). Метастабильный dication, который является валентностью, изоэлектронной с карбонильным фторидом, наблюдался в 2010. Аргон 36, в форме ионов гидрида аргона, был обнаружен в космической пыли, связанной со сверхновой звездой Туманности Краба; это было первой благородно-газовой молекулой, обнаруженной в космосе.

Производство

Промышленный

Аргон произведен промышленно фракционной дистилляцией жидкого воздуха в криогенной воздушной единице разделения; процесс, который отделяет жидкий азот, который кипит при 77.3 K от аргона, который кипит при 87.3 K и жидком кислороде, который кипит при 90.2 K. Приблизительно 700 000 тонн аргона произведены во всем мире каждый год.

В радиоактивных распадах

Площадь, самый богатый изотоп аргона, произведена распадом K с полужизнью 1,25 лет электронным захватом или эмиссией позитрона. Из-за этого это используется в аргоне калия, датирующемся, чтобы определить возраст скал.

Заявления

Есть несколько различных причин, аргон используется в особенности заявления:

  • Инертный газ необходим. В частности аргон - самая дешевая альтернатива, когда азот не достаточно инертен.
  • Низкая теплопроводность требуется.
  • Электронные свойства (ионизация и/или спектр эмиссии) необходимы.

Другие благородные газы, вероятно, работали бы также в большинстве этих заявлений, но аргон является безусловно самым дешевым. Аргон недорог, так как он происходит естественно в воздухе и с готовностью получен как побочный продукт криогенного воздушного разделения в производстве жидкого кислорода и жидкого азота: основные элементы воздуха используются на больших промышленных весах. Другие благородные газы (кроме гелия) произведены этот путь также, но аргон является самым многочисленным безусловно. Большая часть приложений аргона возникает просто, потому что это инертно и относительно дешево.

Производственные процессы

Аргон используется в некоторых высокотемпературных производственных процессах, где обычно нереактивные вещества становятся реактивными. Например, атмосфера аргона используется в графите электрические печи, чтобы препятствовать тому, чтобы графит горел.

Для некоторых из этих процессов присутствие газов азота или кислорода могло бы вызвать дефекты в пределах материала. Аргон используется в различных типах дуговой сварки, таких как газовая металлическая дуговая сварка и газовая вольфрамовая дуговая сварка, а также в обработке титана и других реактивных элементов. Атмосфера аргона также используется для роста кристаллов кремния и германия.

Аргон используется в промышленности домашней птицы, чтобы задушить птиц, или для отбора массы после вспышек заболевания, или как средство резни, более гуманной, чем электрическая ванна. Относительно высокая плотность аргона заставляет его оставаться рядом с землей во время отравления газами. Его нереактивный характер делает его подходящим в продукте питания, и так как это заменяет кислород в пределах мертвой птицы, аргон также увеличивает срок годности.

Аргон иногда используется для гашения огней, где повреждения оборудования нужно избежать.

Научное исследование

Жидкий аргон используется в качестве цели экспериментов нейтрино и прямых поисков темной материи. Взаимодействие гипотетической частицы МЕЩАНИНА с ядром аргона производит свет сверкания, который обнаружен трубами фотомножителя. Двухфазовые датчики также используют газ аргона, чтобы обнаружить ионизированные электроны, произведенные во время рассеивания ЯДРА МЕЩАНИНА. Как с большинством других сжижаемых благородных газов, аргон имеет высокое сверкание lightyield (~ 51 фотон/кэВ), очевиден для его собственного света сверкания и относительно легок очистить. По сравнению с ксеноном аргон более дешевый и имеет отличный профиль времени сверкания, который позволяет разделение электронных отдач от ядерных отдач. С другой стороны, его внутреннее образование беты-луча больше из-за загрязнения, если каждый не использует подземные источники аргона, у которого есть намного меньше загрязнения. Большая часть аргона в атмосфере Земли была произведена электронным захватом долговечного 40K (40K + e− → 40Ar + ν) существующий в натуральном калии в земле. 39Ar деятельность в атмосфере сохраняется cosmogenic производством через 40Ar (n, 2n) 39Ar и подобные реакции. Полужизнь 39Ar составляет только 269 лет. В результате у подземной Площади, огражденной скалой и водой, есть намного меньше загрязнения. Датчики темной материи, в настоящее время работающие с жидким аргоном, включают DarkSide, WArP, ArDM, микрочистый и DEAP-I. Эксперименты нейтрино включают Икара и MicroBooNE, оба из которых используют высокий аргон жидкости чистоты в палате проектирования времени для мелкого трехмерного отображения взаимодействий нейтрино.

Консервант

Аргон используется, чтобы переместить кислород - и содержащий влажность воздух в упаковочном материале, чтобы расширить сроки годности содержания (у аргона есть европейский кодекс пищевой добавки E938). Воздушное окисление, гидролиз и другие химические реакции, которые ухудшают продукты, задержаны или предотвращены полностью. Бутылки химикатов высокой чистоты и определенных фармацевтических продуктов доступны в запечатанных бутылках или ампулах, упакованных в аргон. В виноделии аргон используется, чтобы завершить баррели, чтобы избежать воздушного окисления этанола к уксусной кислоте во время процесса старения.

Аргон также доступен в банках типа аэрозоля, которые могут использоваться, чтобы сохранить составы, такие как лак, полиуретан, краска, и т.д. для хранения после открытия.

С 2002, американский Национальный архив хранит важные национальные документы, такие как Декларация независимости и конституция в пределах заполненных аргоном случаев, чтобы задержать их деградацию. Используя аргон уменьшает газовую утечку, по сравнению с гелием, используемым в предшествовании пяти десятилетиям.

Лабораторное оборудование

Аргон может использоваться в качестве инертного газа в пределах линий Schlenk и перчаточных боксов. Использование аргона сравнительно менее дорогой азот предпочтен, где азот может реагировать с экспериментальными реактивами или аппаратом.

Аргон может использоваться в качестве дыхательной смеси в газовой хроматографии и в масс-спектрометрии ионизации электроспрея; это - предпочтительный газ для плазмы, используемой в спектроскопии ICP. Аргон предпочтен для покрытия распылителя экземпляров для просмотра электронной микроскопии. Газ аргона также обычно используется для смещения распылителя тонких пленок как в микроэлектронике и для вафли, убирающей в микрофальсификации.

Медицинское использование

Процедуры криохирургии, такие как cryoablation используют сжижаемый аргон, чтобы разрушить ткань, такую как раковые клетки. В хирургии это используется в процедуре, названной «увеличенная коагуляция аргона», которая является формой электрохирургии луча плазмы аргона. Процедура несет риск производства газовой эмболии в пациенте и привела к смерти одного человека через этот тип несчастного случая.

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

Аргон также использовался экспериментально, чтобы заменить азот в соединении дыхания или декомпрессии, известном как Argox, ускорить устранение растворенного азота от крови.

Освещение

Лампы накаливания заполнены аргоном, чтобы сохранить нити при высокой температуре от окисления. Это используется для особенного метода, это ионизирует и излучает свет, такой как в плазменных земных шарах и калориметрии в экспериментальной физике элементарных частиц. Газоразрядные лампы, заполненные аргоном, обеспечивают синий свет. Аргон также используется для создания сине-зеленого лазерного света.

Разное использование

Аргон используется для тепловой изоляции в энергосберегающих окнах. Аргон также используется в техническом подводном плавании, чтобы раздуть сухой иск, потому что это инертно и имеет низкую теплопроводность.

Аргон используется в качестве топлива в развитии Переменного Определенного Импульса Ракета Magnetoplasma (VASIMR). Сжатому газу аргона позволяют расширить, охладить головы ищущего ЦЕЛИ 9 ракет Удара сбоку и другие ракеты, которые используют охлажденные тепловые головы ищущего. Газ сохранен в высоком давлении.

Аргон 39, с полужизнью 269 лет, использовался для многих заявлений, прежде всего ледяное ядро и датирование грунтовых вод. Кроме того, датирование аргона калия используется в датировании магматических пород.

Аргон использовался спортсменами в качестве агента допинга, чтобы моделировать гипоксические условия. 31 августа 2014 World Anti Doping Agency (WADA) добавило аргон и ксенон к списку запрещенных веществ и методов, хотя в это время нет никакого надежного теста на злоупотребление.

Безопасность

Хотя аргон нетоксичен, это на 38% более плотно, чем воздух и поэтому считается опасным удушающим веществом в закрытых областях. Также трудно обнаружить, потому что это бесцветно, без запаха, и безвкусно. Инцидент 1994 года, в котором человека задушили после входа в аргон, заполнился, раздел нефтепровода в процессе строительства на Аляске выдвигает на первый план опасности утечки бака аргона в ограниченном пространстве и подчеркивает потребность в надлежащем использовании, хранении и обработке.

См. также

  • Промышленный газ

Дополнительные материалы для чтения

  • Тройная температура пункта: 83.8058 K –
  • Тройное давление пункта: 69 кПа –
Луна
Калий
Сера
Trimix (вдыхающий газ)
Ультрафиолетовый
Ксенон
1890-е
Сварка
Лампа накаливания
Теплопроводность
Период (периодическая таблица)
Остров Кокос
Альфа-процесс
AR
Неоновая вывеска
Жестокое и необычное наказание
Королевская ассоциация
1894 в науке
Flashtube
Порошковая металлургия
Бристоль 188
Открытая раковина
Газонаполненная труба
H1 (датчик частицы)
Вторичная масс-спектрометрия иона