Εάν κάποιος σας ζήτησε να αναφέρετε τα τρία πιο άφθονα αέρια στην ατμόσφαιρα της Γης, μπορείτε να επιλέξετε, με κάποια σειρά, οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα και άζωτο. Εάν ναι, θα έχετε δίκιο - κυρίως. Είναι λίγο γνωστό το γεγονός ότι πίσω από το άζωτο (Ν2) και οξυγόνο (O2), το τρίτο άφθονο αέριο είναι το αργό αργό, που αντιπροσωπεύει μόλις κάτω από το 1 τοις εκατό της αόρατης σύνθεσης της ατμόσφαιρας.
Τα έξι ευγενή αέρια αντλούν το όνομά τους από το γεγονός ότι, από χημική άποψη, αυτά τα στοιχεία είναι απομακρυσμένα, ακόμη και υπεροπτική: Δεν αντιδρούν με άλλα στοιχεία, έτσι δεν συνδέονται με άλλα άτομα για να σχηματιστούν πιο περίπλοκα ενώσεις. Αντί να τα καταστήσουμε άχρηστα στη βιομηχανία, ωστόσο, αυτή η τάση να θυμάται κανείς τη δική του ατομική επιχείρηση είναι αυτό που κάνει μερικά από αυτά τα αέρια χρήσιμα για συγκεκριμένους σκοπούς. Πέντε μεγάλες χρήσεις του αργού, για παράδειγμα, περιλαμβάνουν την τοποθέτησή τους σε φώτα νέον, την ικανότητά του να βοηθήσει στον προσδιορισμό της ηλικίας πολύ παλιές ουσίες, η χρήση του ως μονωτής στην κατασκευή μετάλλων, ο ρόλος του ως αέριο συγκόλλησης και η χρήση του σε 3-D εκτύπωση.
Βασικά στοιχεία ευγενικού αερίου
Τα έξι ευγενή αέρια - ήλιο, νέον, αργόν, κρυπτόν, ξένον και ραδόνιο - καταλαμβάνουν τη δεξιά στήλη στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων. (Οποιαδήποτε εξέταση χημικού στοιχείου πρέπει να συνοδεύεται από περιοδικό πίνακα · Δείτε τους πόρους για ένα διαδραστικό παράδειγμα.) Οι πραγματικές συνέπειες αυτού είναι ότι τα ευγενή αέρια δεν έχουν κοινά ηλεκτρόνια. Μάλλον σαν ένα κουτί παζλ που περιέχει ακριβώς τον σωστό αριθμό κομματιών, το αργό και τα πέντε ξαδέλφια του δεν έχουν υποατομικά ελλείψεις που πρέπει να τροποποιηθούν με δωρεές από άλλα στοιχεία και δεν έχει επιπλέον έξοδο για να δωρίσει στροφή. Ο επίσημος όρος για αυτή τη μη αντιδραστικότητα ευγενών αερίων είναι "αδρανής".
Όπως ένα ολοκληρωμένο παζλ, ένα ευγενές αέριο είναι πολύ σταθερό χημικά. Αυτό σημαίνει ότι, σε σύγκριση με άλλα στοιχεία, είναι δύσκολο να χτυπήσουμε τα πιο ακραία ηλεκτρόνια από ευγενή αέρια χρησιμοποιώντας μια δέσμη ενέργειας. Αυτό σημαίνει ότι αυτά τα στοιχεία - τα μόνα στοιχεία που υπάρχουν ως αέρια σε θερμοκρασία δωματίου, ενώ τα υπόλοιπα είναι υγρά ή στερεά - έχουν αυτό που ονομάζεται υψηλή ενέργεια ιονισμού.
Το ήλιο, με ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο, είναι το δεύτερο άφθονο στοιχείο του σύμπαντος πίσω από το υδρογόνο, το οποίο περιέχει μόνο ένα πρωτόνιο. Η γιγαντιαία, συνεχιζόμενη αντίδραση πυρηνικής σύντηξης που είναι υπεύθυνη για τα αστέρια που είναι τα εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα αυτά δεν είναι τίποτα περισσότερο από αμέτρητα άτομα υδρογόνου που συγκρούονται για να σχηματίσουν άτομα ηλίου για μια περίοδο δισεκατομμυρίων χρόνια.
Όταν η ηλεκτρική ενέργεια διέρχεται μέσω ευγενούς αερίου, εκπέμπεται φως. Αυτή είναι η βάση για τα σημάδια νέον, που είναι ένας γενικός όρος για οποιαδήποτε τέτοια οθόνη που δημιουργείται χρησιμοποιώντας ένα ευγενές αέριο.
Ιδιότητες του Argon
Το Argon, συντετμημένο Ar, είναι το στοιχείο αριθ. 18 στον περιοδικό πίνακα, καθιστώντας το το τρίτο ελαφρύτερο από τα έξι ευγενή αέρια πίσω από το ήλιο (ατομικός αριθμός 2) και το νέον (αριθμός 10). Όπως αρμόζει σε ένα στοιχείο που πετά κάτω από το χημικό και φυσικό ραντάρ, εκτός αν προκληθεί, είναι άχρωμο, άοσμο και άγευστο. Έχει μοριακό βάρος 39,7 γραμμάρια ανά γραμμομόριο (επίσης γνωστό ως daltons) στην πιο σταθερή του διαμόρφωση. Μπορεί να θυμάστε από άλλη ανάγνωση ότι τα περισσότερα στοιχεία έρχονται σε ισότοπα, τα οποία είναι εκδόσεις του ίδιου στοιχείου με τους διαφορετικούς αριθμούς νετρονίων και επομένως διαφορετικών μαζών (ο αριθμός των πρωτονίων δεν αλλάζει ή αλλιώς θα πρέπει να έχει η ταυτότητα του ίδιου του στοιχείου αλλαγή). Αυτό έχει κρίσιμες επιπτώσεις σε μία από τις σημαντικότερες χρήσεις του αργού.
Χρήσεις του Argon
Φώτα νέον: Όπως περιγράφεται, τα ευγενή αέρια είναι βολικά για τη δημιουργία φώτων νέον. Το Argon, μαζί με το νέον και το κρυπτόν, χρησιμοποιείται για το σκοπό αυτό. Όταν η ηλεκτρική ενέργεια διέρχεται από το αέριο αργόν, διεγείρει προσωρινά τα εξόχως ηλεκτρονικά περιστρεφόμενα ηλεκτρόνια και τους αναγκάζει να μεταπηδήσουν για λίγο σε υψηλότερο επίπεδο "κελύφους" ή ενέργειας. Όταν το ηλεκτρόνιο επιστρέψει στη συνηθισμένη ενεργειακή του στάθμη, εκπέμπει ένα φωτόνιο - ένα πακέτο μαζικού φωτός.
Ραδιοϊσότοπο Ραντεβού: Το Argon μπορεί να χρησιμοποιηθεί μαζί με το κάλιο, ή το Κ, που είναι το στοιχείο αριθ. 19 στον περιοδικό πίνακα, μέχρι σήμερα αντικείμενα ηλικίας έως και 4 δισεκατομμυρίων ετών. Η διαδικασία λειτουργεί ως εξής:
Το κάλιο έχει συνήθως 19 πρωτόνια και 21 νετρόνια, δίνοντάς του την ίδια ατομική μάζα με το αργό (μόλις κάτω από 40) αλλά με διαφορετική σύνθεση πρωτονίων και νετρονίων. Όταν ένα ραδιενεργό σωματίδιο γνωστό ως β-σωματίδιο συγκρούεται με κάλιο, μπορεί να μετατρέψει ένα από τα πρωτόνια στον πυρήνα του καλίου σε νετρόνιο, αλλάζοντας το ίδιο το άτομο σε αργόν (18 πρωτόνια, 22 νετρόνια). Αυτό συμβαίνει με προβλέψιμο και σταθερό ρυθμό με την πάροδο του χρόνου και πολύ αργά. Έτσι, αν οι επιστήμονες εξετάσουν ένα δείγμα, για παράδειγμα, ηφαιστειακού βράχου, μπορούν να συγκρίνουν την αναλογία αργού προς κάλιο στο δείγμα (η οποία αυξάνεται σταδιακά με την πάροδο του χρόνου) στην αναλογία που θα υπήρχε σε ένα "ολοκαίνουργιο" δείγμα και θα καθορίσει την ηλικία του βράχου είναι.
Σημειώστε ότι αυτό διαφέρει από την «χρονολόγηση άνθρακα», έναν όρο που συχνά χρησιμοποιείται λανθασμένα για να αναφέρεται γενικά στη χρήση μεθόδων ραδιενεργού διάσπασης για την ημερομηνία παλαιών αντικειμένων. Η χρονολόγηση άνθρακα, που είναι απλώς ένας συγκεκριμένος τύπος ραδιοϊσοτόπων, είναι χρήσιμη μόνο για αντικείμενα που είναι γνωστό ότι είναι της τάξης των χιλιάδων ετών.
Αέριο ασπίδας στη συγκόλληση: Το Argon χρησιμοποιείται στη συγκόλληση ειδικών κραμάτων καθώς και στη συγκόλληση πλαισίων αυτοκινήτων, σιγαστήρων και άλλων ανταλλακτικών αυτοκινήτων. Ονομάζεται προστατευτικό αέριο επειδή δεν αντιδρά με τα αέρια και τα μέταλλα που αιωρούνται πλησίον των μετάλλων που συγκολλούνται. Καταλαμβάνει απλώς χώρο και αποτρέπει άλλες, ανεπιθύμητες αντιδράσεις να προκύψουν σε κοντινή απόσταση λόγω αντιδραστικών αερίων όπως το άζωτο και το οξυγόνο.
Θερμική επεξεργασία: Ως αδρανές αέριο, το αργό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να παρέχει ρύθμιση χωρίς οξυγόνο και άζωτο για διεργασίες θερμικής επεξεργασίας.
Τρισδιάστατη εκτύπωση: Το Argon χρησιμοποιείται στο αναπτυσσόμενο πεδίο της τρισδιάστατης εκτύπωσης. Κατά τη διάρκεια της ταχείας θέρμανσης και ψύξης του υλικού εκτύπωσης, το αέριο θα αποτρέψει την οξείδωση του μετάλλου και άλλες αντιδράσεις και μπορεί να περιορίσει την ένταση της καταπόνησης. Το Argon μπορεί επίσης να αναμιχθεί με άλλα αέρια για να δημιουργήσει ειδικά μείγματα όπως απαιτείται.
Παραγωγή μετάλλων: Παρόμοιο με το ρόλο του στη συγκόλληση, το αργόν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη σύνθεση μετάλλων μέσω άλλων διεργασιών, επειδή αποτρέπει την οξείδωση (σκουριά) και εκτοπίζει ανεπιθύμητα αέρια όπως το μονοξείδιο του άνθρακα.
Κίνδυνοι του Αργού
Αυτό το αργόν είναι χημικά αδρανές δεν σημαίνει, δυστυχώς, ότι είναι απαλλαγμένο από πιθανούς κινδύνους για την υγεία. Το αέριο αργού μπορεί να ερεθίσει το δέρμα και τα μάτια κατά την επαφή, και σε υγρή μορφή του μπορεί να προκαλέσει κρυοπαγήματα (υπάρχουν σχετικά λίγες χρήσεις λαδιού αργού και "αργινέλαιο", ένα κοινό συστατικό στα καλλυντικά, δεν είναι καν το ίδιο από απόσταση με αργόν). Τα υψηλά επίπεδα αερίου αργού στον αέρα σε κλειστό περιβάλλον μπορούν να αντικαταστήσουν το οξυγόνο και να οδηγήσουν σε αναπνευστικά προβλήματα που κυμαίνονται από ήπια έως σοβαρά, ανάλογα με το πόσο αργό υπάρχει. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα συμπτώματα ασφυξίας, όπως πονοκέφαλο, ζάλη, σύγχυση, αδυναμία και τρόμο στο ήπιο άκρο, και κώμα και ακόμη και θάνατο στις πιο ακραίες περιπτώσεις.
Σε περιπτώσεις γνωστής έκθεσης του δέρματος ή των ματιών, η προτιμώμενη θεραπεία είναι το ξέπλυμα και το ξέπλυμα με ζεστό νερό. Όταν εισπνέεται αργό, μπορεί να απαιτείται τυπική αναπνευστική υποστήριξη, συμπεριλαμβανομένης της οξυγόνωσης με μάσκα, ώστε τα επίπεδα οξυγόνου στο αίμα να επιστρέφουν στο φυσιολογικό. Η απομάκρυνση του πληγέντος από το πλούσιο σε αργόν περιβάλλον είναι φυσικά απαραίτητο επίσης.