Si alguien le pide que nombre los tres gases más abundantes en la atmósfera de la Tierra, podría elegir, en algún orden, oxígeno, dióxido de carbono y nitrógeno. Si es así, estaría en lo cierto, sobre todo. Es un hecho poco conocido que detrás del nitrógeno (N2) y oxígeno (O2), el tercer gas más abundante es el argón, gas noble, que representa poco menos del 1 por ciento de la composición invisible de la atmósfera.
Los seis gases nobles derivan su nombre del hecho de que, desde un punto de vista químico, estos elementos son distantes, incluso altivos: no reaccionan con otros elementos, por lo que no se unen a otros átomos para formar más complejos compuestos. Sin embargo, en lugar de volverlos inútiles en la industria, esta tendencia a preocuparse por los propios asuntos atómicos es lo que hace que algunos de estos gases sean útiles para fines específicos. Cinco usos principales del argón, por ejemplo, incluyen su colocación en luces de neón, su capacidad para ayudar a determinar la edad de sustancias muy antiguas, su uso como aislante en la fabricación de metales, su papel como gas de soldadura y su uso en 3-D impresión.
Conceptos básicos de los gases nobles
Los seis gases nobles (helio, neón, argón, criptón, xenón y radón) ocupan la columna más a la derecha de la tabla periódica de los elementos. (Cualquier examen de un elemento químico debe ir acompañado de una tabla periódica; ver Recursos para un ejemplo interactivo.) Las implicaciones del mundo real de esto es que los gases nobles no tienen electrones compartibles. Al igual que una caja de rompecabezas que contiene exactamente el número correcto de piezas, el argón y sus cinco primos no tienen ningún componente subatómico. escasez que debe corregirse mediante donaciones de otros elementos, y no tiene ningún extra flotando para donar en turno. El término formal para esta no reactividad de los gases nobles es "inerte".
Como un rompecabezas completo, un gas noble es químicamente muy estable. Esto significa que, en comparación con otros elementos, es difícil eliminar los electrones más externos de los gases nobles utilizando un rayo de energía. Esto significa que estos elementos, los únicos que existen como gases a temperatura ambiente, los demás son líquidos o sólidos, tienen lo que se llama una alta energía de ionización.
El helio, con un protón y un neutrón, es el segundo elemento más abundante en el universo detrás del hidrógeno, que contiene solo un protón. La gigantesca reacción de fusión nuclear en curso que es responsable de que las estrellas sean los objetos superbrillantes que no son más que innumerables átomos de hidrógeno que chocan para formar átomos de helio durante un período de miles de millones de años.
Cuando la energía eléctrica pasa a través de un gas noble, se emite luz. Esta es la base de los letreros de neón, que es un término genérico para cualquier pantalla creada con un gas noble.
Propiedades del argón
El argón, abreviado Ar, es el elemento número 18 en la tabla periódica, lo que lo convierte en el tercero más ligero de los seis gases nobles detrás del helio (número atómico 2) y el neón (número 10). Como corresponde a un elemento que vuela bajo el radar químico y físico a menos que sea provocado, es incoloro, inodoro e insípido. Tiene un peso molecular de 39,7 gramos por mol (también conocido como dalton) en su configuración más estable. Puede recordar de otra lectura que la mayoría de los elementos vienen en isótopos, que son versiones del mismo elemento con diferentes números. de neutrones y, por lo tanto, masas diferentes (el número de protones no cambia o, de lo contrario, la identidad del elemento en sí tendría que cambio). Esto tiene implicaciones críticas en uno de los principales usos del argón.
Usos del argón
Luces de neón: Como se describe, los gases nobles son útiles para crear luces de neón. El argón, junto con el neón y el criptón, se utiliza para este propósito. Cuando la electricidad pasa a través del gas argón, excita temporalmente los electrones en órbita más externos y hace que salten brevemente a una "capa" o nivel de energía más alto. Cuando el electrón vuelve a su nivel de energía acostumbrado, emite un fotón, un paquete de luz sin masa.
Datación por radioisótopos: El argón se puede usar junto con el potasio, o K, que es el elemento número 19 en la tabla periódica, para fechar objetos de hasta 4 mil millones de años. El proceso funciona así:
El potasio normalmente tiene 19 protones y 21 neutrones, lo que le da aproximadamente la misma masa atómica que el argón (poco menos de 40) pero con una composición diferente de protones y neutrones. Cuando una partícula radiactiva conocida como partícula beta choca con el potasio, puede convertir uno de los protones en el núcleo de potasio a un neutrón, cambiando el átomo mismo a argón (18 protones, 22 neutrones). Esto ocurre a un ritmo predecible y fijo a lo largo del tiempo y muy lentamente. Entonces, si los científicos examinan una muestra de, digamos, roca volcánica, pueden comparar la proporción de argón a potasio en la muestra (que aumenta gradualmente con el tiempo) a la proporción que existiría en una muestra "nueva" y determinar la antigüedad de la roca es.
Tenga en cuenta que esto es distinto de "datación por carbono", un término que a menudo se usa incorrectamente para referirse genéricamente al uso de métodos de desintegración radiactiva para fechar objetos antiguos. La datación por carbono, que es solo un tipo específico de datación por radioisótopos, es útil solo para objetos que se sabe que tienen una antigüedad del orden de miles de años.
Gas protector en soldadura: El argón se utiliza en la soldadura de aleaciones especiales, así como en la soldadura de bastidores de automóviles, silenciadores y otras piezas de automóviles. Se llama gas protector porque no reacciona con los gases y metales que se encuentran en las proximidades de los metales que se están soldando; simplemente ocupa espacio y evita que se produzcan otras reacciones no deseadas cerca debido a gases reactivos como el nitrógeno y el oxígeno.
Tratamiento térmico: Como gas inerte, el argón se puede utilizar para proporcionar un ajuste libre de oxígeno y nitrógeno para los procesos de tratamiento térmico.
Impresión 3d: El argón se utiliza en el floreciente campo de la impresión tridimensional. Durante el rápido calentamiento y enfriamiento del material de impresión, el gas evitará la oxidación del metal y otras reacciones y puede limitar el impacto de la tensión. El argón también se puede mezclar con otros gases para crear mezclas especiales según sea necesario.
Producción de metales: De manera similar a su papel en la soldadura, el argón se puede utilizar en la síntesis de metales a través de otros procesos porque previene la oxidación (oxidación) y desplaza gases no deseados como el monóxido de carbono.
Peligros del argón
El hecho de que el argón sea químicamente inerte no significa, desafortunadamente, que esté libre de peligros potenciales para la salud. El gas argón puede irritar la piel y los ojos por contacto, y en su forma líquida puede causar congelación (hay relativamente pocos usos de aceite de argón, y el "aceite de argán", un ingrediente común en los cosméticos, no es ni remotamente lo mismo que argón). Los altos niveles de gas argón en el aire en un ambiente cerrado pueden desplazar el oxígeno y provocar problemas respiratorios que van de leves a severos, dependiendo de la cantidad de argón presente. Esto da como resultado síntomas de asfixia que incluyen dolor de cabeza, mareos, confusión, debilidad y temblores en el extremo más leve, y coma e incluso la muerte en los casos más extremos.
En casos de exposición conocida de la piel o los ojos, el tratamiento preferido es enjuagar y enjuagar con agua tibia. Cuando se ha inhalado argón, es posible que se requiera asistencia respiratoria estándar, incluida la oxigenación con máscara, para que los niveles de oxígeno en sangre vuelvan a la normalidad; Por supuesto, también es necesario sacar a la persona afectada del entorno rico en argón.