Cinq utilisations majeures de l'argon

Si quelqu'un vous demandait de nommer les trois gaz les plus abondants dans l'atmosphère terrestre, vous pourriez choisir, dans un certain ordre, l'oxygène, le dioxyde de carbone et l'azote. Si c'est le cas, vous auriez raison – la plupart du temps. C'est un fait peu connu que derrière l'azote (N₂) et l'oxygène (O₂), le troisième gaz le plus abondant est l'argon, un gaz rare, qui représente un peu moins de 1% de la composition invisible de l'atmosphère.

Les six gaz rares tirent leur nom du fait que, d'un point de vue chimique, ces éléments sont distants, même hautain: ils ne réagissent pas avec d'autres éléments, ils ne se lient donc pas à d'autres atomes pour former plus de complexes composés. Plutôt que de les rendre inutiles dans l'industrie, cependant, cette tendance à s'occuper de ses propres affaires atomiques est ce qui rend certains de ces gaz utiles à des fins spécifiques. Cinq utilisations principales de l'argon, par exemple, comprennent son placement dans les néons, sa capacité à aider à déterminer l'âge de substances très anciennes, son utilisation comme isolant dans la fabrication des métaux, son rôle comme gaz de soudage et son utilisation en 3-D impression.

Les six gaz rares – hélium, néon, argon, krypton, xénon et radon – occupent la colonne la plus à droite du tableau périodique des éléments. (Tout examen d'un élément chimique doit être accompagné d'un tableau périodique; voir Ressources pour un exemple interactif.) Les implications réelles de ceci sont que les gaz rares n'ont pas d'électrons partageables. Un peu comme une boîte de puzzle contenant exactement le bon nombre de pièces, l'argon et ses cinq cousins ​​n'ont pas de subatomique pénuries qui doivent être corrigées par des dons d'autres éléments, et il n'y a pas d'extras flottant pour faire un don dans tour. Le terme formel pour cette non-réactivité des gaz rares est « inerte ».

Comme un puzzle terminé, un gaz noble est très stable chimiquement. Cela signifie que, par rapport à d'autres éléments, il est difficile d'éliminer les électrons les plus externes des gaz rares à l'aide d'un faisceau d'énergie. Cela signifie que ces éléments - les seuls éléments à exister sous forme de gaz à température ambiante, les autres étant tous liquides ou solides - ont ce qu'on appelle une énergie d'ionisation élevée.

L'hélium, avec un proton et un neutron, est le deuxième élément le plus abondant dans l'univers derrière l'hydrogène, qui ne contient qu'un proton. La réaction de fusion nucléaire géante et en cours qui est responsable du fait que les étoiles sont les objets super brillants qu'elles ne sont rien de plus que d'innombrables atomes d'hydrogène entrant en collision pour former des atomes d'hélium sur une période de milliards de années.

Lorsque l'énergie électrique traverse un gaz noble, de la lumière est émise. C'est la base des enseignes au néon, qui est un terme générique pour un tel affichage créé à l'aide d'un gaz rare.

L'argon, abrégé Ar, est l'élément numéro 18 du tableau périodique, ce qui en fait le troisième plus léger des six gaz rares derrière l'hélium (numéro atomique 2) et le néon (numéro 10). Comme il sied à un élément qui passe sous le radar chimique et physique à moins d'être provoqué, il est incolore, inodore et insipide. Il a un poids moléculaire de 39,7 grammes par mole (également connu sous le nom de daltons) dans sa configuration la plus stable. Vous vous souviendrez peut-être d'autres lectures que la plupart des éléments se présentent sous forme d'isotopes, qui sont des versions du même élément avec des numéros différents de neutrons et donc de masses différentes (le nombre de protons ne change pas ou bien l'identité de l'élément lui-même devrait monnaie). Cela a des implications critiques dans l'une des principales utilisations de l'argon.

Néons: Comme décrit, les gaz rares sont pratiques pour créer des néons. L'argon, avec le néon et le krypton, est utilisé à cette fin. Lorsque l'électricité passe à travers le gaz argon, elle excite temporairement les électrons en orbite les plus externes et les fait passer brièvement à une "coquille" ou à un niveau d'énergie plus élevé. Lorsque l'électron revient ensuite à son niveau d'énergie habituel, il émet un photon - un paquet de lumière sans masse.

Datation par radio-isotopes : L'argon peut être utilisé avec le potassium, ou K, qui est l'élément numéro 19 du tableau périodique, pour dater des objets jusqu'à 4 milliards d'années. Le processus fonctionne comme ceci :

Le potassium a généralement 19 protons et 21 neutrons, ce qui lui donne à peu près la même masse atomique que l'argon (un peu moins de 40) mais avec une composition différente de protons et de neutrons. Lorsqu'une particule radioactive connue sous le nom de particule bêta entre en collision avec du potassium, elle peut convertir l'un des protons dans le noyau du potassium en un neutron, changeant l'atome lui-même en argon (18 protons, 22 neutrons). Cela se produit à un rythme prévisible et fixe dans le temps, et très lentement. Ainsi, si les scientifiques examinent un échantillon de roche volcanique, par exemple, ils peuvent comparer le rapport argon/potassium dans l'échantillon. (qui augmente progressivement au fil du temps) au rapport qui existerait dans un échantillon "tout neuf", et déterminer l'âge de la roche est.

Notez que cela est distinct de la « datation au carbone », un terme souvent utilisé à tort pour désigner de manière générique l'utilisation de méthodes de décroissance radioactive pour dater des objets anciens. La datation au carbone, qui n'est qu'un type spécifique de datation par radio-isotope, n'est utile que pour les objets connus pour être âgés de plusieurs milliers d'années.

Gaz de protection dans le soudage : L'argon est utilisé dans le soudage d'alliages spéciaux ainsi que dans le soudage de châssis automobiles, de silencieux et d'autres pièces automobiles. C'est ce qu'on appelle un gaz de protection car il ne réagit pas avec les gaz et les métaux qui planent à proximité des métaux à souder; il prend simplement de la place et empêche d'autres réactions indésirables de se produire à proximité en raison de gaz réactifs tels que l'azote et l'oxygène.

Traitement thermique : En tant que gaz inerte, l'argon peut être utilisé pour fournir un réglage sans oxygène et sans azote pour les processus de traitement thermique.

impression en 3D: L'argon est utilisé dans le domaine en plein essor de l'impression tridimensionnelle. Pendant le chauffage et le refroidissement rapides du matériau d'impression, le gaz empêchera l'oxydation du métal et d'autres réactions et peut limiter l'impact des contraintes. L'argon peut également être mélangé avec d'autres gaz pour créer des mélanges spéciaux selon les besoins.

Production de métal : Semblable à son rôle dans le soudage, l'argon peut être utilisé dans la synthèse de métaux via d'autres procédés car il empêche l'oxydation (rouille) et déplace les gaz indésirables tels que le monoxyde de carbone.

Le fait que l'argon soit chimiquement inerte ne signifie malheureusement pas qu'il est exempt de risques potentiels pour la santé. Le gaz argon peut irriter la peau et les yeux au contact et, sous sa forme liquide, il peut provoquer des gelures (il existe relativement peu d'utilisations de l'huile d'argon, et "l'huile d'argan", un ingrédient courant dans les cosmétiques, n'est même pas la même chose que argon). Des niveaux élevés de gaz argon dans l'air dans un environnement fermé peuvent déplacer l'oxygène et entraîner des problèmes respiratoires allant de légers à graves, selon la quantité d'argon présente. Cela se traduit par des symptômes d'étouffement, notamment des maux de tête, des étourdissements, de la confusion, de la faiblesse et des tremblements dans les cas les plus légers, et le coma et même la mort dans les cas les plus extrêmes.

En cas d'exposition connue de la peau ou des yeux, un rinçage et un rinçage à l'eau tiède sont le traitement préféré. Lorsque l'argon a été inhalé, une assistance respiratoire standard, y compris une oxygénation par masque, peut être nécessaire pour ramener les niveaux d'oxygène dans le sang à la normale; sortir la personne affectée de l'environnement riche en argon est bien sûr également nécessaire.