Pet glavnih primjena argona

Ako vas je netko zamolio da navedete tri najzastupljenija plina u Zemljinoj atmosferi, mogli biste odabrati, nekim redoslijedom, kisik, ugljični dioksid i dušik. Ako je tako, bili biste u pravu - uglavnom. Malo je poznata činjenica da se iza dušika (N₂) i kisika (O₂), treći po zastupljenosti plin je plemeniti plin argon, koji čini nešto manje od 1 posto neviđenog sastava atmosfere.

Šest plemenitih plinova dobiva svoje ime iz činjenice da su s kemijskog stajališta ti elementi udaljeni, čak oholi: Ne reagiraju s drugim elementima, pa se ne vežu za druge atome da bi tvorili složenije spojevi. Umjesto da ih učini beskorisnima u industriji, ova tendencija razmišljanja o vlastitom atomskom poslu čini ono što neke od ovih plinova čini prikladnima za određene svrhe. Pet glavnih primjena argona, na primjer, uključuje njegovo postavljanje u neonska svjetla i njegovu sposobnost da pomogne u određivanju starosti vrlo stare tvari, njegova uporaba kao izolatora u proizvodnji metala, njegova uloga plina za zavarivanje i njegova upotreba u 3-D tiskanje.

Šest plemenitih plinova - helij, neon, argon, kripton, ksenon i radon - zauzimaju krajnji desni stupac u periodnom sustavu elemenata. (Svako ispitivanje kemijskog elementa mora biti popraćeno periodnim sustavom; za interaktivni primjer pogledajte Resursi.) Stvarne implikacije ovoga su da plemeniti plinovi nemaju elektrone koji se mogu dijeliti. Argon i njegovih pet rođaka, poput okvira za slagalice koji sadrži točno odgovarajući broj dijelova, nemaju subatomske nestašice koje treba nadoknaditi donacijama drugih elemenata, a nema nikakvih statista koji plutaju okolo za doniranje skretanje. Formalni izraz za ovu nereaktivnost plemenitih plinova je "inertan".

Poput završene slagalice, plemeniti je plin kemijski vrlo stabilan. To znači da je u usporedbi s drugim elementima teško srušiti najudaljenije elektrone iz plemenitih plinova pomoću snopa energije. To znači da ti elementi - jedini elementi koji postoje kao plinovi na sobnoj temperaturi, a ostali su tekućine ili krutine - imaju ono što se naziva visokom ionizacijskom energijom.

Helij je s jednim protonom i jednim neutronom drugi po zastupljenosti element u svemiru iza vodika koji sadrži samo proton. Divovska, kontinuirana reakcija nuklearne fuzije koja je odgovorna za to što su zvijezde presvijetli objekti koje oni imaju are ne više od bezbrojnih atoma vodika koji se sudaraju da bi stvorili atome helija u razdoblju od milijarde godine.

Kad se električna energija propusti kroz plemeniti plin, emitira se svjetlost. To je osnova za neonske znakove, što je generički pojam za svaki takav zaslon stvoren plemenitim plinom.

Argon, skraćeno Ar, element je broja 18 na periodnom sustavu, što ga čini trećim najlakšim od šest plemenitih plinova iza helija (atomski broj 2) i neona (broj 10). Kao što i priliči elementu koji leti ispod kemijskog i fizičkog radara, osim ako nije izazvan, bez boje je, nema mirisa i okusa. Ima molekulsku težinu od 39,7 grama po molu (poznat i kao dalton) u svojoj najstabilnijoj konfiguraciji. Iz drugih čitanja možete se sjetiti da većina elemenata dolazi u izotopima, koji su inačice istog elementa s različitim brojevima neutrona i time različitih masa (broj protona se ne mijenja, inače bi identitet samog elementa morao promijeniti). To ima kritične implikacije u jednoj od glavnih primjena argona.

Neonska svjetla: Kao što je opisano, plemeniti plinovi su zgodni za stvaranje neonskih svjetala. U tu svrhu koristi se argon, zajedno s neonom i kriptonom. Kad električna energija prolazi kroz plin argon, privremeno pobuđuje najudaljenije elektrone u orbiti i uzrokuje da nakratko skoče na višu "ljusku" ili razinu energije. Kad se elektron tada vrati na svoj uobičajeni nivo energije, emitira foton - bezmasni paket svjetlosti.

Utvrđivanje radioizotopa: Argon se može koristiti zajedno s kalijem ili K, koji je element broj 19 na periodnom sustavu, za datiranje predmeta starih nevjerojatnih 4 milijarde godina. Proces djeluje ovako:

Kalij obično ima 19 protona i 21 neutron, što mu daje približno jednaku atomsku masu kao i argon (nešto manje od 40), ali s drugačijim sastavom protona i neutrona. Kada se radioaktivna čestica poznata kao beta-čestica sudari s kalijem, može pretvoriti jednu od protoni u jezgri kalija u neutron, mijenjajući sam atom u argon (18 protona, 22 neutroni). To se događa s predvidljivom i fiksnom brzinom tijekom vremena i vrlo sporo. Dakle, ako znanstvenici ispitaju uzorak, recimo, vulkanske stijene, mogu usporediti omjer argona i kalija u uzorku (koji se vremenom postupno povećava) do omjera koji bi postojao u "potpuno novom" uzorku i odredite koliko je stara stijena je.

Imajte na umu da se to razlikuje od "datiranja ugljika", pojma koji se često pogrešno koristi da bi se generički odnosilo na korištenje metoda radioaktivnog raspada za datiranje starih predmeta. Ugljično datiranje, koje je samo određena vrsta radioizotopskog datiranja, korisno je samo za objekte za koje se zna da su stari tisućama godina.

Zaštitni plin u zavarivanju: Argon se koristi u zavarivanju specijalnih legura, kao i u zavarivanju automobilskih okvira, prigušivača i ostalih dijelova za automobile. Zove se zaštitni plin jer ne reagira s bilo kakvim plinovima i metalima koji lebde u blizini metala koji se zavaruju; samo zauzima prostor i sprečava da se u blizini pojave druge, neželjene reakcije zbog reaktivnih plinova poput dušika i kisika.

Toplinska obrada: Kao inertni plin, argon se može koristiti za osiguravanje podešavanja bez kisika i dušika za postupke toplinske obrade.

Trodimenzionalni ispis: Argon se koristi u rastućem polju trodimenzionalnog tiska. Tijekom brzog zagrijavanja i hlađenja materijala za tisak, plin će spriječiti oksidaciju metala i druge reakcije i može ograničiti utjecaj stresa. Argon se također može miješati s drugim plinovima kako bi se stvorile posebne smjese po potrebi.

Proizvodnja metala: Slično svojoj ulozi u zavarivanju, argon se može koristiti u sintezi metala drugim postupcima jer sprječava oksidaciju (hrđanje) i istiskuje neželjene plinove poput ugljičnog monoksida.

Da je argon kemijski inertan, nažalost, ne znači da je bez potencijalnih opasnosti po zdravlje. Plin argon može iritirati kožu i oči pri dodiru, a u tekućem obliku može izazvati ozebline (postoje relativno malo primjena argonovog ulja i "arganovo ulje", čest sastojak kozmetike, nije ni izdaleka isto što i argon). Visoka razina plina argona u zraku u zatvorenom okruženju može istisnuti kisik i dovesti do respiratornih problema u rasponu od blagih do ozbiljnih, ovisno o tome koliko je argona prisutno. To rezultira simptomima gušenja, uključujući glavobolju, vrtoglavicu, zbunjenost, slabost i drhtanje na blažem kraju, te komu, pa čak i smrt u najekstremnijim slučajevima.

U slučajevima poznate izloženosti koži ili očima, ispiranje i ispiranje toplom vodom poželjni je tretman. Kad se argon udahne, možda će biti potrebna standardna podrška za disanje, uključujući oksigenaciju maskom, da bi se razina kisika u krvi vratila na normalu; nužno je i izvođenje pogođene osobe iz okruženja bogatog argonom.