Cinque principali usi di Argon

Se qualcuno ti chiedesse di nominare i tre gas più abbondanti nell'atmosfera terrestre, potresti scegliere, in un certo ordine, ossigeno, anidride carbonica e azoto. Se è così, avresti ragione, per lo più. È un fatto poco noto che dietro l'azoto (N₂) e ossigeno (O₂), il terzo gas più abbondante è il gas nobile argon, che rappresenta poco meno dell'1% della composizione invisibile dell'atmosfera.

I sei gas nobili derivano il loro nome dal fatto che, da un punto di vista chimico, questi elementi sono distanti, addirittura altezzoso: non reagiscono con altri elementi, quindi non si legano ad altri atomi per formare più complessi composti. Piuttosto che renderli inutili nell'industria, tuttavia, questa tendenza a occuparsi dei propri affari atomici è ciò che rende alcuni di questi gas utili per scopi specifici. Cinque usi principali dell'argon, ad esempio, includono il suo posizionamento nelle luci al neon, la sua capacità di aiutare a determinare l'età di sostanze molto antiche, il suo utilizzo come isolante nella lavorazione dei metalli, il suo ruolo come gas di saldatura e il suo utilizzo in 3-D stampa.

I sei gas nobili – elio, neon, argon, krypton, xeno e radon – occupano la colonna più a destra nella tavola periodica degli elementi. (Qualsiasi esame di un elemento chimico dovrebbe essere accompagnato da una tavola periodica; vedi Risorse per un esempio interattivo.) Le implicazioni del mondo reale di questo è che i gas nobili non hanno elettroni condivisibili. Un po' come una scatola di puzzle contenente esattamente il giusto numero di pezzi, l'argon e i suoi cinque cugini non hanno alcun subatomico carenze che devono essere modificate da donazioni da altri elementi e non ha extra in giro per donare girare. Il termine formale per questa non reattività dei gas nobili è "inerte".

Come un puzzle completato, un gas nobile è chimicamente molto stabile. Ciò significa che, rispetto ad altri elementi, è difficile eliminare gli elettroni più esterni dai gas nobili utilizzando un raggio di energia. Ciò significa che questi elementi – gli unici ad esistere come gas a temperatura ambiente, gli altri essendo tutti liquidi o solidi – hanno quella che viene chiamata un'elevata energia di ionizzazione.

L'elio, con un protone e un neutrone, è il secondo elemento più abbondante nell'universo dopo l'idrogeno, che contiene solo un protone. La gigantesca reazione di fusione nucleare in corso che è responsabile del fatto che le stelle siano gli oggetti super luminosi che loro non sono altro che innumerevoli atomi di idrogeno che si scontrano per formare atomi di elio in un periodo di miliardi di anni.

Quando l'energia elettrica viene fatta passare attraverso un gas nobile, viene emessa luce. Questa è la base per le insegne al neon, che è un termine generico per qualsiasi tale display creato utilizzando un gas nobile.

L'argon, abbreviato Ar, è l'elemento numero 18 della tavola periodica, il che lo rende il terzo più leggero dei sei gas nobili dopo l'elio (numero atomico 2) e il neon (numero 10). Come si addice a un elemento che vola sotto il radar chimico e fisico a meno che non venga provocato, è incolore, inodore e insapore. Ha un peso molecolare di 39,7 grammi per mole (noto anche come dalton) nella sua configurazione più stabile. Potresti ricordare da altre letture che la maggior parte degli elementi sono disponibili in isotopi, che sono versioni dello stesso elemento con numeri diversi di neutroni e quindi masse diverse (il numero di protoni non cambia, altrimenti l'identità dell'elemento stesso dovrebbe modificare). Ciò ha implicazioni critiche in uno dei principali usi dell'argon.

Luci al neon: Come descritto, i gas nobili sono utili per creare luci al neon. L'argon, insieme al neon e al krypton, viene utilizzato per questo scopo. Quando l'elettricità passa attraverso il gas argon, eccita temporaneamente gli elettroni orbitanti più esterni e li fa saltare brevemente a un "guscio" più alto o livello di energia. Quando l'elettrone ritorna al suo livello di energia abituale, emette un fotone, un pacchetto di luce senza massa.

Incontri con radioisotopi: L'argon può essere usato insieme al potassio, o K, che è l'elemento numero 19 nella tavola periodica, per datare oggetti fino a 4 miliardi di anni. Il processo funziona così:

Il potassio ha normalmente 19 protoni e 21 neutroni, che gli danno circa la stessa massa atomica dell'argon (poco meno di 40) ma con una diversa composizione di protoni e neutroni. Quando una particella radioattiva nota come particella beta si scontra con il potassio, può convertire uno dei protoni nel nucleo di potassio in un neutrone, trasformando l'atomo stesso in argon (18 protoni, 22 neutroni). Ciò si verifica a un ritmo prevedibile e fisso nel tempo e molto lentamente. Quindi, se gli scienziati esaminano un campione, diciamo, di roccia vulcanica, possono confrontare il rapporto tra argon e potassio nel campione (che aumenta gradualmente nel tempo) al rapporto che esisterebbe in un campione "nuovo di zecca" e determinare quanti anni ha la roccia è.

Nota che questo è distinto dalla "datatura al carbonio", un termine che viene spesso usato erroneamente per riferirsi genericamente all'uso di metodi di decadimento radioattivo per datare vecchi oggetti. La datazione al carbonio, che è solo un tipo specifico di datazione radioisotopica, è utile solo per oggetti noti per essere dell'ordine di migliaia di anni.

Gas di protezione nella saldatura: L'argon viene utilizzato nella saldatura di leghe speciali, nonché nella saldatura di telai di automobili, marmitte e altre parti di automobili. È chiamato gas di protezione perché non reagisce con i gas e i metalli che si librano nelle vicinanze dei metalli da saldare; occupa semplicemente spazio e impedisce che si verifichino altre reazioni indesiderate nelle vicinanze a causa di gas reattivi come azoto e ossigeno.

Trattamento termico: Come gas inerte, l'argon può essere utilizzato per fornire un ambiente privo di ossigeno e azoto per i processi di trattamento termico.

Stampa 3D: L'argon trova impiego nel fiorente campo della stampa tridimensionale. Durante il rapido riscaldamento e raffreddamento del materiale di stampa, il gas previene l'ossidazione del metallo e altre reazioni e può limitare l'impatto dello stress. L'argon può anche essere miscelato con altri gas per creare miscele speciali secondo necessità.

Produzione di metallo: Simile al suo ruolo nella saldatura, l'argon può essere utilizzato nella sintesi dei metalli tramite altri processi perché previene l'ossidazione (ruggine) e sposta i gas indesiderati come il monossido di carbonio.

Sfortunatamente, che l'argon sia chimicamente inerte non significa che sia privo di potenziali rischi per la salute. Il gas argon può irritare la pelle e gli occhi al contatto e nella sua forma liquida può causare congelamento (ci sono relativamente pochi usi dell'olio di argon e "olio di argan", un ingrediente comune nei cosmetici, non è nemmeno lontanamente lo stesso di argon). Alti livelli di gas argon nell'aria in un ambiente chiuso possono spostare l'ossigeno e portare a problemi respiratori che vanno da lievi a gravi, a seconda della quantità di argon presente. Ciò si traduce in sintomi di soffocamento tra cui mal di testa, vertigini, confusione, debolezza e tremori all'estremità più lieve e coma e persino morte nei casi più estremi.

In caso di esposizione accertata della pelle o degli occhi, il trattamento preferito è il risciacquo e il lavaggio con acqua tiepida. Quando l'argon è stato inalato, può essere necessario un supporto respiratorio standard, inclusa l'ossigenazione mediante maschera, per riportare i livelli di ossigeno nel sangue alla normalità; Ovviamente è anche necessario allontanare la persona colpita dall'ambiente ricco di argon.