Pięć głównych zastosowań argonu

Gdyby ktoś poprosił cię o wymienienie trzech najpowszechniejszych gazów w ziemskiej atmosferze, mógłbyś wybrać w jakiejś kolejności tlen, dwutlenek węgla i azot. Jeśli tak, miałbyś rację – głównie. To mało znany fakt, że za azotem (N₂) i tlen (O₂), trzecim najbardziej obfitym gazem jest argon gazu szlachetnego, stanowiący niecały 1 procent niewidocznego składu atmosfery.

Sześć szlachetnych gazów wywodzi swoją nazwę od faktu, że z chemicznego punktu widzenia pierwiastki te są nawet na uboczu wyniosłe: nie reagują z innymi pierwiastkami, więc nie łączą się z innymi atomami, tworząc bardziej złożone związki. Jednak zamiast czynić je bezużytecznymi w przemyśle, ta tendencja do zajmowania się własnymi sprawami atomowymi jest tym, co sprawia, że ​​niektóre z tych gazów są przydatne do określonych celów. Pięć głównych zastosowań argonu, na przykład, obejmuje umieszczenie go w światłach neonowych, jego zdolność do określania wieku bardzo stare substancje, jego zastosowanie jako izolatora w produkcji metali, jego rola jako gazu spawalniczego oraz zastosowanie w 3D druk.

Sześć gazów szlachetnych – hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon – zajmuje skrajną prawą kolumnę układu okresowego pierwiastków. (Każdemu badaniu pierwiastka chemicznego powinien towarzyszyć układ okresowy; zobacz Zasoby dla interaktywnego przykładu.) Konsekwencją tego w świecie rzeczywistym jest to, że gazy szlachetne nie mają wspólnych elektronów. Podobnie jak pudełko z puzzlami zawierające dokładnie odpowiednią liczbę elementów, argon i jego pięciu kuzynów nie mają żadnej subatomowej braki, które trzeba uzupełnić darowiznami z innych elementów i nie ma żadnych dodatków, które można by przekazać skręcać. Formalnym terminem dla tej niereaktywności gazów szlachetnych jest „obojętny”.

Jak ułożona układanka, gaz szlachetny jest bardzo stabilny chemicznie. Oznacza to, że w porównaniu z innymi pierwiastkami trudno jest wybić najbardziej zewnętrzne elektrony z gazów szlachetnych za pomocą wiązki energii. Oznacza to, że te pierwiastki – jedyne pierwiastki, które w temperaturze pokojowej występują jako gazy, a pozostałe są cieczami lub ciałami stałymi – mają tak zwaną wysoką energię jonizacji.

Hel, z jednym protonem i jednym neutronem, jest drugim co do ilości pierwiastkiem we wszechświecie po wodorze, który zawiera tylko proton. Olbrzymia, trwająca reakcja syntezy jądrowej, która jest odpowiedzialna za to, że gwiazdy są superjasnymi obiektami, które one are to nie więcej niż niezliczona ilość atomów wodoru zderzających się, tworząc atomy helu w ciągu miliardów lat.

Kiedy energia elektryczna przechodzi przez gaz szlachetny, emitowane jest światło. To jest podstawa dla neonów, które są ogólnym terminem dla każdego takiego wyświetlacza stworzonego przy użyciu gazu szlachetnego.

Argon, w skrócie Ar, jest pierwiastkiem numer 18 w układzie okresowym pierwiastków, co czyni go trzecim najlżejszym z sześciu gazów szlachetnych za helem (liczba atomowa 2) i neonem (numer 10). Jak przystało na pierwiastek, który bez sprowokowania lata pod radarem chemicznym i fizycznym, jest bezbarwny, bezwonny i bez smaku. Ma masę cząsteczkową 39,7 gramów na mol (znaną również jako daltony) w najbardziej stabilnej konfiguracji. Być może pamiętasz z innej lektury, że większość pierwiastków występuje w postaci izotopów, które są wersjami tego samego pierwiastka o różnych numerach neutronów, a co za tym idzie różnych mas (liczba protonów nie zmienia się, inaczej tożsamość samego pierwiastka musiałaby zmiana). Ma to krytyczne implikacje w jednym z głównych zastosowań argonu.

Światła neonowe: Jak opisano, gazy szlachetne są przydatne do tworzenia neonów. Do tego celu wykorzystywany jest argon oraz neon i krypton. Kiedy energia elektryczna przechodzi przez argon, tymczasowo wzbudza najbardziej zewnętrzne orbitujące elektrony i powoduje, że na krótko przeskakują na wyższy poziom „powłoki” lub poziomu energii. Kiedy elektron powraca do swojego normalnego poziomu energetycznego, emituje foton – bezmasowy pakiet światła.

Datowanie radioizotopowe: Argon może być używany razem z potasem lub K, który jest pierwiastkiem numer 19 w układzie okresowym pierwiastków, do datowania obiektów o oszałamiającym okresie 4 miliardów lat. Proces działa tak:

Potas ma zwykle 19 protonów i 21 neutronów, co daje mniej więcej taką samą masę atomową jak argon (nieco poniżej 40), ale ma inny skład protonów i neutronów. Kiedy radioaktywna cząstka znana jako cząstka beta zderza się z potasem, może przekształcić jeden z protony w jądrze potasu na neutron, zmieniając sam atom w argon (18 protonów, 22 neutronów). Dzieje się to w przewidywalnym i stałym tempie w czasie i bardzo powoli. Więc jeśli naukowcy zbadają próbkę, powiedzmy, skały wulkanicznej, mogą porównać stosunek argonu do potasu w próbce (która rośnie stopniowo w czasie) do stosunku, który istniałby w „zupełnie nowej” próbce i określ, jak stara skała jest.

Należy zauważyć, że różni się to od „datowania węglowego”, terminu, który jest często błędnie używany w odniesieniu do stosowania metod rozpadu promieniotwórczego do datowania starych obiektów. Datowanie węglem, które jest tylko specyficznym rodzajem datowania radioizotopowego, jest przydatne tylko w przypadku obiektów znanych z rzędu tysięcy lat.

Gaz osłonowy w spawaniu: Argon jest używany do spawania stopów specjalnych, a także do spawania ram samochodowych, tłumików i innych części samochodowych. Nazywa się go gazem osłonowym, ponieważ nie reaguje z żadnymi gazami i metalami unoszącymi się w pobliżu spawanych metali; zajmuje tylko miejsce i zapobiega innym, niechcianym reakcjom w pobliżu dzięki reaktywnym gazom, takim jak azot i tlen.

Obróbka cieplna: Jako gaz obojętny można zastosować argon, aby zapewnić beztlenowe i azotowe ustawienie w procesach obróbki cieplnej.

drukowanie 3d: Argon znajduje zastosowanie w rozwijającej się dziedzinie druku trójwymiarowego. Podczas szybkiego nagrzewania i chłodzenia materiału do drukowania gaz zapobiega utlenianiu metalu i innym reakcjom oraz może ograniczać wpływ naprężeń. Argon można również mieszać z innymi gazami, aby w razie potrzeby stworzyć specjalne mieszanki.

Produkcja metali: Podobnie jak jego rola w spawaniu, argon może być używany w syntezie metali w innych procesach, ponieważ zapobiega utlenianiu (rdzewieniu) i wypiera niepożądane gazy, takie jak tlenek węgla.

To, że argon jest chemicznie obojętny, nie oznacza niestety, że jest on wolny od potencjalnych zagrożeń dla zdrowia. Gaz argonowy może podrażniać skórę i oczy w kontakcie, a w postaci płynnej może powodować odmrożenia (są stosunkowo niewiele zastosowań oleju argonowego, a „olej arganowy”, powszechny składnik kosmetyków, nie jest nawet w najmniejszym stopniu tym samym argon). Wysoki poziom argonu w powietrzu w zamkniętym środowisku może wypierać tlen i prowadzić do problemów z oddychaniem, od łagodnych do ciężkich, w zależności od ilości argonu. Powoduje to objawy uduszenia, w tym ból głowy, zawroty głowy, dezorientację, osłabienie i drżenie w łagodniejszych postaciach, a w najbardziej skrajnych przypadkach śpiączkę, a nawet śmierć.

W przypadku znanego narażenia skóry lub oczu preferowanym zabiegiem jest płukanie i płukanie ciepłą wodą. Kiedy argon był wdychany, może być wymagane standardowe wspomaganie oddychania, w tym natlenianie przez maskę, aby poziom tlenu we krwi powrócił do normy; Oczywiście konieczne jest również wydostanie poszkodowanego z bogatego w argon środowiska.