Если кто-то попросит вас назвать три самых распространенных газа в атмосфере Земли, вы можете выбрать в некотором порядке кислород, углекислый газ и азот. Если так, то в большинстве случаев вы были бы правы. Малоизвестный факт, что за азотом (N2) и кислород (O2), третьим по величине газом является благородный газ аргон, составляющий чуть менее 1 процента невидимого состава атмосферы.
Шесть благородных газов получили свое название от того факта, что с точки зрения химии эти элементы находятся в стороне, даже надменный: они не вступают в реакцию с другими элементами, поэтому они не связываются с другими атомами, образуя более сложные соединения. Однако вместо того, чтобы делать их бесполезными в промышленности, эта тенденция заниматься собственным атомным бизнесом - вот что делает некоторые из этих газов удобными для конкретных целей. Например, пять основных применений аргона включают его размещение в неоновом свете, его способность определять возраст очень старые вещества, его использование в качестве изолятора при производстве металлов, его роль в качестве сварочного газа и его использование в 3D печать.
Основы благородных газов
Шесть благородных газов - гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон - занимают крайний правый столбец в периодической таблице элементов. (Любое исследование химического элемента должно сопровождаться периодической таблицей; интерактивный пример см. в разделе «Ресурсы». На практике это означает, что благородные газы не имеют общих электронов. Аргон и его пять кузенов не содержат никаких субатомных элементов, как коробку-пазл, содержащую ровно нужное количество частей. дефицит, который необходимо исправить за счет пожертвований от других элементов, и у него нет каких-либо дополнительных средств, которые можно было бы пожертвовать повернуть. Формальный термин для обозначения этой инертности благородных газов - «инертный».
Как и законченная головоломка, благородный газ очень стабилен в химическом отношении. Это означает, что по сравнению с другими элементами трудно выбить самые удаленные электроны из благородных газов с помощью луча энергии. Это означает, что эти элементы - единственные элементы, которые существуют в виде газов при комнатной температуре, а все остальные являются жидкостями или твердыми телами - обладают так называемой высокой энергией ионизации.
Гелий с одним протоном и одним нейтроном является вторым по распространенности элементом во Вселенной после водорода, который содержит только протон. Гигантская продолжающаяся реакция ядерного синтеза, которая отвечает за то, что звезды становятся сверхъяркими объектами, которые они это не более чем бесчисленные атомы водорода, сталкивающиеся с образованием атомов гелия в течение миллиардов лет. годы.
Когда электрическая энергия проходит через благородный газ, излучается свет. Это основа для неоновых вывесок, которые являются общим термином для любого такого дисплея, созданного с использованием благородного газа.
Свойства аргона
Аргон, сокращенно Ar, является элементом номер 18 в периодической таблице, что делает его третьим по легкости из шести благородных газов после гелия (атомный номер 2) и неона (номер 10). Как и положено элементу, который, если его не спровоцировать, летит под химическим и физическим радаром, он не имеет цвета, запаха и вкуса. Он имеет молекулярную массу 39,7 грамма на моль (также известный как дальтон) в наиболее стабильной конфигурации. Из другого чтения вы можете вспомнить, что большинство элементов состоит из изотопов, которые представляют собой версии одного и того же элемента с разными номерами. нейтронов и, следовательно, различных масс (количество протонов не меняется, иначе идентичность самого элемента должна была бы измениться). менять). Это имеет решающее значение для одного из основных применений аргона.
Использование аргона
Неоновые лампы: Как описано, благородные газы удобны для создания неонового света. Для этого используется аргон, наряду с неоном и криптоном. Когда электричество проходит через газообразный аргон, оно временно возбуждает внешние вращающиеся электроны и заставляет их кратковременно перескакивать на более высокую «оболочку» или энергетический уровень. Когда электрон затем возвращается к своему обычному уровню энергии, он излучает фотон - безмассовый пакет света.
Радиоизотопное датирование: Аргон можно использовать вместе с калием или K, который является элементом номер 19 в периодической таблице, для датирования объектов возрастом до ошеломляющих 4 миллиардов лет. Процесс работает так:
Калий обычно имеет 19 протонов и 21 нейтрон, что дает ему примерно такую же атомную массу, что и аргон (чуть меньше 40), но с другим составом протонов и нейтронов. Когда радиоактивная частица, известная как бета-частица, сталкивается с калием, она может преобразовать одну из протоны в ядре калия в нейтрон, превращая сам атом в аргон (18 протонов, 22 нейтроны). Это происходит с предсказуемой и фиксированной скоростью с течением времени и очень медленно. Итак, если ученые исследуют образец, скажем, вулканической породы, они могут сравнить соотношение аргона и калия в образце. (который постепенно увеличивается с течением времени) к соотношению, которое будет существовать в «совершенно новом» образце, и определить, сколько лет камню является.
Обратите внимание, что это отличается от «углеродного датирования», термина, который часто ошибочно используется для обозначения в целом методов радиоактивного распада для определения возраста старых объектов. Углеродное датирование, которое представляет собой просто определенный тип радиоизотопного датирования, полезно только для объектов, которым, как известно, порядка тысяч лет.
Защитный газ при сварке: Аргон используется при сварке специальных сплавов, а также при сварке автомобильных рам, глушителей и других автомобильных деталей. Он называется защитным газом, потому что он не вступает в реакцию с любыми газами и металлами, находящимися поблизости от свариваемых металлов; он просто занимает место и предотвращает возникновение других нежелательных реакций поблизости из-за химически активных газов, таких как азот и кислород.
Термическая обработка: В качестве инертного газа можно использовать аргон, чтобы обеспечить бескислородную и азотную настройку для процессов термообработки.
3-D печать: Аргон находит применение в быстро развивающейся области трехмерной печати. Во время быстрого нагрева и охлаждения печатного материала газ предотвратит окисление металла и другие реакции и может ограничить воздействие напряжения. Аргон также можно смешивать с другими газами для создания специальных смесей по мере необходимости.
Производство металла: Подобно его роли в сварке, аргон может использоваться в синтезе металлов с помощью других процессов, поскольку он предотвращает окисление (ржавление) и вытесняет нежелательные газы, такие как окись углерода.
Опасности аргона
То, что аргон химически инертен, к сожалению, не означает, что он не представляет потенциальной опасности для здоровья. Газ аргон может вызвать раздражение кожи и глаз при контакте, а в жидком виде может вызвать обморожение (есть сравнительно мало применений аргонового масла, а «аргановое масло», распространенный ингредиент в косметике, даже отдаленно не то же самое, что аргон). Высокий уровень газообразного аргона в воздухе в закрытой среде может вытеснять кислород и приводить к респираторным проблемам от легких до тяжелых, в зависимости от количества аргона. Это приводит к симптомам удушья, включая головную боль, головокружение, спутанность сознания, слабость и тремор в более легкой форме, а в самых крайних случаях - кому и даже смерть.
В случае известного воздействия на кожу или глаза предпочтительным лечением является промывание и промывание теплой водой. При вдыхании аргона может потребоваться стандартная респираторная поддержка, включая оксигенацию с помощью маски, для восстановления нормального уровня кислорода в крови; Конечно, необходимо также вывести пострадавшего из среды, богатой аргоном.