Fem viktiga användningar av argon

Om någon bad dig att nämna de tre mest förekommande gaserna i jordens atmosfär kan du välja, i viss ordning, syre, koldioxid och kväve. I så fall skulle du ha rätt - mestadels. Det är lite känt faktum att bakom kväve (N₂) och syre (O₂), den tredje rikaste gasen är ädelgasargonet, som står för knappt 1 procent av atmosfärens osynliga sammansättning.

De sex ädelgaserna hämtar sitt namn från det faktum att ur kemisk synvinkel är dessa element avskilda, till och med hovmodig: De reagerar inte med andra element, så de blir inte bundna till andra atomer för att bilda mer komplexa föreningar. I stället för att göra dem värdelösa inom industrin, är denna tendens att tänka på sin egen atomaffär dock det som gör några av dessa gaser praktiska för specifika ändamål. Fem viktiga användningsområden för argon inkluderar till exempel dess placering i neonljus, dess förmåga att hjälpa till att bestämma åldern på mycket gamla ämnen, dess användning som en isolator vid tillverkning av metaller, dess roll som svetsgas och dess användning i 3D utskrift.

De sex ädelgaserna - helium, neon, argon, krypton, xenon och radon - upptar kolumnen längst till höger i elementens periodiska system. (Varje undersökning av ett kemiskt grundämne bör åtföljas av ett periodiskt system; se Resurser för ett interaktivt exempel.) De verkliga konsekvenserna av detta är att ädelgaser inte har några delbara elektroner. Snarare som en pusselruta som innehåller exakt rätt antal bitar, har argon och dess fem kusiner ingen subatomär brister som behöver ändras genom donationer från andra element, och det har inga extra som flyter runt för att donera i sväng. Den formella termen för denna icke-reaktivitet av ädelgaser är "inert".

Som ett färdigt pussel är en ädelgas mycket stabil kemiskt. Detta innebär att det är svårt att slå de yttersta elektronerna från ädelgaser med en stråle av energi jämfört med andra element. Detta innebär att dessa element - de enda elementen som existerar som gaser vid rumstemperatur, de andra alla är vätskor eller fasta ämnen - har det som kallas en hög joniseringsenergi.

Helium, med en proton och en neutron, är det näst vanligaste elementet i universum bakom väte, som endast innehåller en proton. Den jätte, pågående kärnfusionsreaktionen som är ansvarig för att stjärnorna är de superlätta föremålen de är inte mer än otaliga väteatomer som kolliderar för att bilda heliumatomer under en period av miljarder år.

När elektrisk energi passeras genom ädelgas avges ljus. Detta är grunden för neonskyltar, vilket är en generisk term för alla sådana displayer som skapats med ädelgas.

Argon, förkortat Ar, är element nummer 18 på det periodiska systemet, vilket gör det till det tredje lättaste av de sex ädelgaserna bakom helium (atomnummer 2) och neon (nummer 10). Som det passar ett element som flyger under den kemiska och fysiska radaren om det inte provoceras, är det färglöst, luktfritt och smaklöst. Den har en molekylvikt på 39,7 gram per mol (även känd som dalton) i sin mest stabila konfiguration. Du kan komma ihåg från andra läsningar att de flesta elementen finns i isotoper, som är versioner av samma element med olika nummer av neutroner och därmed olika massor (antalet protoner ändras inte eller annars måste själva elementets identitet förändra). Detta har kritiska konsekvenser för en av de viktigaste användningarna av argon.

Neonljus: Som beskrivet är ädelgaser praktiska för att skapa neonljus. Argon, tillsammans med neon och krypton, används för detta ändamål. När elektricitet passerar genom argongasen exciterar den tillfälligt de yttersta kretsande elektronerna och får dem att kort hoppa till ett högre "skal" eller energinivå. När elektronen sedan återgår till sin vanliga energinivå avger den en foton - ett masslöst ljuspaket.

Radioisotop Dating: Argon kan användas tillsammans med kalium eller K, som är element nummer 19 i det periodiska systemet, för att datera objekt upp till svimlande 4 miljarder år gamla. Processen fungerar så här:

Kalium har vanligtvis 19 protoner och 21 neutroner, vilket ger den ungefär samma atommassa som argon (strax under 40) men med en annan sammansättning av protoner och neutroner. När en radioaktiv partikel som kallas en beta-partikel kolliderar med kalium, kan den omvandla en av de protoner i kärnan av kalium till en neutron, och ändrar själva atomen till argon (18 protoner, 22 neutroner). Detta sker med en förutsägbar och fast takt över tiden och mycket långsamt. Så om forskare undersöker ett exempel på vulkanisk sten, kan de jämföra förhållandet argon till kalium i provet (som stiger stegvis över tiden) till förhållandet som skulle finnas i ett "helt nytt" prov, och bestäm hur gammal berget är.

Observera att detta skiljer sig från "koldatering", en term som ofta felaktigt används för att hänvisa generiskt till att använda radioaktiva sönderfallsmetoder för att datera gamla objekt. Koldatering, som bara är en specifik typ av radioisotopdatering, är endast användbart för föremål som är kända för att vara i storleksordningen tusentals år gamla.

Skyddsgas vid svetsning: Argon används vid svetsning av speciallegeringar samt vid svetsning av bilramar, ljuddämpare och andra bildelar. Det kallas en skyddsgas eftersom den inte reagerar med alla gaser och metaller som svävar i närheten av metallerna som svetsas; det tar bara plats och förhindrar att andra, oönskade reaktioner inträffar i närheten på grund av reaktiva gaser som kväve och syre.

Värme behandling: Som en inert gas kan argon användas för att ge en syre- och kvävefri inställning för värmebehandlingsprocesser.

3d-utskrivning: Argon används i det växande området för tredimensionell utskrift. Under snabb uppvärmning och kylning av tryckmaterialet kommer gasen att förhindra oxidation av metallen och andra reaktioner och kan begränsa belastningen. Argon kan också blandas med andra gaser för att skapa specialblandningar efter behov.

Metallproduktion: På samma sätt som dess roll vid svetsning kan argon användas vid syntes av metaller via andra processer eftersom det förhindrar oxidation (rostning) och förskjuter oönskade gaser som kolmonoxid.

Att argon är kemiskt inert betyder tyvärr inte att det är fritt från potentiella hälsorisker. Argongas kan irritera huden och ögonen vid kontakt och i dess flytande form kan den orsaka frostskador (det finns relativt få användningsområden för argonolja och "arganolja", en vanlig ingrediens i kosmetika, är inte ens på distans samma sätt som argon). Höga nivåer av argongas i luften i en sluten miljö kan förskjuta syre och leda till andningsbesvär som sträcker sig från mild till svår, beroende på hur mycket argon som finns. Detta resulterar i symtom på kvävning inklusive huvudvärk, yrsel, förvirring, svaghet och skakningar i den mildare änden, och koma och till och med död i de mest extrema fallen.

Vid känd exponering för hud eller ögon är sköljning och sköljning med varmt vatten den bästa behandlingen. När argon har inhalerats kan standard andningsstöd, inklusive syresättning med mask, krävas för att blodets syrenivåer ska vara normala. att få ut den drabbade personen ur den argonrika miljön är naturligtvis också nödvändigt.