Если кто-то попросит вас назвать три самых распространенных газа в атмосфере Земли, вы можете в некотором порядке выбрать кислород, углекислый газ и азот. Если это так, вы были бы правы - в основном. Это малоизвестный факт, что за азотом (N2) и кислородом (O2) третьим по количеству газом является аргон благородного газа, на долю которого приходится чуть менее 1 процента невидимого состава атмосферы.

Шесть благородных газов получили свое название из-за того, что с химической точки зрения эти элементы находятся в стороне, даже надменны: они не реагируют с другими элементами, поэтому они не становятся связанными с другими атомами, образуя более сложные соединения. Однако вместо того, чтобы делать их бесполезными в промышленности, эта тенденция заботиться о собственном атомном бизнесе делает некоторые из этих газов полезными для конкретных целей. Например, пять основных применений аргона включают его размещение в неоновых огнях, его способность определять возраст очень старых веществ, его использование в качестве изолятора при производстве металлов, его роль в качестве сварочного газа и его использование в трехмерном пространстве. печать.

Основы благородного газа

Шесть благородных газов - гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон - занимают самый правый столбец в периодической таблице элементов. (Любое исследование химического элемента должно сопровождаться периодической таблицей; см. Интерактивный пример в разделе «Ресурсы».) В действительности это означает, что благородные газы не имеют общих электронов. Скорее, как коробка с головоломками, содержащая ровно правильное количество предметов, аргон и его пять кузенов не имеют субатомных недостатков, которые должны быть исправлены пожертвованиями от других элементов, и в нем нет дополнительных предметов, которые можно пожертвовать по очереди. Формальный термин для этой нереактивности благородных газов является «инертным».

Как законченная загадка, благородный газ очень химически устойчив. Это означает, что по сравнению с другими элементами трудно выбить наиболее удаленные электроны из благородных газов с помощью пучка энергии. Это означает, что эти элементы - единственные элементы, которые существуют в виде газов при комнатной температуре, а все остальные являются жидкостями или твердыми веществами - имеют то, что называется высокой энергией ионизации.

Гелий с одним протоном и одним нейтроном является вторым наиболее распространенным элементом во вселенной после водорода, который содержит только протон. Гигантская продолжающаяся реакция ядерного синтеза, которая ответственна за то, что звезды являются сверхсветящими объектами, которыми они являются, - это не что иное, как бесчисленные атомы водорода, сталкивающиеся с образованием атомов гелия в течение миллиардов лет.

Когда электрическая энергия проходит через благородный газ, излучается свет. Это основа для неоновых вывесок, что является 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 величине из шести благородных газов за гелием (атомное число 2) и неоном (число 10). Как и положено элементу, который летит под химическим и физическим радаром, если его не провоцировать, он не имеет цвета, запаха и вкуса. Он имеет молекулярную массу 39,7 г / моль (также известную как дальтон) в своей наиболее стабильной конфигурации. Из другого прочтения вы можете вспомнить, что большинство элементов состоит из изотопов, которые являются версиями одного и того же элемента с разным числом нейтронов и, следовательно, с разными массами (количество протонов не изменяется, иначе идентичность самого элемента должна была бы измениться). ). Это имеет важное значение в одном из основных видов использования аргона.

Использование аргона

Неоновые огни: Как описано, благородные газы удобны для создания неоновых огней. Аргон, наряду с неоном и криптоном, используется для этой цели. Когда электричество проходит через газообразный аргон, оно временно возбуждает самые удаленные электроны и заставляет их ненадолго прыгнуть на более высокий уровень «оболочки» или уровня энергии. Когда электрон возвращается на свой привычный уровень энергии, он испускает фотон - безмассовый пакет света.

Датирование радиоизотопов: Аргон может использоваться вместе с калием, или K, который является элементом № 19 в периодической таблице, чтобы датировать объекты до ошеломляющих 4 миллиардов лет. Процесс работает так:

Калий обычно имеет 19 протонов и 21 нейтрон, что дает ему примерно ту 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 один из протонов в ядре калия в нейтрон, превращая сам атом в аргон (18 протонов, 22 нейтрона). Это происходит с предсказуемой и фиксированной скоростью с течением времени и очень медленно. Поэтому, если ученые исследуют образец, скажем, вулканической породы, они могут сравнить соотношение аргона и калия в образце (которое постепенно увеличивается со временем) с соотношением, которое будет в «совершенно новом» образце, и определить, как старая скала есть.

Обратите внимание, что это отличается от «углеродного датирования», термина, который часто неправильно используют для общего обозначения использования методов радиоактивного распада для датирования старых объектов. Углеродное датирование, которое является просто определенным типом радиоизотопного датирования, полезно только для объектов, о которых известно, что они имеют порядок 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 реагирует с какими-либо газами и металлами, находящимися поблизости от свариваемых металлов; он просто занимает место и предотвращает возникновение рядом нежелательных реакций, вызванных химически активными газами, такими как азот и кислород.

Термообработка. В качестве инертного газа можно использовать аргон, чтобы обеспечить бескислородную и азотную среду для процессов термообработки.

3-D печать: аргон используется в растущей области трехмерной печати. Во время быстрого нагревания и охлаждения печатного материала газ будет предотвращать окисление металла и другие реакции и может ограничивать стрессовое воздействие. Аргон также может быть смешан с другими газами для создания специальных смесей по мере необходимости.

Производство металлов: Подобно своей роли в сварке, аргон может использоваться в синтезе металлов посредством других процессов, потому что он предотвращает окисление (ржавление) и вытесняет нежелательные газы, такие как окись углерода.

Опасности аргона

Этот аргон химически инертен, к сожалению, не означает, что он свободен от потенциальных опасностей для здоровья. Газообразный аргон может раздражать кожу и глаза при контакте, а в жидкой форме он может вызывать обморожение (использование арганового масла сравнительно мало, а «аргановое масло», обычный ингредиент в косметике, даже отдаленно не такой, как аргон). Высокие уровни газа аргона в воздухе в закрытой среде могут вытеснять кислород и приводить к проблемам с дыханием от легких до тяжелых, в зависимости от того, сколько аргона присутствует. Это приводит к появлению симптомов удушья, включая головную боль, головокружение, спутанность сознания, слабость и тремор в более легкой форме, а также кому и даже смерть в самых крайних случаях.

В случаях известного воздействия на кожу или глаза, промывание и промывание теплой водой является предпочтительным лечением. При вдыхании аргона может потребоваться стандартная респираторная поддержка, включая оксигенацию маской, чтобы уровень кислорода в крови вернулся к норме; конечно же, необходимо вывести пострадавшего из среды, богатой аргоном.