Palitra21.ru

Домашний уют — журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Аргон – самый ленивый газ

Аргон – самый ленивый газ

Содержание

  1. История открытия
  2. Способы получения
  3. Применение
    1. Применение в сварке
  4. Вредность и опасность
  5. Хранение и транспортировка
  6. Характеристики аргона
    1. Коэффициенты перевода объема и массы Ar при Т=15°С и Р=0,1 МПа
    2. Коэффициенты перевода объема и массы Ar при Т=0°С и Р=0,1 МПа
    3. Аргон в баллоне
    4. Давление аргона в баллоне при различной температуре

На данный момент известны изотопы аргона с массовыми числами от 29 до 54, но в в земной атмосфере он представлен тремя стабильными изотопами:

  • 40 Ar (изотопная распространённость 99,600 %)
  • 36 Ar (изотопная распространённость 0,337 %)
  • 38 Ar (изотопная распространённость 0,063 %)

Восемнадцатый элемент

Аргон относится к числу благородных газов, а история изобилует поистине драматичными моментами. В 1785 году английский химик и физик Г. Кавендиш обнаружил в воздухе какой-то новый газ, необыкновенно устойчивый химически. На долю этого газа приходилась примерно одна сто двадцатая часть объема воздуха. Но что это за газ, Кавендишу выяснить не удалось.

Об этом опыте вспомнили 107 лет спустя, когда Джон Уильям Стратт (лорд Рэлей) натолкнулся на ту же примесь, заметив, что азот воздуха тяжелее, чем азот, выделенный из соединений. Не найдя достоверного объяснения аномалии, Рэлей через журнал Nature обратился к коллегам-естествоиспытателям с предложением вместе подумать и поработать над разгадкой ее причин.

Спустя два года Рэлей и У. Рамзай установили, что в азоте воздуха действительно есть примесь неизвестного газа, более тяжелого, чем азот. Газ вел себя парадоксально: он не вступал в реакции с хлором, металлами, кислотами, щелочами, т.е. был абсолютно химически инертен. И еще одна неожиданность: Рамзай доказал, что молекула этого газа состоит из одного атома, — а до той поры одноатомные газы были неизвестны.

Когда Рэлей и Рамзай выступили с публичным сообщением о своем открытии, это произвело ошеломляющее впечатление. Многим казалось невероятным, чтобы несколько поколений ученых, выполнивших тысячи анализов воздуха, проглядели его составную часть, да еще такую заметную — почти процент! Кстати, именно в этот день и час, 13 августа 1894 года, аргон и получил свое имя (от греч. «аргос» — «ленивый», «безразличный»).

Сообщению об открытии нового газа поверили далеко не все химики, усомнился в нем и сам Менделеев. Открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все «здание» периодической системы рухнет. Атомная масса газа (39,9) указывала ему место между калием (39,1) и кальцием (40,1). Но в этой части таблицы все клетки были давно заняты. Аргон не имел в таблице аналогов, ему вообще не находилось места в периодической системе.

Поэтому официальное признание аргон получил лишь четверть века спустя — после открытия гелия. Теперь уже двум элементам не было места в периодической системе. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай пришли к выводу, что инертным газам нужно отвести отдельную, так называемую нулевую группу между галогенами и щелочными металлами.

Химическая инертность аргона (как и других газов нулевой группы) и одноатомность его молекул объясняются прежде всего предельной насыщенностью электронных оболочек.

Из подгруппы тяжелых инертных газов аргон самый легкий. Он тяжелее воздуха в 1,38 раза. Жидкостью становится при -185,9°С, затвердевает при –189,4°С (в условиях нормального давления). Молекула аргона одноатомна.

В отличие от гелия и неона, он довольно хорошо адсорбируется на поверхностях твердых тел и растворяется в воде (3,29 см 3 в 100 г воды при 20°С). Еще лучше растворяется аргон во многих органических жидкостях. Зато он практически нерастворим в металлах и не диффундирует сквозь них.

Под действием электрического тока аргон ярко светится, и сегодня сине-голубое свечение аргона широко используется в светотехнике.

Биологи нашли, что аргон благоприятствует росту растений. Даже в атмосфере чистого аргона семена риса, кукурузы, огурцов и ржи выкинули ростки. Лук, морковь и салат хорошо прорастают в атмосфере, состоящей из 98% аргона и только 2% кислорода.

Где применяется аргон

Аргон получил большое распространение в промышленности. Инертные свойства этого газа особенно востребованы в различных производственных процессах, где необходимо вытеснить один из самых активных элементов – кислород. Использование аргона очень дёшево, в сравнении с другими инертными летучими веществами, поэтому газ незаменим в том случае, когда требуется защитная среда при сваривании металлов, а также вытеснение влаги и кислорода в ёмкостях, где хранятся пищевые продукты.

Читать еще:  Проверка непроницаемости сварных швов и соединений

Наполнение колб ламп накаливания инертным газом, позволяет значительно увеличить ресурс работы осветительного прибора. Кроме повышенного срока использования такие элементы обладают большей яркостью. Используется инертный газ и при производстве люминесцентных ламп. Применение аргона позволяет облегчить запуск разряда электрической дуги, а также значительно увеличить ресурс электродов.

При изготовлении стеклопакетов, инертным газом заполняются полости между стёклами, что позволяет значительно улучшить теплоизоляционные свойства. Учитывая тот факт, что аргон является абсолютно прозрачным, использование его никак не ограниченно даже при изготовлении многослойных конструкций.

Инертный газ аргон используется также в установках плазменной резки металлов. Преимущество использования этого газа заключается в том, что для возникновения дуги не требуется слишком высокого напряжения, поэтому такие установки могут иметь очень простую конструкцию. При генерации плазмы с использованием аргона образуется минимальное количество вредных газообразных веществ во время выполнения резки, поэтому этот метод идеально подходит для ручных приборов.

Благодаря возможности образовывать плазму при относительно невысоком напряжении, этот благородный газ используется в медицине для проведения аргоновой коагуляции. Такой метод успешно используется для удаления новообразований, а также для остановки кровотечений.

Аргон применяется и в химической промышленности. Благодаря отсутствию взаимодействия с другими элементами этот газ используется для получения сверхчистых веществ, а также для их анализа. В металлургической промышленности благородный газ позволяет обрабатывать такие металлы, как: титан, тантал, ниобий, бериллий, цирконий и др. Кроме этого, газ используется для перемешивания расплавленных веществ и снижения окисления хрома при производстве хромированной стали.

Физические свойства

Аргон — одноатомный газ с температурой кипения (при нормальном давлении) −185,9 °C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота). В 100 мл воды при 20 °C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде. Плотность при нормальных условиях составляет 1,7839 кг/м 3

Атом и молекула аргона. Формула аргона. Строение аргона:

Аргон (лат. Argon, от др.-греч. ἀργός – «ленивый, медленный, неактивный») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Ar и атомным номером 18. Расположен в 18-й группе (по старой классификации — главной подгруппе восьмой группы), третьем периоде периодической системы.

Аргон самый лёгкий элемент периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева из группы инертных (благородных) газов.

Аргон – химически инертный неметалл. Химически малоактивен.

Как простое вещество аргон (химическая формула Ar) при нормальных условиях представляет собой одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

Молекула аргона одноатомна.

Химическая формула аргона Ar.

Электронная конфигурация атома аргона 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 . Потенциал ионизации атома аргона равен 15,76 эВ (1519,6 кДж/моль).

Строение атома аргона. Атом аргона состоит из положительно заряженного ядра (+18), вокруг которого по трем атомным оболочкам движутся 18 электронов. При этом 10 электронов находятся на внутреннем уровне, а 8 электронов – на внешнем. Поскольку аргон расположен в третьем периоде, оболочки всего три. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья – внешняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Внешний энергетический уровень атома аргона полностью завершен – 8 спаренных электронов. Поэтому аргон химически малоактивен. В свою очередь ядро атома аргона состоит из 18 протонов и 22 нейтронов. Аргон относится к элементам p-семейства.

Радиус атома аргона составляет 71 пм.

Атомная масса атома аргона составляет 39,948(1) а. е. м.

Аргон – третий по содержанию после азота и кислорода компонент воздуха, его среднестатистическое содержание в атмосфере Земли составляет 0,934 % по объёму и 1,288 % по массе. Аргон – самый распространённый инертный газ в земной атмосфере.

Что следует знать об истории появления атмосферы?

Газовая оболочка Земли возникла миллионы лет назад. Произошло это из-за многочисленных вулканических извержений, которые возникали на нашей планете в давние времена, а также в процессе испарения компонентов небесных тел, падающих на ее поверхность. Считается, что всего за историю своего существования она пребывала в трех разных состояниях, а именно:

  • Первичном. В тот период ее основой были легкие газы, в первую очередь гелий и водород, которые впоследствии улетучились в космическое пространство.
  • Вторичном. При формировании вторичного состава важную роль сыграли другие химические элементы, которые насыщали ее по мере того, как различные процессы происходили на планете. В первую очередь это касается вулканической активности. Газовая оболочка Земли насыщалась двуокисью углерода, водяным паром, аммиаком и другими веществами.
  • Третичном. Это именно та атмосфера, которая известна человечеству. Она возникала постепенно по мере улетучивания легких компонентов в космическое пространство, а также по мере возникновения многочисленных химических реакций в ее среде. По сравнению с предыдущими состояниями, фаза отличается меньшим содержанием водорода, в то время как значительно возросло количество диоксида углерода и азота.
Читать еще:  сварочный аппарат инвертор Сварог ARC 205 B (Z203)

Следует отметить, что современная атмосфера – это смесь различных газообразных веществ, пыли, солей, продуктов горения и воды в жидком или кристаллическом состоянии. Ее состав остается относительно стабильным и не меняется в течении 500 миллионов лет.

Практически все компоненты воздушной среды Земли содержатся в ней в том же количестве, что и ранее, то есть их концентрация остается неизменной. Это же касается и инертных газов атмосферы. Но есть компонент, количество которого в ней неуклонно растет – это диоксид углерода. Объемы содержания CO2 постепенно увеличиваются с середины 19-го века.

Получение

Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород – из пространства над конденсатором. Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Дальше следует очистка «сырого» аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией).

Атмосфера Земли — Аргон в составе атмосферы Земли – содержание в атмосфере 1%.

Содержание аргона в составе атмосферы Земли.

Аргон – инертный газ (благородный, редкий), третий по распространению (после азота (78%) и кислорода (21%)) в составе атмосферы. Инертными называются газы, состоящие из одного атома (для сравнения, кислород О 2 состоит из двух атомов) и практически не вступающие в реакцию ни с какими другими веществами. К инертным газам также относятся гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радиоактивный радон (Rn). В последнее время к этой группе также причисляют унуноктий (Uuo), синтез которого впервые был осуществлен только в 2002 году.

Содержание аргона в составе атмосферы Земли оценивается в 0,934 % по объему и 1,288 % по массе, а в количественном выражении — 4·10 14 т. Из всех инертных газов в составе земной атмосферы аргон наиболее распространен: в 1 м³ воздуха содержится 9,34 л аргона (для сравнения: в том же объеме воздуха содержится 18,2 см³ неона, 5,2 см³ гелия, 1,1 см³ криптона, 0,09 см³ ксенона).

Содержание аргона в литосфере Земли — 4·10 −6 % по массе. В каждом литре морской воды растворено 0,3 см³ аргона, в пресной воде его содержится 5,5·10 −5 — 9,7·10 −5 %. Его содержание в Мировом океане оценивается в 7,5·10 11 т, а в изверженных породах земной коры — 16,5·10 11 т

Образование и источники аргона.

Несмотря на различие количественного содержания инертных газов в атмосфере, все они имеют две отличительные особенности:

  • Накопление этих газов в атмосфере Земли необратимо, т.е. они практически не участвуют в биологических круговоротах Земли.
  • Инертные газы образуются в результате радиоактивного распада определенных неустойчивых изотопов.

Инертные газы (в том числе и аргон) бывают двух типов:

Первичные – газы, захваченные Землей из космического пространства в период образования планеты. В природе встречаются очень редко. Первичный аргон представлен изотопами 36 Аr и 38 Аr, которые практически не входят в состав атмосферы Земли.

Радиогенные – газы, являющиеся продуктами распада естественных радиоактивных элементов (урана, тория, калия) в недрах планеты. В состав атмосферы входит радиогенный аргон, представленный изотопом 40 Аr. Радиогенный аргон образуется и накапливается в калийсодержащих земных породах в результате распада изотопа 40 К путем электронного захвата: 40 К + е → 40 Аr. Таким образом, объем накопленного аргона в породе зависит от возраста породы и количества калия в составе. (По тому же принципу содержание гелия в породах зависит от возраста породы и количества тория и урана.)

Читать еще:  Ручная аргонодуговая сварка титана вольфрамовым электродом

Как аргон попадает в атмосферу Земли?

Аргон и гелий из недр земли попадают в атмосферу следующими способами:

  • Во время извержений вулканов,
  • Через трещины в земной коре в виде газовых струй,
  • При выветривании горных пород.

На современном этапе развития Земли поступление аргона и гелия в атмосферу очень незначительно. Основная часть этих газов накапливается в земной коре. Исходя из этого, ученые сделали вывод, что весь аргон, содержащийся в атмосфере, поступил в нее на ранних этапах развития нашей планеты. В более позднее время в результате вулканической деятельности и в процессе выветривания горных пород состав атмосферы обогатился аргоном весьма незначительно.

Весь аргон, выделенный в атмосферу Земли в течение геологического периода образования Земли, остался в пределах планеты, так как является довольно тяжелым газом (аргон тяжелее азота почти в полтора раза). (Для сравнения: гелий, являясь легким газом, практически весь улетучивался в космическое пространство, поэтому его содержание в составе атмосферы Земли весьма незначительно – около 5*10 -4 %).

Это была статья « Аргон в составе атмосферы Земли — содержание в атмосфере 1%. » Далее читайте « Вода в атмосфере Земли и гидрологический цикл. «

Изотопы [ править ]

Аргон представлен в земной атмосфере тремя стабильными изотопами: 36 Ar (0,337 %), 38 Ar (0,063 %), 40 Ar (99,600 %) [5] [8] . Почти вся масса тяжёлого изотопа 40 Ar возникла на Земле в результате распада радиоактивного изотопа калия 40 K (содержание этого изотопа в изверженных породах в среднем составляет 3,1 г/т). Распад радиоактивного калия идёт по двум направлениям одновременно:

Первый процесс (обычный β-распад) протекает в 88 % случаев и ведёт к возникновению стабильного изотопа кальция. Во втором процессе, где участвуют 12 % атомов, происходит электронный захват, в результате чего образуется тяжёлый изотоп аргона. Одна тонна калия, содержащегося в горных породах или водах, в течение года генерирует приблизительно 3100 атомов аргона. Таким образом, в минералах, содержащих калий, постепенно накапливается 40 Ar, что позволяет измерять возраст горных пород; калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.

Вероятные источники происхождения изотопов 36 Ar и 38 Ar — неустойчивые продукты спонтанного деления тяжёлых ядер, а также реакции захвата нейтронов и альфа-частиц ядрами лёгких элементов, содержащихся в урано-ториевых минералах.

Подавляющая часть космического аргона состоит из изотопов 36 Ar и 38 Ar. Это вызвано тем обстоятельством, что калий распространён в космосе примерно в 50 000 раз меньше, чем аргон (на Земле калий преобладает над аргоном в 660 раз). Примечателен произведенный геохимиками подсчёт: вычтя из аргона земной атмосферы радиогенный 40 Ar, они получили изотопный состав, очень близкий к составу космического аргона [8] .

Использование в промышленности гелия и радона

Гелий получают из природных газов, которые предварительно очищаются от примесей и влаги.

Сухой газ, проходя несколько этапов, охлаждается до такой температуры, когда все его компоненты конденсируются в жидкость, лишь гелий остается газообразным. Через верхнюю часть разделительного аппарата он выводится наружу. Налажено производство и жидкого гелия. Он играет большую роль в современной физике и криогенной технике.

В газообразном виде легкий и инертный гелий — идеальный наполнитель для дирижаблей. Благодаря налаженному промышленному получению гелия, идея дирижаблестроения в стране возрождается.

Находят применение и радиоактивные изотопы благородных газов. Радиоизотопы ксенон-133 используется для исследования спинного мозга и кровотока головного мозга. Прибор, регистрирующий радиоактивность, определяет локализацию изотопа ксенона и помогает ставить правильный диагноз.

Радон — радиоактивный газ, он дочерний элемент изотопа радия-226. Используя хорошую растворимость радона в воде, медицина поставила его на службу человека. Растворенный радон диффундирует через кожу и оказывает благотворительное воздействие на центральную нервную систему, а через нее и на другие органы человека. Поэтому широко распространено лечение радоновыми ваннами.

В геологии изотопом аргон-40 определяют абсолютный возраст горных пород по методу советского ученого Герлинга. В основе метода лежит процесс распада радиоактивного изотопа калия-40 с образованием основного изотопа аргона-40.

В электровакуумной промышленности используют свойство инертных газов светиться, если через них пропускать электрический разряд. Промышленность выпускает очень широкий ассортимент газоразрядных источников света.

На основе изучения благородных газов складывался ряд фундаментальных научных законов. Все отчетливее выявляется их значение в познании Земли и космоса.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×