Zawartość
Gdyby ktoś poprosił cię o podanie nazwy trzech najpowszechniejszych gazów w ziemskiej atmosferze, możesz wybrać w odpowiedniej kolejności tlen, dwutlenek węgla i azot. Jeśli tak, masz rację - głównie. Jest to mało znany fakt, że za azotem (N2) i tlenu (O2), trzecim pod względem obfitości gazem jest argon z gazu szlachetnego, stanowiący nieco mniej niż 1 procent składu niewidzialnego w atmosferze.
Sześć szlachetnych gazów wywodzi swoją nazwę od faktu, że z chemicznego punktu widzenia pierwiastki te są oddalone, a nawet wyniosłe: nie reagują z innymi pierwiastkami, więc nie wiążą się z innymi atomami, tworząc bardziej złożone związki. Jednak zamiast uczynienia ich bezużytecznymi w przemyśle, ta tendencja do myślenia o własnej działalności atomowej sprawia, że niektóre z tych gazów są przydatne do określonych celów. Pięć głównych zastosowań argonu obejmuje na przykład umieszczenie go w neonach, jego zdolność do określania wieku bardzo starych substancji, jego zastosowanie jako izolatora w produkcji metali, jego rolę jako gazu spawalniczego i jego zastosowanie w 3D ing.
Podstawy gazu szlachetnego
Sześć gazów szlachetnych - hel, neon, argon, krypton, ksenon i radon - zajmuje prawą kolumnę w układzie okresowym pierwiastków. (Każdemu badaniu pierwiastka chemicznego powinien towarzyszyć układ okresowy; patrz interaktywny przykład w Zasobach.) Rzeczywiste implikacje tego są takie, że gazy szlachetne nie mają wspólnych elektronów. Podobnie jak pudełko z puzzlami zawierające dokładnie odpowiednią liczbę elementów, argon i jego pięciu kuzynów nie ma żadnych subatomowych braków, które należy poprawić przez darowizny z innych elementów, i nie ma żadnych dodatków pływających po kolei. Formalny termin oznaczający brak reaktywności gazów szlachetnych to „obojętny”.
Jak ukończona łamigłówka, gaz szlachetny jest bardzo stabilny chemicznie. Oznacza to, że w porównaniu z innymi pierwiastkami trudno jest wybić najbardziej oddalone elektrony z gazów szlachetnych za pomocą wiązki energii. Oznacza to, że te pierwiastki - jedyne pierwiastki występujące jako gazy w temperaturze pokojowej, pozostałe wszystkie są cieczami lub ciałami stałymi - mają tak zwaną wysoką energię jonizacji.
Hel, z jednym protonem i jednym neutronem, jest drugim najliczniejszym pierwiastkiem we wszechświecie za wodorem, który zawiera tylko proton. Olbrzymia, trwająca reakcja syntezy jądrowej, która jest odpowiedzialna za to, że gwiazdy są superjasnymi obiektami, którymi są, jest niczym więcej niż niezliczonymi atomami wodoru zderzającymi się, tworząc atomy helu na przestrzeni miliardów lat.
Kiedy energia elektryczna przepływa przez gaz szlachetny, emitowane jest światło. Jest to podstawa neonowych znaków, które są ogólnym terminem na wszelkie takie wyświetlacze tworzone przy użyciu gazu szlachetnego.
Właściwości argonu
Argon, w skrócie Ar, jest pierwiastkiem nr 18 na układzie okresowym, co czyni go trzecim najlżejszym z sześciu szlachetnych gazów za helem (liczba atomowa 2) i neonem (liczba 10). Jak przystało na element latający pod radarem chemicznym i fizycznym, o ile nie zostanie sprowokowany, jest bezbarwny, bezwonny i bez smaku. Ma masę cząsteczkową 39,7 gramów na mol (znaną również jako daltony) w najbardziej stabilnej konfiguracji. Możesz przypomnieć sobie z innego czytania, że większość pierwiastków pochodzi z izotopów, które są wersjami tego samego pierwiastka o różnej liczbie neutronów, a zatem o różnych masach (liczba protonów się nie zmienia, inaczej tożsamość samego elementu musiałaby się zmienić ). Ma to krytyczne implikacje dla jednego z głównych zastosowań argonu.
Zastosowania argonu
Światła neonowe: Jak opisano, gazy szlachetne są przydatne do tworzenia neonów. W tym celu stosuje się argon wraz z neonami i kryptonem. Kiedy elektryczność przepływa przez gaz argonowy, chwilowo pobudza najbardziej oddalone orbitujące elektrony i powoduje ich krótkotrwały skok do wyższej „powłoki” lub poziomu energii. Kiedy elektron powraca do swojego zwykłego poziomu energii, emituje foton - bezmasową paczkę światła.
Datowanie radioizotopowe: Argon może być stosowany razem z potasem, czyli K, który jest pierwiastkiem numer 19 w układzie okresowym, do tej pory obiektów do oszałamiającej 4 miliardy lat. Proces działa w następujący sposób:
Potas zwykle ma 19 protonów i 21 neutronów, co daje mu tę samą masę atomową co argon (nieco poniżej 40), ale z innym składem protonów i neutronów. Kiedy radioaktywna cząstka znana jako cząstka beta zderza się z potasem, może przekształcić jeden z protonów w jądrze potasu w neutron, zmieniając sam atom w argon (18 protonów, 22 neutronów). Odbywa się to w przewidywalnym i stałym tempie w czasie i bardzo powoli. Jeśli więc naukowcy zbadają próbkę, powiedzmy, skały wulkanicznej, mogą porównać stosunek argonu do potasu w próbce (który rośnie stopniowo z upływem czasu) do stosunku, który istniałby w „zupełnie nowej” próbce, i ustalić, w jaki sposób stara skała jest.
Zauważ, że różni się to od „datowania węgla”, terminu, który często jest błędnie używany w odniesieniu do ogólnych metod rozpadu promieniotwórczego do datowania starych obiektów. Datowanie węglem, które jest tylko szczególnym rodzajem datowania radioizotopowego, jest przydatne tylko dla obiektów, o których wiadomo, że są rzędu tysięcy lat.
Gaz osłonowy podczas spawania: Argon jest stosowany do spawania stopów specjalnych, a także do spawania ram samochodowych, tłumików i innych części samochodowych. Nazywa się to gazem osłonowym, ponieważ nie reaguje z gazami i metalami unoszącymi się w pobliżu spawanych metali; zajmuje tylko przestrzeń i zapobiega innym niepożądanym reakcjom w pobliżu z powodu reaktywnych gazów, takich jak azot i tlen.
Obróbka cieplna: Jako gaz obojętny można zastosować argon, aby zapewnić warunki wolne od tlenu i azotu w procesach obróbki cieplnej.
3-D ing: Argon jest wykorzystywany w rozwijającym się polu trójwymiarowości. Podczas szybkiego nagrzewania i chłodzenia materiału wejściowego gaz zapobiega utlenianiu metalu i innym reakcjom oraz może ograniczyć wpływ stresu. Argon można również mieszać z innymi gazami, aby w razie potrzeby tworzyć specjalne mieszanki.
Produkcja metali: Podobnie jak w spawaniu, argon może być stosowany w syntezie metali w innych procesach, ponieważ zapobiega utlenianiu (rdzewieniu) i wypiera niepożądane gazy, takie jak tlenek węgla.
Niebezpieczeństwa związane z argonem
To, że argon jest chemicznie obojętny, nie oznacza niestety, że jest wolne od potencjalnych zagrożeń dla zdrowia. Gaz argonowy może podrażniać skórę i oczy w kontakcie, aw postaci płynnej może powodować odmrożenia (jest stosunkowo mało zastosowań oleju argonowego, a „olej arganowy”, powszechny składnik kosmetyków, nie jest nawet taki sam jak argon). Wysoki poziom gazu argonowego w powietrzu w zamkniętym środowisku może wypierać tlen i prowadzić do problemów z oddychaniem, od łagodnego do ciężkiego, w zależności od ilości argonu. Powoduje to objawy uduszenia, w tym ból głowy, zawroty głowy, splątanie, osłabienie i drżenie w łagodniejszym końcu, a także śpiączkę, a nawet śmierć w skrajnych przypadkach.
W przypadku znanego narażenia skóry lub oczu, preferowanym zabiegiem jest płukanie i płukanie ciepłą wodą. Po wdychaniu argonu może być wymagane standardowe wsparcie oddechowe, w tym dotlenienie za pomocą maski, aby poziom tlenu we krwi powrócił do normy; oczywiście konieczne jest również usunięcie osoby dotkniętej chorobą ze środowiska bogatego w argon.