WikiZero - Аргон

1. Походження назви [ правити | правити код ]
2. У Всесвіті [ правити | правити код ]
3. Поширення в природі [ правити | правити код ]

open wikipedia design.

Аргон ← хлор | калій → Зовнішній вигляд простої речовини Інертний газ без кольори , смаку і запаху

Аргон в посудині

властивості атома Назва, символ, номер Аргон / Argon (Ar), 18 атомна маса
( молярна маса ) 39,948 (1) [1] а. е. м. ( г / моль ) Електронна конфігурація [Ne] 3s2 3p6 радіус атома ? (71) [2] пм Хімічні властивості ковалентний радіус 106 [2] пм радіус іона 154 [2] пм електронегативність 4,3 (шкала Полінга) електродний потенціал 0 ступені окислення 0 енергія іонізації
(Перший електрон) 1519,6 (15,76) кДж / моль ( еВ ) Термодинамічні властивості щільність (при н. у. ) 1,784⋅10-3 г / см³ щільність при т. п. 1,40 г / см³ Температура плавлення 83,8 K (-189,35 ° C) Температура кипіння 87,3 K (-185,85 ° C) Уд. теплота плавлення 7,05 ккал / кг кДж / моль Уд. теплота випаровування 6,45 кДж / моль кДж / моль Питома теплоємність 20,79 [3] Дж / (K моль) молярний об'єм 24,2 см ³ / моль Кристалічна решітка простого речовини Структура ґратки кубічна гранецентрірованая параметри решітки 5,260 Å температура Дебая 85 K Інші характеристики теплопровідність (300 K) 0,0164 Вт / (м · К) номер CAS 7440-37-1

Аргон - елемент 18-й групи періодичної таблиці хімічних елементів (по застарілої класифікації - елемент головної підгрупи VIII групи) третього періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва , з атомним номером 18. Позначається символом Ar ( лат. Argon). Третій за поширеністю елемент в земній атмосфері (після азоту і кисню ) - 0,93% за обсягом. проста речовина аргон - інертний одноатомний газ без кольору, смаку і запаху.

Подальша історія відкриття аргону пов'язана з ім'ям Релея , Який кілька років присвятив дослідженням щільності газів, особливо азоту. Виявилося що літр азоту, отриманого з повітря, важив більше літра «хімічного» азоту (отриманого шляхом розкладання будь-якого азотистого з'єднання, наприклад, закису азоту , окису азоту , аміаку , сечовини або селітри ) На 1,6 мг (вага першого дорівнював 1,2521, а другого - 1,2505 г). Ця різниця була не така вже мала, щоб можна було її віднести на рахунок помилки досвіду. До того ж вона постійно повторювалася незалежно від джерела отримання хімічного азоту [4] .

Не дійшовши до розгадки, восени 1892 року Релей в журналі « Nature »Опублікував лист до вчених, з проханням дати пояснення тому факту, що в залежності від способу виділення азоту він отримував різні величини щільності. Лист прочитали багато вчених, однак ніхто не був в змозі відповісти на поставлене в ньому питання [4] [5] .

У відомого вже в той час англійського хіміка Вільяма Рамзая також не було готової відповіді, але він запропонував Релею свою співпрацю. Інтуїція спонукала Рамзая припустити, що азот повітря містить домішки невідомого і більш важкого газу , а дьюар звернув увагу Релея на опис старовинних дослідів Кавендіша (які вже були до цього часу опубліковані) [5] .

Намагаючись виділити з повітря приховану складову частину, кожен з учених пішов своїм шляхом. Релей повторив досвід Кавендіша в збільшеному масштабі і на більш високому технічному рівні. трансформатор під напругою 6000 вольт посилав в 50-літровий дзвін, заповнений азотом, сніп електричних іскор. Спеціальна турбіна створювала в дзвоні фонтан бризок розчину лугу, що поглинають оксиди азоту і домішка вуглекислоти. Газ, що залишився Релей висушив, і пропустив через порцелянову трубку з нагрітими мідними тирсою, що затримують залишки кисню. Дослід тривав кілька днів [4] .

Рамзай скористався відкритої їм здатністю нагрітого металевого магнію поглинати азот, утворюючи твердий нітрид магнію . Багаторазово пропускав він кілька літрів азоту через зібраний ним прилад. Через 10 днів обсяг газу перестав зменшуватися, отже, весь азот виявився пов'язаним. Одночасно шляхом з'єднання з міддю був видалений кисень, який був присутній в якості домішки до азоту. Цим способом Рамзаю в першому ж досвіді вдалося виділити близько 100 см³ нового газу [4] .

Отже, був відкритий новий елемент. Стало відомо, що він важче азоту майже в півтора рази і становить 1/80 частину обсягу повітря. Рамзай за допомогою акустичних вимірювань знайшов, що молекула нового газу складається з одного атома - до цього подібні гази в стійкому стані не зустрічалися. Звідси випливав дуже важливий висновок - раз молекула одноатомна, то, очевидно, новий газ є не складне хімічне з'єднання , а проста речовина [4] .

Багато часу витратили Рамзай і Релей на вивчення його реакційної здатності по відношенню до багатьох хімічно активних речовин. Але, як і слід було очікувати, прийшли до висновку: їх газ абсолютно недеятелен. Це було приголомшливо - до того часу не було відомо жодного настільки інертного речовини [4] .

Велику роль у вивченні нового газу зіграв спектральний аналіз . спектр виділеного з повітря газу з його характерними помаранчевими, синіми і зеленими лініями різко відрізнявся від спектрів вже відомих газів. Вільям Крукс , Один з найвизначніших спектроскопістов того часу, нарахував в його спектрі майже 200 ліній. Рівень розвитку спектрального аналізу на той час не дав можливості визначити, одному або декільком елементам належав спостережуваний спектр. Кілька років по тому з'ясувалося, що Рамзай і Релей тримали в своїх руках не одного незнайомця, а декількох - цілу плеяду інертних газів [4] .

7 серпня 1894 року в Оксфорді , На зборах Британської асоціації фізиків, хіміків і натуралістів, було зроблено повідомлення про відкриття нового елемента, який був названий аргоном. У своїй доповіді Релей стверджував, що в кожному кубічному метрі повітря присутні близько 15 г відкритого газу (1,288 мас.%) [4] [5] . Занадто неймовірний був той факт, що кілька поколінь учених не помітили складової частини повітря, та ще й в кількості цілого відсотка! У лічені дні десятки натуралістів з різних країн перевірили досліди Рамзая і Релея. Сумнівів не залишалося: повітря містить аргон [4] .

Через 10 років, в 1904 році , Релей за дослідження щільності найбільш поширених газів і відкриття аргону отримує Нобелівську премію з фізики , А Рамзай за відкриття в атмосфері різних інертних газів - Нобелівську премію з хімії [4] .

Походження назви [ правити | правити код ]

За пропозицією доктора Медана (голови засідання, на якому була зроблена доповідь про відкриття) Релей і Рамзай дали новому газу ім'я «аргон» (від грец. ἀργός - ледачий, повільний, неактивний). Ця назва підкреслювало найважливіша властивість елемента - його хімічну неактивність [4] .

У Всесвіті [ правити | правити код ]

Зміст аргону в світовій матерії оцінюється приблизно в 0,02% по масі [7] .

Аргон (разом з неоном ) Спостерігається на деяких зірках і в планетарних туманностей . В цілому його в космосі більше, ніж кальцію , фосфору , хлору , В той час як на землі існують зворотні відносини [8] .

Поширення в природі [ правити | правити код ]

Аргон - третій за змістом після азоту і кисню компонент повітря , Його середньостатистичне вміст в атмосфері Землі становить 0,934% за обсягом і 1,288% по масі [5] [8] , Його запаси в атмосфері оцінюються в 4⋅1014 т [3] [5] . Аргон - найпоширеніший інертний газ в земній атмосфері, в 1 м³ повітря міститься 9,34 л аргону (для порівняння: у тому ж обсязі повітря міститься 18,2 см³ неону , 5,2 см³ гелію , 1,1 см³ криптону , 0,09 см³ ксенону ) [5] [8] .

Зміст аргону в літосфері - 4⋅10-6% по масі [3] . В кожному літрі морської води розчинено 0,3 см³ аргону, в прісній воді його міститься 5,5⋅10-5 - 9,7⋅10-5%. Його вміст у Світовому океані оцінюється в 7,5⋅1011 т, а в вивержених породах земної оболонки - 16,5⋅1011 т [8] .

Якісно аргон виявляють за допомогою емісійного спектрального аналізу , Основні характеристичні лінії - 434,80 і 811,53 нм. При кількісному визначенні супутні гази ( O2 , N2 , H2 , CO2 ) Зв'язуються специфічними реагентами ( Ca , Cu , MnO , CuO , NaOH ) Або відокремлюються за допомогою поглиначів (наприклад, водних розчинів органічних і неорганічних сульфатів ). Відділення від інших інертних газів засноване на різній адсорбованих їх активним вугіллям . Використовуються методи аналізу, засновані на вимірі різних фізичних властивостей ( щільності , теплопровідності і ін.), а також мас-спектрометричні і хроматографічні методи аналізу [3] .

Аргон - одноатомний газ з температурою кипіння (при нормальному тиску) -185,9 ° C (трохи нижче, ніж у кисню , Але трохи вище, ніж у азоту ). У 100 мл води при 20 ° C розчиняється 3,3 мл аргону, в деяких органічних розчинниках аргон розчиняється значно краще, ніж у воді. Щільність при нормальних умовах становить 1,7839 кг / м3

Поки що відомі лише 2 хімічні сполуки аргону - гідрофторид аргону і CU (Ar) O, які існують при дуже низьких температурах. Крім того, аргон утворює ексимерні молекули, тобто молекули, у яких стійкі порушені електронні стану та нестійке основний стан. Є підстави вважати, що виключно нестійке з'єднання Hg-Ar, що утворюється в електричному розряді, - це справді хімічне (валентное) з'єднання. Не виключено, що будуть отримані інші валентні з'єднання аргону з фтором і киснем , Які теж повинні бути вкрай нестійкими. Наприклад, при електричному збудженні суміші аргону і хлору можлива газофазних реакція з утворенням ArCl. Також з багатьма речовинами, між молекулами яких діють водневі зв'язку ( водою , фенолом , гидрохиноном і іншими), утворює сполуки включення ( клатрати ), Де атом аргону, як свого роду «гість», знаходиться в порожнині, утвореної в кристалічній решітці молекулами речовини-господаря, наприклад, Ar · 6H2O.

З'єднання CU (Ar) O отримано з сполуки урану з вуглецем і киснем CUO [9] . Ймовірно існування сполук зі зв'язками Ar-Si і Ar-C: FArSiF3 і FArCCH.

Аргон представлений в земній атмосфері трьома стабільними ізотопами: 36Ar (0,337%), 38Ar (0,063%), 40Ar (99,600%) [5] [8] . Майже вся маса важкого ізотопу 40Ar виникла на Землі в результаті розпаду радіоактивного ізотопу калію 40K (Зміст цього ізотопу в вивержених породах в середньому становить 3,1 г / т). розпад радіоактивного калію йде за двома напрямками одночасно:

19 40 K → 20 40 C a + e - + ν ¯ e {\ displaystyle \ mathrm {{} _ {19} ^ {40} K} \ rightarrow \ mathrm {{} _ {20} ^ {40} Ca} + e ^ {-} + {\ bar {\ nu}} _ {e}}

19 40 K + e - → 18 40 A r + ν e + γ {\ displaystyle \ mathrm {{} _ {19} ^ {40} K} + e ^ {-} \ rightarrow \ mathrm {{} _ {18 } ^ {40} Ar} + \ nu _ {e} + \ gamma}

Перший процес (звичайний β-розпад ) Протікає в 88% випадків і веде до виникнення стабільного ізотопу кальцію . У другому процесі, де беруть участь 12% атомів, відбувається електронне захоплення , В результаті чого утворюється важкий ізотоп аргону. Одна тонна калію, що міститься в гірських породах або водах, протягом року генерує приблизно 3100 атомів аргону. Таким чином, в мінералах, що містять калій, поступово накопичується 40Ar, що дозволяє вимірювати вік гірських порід; калій-аргоновий метод є одним з основних методів ядерної геохронологии .

Ймовірні джерела походження ізотопів 36Ar і 38Ar - нестійкі продукти спонтанного ділення важких ядер, а також реакції захоплення нейтронів і альфа-частинок ядрами легких елементів, що містяться в урано-торієвих мінералах.

Переважна частина космічного аргону складається з ізотопів 36Ar і 38Ar. Це викликано тією обставиною, що калій поширений в космосі приблизно в 50 000 разів менше, ніж аргон (на Землі калій переважає над аргоном в 660 разів). примітний вироблений геохимиками підрахунок: вирахувавши з аргону земної атмосфери радіогенний 40Ar, вони отримали ізотопний склад, дуже близький до складу космічного аргону [8] .

У промисловості аргон отримують як побічний продукт при великомасштабному розділенні повітря на кисень і азот. При температурі -185,9 ° C (87,3 Кельвіна) аргон конденсується, при -189,35 ° C (83,8 Кельвіна) - кристалізується.

Зважаючи на близькість температур кипіння аргону і кисню (90 K) поділ цих фракцій РЕКТИФІКАЦІЙНА способом важко. Аргон вважається сторонньою домішкою, що допускається тільки в технічному кисні чистотою 96%.

Нижче перераховані області застосування аргону:

• в аргонових лазерах ;
• в лампах розжарювання і при заповненні внутрішнього простору склопакетів ;
• як захисне середовище при зварюванні (Дугового, лазерного, контактної і т. П.) Як металів (Наприклад, титану ), так і неметалів ;
• як плазмаобразователя в плазмотронах при зварюванні і різанні;
• в харчової промисловості аргон зареєстрований як харчової добавки E938, як пропеллента і пакувального газу;
• в якості вогнегасної речовини в газових установках пожежогасіння ;
• в медицині під час операцій для очищення повітря і розрізів, так як аргон не утворює хімічних сполук при кімнатній температурі;
• в якості складової частини атмосфери експерименту « Марс-500 » [10] з метою зниження рівня кисню для запобігання пожежі на борту космічного корабля під час подорожі на Марс ;
• через низьку теплопровідність аргон застосовується в дайвінг для поддува сухих гідрокостюмів, однак є ряд недоліків, наприклад, висока ціна газу (крім цього, потрібна окрема система для аргону);
• в хімічному синтезі для створення інертної атмосфери при роботі з нестабільними на повітрі сполуками.

Аргон не грає ніякої помітної біологічної ролі.

Фізіологічна дія

Інертні гази мають фізіологічним дією, яке проявляється в їх наркотичному впливі на організм. Наркотичний ефект від вдихання аргону проявляється тільки при барометричному тиску понад 0,2 МПа [11] . В 2014 році WADA визнала аргон допінгом [12] [13] .

Зміст аргону у високих концентраціях у вдихуваному повітрі може викликати запаморочення, нудоту, блювоту, втрату свідомості і смерть від асфіксії (В результаті кисневого голодування) [14] .

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 року (IUPAC Technical Report) (Англ.) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85, no. 5. - P. 1047-1078. - DOI : 10.1351 / PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ 1 2 3 Size of argon in several environments (Англ.). www.webelements.com. Дата обігу 6 квітня 2009.
3. ↑ 1 2 3 4 Редкол .: Кнунянц І. Л. (гл. Ред.). Хімічна енциклопедія: у 5 т. - М.: Радянська енциклопедія, 1988. - Т. 1. - С. 194. - 623 с. - 100 000 прим.
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Фінкельштейн Д. Н. Глава II. Відкриття інертних газів і періодичний закон Менделєєва // інертні гази . - Изд. 2-е. - М.: Наука, 1979. - С. 30-38. - 200 с. - ( «Наука і технічний прогрес»). - 19 000 прим.
5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Фастівський В. Г., Ровинський А .., Петровський Ю. В. Глава перша. Відкриття. Походження. Поширеність. Застосування // Інертні гази. - Изд. 2-е. - М.: Атомиздат , 1972. - С. 3-13. - 352 с. - 2400 екз.
6. ↑ Mary Elvira Weeks. XVIII. The inert gases // Discovery of the elements: collected reprints of a series of articles published in the Journal of Chemical Education . - 3rd ed. rev. - Kila, MT: Kessinger Publishing, 2003. - P. 286-288. - 380 p. - ISBN 0766138720 9780766138728.
7. ↑ Argon: geological information (Англ.). www.webelements.com. Дата обігу 9 квітня 2009.
8. ↑ 1 2 3 4 5 6 Фінкельштейн Д. Н. Глава IV. Інертні гази на Землі і в космосі // інертні гази . - Изд. 2-е. - М.: Наука, 1979. - С. 76-110. - 200 с. - ( «Наука і технічний прогрес»). - 19 000 прим.
9. ↑ Science Magazine: Sign In | Science / AAAS
10. ↑ Сніжана Шабанова. Інертні досліди на людях (неопр.). Проект «Марс-500» (16 квітня 2008). Дата звернення 26 лютого 2012. Читальний зал 27 травня 2012 року.
11. ↑ Павлов Б.Н. Проблема захисту людини в екстремальних умовах гіпербаричної середовища проживання (Рос.). www.argonavt.com (15 травня 2007). Дата обігу 6 квітня 2009. Читальний зал 21 серпня 2011 року.
12. ↑ Gas used by Russian Sochi 2014 medallists banned
13. ↑ Сочі 2014. WADA прирівняла інгаляції ксенону і аргону до вживання допінгу
14. ↑ Argon (Ar) - Chemical properties, Health and Environmental effects (Англ.). www.lenntech.com. Дата обігу 6 квітня 2009. Читальний зал 22 серпня 2011 року.