Аргон - таинственный элемент, который нас окружает повсюду, но мы почти ничего не знаем о его удивительных свойствах. Давайте разберемся, что представляет собой формула аргона, откуда берется этот инертный газ и где он применяется в нашей повседневной жизни.
Общая информация об аргоне
Аргон - это химический элемент с атомным номером 18. Он располагается в 18-й группе периодической системы Менделеева, которая также называется группой инертных или благородных газов.
В свободном виде аргон представляет собой бесцветный и не имеющий запаха одноатомный газ. Он отличается исключительной инертностью - устойчивых химических соединений с его участием практически не существует.
Название "аргон" происходит от греческого слова, означающего "ленивый", "инертный". Оно подчеркивает главное свойство этого химического элемента.
Строение атома и формула аргона
Атом аргона состоит из ядра, в котором находится 18 протонов и 22 нейтрона, и 18 электронов, распределенных по электронным слоям.
Электронная формула атома аргона в основном состоянии имеет следующий вид: \n 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Соответственно можно выделить 3 энергетических уровня, на которых располагаются электроны.
В химии используются различные формулы аргона для обозначения этого элемента и расчета его свойств. Например:
- Химический символ - Ar
- Относительная атомная масса - 39,948 а.е.м.
- Формула для расчета плотности:\n Dair = M / Mair
- Формула ионизационной энергии: \n EИ = 13,6 × z2 / n2
Где:
- Dair - плотность по воздуху
- M - молярная масса аргона, 40 г/моль
- Mair - молярная масса воздуха, 29 г/моль
- EИ - ионизационная энергия, эВ
- z - заряд атома аргона, +18
- n - число электронов, 18
Таким образом, используя формулы, можно рассчитать различные важнейшие характеристики аргона.
Распространение аргона в природе
В земной коре и атмосфере аргон присутствует в небольших количествах. Его содержание в воздухе составляет около 1% по объему. При этом бо́льшая часть аргона имеет радиогенное происхождение.
Аргон образуется в результате распада радиоактивного изотопа калия-40. Приблизительно 12% атомов калия-40 претерпевают так называемый электронный захват с образованием устойчивого изотопа 40Ar, который и накапливается в минералах, содержащих калий.
Именно по накоплению аргона-40 можно судить о возрасте горных пород, что лежит в основе калий-аргонового метода датирования.
В космосе же аргон распространен значительно шире, чем на Земле - примерно в 50 000 раз больше по отношению к калию.
| Изотоп | Природное содержание |
| 36Ar | 0,337% |
| 38Ar | 0,063% |
| 40Ar | 99,600% |
В земной атмосфере преобладает тяжелый стабильный изотоп 40Ar. Легкие изотопы 36Ar и 38Ar имеют космогенное происхождение.
Промышленное производство
В промышленных масштабах аргон получают как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. При температуре -185,9°C аргон переходит в жидкое состояние и конденсируется.
Однако из-за близости температур кипения аргона (-185,9°C) и кислорода (-183°C) их разделение методом ректификации затруднительно. Поэтому аргон рассматривается как посторонняя примесь в техническом кислороде, допустимая лишь на уровне 4%.
Для выделения аргона из воздуха применяются различные физико-химические методы очистки с использованием адсорбентов, химически активных веществ и мембранных технологий.
Соединения с участием аргона
Несмотря на исключительную инертность, аргон все же может образовывать соединения, хоть и крайне нестабильные.
Так, при взаимодействии аргона с фтороводородом на твердой аргоновой матрице при очень низких температурах получен гидрофторид аргона. Кроме того, известны эксимерные молекулы аргона, например ArCl, возникающие при электрическом возбуждении смесей.
Теоретически предсказывается возможность существования других соединений аргона, таких как фторид аргона ArF, оксид аргона с формулой ArO и карбид аргона ArC.
Применение в сварке и резке металлов
Одно из важнейших применений аргона - использование в качестве защитного и плазмообразующего газа при сварке, резке и наплавке металлов.
Благодаря высокой теплопроводности и химической инертности аргон:
- Защищает расплавленный металл от окисления и азотирования;
- Обеспечивает высокое качество сварного шва;
- Позволяет получать узкие резы с чистой кромкой.
Кроме чистого аргона используются смеси аргона с углекислым газом, кислородом, водородом и гелием - в зависимости от свариваемого металла и типа соединения.
Применение в осветительных приборах
Благодаря ярким спектральным линиям в видимой области аргон широко используется в газоразрядных лампах для освещения.
Например, в ртутных люминесцентных лампах в качестве инертного буферного газа заливается смесь аргона (90%) с неоном (10%), что обеспечивает эффективный перенос энергии к люминофору и высокую светоотдачу.
Кроме того, аргон применяется в лазерах на парах меди в качестве буферного газа, а также в неоновых трубках и аргоновых лампах для специальных целей.
Аргон в двойных стеклопакетах
Аргон активно используется для заполнения двух- и трехкамерных стеклопакетов в энергосберегающих окнах. Благодаря низкой теплопроводности аргон:
- Снижает конвективный перенос тепла между стеклами;
- Уменьшает теплопотери через окно;
- Исключает образование конденсата у внутреннего стекла.
По сравнению с воздухом аргон повышает сопротивление теплопередаче стеклопакета на 10-15%. При этом чистота аргона должна составлять не менее 95%.
Применение в пищевой промышленности
Аргон используется для защиты продуктов питания от окисления при их хранении и транспортировке. Упаковка с модифицированной газовой атмосферой, содержащей 60-90% аргона:
- Замедляет рост бактерий и грибков;
- Предотвращает порчу скоропортящихся продуктов;
- Сохраняет естественный цвет и аромат пищевых продуктов.
Кроме того, аргон используется для перекачивания и фасовки жидких пищевых продуктов, поскольку он химически инертен и абсолютно безопасен.
Применение в медицине
В медицине газообразный аргон с успехом используется для создания криопоражающего эффекта в ходе криохирургических операций. Струя аргона, охлажденного до температуры -160-190°C, позволяет:
- Бескровно удалять патологические образования;
- Замораживать и разрушать опухолевые ткани;
- Останавливать кровотечения;
- Сводить к минимуму повреждение здоровых тканей.
Также методом плазменной коагуляции с использованием аргона осуществляют хирургическую резекцию печени и других органов.
