Аргон — свойства и сферы применения

Аргоний

Аргоний (ArH + ) — это ион, объединяющий протон и атом аргона. Он находится в межзвездном пространстве в диффузном газообразном атомарном водороде, где доля молекулярного водорода H 2 находится в диапазоне от 0,0001 до 0,001.

Аргоний образуется, когда H 2 + реагирует с атомами Ar:

и он также образуется из ионов Ar + , произведенных космическими лучами и рентгеновскими лучами из нейтрального аргона:

Когда ArH + сталкивается с электроном, может происходить диссоциативная рекомбинация, но для электронов с меньшей энергией она происходит очень медленно, что позволяет ArH + выживать гораздо дольше, чем многие другие подобные протонированные катионы.

Искусственный ArH +, созданный из земного Ar, содержит в основном изотоп 40 Ar, а не 36 Ar, имеющийся в космическом количестве . Искусственно это делается электрическим разрядом через аргон-водородную смесь.

В Крабовидной туманности ArH + присутствует в нескольких пятнах, обнаруживаемых эмиссионными линиями . Самое сильное место — у Южного нити. Это также место с самой высокой концентрацией ионов Ar + и Ar 2+ . Плотность столбца из ArH + в Крабовидной туманности составляет от 10 до 12 и 10 13 атомов на квадратный сантиметр. Возможно, энергия, необходимая для возбуждения ионов, чтобы они могли испускаться, происходит от столкновений с электронами или молекулами водорода. К центру Млечного Пути плотность столбиков ArH + составляет около2 10 13  см −2 .

Оксид бериллия

Когда атомы бериллия реагируют с кислородом в твердой матрице аргона (или бериллий испаряется в матрицу), образуется ArBeO, который можно наблюдать по его инфракрасному спектру. Молекула бериллия сильно поляризована, и атом аргона притягивается к атому бериллия. Расчетная прочность связи Ar-Be составляет 6,7 ккал / моль (28 кДж / моль). Предполагаемая длина связи Ar-Be составляет 2,042 Å.

Циклическая молекула Be 2 O 2 может связывать два атома аргона или один аргон вместе с другим атомом благородного газа.

Аналогично, бериллий, реагируя с сероводородом и захваченный аргоновой матрицей при 4 К, образует ArBeS. Расчетная энергия связи составляет 12,8 ккал / моль (54 кДж / моль).

Получен ArBeO 2 CO (карбонат бериллия) (вместе с аддуктами Ne, Kr и Xe).

Циклическая молекула сульфита бериллия может также координировать атом аргона с атомом бериллия в твердой матрице неона или аргона.

Аргоксоний

Прогнозируется, что ион аргоксония ArOH + имеет изогнутую молекулярную геометрию в состоянии 1 1 A ‘. 3 Σ — триплетное состояние на 0,12 эВ выше по энергии, а 3 A ″ — триплетное состояние на 0,18 эВ выше. Предполагается, что связь Ar-O будет иметь длину 1,684 Å и силовую постоянную 2,988 мдин / Å 2 (2,988 10 12  Па ).

Дальнейшее чтение

• Браун, TL; Bursten, BE; LeMay, HE (2006). Дж. Чаллис; Н. Фолчетти (ред.). Химия: Центральная наука (10-е изд.). Pearson Education . стр.  276 и 289. ISBN   978-0-13-109686-8 .
• Лиде, Д.Р. (2005). «Свойства элементов и неорганических соединений; плавление, кипение, тройные и критические температуры элементов». CRC Справочник по химии и физике (86-е изд.). CRC Press . §4. ISBN   978-0-8493-0486-6 . При давлении тройной точки 69 кПа.

• История открытия aргона
• Способы получения аргона
• Физические свойства
• Химические свойства
• Виды аргона
• Применение аргона
• Применение аргона в сварке
• Вредность и опасность аргона
• Давление аргона в баллоне
• Зависимость давления аргона в баллоне от температуры воздуха
• Меры предосторожности при эксплуатации
• Хранение и транспортировка аргона

Чаще всего этот благородный газ применяют в сварочных работах, при резке металлов, при вакуумной упаковке продуктов. В некоторых огнезащитных системах его используют для пожаротушения.

• Плотность: 1,784 кг/м3.
• Температура закипания: −185,8 ˚С.
• Доля в воздушной массе: 0,9% объёма.
• Тройная точка: −189,8 ˚С.

В воде это вещество почти не растворяется, не поддерживает горение. Аргон не ядовит, например, при сварке средства защиты от этого газа не нужны.

Давление аргона в баллоне

Наименование
Объем баллона, л
Масса газа в баллоне, кг
Объем газа (м3) при Т=15°С, Р=0,1 МПа

Молекулы Ван-дер-Ваальса

Нейтральные атомы аргона очень слабо связываются с другими нейтральными атомами или молекулами с образованием ван-дер-ваальсовых молекул . Их можно получить путем расширения аргона под высоким давлением в смеси с атомами другого элемента. Расширение происходит через крошечное отверстие в вакуум и приводит к охлаждению до температур на несколько градусов выше абсолютного нуля. При более высоких температурах атомы будут слишком энергичными, чтобы оставаться вместе из-за слабых лондонских дисперсионных сил . Атомы, которые должны соединиться с аргоном, могут быть получены испарением с помощью лазера или, альтернативно, с помощью электрического разряда. Известные молекулы включают AgAr, Ag 2 Ar, NaAr, KAr, MgAr, CaAr, SrAr, ZnAr, CdAr, HgAr, SiAr, InAr, CAr, GeAr, SnAr и BAr. SiAr был сделан из атомов кремния, полученных из Si (CH 3 ) 4 .

Помимо очень слабосвязанных ван-дер-ваальсовых молекул, существуют электронно-возбужденные молекулы с такой же формулой. В качестве формулы их можно записать ArX *, где «*» указывает на возбужденное состояние . Атомы гораздо прочнее связаны ковалентной связью. Их можно смоделировать как ArX +, окруженный более высокой энергетической оболочкой с одним электроном. Этот внешний электрон может изменять энергию, обмениваясь фотонами, и поэтому может флуоресцировать. Широко используемый лазер на фториде аргона использует эксимер ArF * для получения сильного ультрафиолетового излучения на длине волны 192 нм. Лазер на хлориде аргона, использующий ArCl *, дает еще более короткий ультрафиолет на длине волны 175 нм, но он слишком слаб для применения. Хлорид аргона в этом лазере образуется из молекул аргона и хлора.

Охлажденный газ аргон может образовывать кластеры атомов. Диаргон , также известный как димер аргона, имеет энергию связи 0,012 эВ, но кластеры Ar 13 и Ar 19 имеют энергию сублимации (на атом) 0,06 эВ. Для жидкого аргона, который можно было бы записать как Ar ∞ , энергия увеличивается до 0,08 эВ. Обнаружены скопления до нескольких сотен атомов аргона. Эти кластеры аргона имеют форму икосаэдра , состоящего из оболочек атомов, расположенных вокруг центрального атома. Структура меняется для кластеров с более чем 800 атомами, чтобы напоминать крошечный кристалл с гранецентрированной кубической (ГЦК) структурой, как в твердом аргоне. Именно поверхностная энергия поддерживает форму икосаэдра , но для больших кластеров внутреннее давление будет притягивать атомы в ГЦК-структуру. Кластеры нейтрального аргона прозрачны для видимого света.

Двухатомные молекулы Ван-дер-Ваальса

ArO * также образуется, когда дикислород, захваченный в матрице аргона, подвергается воздействию вакуумного ультрафиолета . Его можно обнаружить по его свечению:

Свет, излучаемый ArO *, имеет две основные полосы: одну при 2,215 эВ и более слабую при 2,195 эВ.

Сульфид аргона ArS * люминесцирует в ближней инфракрасной области при 1,62 эВ. ArS производится из УФ-облученного OCS в матрице аргона. Возбужденные состояния длится 7,4 и 3,5 мкс для пика и полосы спектра соответственно.

Трехатомные молекулы Ван-дер-Ваальса

Кластерные молекулы, содержащие дихлор и более одного атома аргона, могут быть созданы путем нагнетания смеси 95: 5 гелия и аргона со следами хлора через сопло. ArCl 2 существует в Т-образной форме. Ar 2 Cl 2 имеет форму искаженного тетраэдра, где два атома аргона расположены на расстоянии 4,1 Å друг от друга, а их ось — на расстоянии 3,9 Å от Cl 2 . Энергия ван-дер-ваальсовой связи составляет 447 см -1 . Ar 3 Cl 2 также существует с энергией ван-дер-ваальсовой связи 776 см -1 .

ArI 2 показывает спектр, который добавляет полосы спутников к более высоким колебательным полосам I 2 . Молекула ArI 2 имеет два разных изомера, один из которых является линейным, а другой — Т-образным. Динамика ArI 2 сложна. Распад двух изомеров происходит разными путями. Т-образная форма претерпевает внутримолекулярную колебательную релаксацию, а линейная — прямо распадается. Получены кластеры дийода, I 2 Ar n .

Кластер ArClF имеет линейную форму. Атом аргона наиболее близок к атому хлора.

Линейный ArBrCl может также перегруппироваться в ArClBr или Т-образный изомер.

Множественные атомы аргона могут « сольватировать » молекулу воды , образуя монослой вокруг H 2 O. Ar 12 · H 2 O особенно стабилен, имея форму икосаэдра . Были изучены молекулы от Ar · H 2 O до Ar 14 · H 2 O.

Многоатомные молекулы Ван-дер-Ваальса

Некоторые линейные многоатомные молекулы могут образовывать Т-образные ван-дер-ваальсовы комплексы с аргоном. К ним относятся NCCN , диоксид углерода , закись азота , ацетилен , оксисульфид углерода и ClCN . Другие присоединяют атом аргона на одном конце, чтобы оставаться линейным, включая HCN .

Другие многоатомные ван-дер-ваальсовы соединения аргона включают соединения фторбензола , формильного радикала (ArHCO), 7-азаиндола , глиоксаля , хлорида натрия (ArNaCl), ArHCl и циклопентанона .

Соединения урана

CUO в твердой матрице аргона может связывать один или несколько атомов аргона с образованием CUO · Ar, CUO · Ar 3 или CUO · Ar 4 . Сам CUO производится путем испарения атомов урана в окись углерода . Уран действует как сильная кислота Льюиса в CUO и образует связи с энергией около 3,2 ккал / моль (13,4 кДж / моль) с аргоном. Аргон действует как основание Льюиса . Его электронная плотность вставлена ​​на пустую 6d-орбиталь атома урана. Спектр CUO изменяется аргоном, так что частота растяжения U-O изменяется с 872,2 до 804,3 см -1, а частота растяжения U-C от 1047,3 до 852,5 см -1 . Существенное изменение в спектре происходит из-за того, что CUO переходит из синглетного состояния (в газовой фазе или твердом неоне) в триплетное состояние с образованием комплекса с аргоном или благородным газом. Длина связи аргон – уран составляет 3,16 Å. Это меньше суммы атомных радиусов U и Ar, равной 3,25 Å, но значительно длиннее, чем обычная ковалентная связь с ураном. Например, U-Cl в UCl 6 составляет 2,49 Å. Когда ксенон входит в матрицу твердого аргона до нескольких процентов, образуются дополнительные ван-дер-ваальсовы молекулы: CUO · Ar 3 Xe, CUO · Ar 2 Xe 2 , CUO · ArXe 3 и CUO · Xe 4 . Аналогичным образом криптон может заменять аргон в CUO · Ar 3 Kr, CUO · Ar 2 Kr 2 , CUO · ArKr 3 и CUO · Kr 4 . Эти молекулы имеют примерно октаэдрическую форму с урановым центром и атомами благородного газа вокруг экватора.

может связывать до пяти атомов благородных газов в кольцо вокруг линейного O == O ядро. Эти молекулы образуются, когда металлический уран подвергается лазерной абляции в дикислород. Это производит UO, UO 2 , UO 3 , U + и, что важно, . затем конденсируется в матрицу благородного газа, либо чистый элемент, либо смесь. Более тяжелые атомы благородных газов будут иметь тенденцию вытеснять более легкие атомы. Полученные таким образом ионные молекулы включают , , , , , , , , , , , , и , которые идентифицируются по сдвигу частоты антисимметричного растяжения U = O.

Конденсированный в твердом аргоне нейтральный UO 2 переводится из одного электронного состояния в другое под действием лигандов из атомов аргона. В аргоне электронная конфигурация 5f 2 (δφ), тогда как в неоне 5f 1 7s 1 (состояние 3 H 4g по сравнению с 3 Φ 2u ). Это связано с тем, что атомы аргона имеют большее разрыхляющее взаимодействие с электроном 7s 1 , заставляя его переходить в другую подоболочку. Аргонированное соединение имеет частоту растяжения 776 см -1 по сравнению с 914,8 см -1 в неоне . Молекула диоксида урана аргона, вероятно, представляет собой UO 2 Ar 5 .

Другие соединения переходных металлов

ArNiN 2 связывает аргон с 11,52 ккал / моль. Частота изгиба ArN 2 изменяется с 310,7 до 358,7 см -1, когда аргон присоединяется к атому никеля.

Приложения

Баллоны с газообразным аргоном для пожаротушения без повреждения серверного оборудования.

Аргон обладает несколькими желательными свойствами:

• Аргон — химически инертный газ .
• Аргон — самая дешевая альтернатива, когда азот недостаточно инертен.
• Аргон обладает низкой теплопроводностью .
• Аргон обладает электронными свойствами (ионизацией и / или спектром излучения), желательными для некоторых приложений.

Другие благородные газы также подходят для большинства этих применений, но аргон, безусловно, самый дешевый. Аргон стоит недорого, поскольку он естественным образом встречается в воздухе и легко получается как побочный продукт криогенного разделения воздуха при производстве жидкого кислорода и жидкого азота : основные компоненты воздуха используются в крупных промышленных масштабах. Другие благородные газы (кроме гелия ) также производятся таким образом, но аргон, безусловно, является наиболее распространенным. Основная часть применений аргона возникает просто потому, что он инертен и относительно дешев.

Аргон используется в некоторых высокотемпературных промышленных процессах, где обычно нереактивные вещества становятся реактивными. Например, в графитовых электрических печах используется атмосфера аргона для предотвращения горения графита.

Для некоторых из этих процессов присутствие газов азота или кислорода может вызвать дефекты в материале. Аргон используется в некоторых типах дуговой сварки, таких как газовая дуговая сварка металлическим электродом и газовая дуговая сварка вольфрамом , а также при обработке титана и других реактивных элементов. Атмосфера аргона также используется для выращивания кристаллов кремния и германия .

Аргон используется в птицеводстве для удушения птиц либо для массовой выбраковки после вспышек болезней, либо как средство убоя, более гуманное, чем электрическое оглушение . Аргон плотнее воздуха и вытесняет кислород близко к земле во время удушья инертным газом . Его нереактивная природа делает его пригодным в пищевом продукте, а поскольку он заменяет кислород в мертвой птице, аргон также увеличивает срок хранения.

Иногда аргон используется для тушения пожаров, когда ценное оборудование может быть повреждено водой или пеной.

В университете Линчёпинга, Швеция, инертный газ используется в вакуумной камере, в которую вводится плазма для ионизации металлических пленок. В результате этого процесса получается пленка, которую можно использовать для производства компьютерных процессоров. Новый процесс устранит необходимость в химических ваннах и использовании дорогих, опасных и редких материалов.

Образец цезия упаковывают в атмосфере аргона, чтобы избежать реакции с воздухом.

Аргон используется для вытеснения воздуха, содержащего кислород и влагу, в упаковочном материале, чтобы продлить срок хранения содержимого (аргон имеет европейский код пищевой добавки E938). Воздушное окисление, гидролиз и другие химические реакции, приводящие к разложению продуктов, замедляются или полностью предотвращаются. Химические вещества высокой чистоты и фармацевтические препараты иногда упаковываются и запечатываются в аргоне.

В виноделии аргон используется в различных сферах деятельности, чтобы создать барьер против кислорода на поверхности жидкости, который может испортить вино, подпитывая как микробный метаболизм (как в случае с бактериями уксусной кислоты ), так и стандартную окислительно-восстановительную химию.

Иногда аргон используется в качестве пропеллента в аэрозольных баллончиках.

Аргон также используется в качестве консерванта для таких продуктов, как лак , полиуретан и краска, путем вытеснения воздуха для подготовки контейнера к хранению.

С 2002 года Американский национальный архив хранит важные национальные документы, такие как Декларация независимости и Конституция, в заполненных аргоном ящиках, чтобы предотвратить их разложение. Аргон предпочтительнее гелия, который использовался в предыдущие пять десятилетий, потому что газообразный гелий выходит через межмолекулярные поры в большинстве контейнеров и должен регулярно заменяться.

Аргон может использоваться в качестве инертного газа в линиях Шленка и перчаточных боксах . Аргон предпочтительнее менее дорогого азота в тех случаях, когда азот может реагировать с реагентами или аппаратом.

Аргон можно использовать в качестве газа-носителя в газовой хроматографии и масс-спектрометрии с ионизацией электрораспылением ; это предпочтительный газ для плазмы, используемой в ICP . Аргон предпочтителен для нанесения покрытий на образцы для сканирующей электронной микроскопии . Газ аргон также обычно используется для тонких пленок в очистки пластин в микротехнологиях

В процедурах , таких как криоабляция, используется жидкий аргон для разрушения тканей, например раковых клеток. Он используется в процедуре, называемой «коагуляция с усилением аргона», разновидностью пучком аргоновой . Процедура сопряжена с риском и привела к смерти как минимум одного пациента.

Лазеры на синем используются в хирургии для сварки артерий, разрушения опухолей и исправления дефектов глаз.

Аргон также использовался экспериментально для замены азота в смеси для дыхания или декомпрессии, известной как Argox , для ускорения удаления растворенного азота из крови.

Лампы накаливания заполнены аргоном, чтобы предохранить нити от окисления при высокой температуре. Он используется для определенного способа ионизации и излучения света, например, в плазменных шарах и калориметрии в экспериментальной физике элементарных частиц . Газоразрядные лампы, наполненные чистым аргоном, излучают сиреневый / фиолетовый свет; с аргоном и ртутью, синий свет. Аргон также используется в синих и зеленых аргон-ионных лазерах .

Аргон используется для теплоизоляции в энергосберегающих окнах . Аргон также используется в техническом подводном плавании с для надувания сухого костюма, поскольку он инертен и имеет низкую теплопроводность.

Аргон используется в качестве топлива при разработке магнитоплазменной ракеты с переменным удельным импульсом (VASIMR). Сжатый газ аргон может расширяться для охлаждения головок ГСН некоторых версий ракеты AIM-9 Sidewinder и других ракет, в которых используются охлаждаемые головки ГСН. Газ хранится под высоким давлением .

Аргон-39 с периодом полураспада 269 лет использовался для ряда приложений, в первую очередь для датирования и грунтовых вод . Кроме того, датирование калий-аргоновым и связанное с ним аргон-аргоном используется для датирования осадочных , метаморфических и магматических пород .

Атлеты использовали аргон в качестве допинга для имитации гипоксических состояний. В 2014 году Всемирное антидопинговое агентство (WADA) добавило аргон и ксенон в список запрещенных веществ и методов, хотя в настоящее время нет надежного теста на злоупотребление.

Кластерные катионы аргона

Diargon катион, имеет энергию связи 1,29 эВ.

Катион трехаргона является линейным, но имеет одну связь Ar-Ar короче другой. Длина связки составляет 2,47 и 2,73 . Энергия диссоциации до Ar и Ar 2 + составляет 0,2 эВ. В соответствии с асимметрией молекулы, заряд рассчитывается как +0,10, +0,58 и +0,32 на каждом атоме аргона, так что он очень похож на связан с нейтральным атомом Ar.

Более крупные заряженные кластеры аргона также обнаруживаются с помощью масс-спектроскопии. Катион тетрааргона также является линейным. икосаэдрические кластеры имеют ядро, тогда как является диоктаэдрическим с основной. Линейный ядро имеет заряд +0,1 на внешних атомах и +0,4 заряда на каждом или внутренних атомах. Для более крупных заряженных кластеров аргона заряд не распределяется более чем на четыре атома. Вместо этого нейтральные внешние атомы притягиваются наведенной электрической поляризацией. Заряженные кластеры аргона поглощают излучение от ближнего инфракрасного диапазона до видимого и ультрафиолетового. Заряд ядра, , или называется хромофором . Его спектр видоизменяется присоединением первой оболочки нейтральных атомов. Более крупные кластеры имеют тот же спектр, что и более мелкие. Когда фотоны поглощаются хромофором , он сначала возбуждается электронно , но затем энергия передается всему кластеру в виде колебаний . Избыточная энергия удаляется внешними атомами, испаряющимися из кластера по одному. Процесс разрушения кластера светом называется фотофрагментацией .

Отрицательно заряженные кластеры аргона термодинамически нестабильны и поэтому не могут существовать. Аргон имеет отрицательное сродство к электрону .

ArHN+ 2

был произведен при расширении сверхзвуковой струи газа и обнаружен с помощью с преобразованием Фурье . Молекула линейна, с атомами в порядке Ar-H-N-N. Расстояние Ar-H составляет 1,864 Å. Между водородом и аргоном существует более прочная связь, чем в ArHCO

Молекула образуется по следующей реакции:

Внешние ссылки

• Аргон в Периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
• Периодическая таблица USGS — аргон
• Дайвинг: почему аргон?

Зависимость давления аргона в баллоне от температуры воздуха

Температура окружающей среды
Давление в баллоне, МПа

Водный аргон

Растворенный в воде аргон вызывает повышение pH до 8,0, по-видимому, за счет уменьшения количества атомов кислорода, способных связывать протоны.

Со льдом аргон образует клатратный гидрат . До 0,6 ГПа клатрат имеет кубическую структуру. Между 0,7 и 1,1 ГПа клатрат имеет тетрагональную структуру. В диапазоне от 1,1 до 6,0 ГПа структура является объемно-центрированной орторомбической. Свыше 6,1 ГПа клатрат превращается в твердый аргон и лед VII . При атмосферном давлении клатрат стабилен ниже 147 К. При 295 К давление аргона из клатрата составляет 108 МПа.

ArN 2 O +

ArN 2 O + поглощает фотоны в четырех диапазонах длин волн от фиолетового до ультрафиолета, что приводит к распаду молекулы. Полосы 445–420, 415–390, 390–370 и 342 нм.

Характеристики

Небольшой кусочек быстро плавящегося твердого аргона

Аргон имеет примерно такую ​​же растворимость в воде, как кислород, и в 2,5 раза более растворим в воде, чем азот . Аргон не имеет цвета, запаха, негорючего вещества и нетоксичен как твердое вещество, жидкость или газ. Аргон химически инертен в большинстве условий и не образует подтвержденных стабильных соединений при комнатной температуре.

Хотя аргон является благородным газом , он может образовывать некоторые соединения в различных экстремальных условиях. Был продемонстрирован фторгидрид аргона (HArF), соединение аргона с фтором и водородом , которое стабильно ниже 17 К (-256,1 ° C; -429,1 ° F). Хотя нейтральные химические соединения аргона в основном состоянии в настоящее время ограничиваются HArF, аргон может образовывать клатраты с водой, когда атомы аргона захватываются решеткой молекул воды. Ионы , такие как ArH , и комплексы в возбужденном состоянии , такие как ArF. Теоретический расчет предсказывает еще несколько соединений аргона, которые должны быть стабильными, но еще не синтезированы.

История

A: пробирка, B: разбавленная щелочь, C: U-образная стеклянная трубка, D: платиновый электрод

Аргон ( греч. , форма единственного числа от означает «ленивый» или «неактивный») назван в связи с его химической неактивностью. Это химическое свойство этого первого открытого благородного газа произвело впечатление на авторов названий. Генри Кавендиш подозревал, что инертный газ является компонентом воздуха в 1785 году.

Аргон был впервые выделен из воздуха в 1894 году лордом Рэли и сэром Уильямом Рамзи в Университетском колледже Лондона путем удаления кислорода , углекислого газа , воды и азота из образца чистого воздуха. Они впервые достигли этого, повторив эксперимент Генри Кавендиша . Они захватили смесь атмосферного воздуха с дополнительным кислородом в пробирке (A) вверх ногами над большим количеством разбавленного раствора щелочи (B), который в первоначальном эксперименте Кавендиша был гидроксидом калия, и пропустили ток через провода, изолированные U-образные стеклянные трубки (CC), которые герметично закрываются вокруг электродов из платиновой проволоки, оставляя концы проволоки (DD) открытыми для газа и изолированными от раствора щелочи. Дуга питалась от батареи из пяти ячеек Гроув и катушки Румкорфа среднего размера. Щелочь поглощала оксиды азота, образующиеся при дуге, а также диоксид углерода. Они включили дугу до тех пор, пока уменьшение объема газа не перестанет наблюдаться в течение по крайней мере часа или двух, а спектральные линии азота не исчезнут при исследовании газа. Оставшийся кислород прореагировал с щелочным пирогаллатом, оставив после себя явно нереактивный газ, который они назвали аргоном.

Прежде чем изолировать газ, они определили, что азот, полученный из химических соединений, на 0,5% легче азота из атмосферы. Разница была небольшой, но достаточно важной, чтобы привлекать их внимание на многие месяцы. Они пришли к выводу, что в воздухе есть еще один газ, смешанный с азотом. Аргон также был обнаружен в 1882 году в результате независимых исследований Х. Ф. Ньюэлла и У. Н. Хартли. Каждый наблюдал новые линии в спектре излучения воздуха, которые не соответствовали известным элементам.

До 1957 года символ аргона был «A», но теперь это «Ar».

Диоксид углерода – ион аргона

могут быть рады сформировать * где положительный заряд перемещается от части двуокиси углерода к аргону. Эта молекула может встречаться в верхних слоях атмосферы. Экспериментально молекула сделана из низкого давления газа аргона с 0,1% двуокисью углерода , облучаемого посредством 150 V электронного пучка . Аргон ионизируется и может передавать заряд молекуле углекислого газа. Энергия диссоциации составляет 0,26 эВ.

Применение аргона

Где используется аргон? В промышленности много сфер его применения. Например, в химических реакциях для вытеснения из вещества кислорода. Эксплуатация аргона обходится дешевле в сравнении с иными инертными газами. Он формирует защитную среду при сварке метизов, вытесняет воду и кислород в резервуарах для хранения продуктов.

Аргоном наполняют колбы осветительных приборов — ламп накаливания. С ним приборы дольше и ярче светят. Применяют аргон и при изготовлении люминесцентных ламп. С ним легче зажигается электродуга, дольше служат электроды.

Аргоном заполняют стеклопакеты для окон, чтобы повысить их звуко- и теплоизоляцию. Газ прозрачен и позволяет оконным компаниям выпускать многослойные стеклопакеты с аргоном без ущерба для их светопрозрачности.

Применяют инертный газ и при плазменной резке металлоизделий. С ним дуга возникает при небольшом напряжении, можно использовать конструктивно простые аппараты. Когда с применением аргона генерируется плазма, получают минимум вредных летучих соединений при обработке металла. Вот почему для ручных аппаратов аргон — лучший компаньон.

Аргон применяют и в медицине. С его помощью выполняют аргоновую коагуляцию, удаляют новообразования, останавливают кровотечения.

В химической промышленности с использованием аргона получают сверхчистые вещества, анализируют их. В металлургии с помощью Ar перемешивают расплавленные вещества, обрабатывают тантал, титан, цирконий, бериллий и иные металлы. Инертный газ помогает сокращать окисление хрома при выпуске покрытой хромом стали.

Виды аргона

Обнаружены изотопы аргона с атомной массой от 29 до 54. В воздухе 3 вида изотопов Ar:

• 40 (коэффициент распространения 99,600 %);
• 36 (коэффициент распространения 0,337 %);
• 38 (коэффициент распространения 0,063 %).

Агрегатных состояний три:

• жидкость — хранится в специальных емкостях и в дальнейшем газифицируется;
• газ;
• твердое тело.

Карбонильные соединения

Группа 6 элементов могут образовывать реактивные Penta карбонилов , которые могут взаимодействовать с аргоном. На самом деле это были соединения аргона, открытые в 1975 году, и они были известны до открытия HArF, но обычно игнорируются. Вольфрам обычно образует гексакарбонил , но под воздействием ультрафиолетового излучения превращается в реактивный пентакарбонил. Когда он конденсируется в матрицу благородного газа, инфракрасный и ультрафиолетовый спектр значительно варьируется в зависимости от используемого благородного газа. Это связано с тем, что присутствующий благородный газ связывается с вакантной позицией на атоме вольфрама. Аналогичные результаты наблюдаются также с молибденом и хромом . Аргон очень слабо связан с вольфрамом в ArW (CO) 5 . Предполагаемая длина связи Ar-W составляет 2,852 Å. Это же вещество кратковременно образуется в сверхкритическом аргоне при 21 ° C. Для ArCr (CO) 5 максимум полосы находится при 533 нм (по сравнению с 624 нм в неоне и 518 нм в криптоне ). При образовании 18-электронных комплексов сдвиг спектра из-за различных матриц был намного меньше, всего около 5 нм. Это ясно указывает на образование молекулы с использованием атомов из матрицы.

Другие карбонилы и комплексные карбонилы также сообщают о связывании с аргоном. К ним относятся Ru (CO) 2 (PMe 3 ) 2 Ar, Ru (CO) 2 ( dmpe ) 2 Ar, η 6 -C 6 H 6 Cr (CO) 2 Ar. Доказательства также существуют для ArHMn (CO) 4 , ArCH 3 Mn (CO) 4 и fac — ( η 2 -dfepe) Cr (CO) 3 Ar.

Другие комплексы благородных газов были изучены фотолизом карбонилов, растворенных в жидком инертном газе, возможно, под давлением. Эти комплексы Kr или Xe распадаются в масштабе секунд, но аргон, похоже, не исследовался таким образом. Преимущество жидких благородных газов заключается в том, что среда полностью прозрачна для инфракрасного излучения, которое необходимо для изучения колебаний связи в растворенном веществе.

Были предприняты попытки изучить аддукты карбонил-аргон в газовой фазе, но взаимодействие оказалось слишком слабым для наблюдения спектра. В газовой форме линии поглощения расширяются на полосы из-за свободного вращения, которое происходит в газе. Аддукты аргона в жидкостях или газах нестабильны, поскольку молекулы легко реагируют с другими продуктами фотолиза или димеризуются , удаляя аргон.

Способы получения аргона

В значительном объеме газ содержится в воздухе. Поэтому его выделяют из воздушной массы с помощью низкотемпературных ректификационных установок. Этот процесс протекает в несколько этапов:

• Воздух очищают от пылевых частиц, сжимают до получения жидкости.
• В жидком виде воздух из азота, кислорода, аргона ректифицируют.
• Отделив азот, смесь кислорода и аргона подвергают очистке, используя электролитический водород.

В ректификационной установке инертный газ кипит при −185,3˚С, кислород — на три градуса выше, азот — на тринадцать ниже.

Аргон также получают в процессах производства как побочный продукт. Его извлекают, производя аммиак. В данном случае Ar смешан с азотом и не представляет ценности, стоит намного дешевле криогенного аргона.

ArHCO +

ArHCO + был получен при расширении сверхзвуковой струи газа и обнаружен с помощью микроволновой спектроскопии с преобразованием Фурье типа Фабри – Перо.

Молекула образуется в результате этой реакции

Полигидриды аргона

Дигидрокатион аргона было предсказано, что он существует и может быть обнаружен в межзвездной среде . Однако по состоянию на 2021 г. он не обнаружен. предсказывается, чтобы быть линейным в форме Ar − H − H. Расстояние H − H составляет 0,94 Å. Барьер диссоциации составляет всего 2 ккал / моль (8 кДж / моль), а легко теряет атом водорода с образованием ArH + . Силовая постоянная связи ArH в этом случае составляет 1,895 м дин / Å 2 (1,895 10 12  Па ).

Триводородный катион аргона наблюдается в лаборатории. ArH 2 D + , и также наблюдались. Трехводородный катион аргона имеет плоскую форму, с атомом аргона вне вершины треугольника атомов водорода.

Твердые соединения

Арман Готье заметил, что горная порода содержит аргон (а также азот), который высвобождается при растворении породы в кислоте, однако научное сообщество игнорирует то, как аргон соединяется в породе.

У твердого бакминстерфуллерена есть небольшие промежутки между шариками C 60 . При давлении 200 МПа и нагревании при 200 ° C в течение 12 часов аргон может быть внедрен в твердое вещество с образованием кристаллического Ar 1 C 60 . Как только он остынет, он будет стабильным при стандартных условиях в течение нескольких месяцев. Атомы аргона занимают октаэдрические междоузлия. Размер кристаллической решетки почти не меняется при комнатной температуре, но он немного больше, чем у чистого C 60 ниже 265 K. Однако аргон останавливает вращение букиболов при температуре ниже 250 K, более низкой температуры, чем у чистого C 60 .

Твердый C 70 также будет поглощать аргон под давлением 200 МПа и при температуре 200 ° C. C 70 · Ar содержит аргон в октаэдрических узлах и имеет структуру каменной соли с кубическими кристаллами, в которых параметр решетки составляет 15,001 Å. Это сопоставимо с параметром решетки чистого C 70, равным 14,964 Å, поэтому аргон заставляет кристаллы немного расширяться. Эллипсоидные шары C 70 свободно вращаются в твердом теле, они не фиксируются на своем месте дополнительными атомами аргона, заполняющими отверстия. При хранении твердого вещества в стандартных условиях аргон постепенно уходит в течение нескольких дней, так что C 70 · Ar менее стабилен, чем C 60 · Ar. Вероятно, это связано с формой и внутренним вращением, обеспечивающим каналы, по которым могут перемещаться атомы Ar.

Когда фуллерены растворяются и кристаллизуются из толуола , могут образовываться твердые вещества с толуолом, включенным как часть кристалла. Однако, если эту кристаллизацию проводят в атмосфере аргона высокого давления, толуол не включается, его заменяют аргоном. Затем аргон удаляют из полученного кристалла путем нагревания с получением несольватированного твердого фуллерена.

Аргон образует клатрат с гидрохиноном (HOC 6 H 4 OH) 3 • Ar. При кристаллизации из бензола под давлением 20 атмосфер аргона получается хорошо выраженная структура, содержащая аргон. Известен также клатрат аргон- фенола 4C 6 H 5 OH • Ar. Он имеет энергию связи 40 кДж / моль. Другие замещенные фенолы также могут кристаллизоваться с помощью аргона. Клатрат аргона и воды описан в разделе « Водный аргон ».

Согласно прогнозам, дифторид аргона, ArF 2 , будет стабильным при давлениях более 57 ГПа. Это должен быть электроизолятор.

Ne 2 Ar и Ar 2 Ne

При температуре около 4 К есть две фазы, в которых неон и аргон смешиваются в твердом состоянии: Ne 2 Ar и Ar 2 Ne. С Kr твердый аргон образует неорганизованную смесь.

Под высоким давлением с водородом и кислородом образуются стехиометрические твердые вещества: Ar (H 2 ) 2 и Ar (O 2 ) 3 .

Ar (H 2 ) 2 кристаллизуется в гексагональной фазе C14 MgZn 2 . Он стабилен как минимум до 200 ГПа, но, по прогнозам, при 250 ГПа изменится на структуру AlB . При еще более высоких давлениях молекулы водорода должны распадаться с последующей металлизацией.

ArO и ArO 6

Кислород и аргон под давлением при комнатной температуре образуют несколько различных сплавов с различной кристаллической структурой. Атомы аргона и молекулы кислорода похожи по размеру, поэтому диапазон смешиваемости больше, чем у других газовых смесей. Твердый аргон может растворять до 5% кислорода без изменения структуры. Ниже 50% кислорода существует гексагональная плотноупакованная фаза. Это стабильно от примерно 3GPa до 8.5 GPa. Типичная формула — ArO. При большем количестве кислорода между 5,5 и 7 ГПа существует кубическая структура Pm 3 n , но при более высоком давлении она меняется на форму пространственной группы I -42 d . При более чем 8,5 ГПа эти сплавы разделяются на твердый аргон и ε-кислород. Кубическая структура имеет край элементарной ячейки 5,7828 Å при 6,9 ГПа. Типичная формула — Ar (O 2 ) 3 .

Использование теории функционала плотности Arhe 2 предсказано существование с MgCu 2 Лавесом фазовой структурой при высоких давлениях ниже 13,8 ГПА. Выше 13,8 ГПа трансформируется в структуру AlB 2 .

Под давлением аргон вводится в цеолит . Аргон имеет атомный радиус 1,8 Å, поэтому он может проникать в поры, если они достаточно большие. Каждая элементарная ячейка цеолита TON может содержать до 5 атомов аргона по сравнению с 12 атомами неона. Цеолит TON (Ar-TON), пропитанный аргоном, более сжимаем, чем Ne-TON, поскольку незанятые поры становятся эллиптическими под повышенным давлением. Когда Ar-TON доводится до атмосферного давления, аргон только медленно десорбируется, так что некоторое количество остается в твердом теле без внешнего давления в течение суток.

При 140 ГПа и 1500 К никель и аргон образуют сплав NiAr. NiAr стабилен при комнатной температуре и давлении всего 99 ГПа. Он имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) структуру. Состав металлический. Каждый атом никеля теряет 0,2 электрона по отношению к атому аргона, который, таким образом, является окислителем. Это контрастирует с Ni 3 Xe, в котором никель является окислителем. Объем соединения ArNi на 5% меньше объема отдельных элементов при этих давлениях. Если это соединение существует в ядре Земли, это могло бы объяснить, почему существует только половина аргона-40, который должен образовываться во время радиоактивного распада, вызывающего геотермальный нагрев .

История открытия aргона

Первооткрыватели — Джон Стретт и Вильям Рамзай. Они обнаружили включение аргона, исследуя азот. Его они прежде получили из воздуха в ходе химических реакций. При разных способах извлечения азот приобретал различную плотность. Поэтому ученые заподозрили присутствие инертного газа. Его они выделили в 1894 году. Значение слова argon — «ленивый», что отражает неактивность вещества в отношении других элементов.

Сорта аргона

Отличие сортов вещества заключается в показателе объемной доли содержания основного газа и дополнительных примесей. В смеси кроме самого аргона еще есть:

• Водяные пары.
• Углеродсодержащие соединения.
• Азот.

В зависимости от состава, вещество по-разному ведет себя с металлами. Стоит заранее подумать о том, какой металл предстоит сваривать, какой результат вы планируете получить.

В продаже есть три сорта аргона для сварки:

• Высший. Считается самым чистым и качественным. По стандарту допускается содержание основного газа не менее 99,993%. В составе может быть незначительное количество кислорода и азота — 0,0007% и 0,005% соответственно.
  Лучше всего высший сорт показывает себя, если нужно работать с титаном, цирконием, молибденом. Он подойдет для сварки на ответственных участках, когда нужно смонтировать опоры, несущие конструкции или соединить два отрезка нержавеющей стали. Соединение получается ровным и качественным. Сам газ при этом — наиболее дорогой из представленных в продаже.
• Первый. Состав также определяется по ГОСТ. Аргона в нем 99,987%. Добавляется кислород и азот в содержании не более 0,002% и 0,01% соответственно.
  Рекомендуем использовать такой тип вещества, если предстоит сварка алюминия, магния и других сплавов, отличающихся малой чувствительностью к составу газовой смеси. Первый сорт дешевле высшего, но примеси с некоторыми материалами могут давать дефекты шва.
• Второй. Процентное содержание аргона должно держаться на уровне 99,95. Допускаются другие примеси.
  Это самый доступный вариант газа. Он хорошо показывает себя при работе с жаропрочными сплавами, подойдет для нержавейки и алюминия. Если противопоказаний к использованию смеси с посторонними включениями нет, можете использовать такой вариант.

Наша компания поставляет сварочные смеси с точно определенным составом. Это гарантирует, что при проведении сварки вы не получите дефектов из-за того, что газовая среда не соответствует заявленным показателям.

Клиенты задают вопрос о том, допускается ли присутствие кислорода и углекислота. Это допускается, но важно, чтобы процентная концентрация не выходила за пределы, прописанных в ГОСТ.

Производство

Аргон извлекается промышленным способом на фракционной перегонкой из жидкого воздуха в криогенной сепарации воздуха блока; процесс отделения жидкого азота с температурой кипения 77,3 К от аргона с температурой кипения 87,3 К и жидкого кислорода с температурой кипения 90,2 К. Ежегодно во всем мире производится около 700 000 тонн аргона.

В радиоактивных распадах

40 Ar , самый распространенный изотоп аргона, образуется при распаде 40 K с периодом полураспада 1,25 10 лет в результате захвата электронов или эмиссии позитронов . По этой причине он используется при калий-аргонном датировании для определения возраста горных пород.

Моногалогениды металлов чеканки

Моногалогениды металлов аргона были первыми открытыми галогенидами металлов из благородных газов, когда молекулы моногалогенидов металла пропускались через струю аргона. Впервые они были обнаружены в Ванкувере в 2000 году. Были приготовлены ArMX с M = Cu , Ag или Au и X = F , Cl или Br . Молекулы линейны. В ArAuCl связь Ar-Au составляет 2,47 Å, частота растяжения составляет 198 см -1, а энергия диссоциации составляет 47 кДж / моль. Также был сделан ArAgBr. ArAgF имеет энергию диссоциации 21 кДж / моль. Длина связи Ar-Ag в этих молекулах составляет 2,6 Å. ArAgCl изоэлектронен с что более известно. Длина связи Ar – Cu в этих молекулах составляет 2,25 Å.