آرگون

آرگون عنصری شیمیایی با نماد Ar و عدد اتمی 18 است که در گروه 18 جدول تناوبی قرار دارد و گازی نجیب است. آرگون با 0.934 (9340 ppmv) % سومین گاز فراوان در جو زمین است. فراوانی آن بیش از دو برابر بخار آب (که میانگین آن حدود 4000 ppmv است، اما بسیار متفاوت است)، 23 برابر فراوانتر از دی اکسید کربن (400 ppmv) و بیش از 500 برابر فراوانتر از نئون (18 ppmv) است. آرگون فراوان‌ترین گاز نجیب در پوسته زمین است که 0.00015٪ از پوسته را تشکیل می‌دهد. تقریباً تمام آرگون موجود در اتمسفر زمین آرگون-40 پرتوزا است که از تجزیه پتاسیم-40 در پوسته زمین به دست می‌آید. در جهان، آرگون-36 تا حد زیادی رایج‌ترین ایزوتوپ آرگون است، زیرا آسان ترین ایزوتوپ آرگون توسط سنتز هسته ستاره‌ای در ابر نو اخترها تولید می‌شود. نام "آرگون" از کلمه یونانی ἀργόν، شکل مفرد خنثی ἀργός به معنی "تنبل" یا "غیرفعال" گرفته شده است، زیرا اشاره‌ای به این واقعیت دارد که این عنصر تقریباً هیچ واکنش شیمیایی را متحمل نمی‌شود. اکتت کامل (هشت الکترون) در لایه بیرونی اتمی، آرگون را در برابر پیوند با عناصر دیگر پایدار و مقاوم می‌کند. دمای نقطه سه گانه آن K  83/8058 یک نقطه ثابت تعیین کننده در مقیاس بین المللی دما در سال 1990 است.

مشخصات

حلالیت آرگون در آب تقریباً برابر با اکسیژن است و 2.5 برابر بیشتر از نیتروژن در آب حل می‌شود. آرگون بی رنگ، بی بو، غیر قابل اشتعال و غیر سمی به عنوان جامد، مایع یا گاز است. آرگون در اکثر شرایط از نظر شیمیایی بی اثر است و در دمای اتاق هیچ ترکیب پایدار تایید شده‌ای تشکیل نمی‌دهد. اگرچه آرگون یک گاز نجیب است، اما می‌تواند برخی از ترکیبات را تحت شرایط شدید مختلف تشکیل دهد. آرگون فلوروهیدرید (HArF) ، ترکیبی از آرگون با فلوئور و هیدروژن که در دمای زیر 17 کلوین (256.1- درجه سانتیگراد؛ 429.1- درجه فارنهایت) پایدار است، نشان داده شده است. اگرچه ترکیبات شیمیایی حالت پایه خنثی آرگون در حال حاضر به HArF محدود می‌شوند، آرگون می‌تواند با آب ترکیبات clathrates را تشکیل دهد که اتم‌های آرگون در شبکه‌ای از مولکول‌های آب به دام افتاده باشند. یونها مانند ArH+ و کمپلکس‌های حالت برانگیخته، مانند ArF، نشان داده شده‌اند. محاسبات نظری چندین ترکیب آرگون دیگر را پیش‌بینی می‌کند که باید پایدار باشند اما هنوز سنتز نشده‌اند.

تاریخچه

آرگون (به یونانی ἀργόν، شکل مفرد خنثی ἀργός به معنای «تنبل» یا غیرفعال ، به دلیل عدم فعالیت شیمیایی آن نامگذاری شده است. این خاصیت شیمیایی اولین گاز نجیب که کشف شد نام‌ها را تحت تأثیر قرار داد.

آرگون اولین بار در سال 1894 توسط لرد ریلی و سر ویلیام رمزی در دانشگاه کالج لندن با حذف اکسیژن، دی اکسید کربن، آب و نیتروژن از یک نمونه هوای پاک از هوا جدا شد. آنها ابتدا این کار را با تکرار آزمایشی از هنری کاوندیش انجام دادند. آنها مخلوطی از هوای اتمسفر را با اکسیژن اضافی در یک لوله آزمایش (A) وارونه روی مقدار زیادی محلول قلیایی رقیق (B) که در آزمایش اولیه کاوندیش هیدروکسید پتاسیم بود، به دام انداختند و جریانی را از طریق آن منتقل کردند. سیم‌های عایق‌شده توسط لوله‌های شیشه‌ای U شکل (CC) که اطراف الکترودهای سیم پلاتینیوم را می‌بندند و انتهای سیم‌ها (DD) را در معرض گاز قرار می‌دهند و از محلول قلیایی عایق می‌شوند. این قوس توسط یک باتری از پنج سلول Grove و یک سیم پیچ Ruhmkorff با اندازه متوسط ​​تغذیه می‌شد.

اکسیدهای قلیایی نیتروژن تولید شده توسط قوس و همچنین دی اکسید کربن را جذب می‌کند. آن‌ها قوس را تا حدی کار کردند که حداقل برای یک یا دو ساعت دیگر کاهش حجم گاز مشاهده نشد و خطوط طیفی نیتروژن هنگام بررسی گاز ناپدید شدند. اکسیژن باقیمانده با پیروگالات قلیایی واکنش داده شد تا گازی ظاهراً غیر واکنشی را که آرگون نامیده می‌شود، به جا بگذارد. با عنوان "آرگون"، کاریکاتور لرد رایلی در Vanity Fair، 1899 قبل از جداسازی گاز، آنها مشخص کرده بودند که نیتروژن تولید شده از ترکیبات شیمیایی 0.5٪ سبکتر از نیتروژن جو است. تفاوت اندک بود، اما به اندازه کافی مهم بود که توجه آنها را برای چندین ماه جلب کند. آنها به این نتیجه رسیدند که گاز دیگری در هوا با نیتروژن مخلوط شده است. آرگون همچنین در سال 1882 از طریق تحقیقات مستقل H. F. Newall و W. N. Hartley مواجه شد. هر کدام خطوط جدیدی را در طیف انتشار هوا مشاهده کردند که با عناصر شناخته شده مطابقت نداشتند.

آرگون 0.934 درصد حجم و 1.288 درصد جرم جو زمین را تشکیل می‌دهد. هوا منبع صنعتی اولیه محصولات آرگون خالص است. آرگون از طریق تفکیک از هوا جدا می‌شود، معمولاً با تقطیر جزئی برودتی، فرآیندی که نیتروژن خالص، اکسیژن، نئون، کریپتون و زنون را نیز تولید می‌کند. پوسته زمین و آب دریا به ترتیب حاوی 1.2 ppm و 0.45 ppm آرگون هستند.

 کاربردها

یکی از کاربرد های سیلندرهای حاوی گاز آرگون استفاده در خاموش کردن آتش بدون آسیب رساندن به تجهیزات سرورها است

 آرگون چندین ویژگی مطلوب دارد:

آرگون یک گاز بی اثر شیمیایی است. زمانی که نیتروژن به اندازه کافی بی اثر نباشد، آرگون ارزان‌ترین جایگزین است. آرگون رسانایی حرارتی کمی دارد. آرگون دارای خواص الکترونیکی (یونیزاسیون و/یا طیف انتشار) است که برای برخی کاربردها مطلوب است.

 گازهای نجیب دیگر به همان اندازه برای بسیاری از این کاربردها مناسب هستند، اما آرگون به مراتب ارزان‌ترین است. آرگون ارزان است، زیرا به طور طبیعی در هوا وجود دارد و به آسانی به عنوان محصول جانبی جداسازی هوای برودتی در تولید اکسیژن مایع و نیتروژن مایع به دست می‌آید: ترکیبات اولیه هوا در مقیاس بزرگ صنعتی استفاده می‌شوند. سایر گازهای نجیب (به جز هلیوم) نیز از این طریق تولید می‌شوند، اما آرگون فراوان‌ترین آنها است. عمده کاربردهای آرگون صرفاً به این دلیل است که بی اثر و نسبتاً ارزان است.

کاربرد در فرایندهای صنعتی

آرگون در برخی از فرآیندهای صنعتی با دمای بالا استفاده می‌شود که معمولاً مواد غیر واکنشی واکنش‌پذیر می‌شوند. به عنوان مثال، برای جلوگیری از سوختن گرافیت، از جو آرگون در کوره‌های الکتریکی گرافیت استفاده می‌شود.

برای برخی از این فرآیندها، وجود گازهای نیتروژن یا اکسیژن ممکن است باعث ایجاد نقص در مواد شود. آرگون در برخی از انواع جوشکاری قوس الکتریکی مانند جوشکاری قوس فلزی با گاز و جوش قوسی تنگستن گازی و همچنین در فرآوری تیتانیوم و سایر عناصر راکتیو استفاده می‌شود. از جو آرگون نیز برای رشد کریستال‌های سیلیکون و ژرمانیوم استفاده می‌شود.

استفاده پزشکی

در روش‌های کرایوسرجری مانند کرایوآبلیشن از آرگون مایع برای تخریب بافت‌هایی مانند سلول‌های سرطانی استفاده می‌شود. این روش در روشی به نام "انعقاد تقویت شده با آرگون"، نوعی جراحی الکتریکی با پرتو پلاسمای آرگون استفاده می‌شود. این روش خطر ایجاد آمبولی گازی را به همراه دارد و منجر به مرگ حداقل یک بیمار شده است. لیزرهای آبی آرگون در جراحی برای جوش دادن عروق، از بین بردن تومورها و اصلاح عیوب چشم استفاده می‌شود. آرگون همچنین به طور تجربی برای جایگزینی نیتروژن در مخلوط تنفسی یا فشار زدایی معروف به آرگوکس، برای سرعت بخشیدن به حذف نیتروژن محلول از خون استفاده شده است.

استفاده‌‌های متفرقه

آرگون برای عایق حرارتی در پنجره‌های کم مصرف استفاده می‌شود. آرگون همچنین در غواصی فنی برای باد کردن لباس خشک استفاده می‌شود زیرا بی اثر است و رسانایی حرارتی پایینی دارد. آرگون به عنوان یک پیشران در توسعه موشک مغناطیسی تکانه‌ای متغیر (VASIMR) استفاده می‌شود. گاز آرگون فشرده اجازه انبساط دارد تا سرهای جستجوگر برخی از نسخه‌های موشک AIM-9 Sidewinder و سایر موشک‌هایی که از سر جستجوگر حرارتی خنک شده استفاده می‌کنند، خنک کند. گاز در فشار بالا ذخیره می‌شود. آرگون-39، با نیمه عمر 269 سال، برای تعدادی از کاربردها، در درجه اول تاریخ‌گذاری هسته یخ و آب‌های زیرزمینی استفاده شده است. همچنین، تاریخ‌گذاری پتاسیم-آرگون و تاریخ‌گذاری آرگون-آرگون مربوطه برای تاریخ‌گذاری سنگ‌های رسوبی، دگرگونی و آذرین استفاده می‌شود. آرگون توسط ورزشکاران به عنوان یک عامل دوپینگ برای شبیه‌سازی شرایط هیپوکسیک استفاده شده است. در سال 2014، آژانس جهانی ضد دوپینگ (WADA) آرگون و زنون را به لیست مواد و روش‌های ممنوعه اضافه کرد، اگرچه در حال حاضر هیچ آزمایش قابل اعتمادی برای سوء استفاده وجود ندارد.

ایمنی

اگرچه آرگون غیر سمی است، اما 38 درصد چگالی آن بیشتر از هوا است و بنابراین در مناطق بسته به عنوان یک گاز خفگی خطرناک در نظر گرفته می‌شود. تشخیص آن دشوار است زیرا بی رنگ، بی بو و بی مزه است. یک حادثه در سال 1994، که در آن مردی پس از ورود به بخش پر از آرگون لوله نفت در حال ساخت در آلاسکا خفه شد، خطرات نشت مخزن آرگون در فضاهای محدود را برجسته می‌کند و بر نیاز به استفاده، ذخیره‌سازی و جابجایی مناسب تاکید می‌کند.

روش‌های تولید آرگون

مخلوط گاز حاوی آرگون در ابتدا در یک واحد جداسازی برودتی برای تولید جریان آرگون خام با غلظت آرگون بین 80 تا 98 درصد پردازش می‌شود. جریان آرگون خام به واحد جداسازی غشایی منتقل می‌شود و در آنجا جدا می‌شود تا یک جریان آرگون بدون اکسیژن و یک جریان غنی از اکسیژن تولید شود. جریان غنی از اکسیژن به واحد جداسازی برودتی بازیافت می شود و جریان آرگون بدون اکسیژن به عنوان محصول یا تصفیه بیشتر بازیابی می شود.

صنعتی

آرگون به صورت صنعتی با تقطیر جزئی هوای مایع در یک واحد جداسازی هوا برودتی استخراج می‌شود. فرآیندی که نیتروژن مایع را که در 77.3 کلوین می‌جوشد، از آرگون که در 87.3 کلوین می‌جوشد و اکسیژن مایع که در 90.2 کلوین می‌جوشد، جدا می‌کند. هر سال حدود 700000 تن آرگون در سراسر جهان تولید می‌شود.

در واپاشی‌های رادیواکتیو

 آرگون 40، فراوان ترین ایزوتوپ آرگون، با تجزیه 40K  با نیمه عمر 109×1.25 سال توسط جذب الکترون یا انتشار پوزیترون تولید می‌شود. به همین دلیل، از آن در تاریخ گذاری پتاسیم-آرگون برای تعیین سن سنگ‌ها استفاده می‌شود.

 

 

منابع

  1.  "Standard Atomic Weights: Argon". CIAAW. 2017.
  2. ^ Jump up to:a b Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. p. 4.121. ISBN 1-4398-5511-0.
  3. ^ Shuen-Chen Hwang, Robert D. Lein, Daniel A. Morgan (2005). "Noble Gases". Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley. pp. 343–383. doi:10.1002/0471238961.0701190508230114.a01.
  4. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  5. ^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. pp. E110. ISBN 0-8493-0464-4.
  6. ^ In older versions of the periodic table, the noble gases were identified as Group VIIIA or as Group 0. See Group (periodic table).
  7. ^ "Material Safety Data Sheet Gaseous Argon". UIGI.com. Universal Industrial Gases, Inc. Retrieved 14 October 2013.
  8. ^ Khriachtchev, Leonid; Pettersson, Mika; Runeberg, Nino; Lundell, Jan; et al. (2000). "A stable argon compound". Nature. 406 (6798): 874–876. Bibcode:2000Natur.406..874K. doi:10.1038/35022551. PMID 10972285. S2CID 4382128.
  9. ^ Jump up to:a b Perkins, S. (26 August 2000). "HArF! Argon's not so noble after all – researchers make argon fluorohydride". Science News.
  10. ^ Belosludov, V. R.; Subbotin, O. S.; Krupskii, D. S.; Prokuda, O. V.; et al. (2006). "Microscopic model of clathrate compounds". Journal of Physics: Conference Series. 29 (1): 1–7. Bibcode:2006JPhCS..29....1B. doi:10.1088/1742-6596/29/1/001.
  11. ^ Cohen, A.; Lundell, J.; Gerber, R. B. (2003). "First compounds with argon–carbon and argon–silicon chemical bonds". Journal of Chemical Physics. 119 (13): 6415. Bibcode:2003JChPh.119.6415C. doi:10.1063/1.1613631. S2CID 95850840.
  12. ^ Hiebert, E. N. (1963). "In Noble-Gas Compounds". In Hyman, H. H. (ed.). Historical Remarks on the Discovery of Argon: The First Noble Gas. University of Chicago Press. pp. 3–20.
  13. ^ Travers, M. W. (1928). The Discovery of the Rare Gases. Edward Arnold & Co. pp. 1–7.
  14. ^ Jump up to:a b Cavendish, Henry (1785). "Experiments on Air". Philosophical Transactions of the Royal Society. 75: 372–384. Bibcode:1785RSPT...75..372C. doi:10.1098/rstl.1785.0023.
  15. ^ Lord Rayleigh; Ramsay, William (1894–1895). "Argon, a New Constituent of the Atmosphere". Proceedings of the Royal Society. 57 (1): 265–287. doi:10.1098/rspl.1894.0149. JSTOR 115394.