Применение аргона. Аргон инертный газ. Общие сведения об открытиях благородных газов. Открытие аргона Разбор элемента аргон

Химия

Аргон химический элемент

В 1785 г. английский химик и физик Г. Кавендиш обнаружил в воздухе какой-то новый газ, необыкновенно устойчивый химически. На долю этого газа приходилась примерно одна сто двадцатая часть объема воздуха. Но что это за газ, Кавендишу выяснить не удалось.

Об этом опыте вспомнили 107 лет спустя, когда Джон Уильям Стратт (лорд Рэлей) натолкнулся на ту же примесь, заметив, что азот воздуха тяжелее, чем азот , выделенный из соединений. Не найдя достоверного объяснения аномалии, Рэлей через журнал «Nature» обратился к коллегам-естествоиспытателям с предложением вместе подумать и поработать над разгадкой ее причин...

Спустя два года Рэлей и У. Рамзай установили, что в азоте воздуха действительно есть примесь неизвестного газа, более тяжелого, чем азот, и крайне инертного химически.

Когда они выступили с публичным сообщением о своем открытии, это произвело ошеломляющее впечатление. Многим казалось невероятным, чтобы несколько поколений ученых, выполнивших тысячи анализов воздуха, проглядели его составную часть, да еще такую заметную - почти процент!

Кстати, именно в этот день и час, 13 августа 1894 г., аргон и получил свое имя, которое в переводе с греческого значит «недеятельный» . Его предложил председательствовавший на собрании доктор Медан.

Между тем нет ничего удивительного в том, что аргон так долго ускользал от ученых. Ведь в природе он себя решительно ничем не проявлял! Напрашивается параллель с ядерной энергией: говоря о трудностях ее выявления, А. Эйнштейн заметил, что нелегко распознать богача, если он не тратит своих денег...

Скепсис ученых был быстро развеян экспериментальной проверкой и установлением физических констант аргона. Но не обошлось без моральных издержек: расстроенный нападками коллег (главным образом химиков) Рэлей оставил изучение аргона и химию вообще и сосредоточил свои интересы на физических проблемах. Большой ученый. он и в физике достиг выдающихся результатов, за что в 1904 г. был удостоен Нобелевской премии. Тогда в Стокгольме он вновь встретился с Рамзаем, который в тот же день получал Нобелевскую премию за открытие и исследование благородных газов, в том числе и аргона.

Облик «недеятельного» газа

Химическая инертность аргона (как и других газов этой группы) и одноатомность его молекул объясняются прежде всего предельной насыщенностью электронных оболочек. Тем не менее разговор о химии аргона сегодня не беспредметен.

Есть основания считать, что исключительно нестойкое соединение Hg -Ar, образующееся в электрическом разряде, - это подлинно химическое (валентное) соединение. Не исключено, что будут получены валентные соединения аргона с фтором и кислородом , которые, скорее всего, будут неустойчивыми, как нестойки и даже взрывоопасны окислы ксенона - газа, более тяжелого и явно более склонного к химическим реакциям, чем аргон.

Еще в конце прошлого века француз Вийяр, сжимая аргон под водой при 0°С, получил кристаллогидрат состава Ar-6Н 2 О, а в 20-30-х годах XX столетия Б. А. Никитиным, Р. А. Франкраном и другими исследователями при повышенных давлениях и низких температурах были получены кристаллические клатратные соединения аргона с H 2 S, SO 2 , галогеноводородами, фенолами и некоторыми другими веществами. В 1976 г. появилось сообщение о синтезе гидрида аргона, но гидрид этот особый.

В метастабнльном - электронно-возбужденном - состоянии аргон, как и другие благородные газы, способен образовывать короткоживущие соединения, время жизни которых измеряется пикосекундами. Но как только атом аргона возвращается из этого возбужденного состояния в основное, происходит распад этих необычных соединений. Вот пока и все успехи химии...

Из подгруппы тяжелых инертных газов аргон самый легкий. Он тяжелее воздуха в 1,38 раза. Жидкостью становится при - 185,9°С, затвердевает при - 189,4°С (в условиях нормального давления). В отличие от гелия и неона , он довольно хорошо адсорбируется на поверхностях твердых тел и растворяется в воде (3,29 см 3 в 100 г воды при 20°С). Еще лучше растворяется аргон во многих органических жидкостях. Зато он практически нерастворим в металлах и не диффундирует сквозь них.

Как все инертные газы, аргон диамагнитен. Это значит, что его магнитная восприимчивость отрицательна, он оказывает большее противодействие магнитным силовым линиям, чем пустота. Это свойство аргона (как и многие другие) объясняется «замкнутостью» электронных оболочек. Под действием электрического тока аргон ярко светится, сине-голубое свечение аргона широко используется в светотехнике.

Теперь о влиянии аргона на живой организм

При вдыхании смеси из 69% Ar, 11% азота и 20% кислорода под давлением 4 атм возникают явления наркоза, которые выражены гораздо сильнее, чем при вдыхании воздуха под тем же давлением. Наркоз мгновенно исчезает после прекращения подачи аргона. Причина - в неполярности молекул аргона, повышенное же давление усиливает растворимость аргона в нервных тканях.

Биологи нашли, что аргон благоприятствует росту растений . Даже в атмосфере чистого аргона семена риса, кукурузы, огурцов и ржи выкинули ростки. Лук , морковь и салат хорошо прорастают в атмосфере, состоящей из 98% аргона и только 2% кислорода.

На Земле аргона намного больше, чем всех прочих элементов его группы, вместе взятых. Его среднее содержание в земной коре (кларк) в 14 раз больше, чем гелия, и в 57 раз больше, чем неона. Есть аргон и в воде, до 0,3 см 3 в литре морской и до 0,55 см 3 в литре пресной воды. Любопытно, что в воздухе плавательного пузыря рыб аргона находят больше, чем в атмосферном воздухе. Это потому, что в воде аргон растворим лучше, чем азот...

Главное «хранилище» земного аргона - атмосфера. Его в ней (по весу) 1,286%, причем 99,6% атмосферного аргона - это самый тяжелый изотоп - аргон-40. Еще больше доля этого изотопа в аргоне земной коры. Между тем у подавляющего большинства легких элементов картина обратная - преобладают легкие изотопы.

Причина этой аномалии обнаружена в 1943 г. В земной коре находится мощный источник аргона-40 - радиоактивный изотоп калия 40 K. Этого изотопа на первый взгляд в недрах немного - всего 0,0119% от общего содержания калия. Однако абсолютное количество калия-40 велико, поскольку калий - один из самых распространенных на нашей планете элементов. В каждой тонне изверженных пород 3,1 г калия-40.

Радиоактивный распад атомных ядер калия-40 идет одновременно двумя путями. Примерно 88% калия-40 подвергается бета-распаду и превращается в кальций-40. Но в 12 случаях из 100 (в среднем) ядра калия-40 не излучают, а, наоборот, захватывают по одному электрону с ближайшей к ядру К-орбиты («К-захват»). Захваченный электрон соединяется с протоном - образуется новый нейтрон в ядре и излучается нейтрино. Атомный номер элемента уменьшается на единицу, а масса ядра остается практически неизменной. Так калий превращается в аргон.

Период полураспада 40 K достаточно велик - 1,3 млрд. лет. Поэтому процесс образования 40 Ar в недрах Земли будет продолжаться еще долго, очень долго. Поэтому, хотя и чрезвычайно медленно, но неуклонно будет возрастать содержание аргона в земной коре и атмосфере, куда аргон «выдыхается» литосферой в результате вулканических процессов, выветривания и перекристаллизации горных пород, а также водными источниками.

Правда, за время существования Земли запас радиоактивного калия основательно истощился - он стал в 10 раз меньше (если возраст Земли считать равным 4,5 млрд. лет).

Соотношение изотопов 40 Ar: 40 K и 40 Ar: 36 Ar в горных породах легло в основу аргонного метода определения абсолютного возраста минералов. Очевидно, чем больше эти отношения, тем древнее порода. Аргонный метод считается наиболее надежным для определения возраста изверженных пород и большинства калийных минералов. За разработку этого метода профессор Э. К. Герлинг в 1963 году удостоен Ленинской премии.

Итак, весь или почти весь аргон-40 произошел на Земле от калия-40. Поэтому тяжелый изотоп и доминирует в земном аргоне. Этим фактором объясняется, кстати, одна из аномалий периодической системы. Вопреки первоначальному принципу ее построения - принципу атомных весов - аргон поставлен в таблице впереди калия. Если бы в аргоне, как и в соседних элементах, преобладали легкие изотопы (как это, по-видимому, имеет место в космосе), то атомный вес аргона был бы на две-три единицы меньше...

Теперь о легких изотопах.

Откуда берутся 36 Ar и 38 Ar? Не исключено, что какая-то часть этих атомов реликтового происхождения, т. е. часть легкого аргона пришла в земную атмосферу из космоса при формировании нашей планеты и ее атмосферы. Но большая часть легких изотопов аргона родилась на Земле в результате ядерных процессов.

Вероятно, еще не все такие процессы обнаружены. Скорее всего некоторые из них давно прекратились, так как исчерпались короткоживущие атомы-«родители», но есть и поныне протекающие ядерные процессы, в которых рождаются аргон-36 и аргон-38. Это бета-распад хлора-36 обстрел альфа-частицами (в урановых минералах) серы-33 и хлора-35: 36 17 Cl - β → 36 18 Ar + 0 -1 е + v, 33 16 S + 42 He → 36 18 Ar + 1 0 n, 35 17 Cl + 42 He → 38 18 Ar + 10n + 0 +1 e.

В материи Вселенной аргон представлен еще обильнее, чем на нашей планете. Особенно много его в веществе горячих звезд и планетарных туманностей. Подсчитано, что аргона в космосе больше, чем хлора, фосфора, кальция, калия - элементов, весьма распространенных на Земле.

В космическом аргоне главенствуют изотопы 36 Ar и 38 Ar, аргона-40 во Вселенной очень мало. На это указывает масс-спектральный анализ аргона из метеоритов. В том же убеждают подсчеты распространенности калия. Оказывается, в космосе калия примерно в 50 тыс. раз меньше, чем аргона, в то время как на Земле их соотношение явно в пользу калия - 660:1. А раз мало калия, то откуда же взяться аргону-40?!

Как добывают аргон

Земная атмосфера содержит 664013 т аргона. Этот источник аргона неисчерпаем, тем более что практически весь аргон рано или поздно возвращается в атмосферу, поскольку при использовании он не претерпевает никаких физических или химических изменений. Исключение составляют весьма незначительные количества изотопов аргона, расходуемые на получение в ядерных реакциях новых элементов и изотопов.

Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород - из пространства над конденсатором.

Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Состав аргонной фракции: 10-12% аргона, до 0,5% азота, остальное - кислород. В «аргонной» колонне, присоединенной к основному аппарату, получают аргон с примесью 3-10% кислорода и 3-5% азота. Дальше следует очистка «сырого» аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией). В промышленных масштабах ныне получают аргон до 99,99%-ной чистоты. Аргон извлекают также из отходов аммиачного производства - из азота, оставшегося после того, как большую его часть связали водородом.

Аргон хранят и транспортируют в баллонах емкостью 40 л, окрашенных в серый цвет с зеленой полосой и зеленой надписью. Давление в них 150 атм. Более экономична перевозка сжиженного аргона, для чего используют сосуды Дьюара и специальные цистерны.

Искусственные радиоизотопы аргона получены при облучении некоторых стабильных и радиоактивных изотопов (37 Cl, 36 Ar, 40 Ar, 40 Ca) протонами и дейтронами, а также при облучении нейтронами продуктов, образовавшихся в ядерных реакторах при распаде урана. Изотопы 37 Ar и 41 Ar используются как радиоактивные индикаторы: первый - в медицине и фармакологии, второй - при исследовании газовых потоков, эффективности систем вентиляции и в разнообразных научных исследованиях. Но, конечно, не эти применения аргона самые важные. Как самый доступный и относительно дешевый благородный газ аргон стал продуктом массового производства, особенно в последние десятилетия.

ПРЕДСКАЗАНИЕ Н. МОРОЗОВА. В январе 1881 г. в Петропавловскую, а затем в Шлиссельбургскую крепость за революционную деятельность был заточен русский ученый-самородок, человек энциклопедического ума Николай Морозов. Четверть века провел он в заключении. В жутких условиях каземата он продумал и написал около 60 книг и статей по различным вопросам естествознания. Развивая идеи Менделеева, он построил таблицу «минеральных элементов», в которой в отличие от менделеевской таблицы была последняя группа; в нее Морозов включил предполагаемые химически не активные элементы с атомными массами 4, 20, 36 (или 40), 82 и т. д. Позже, в 1903 г., он писал: «Аналогия подсказывала, что недостающие элементы должны быть... газообразными... Искать их, по теории, следовало именно в атмосфере. Атомы у этих безвалентных. газов не должны быть менее прочны, чем у остальных элементов. Велика была моя радость, когда впервые дошла до меня весть об открытии Рамзаем и Рэлеем первого вестника из этой недостававшей серии элементов - аргона!»

И У ВЕЛИКИХ БЫВАЮТ ОШИБКИ. Об одной из таких ошибок рассказывал в автобиографическом очерке Рамзай. После сжижения сырого аргона он обнаружил на стенках сосуда какое-то вещество, при испарении которого образовался газ. Спектр газа был необычным, и ученый поспешил сообщить об открытии еще одного компонента воздуха, который он назвал метаргоном. Но при последующей проверке оказалось, что этот необычный спектр дала... смесь аргона с CO. Откуда попала в жидкий воздух окись углерода - сказать трудно. Важно, что и в этой - мало приятной для ученого - ситуации Рамзай оказался на высоте. Вот его собственные слова по этому поводу: «Достойно сожаления, конечно, если случается обнародовать нечто неточное. Тем не менее я осмеливаюсь думать, что случайная ошибка извинительна. Непогрешимым быть невозможно, а в случае ошибок найдется всегда очень большое число друзей, которые быстро исправят ошибку».

История открытия аргона могла бы послужить основой для хорошего детектива. Сообщению об открытии нового газа поверили далеко не все химики. Усомнился в нем и сам Менделеев. Открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все «здание» периодической системы рухнет. Аргон не имел в таблице аналогов, ему вообще не находилось места в периодической системе: куда, скажите, можно поместить элемент, лишенный химических свойств?

Восемнадцатый элемент

Аргон относится к числу благородных газов, а история изобилует поистине драматичными моментами. В 1785 году английский химик и физик Г. Кавендиш обнаружил в воздухе какой-то новый газ, необыкновенно устойчивый химически. На долю этого газа приходилась примерно одна сто двадцатая часть объема воздуха. Но что это за газ, Кавендишу выяснить не удалось.

Об этом опыте вспомнили 107 лет спустя, когда Джон Уильям Стратт (лорд Рэлей) натолкнулся на ту же примесь, заметив, что азот воздуха тяжелее, чем азот, выделенный из соединений. Не найдя достоверного объяснения аномалии, Рэлей через журнал Nature обратился к коллегам-естествоиспытателям с предложением вместе подумать и поработать над разгадкой ее причин...

Спустя два года Рэлей и У. Рамзай установили, что в азоте воздуха действительно есть примесь неизвестного газа, более тяжелого, чем азот. Газ вел себя парадоксально: он не вступал в реакции с хлором, металлами, кислотами, щелочами, т.е. был абсолютно химически инертен. И еще одна неожиданность: Рамзай доказал, что молекула этого газа состоит из одного атома, - а до той поры одноатомные газы были неизвестны.

Когда Рэлей и Рамзай выступили с публичным сообщением о своем открытии, это произвело ошеломляющее впечатление. Многим казалось невероятным, чтобы несколько поколений ученых, выполнивших тысячи анализов воздуха, проглядели его составную часть, да еще такую заметную - почти процент! Кстати, именно в этот день и час, 13 августа 1894 года, аргон и получил свое имя (от греч. «аргос » - «ленивый», «безразличный»).

Сообщению об открытии нового газа поверили далеко не все химики, усомнился в нем и сам Менделеев. Открытие аргона, казалось, могло привести к тому, что все «здание» периодической системы рухнет. Атомная масса газа (39,9) указывала ему место между калием (39,1) и кальцием (40,1). Но в этой части таблицы все клетки были давно заняты. Аргон не имел в таблице аналогов, ему вообще не находилось места в периодической системе.

Поэтому официальное признание аргон получил лишь четверть века спустя - после открытия гелия. Теперь уже двум элементам не было места в периодической системе. После длительных дискуссий Менделеев и Рамзай пришли к выводу, что инертным газам нужно отвести отдельную, так называемую нулевую группу между галогенами и щелочными металлами.

Химическая инертность аргона (как и других газов нулевой группы) и одноатомность его молекул объясняются прежде всего предельной насыщенностью электронных оболочек.

Из подгруппы тяжелых инертных газов аргон самый легкий. Он тяжелее воздуха в 1,38 раза. Жидкостью становится при -185,9°С, затвердевает при –189,4°С (в условиях нормального давления). Молекула аргона одноатомна.

В отличие от гелия и неона, он довольно хорошо адсорбируется на поверхностях твердых тел и растворяется в воде (3,29 см 3 в 100 г воды при 20°С). Еще лучше растворяется аргон во многих органических жидкостях. Зато он практически нерастворим в металлах и не диффундирует сквозь них.

Под действием электрического тока аргон ярко светится, и сегодня сине-голубое свечение аргона широко используется в светотехнике.

Биологи нашли, что аргон благоприятствует росту растений. Даже в атмосфере чистого аргона семена риса, кукурузы, огурцов и ржи выкинули ростки. Лук, морковь и салат хорошо прорастают в атмосфере, состоящей из 98% аргона и только 2% кислорода.

На Земле и во Вселенной

На Земле аргона намного больше, чем всех прочих элементов его группы, вместе взятых. Его среднее содержание в земной коре (кларк) - 0,04 г на тонну, что в 14 раз больше, чем гелия, и в 57 - чем неона. Есть аргон и в воде, до 0,3 см 3 в литре морской и до 0,55 см 3 в литре пресной воды. Любопытно, что в воздухе плавательного пузыря рыб аргона находится больше, чем в атмосферном воздухе. Это потому, что в воде аргон растворим лучше, чем азот...

Главное «хранилище» земного аргона - атмосфера. Его в ней (по весу) 1,286%, причем 99,6% атмосферного аргона - самый тяжелый изотоп - аргон-40. Еще больше доля этого изотопа в аргоне земной коры. Между тем у подавляющего большинства легких элементов картина обратная - преобладают легкие изотопы.

В материи Вселенной аргон представлен еще обильнее, чем на нашей планете. Особенно много его в веществе горячих звезд и планетарных туманностей. Подсчитано, что аргона в космосе больше, чем хлора, фосфора, кальция, калия - элементов, весьма распространенных на Земле.

Как добывают аргон

Земная атмосфера содержит 66 1013 тонн аргона. Этот источник газа неисчерпаем. Тем более что практически весь аргон рано или поздно возвращается в атмосферу, поскольку при использовании он не претерпевает никаких физических или химических изменений. Исключение составляют весьма незначительные количества изотопов аргона, расходуемые на получение в ядерных реакциях новых элементов и изотопов.

Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот . Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород - из пространства над конденсатором.

Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Состав аргонной фракции: 10–12% аргона, до 0,5% азота, остальное - кислород. В «аргонной» колонне, присоединенной к основному аппарату, получают аргон с примесью 3-10% кислорода и 3-5% азота. Дальше следует очистка «сырого» аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией). В промышленных масштабах ныне получают аргон до 99,99%-ой чистоты. Аргон извлекают также из отходов аммиачного производства - из азота, оставшегося после того, как большую его часть связали водородом.

Нужный в хозяйстве «лентяй»

Как самый доступный и относительно дешевый инертный газ аргон стал продуктом массового производства , особенно в последние десятилетия.

Первоначально главным потребителем элемента №18 была электровакуумная техника . И сейчас подавляющее большинство ламп накаливания (миллиарды штук в год) заполняют смесью аргона (86%) и азота (14%). Переход с чистого азота на эту смесь повысил светоотдачу ламп. Поскольку в аргоне удачно сочетаются значительная плотность с малой теплопроводностью, металл нити накаливания испаряется в таких лампах медленнее, передача тепла от нити к колбе в них меньше. Используется аргон и в современных люминесцентных лампах для облегчения зажигания, лучшей передачи тока и предохранения катодов от разрушения.

Однако в последние десятилетия наибольшая часть получаемого аргона идет не в лампочки, а в металлургию, металлообработку и некоторые смежные с ними отрасли промышленности. В среде аргона ведут процессы, при которых нужно исключить контакт расплавленного металла с кислородом, азотом, углекислотой и влагой воздуха. Аргонная среда используется при горячей обработке титана, тантала, ниобия, бериллия, циркония, гафния, вольфрама, урана, тория, а также щелочных металлов . В атмосфере аргона обрабатывают плутоний, получают некоторые соединения хрома, титана, ванадия и других элементов (сильные восстановители).

Уже существуют металлургические цеха объемом в несколько тысяч кубометров с атмосферой, состоящей из аргона высокой чистоты. В этих цехах работают в изолирующих костюмах, а дышат подаваемым через шланги воздухом (выдыхаемый воздух отводится также через шланги); запасные дыхательные аппараты закреплены на спинах работающих.

Защитные функции выполняет аргон и при выращивании монокристаллов (полупроводников, сегнетоэлектриков), а также при производстве твердосплавных инструментов. Продувкой аргона через жидкую сталь из нее удаляют газовые включения. Это улучшает свойства металла.

Все шире применяется дуговая электросварка в среде аргона. В аргонной струе можно сваривать тонкостенные изделия и металлы, которые прежде считались трудносвариваемыми.

Не будет преувеличением сказать, что электрическая дуга в аргонной атмосфере внесла переворот в технику резки металлов. Процесс намного ускорился, появилась возможность резать толстые листы самых тугоплавких металлов. Продуваемый вдоль столба дуги аргон (в смеси с водородом) предохраняет кромки разреза и вольфрамовый электрод от образования окисных, нитридных и иных пленок. Одновременно он сжимает и концентрирует дугу на малой поверхности, отчего температура в зоне резки достигает 4000-6000°С. К тому же эта газовая струя выдувает продукты резки. При сварке в аргонной струе нет надобности во флюсах и электродных покрытиях, а стало быть, и в зачистке шва от шлака и остатков флюса.

Стремление использовать свойства и возможности сверхчистых материалов - одна из тенденций современной техники. Для сверхчистоты нужны инертные защитные среды, разумеется, тоже чистые; аргон - самый дешевый и доступный из благородных газов. Поэтому его производство и потребление росло, растет и будет расти.

В таблице представлены теплофизические свойства аргона в газообразном состоянии при нормальном атмосферном давлении в зависимости от температуры.

Свойства аргона в таблице указаны при температуре от 0 до 600 °С.

Как видно по данным таблицы, с ростом температуры значения таких свойств аргона, как плотность и число Прандтля снижаются, а теплопроводность, вязкость и температуропроводность, напротив, растут.

Например, при температуре 273К (0°С) теплопроводность аргона составляет величину 0,0165 Вт/(м·град), а при температуре 600°С теплопроводность аргона увеличивается до значения 0,0394 Вт/(м·град).

В таблице приведены следующие свойства газа:

• плотность аргона, кг/м 3 ;
• удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град);
• коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
• динамическая вязкость, ;
• температуропроводность, м 2 /с;
• кинематическая вязкость, м 2 /с;
• число Прандтля.

Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность газа в таблице указана в степени 10 2 . Не забудьте разделить на 100!

Плотность аргона при различных температурах и давлениях

В таблице указаны значения плотности аргона в газообразном состоянии при различных температурах и давлениях.
Плотность аргона в таблице указана при температуре от -203 до 4727 °С и давлении от 0,01 до 1013 атмосфер.

По данным таблицы при давлении 507 атмосфер и температуре -173 °С газообразный аргон имеет максимальную плотность 1430 кг/м 3 .
Минимум плотности аргона достигается при разряжении 0,01 атм. и температуре 4727 °С (плотность составляет 0,00097 кг/м 3).

Теплопроводность аргона при различных температурах

В таблице указаны значения теплопроводности аргона в газообразном состоянии при нормальном атмосферном давлении в зависимости от температуры.
Теплопроводность в таблице указана при температуре от 90 до 2000 К.

Из таблицы следует, что теплопроводность аргона в газообразном состоянии при нормальном атмосферном давлении (1 бар) с ростом температуры также растет и достигает при 2000 К значения 0,0667 Вт/(м·град).
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность аргона указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность аргона в газообразном состоянии при высоких температурах

В таблице приведены значения теплопроводности аргона в газообразном состоянии при нормальном атмосферном давлении при высоких температурах.
Теплопроводность в таблице дана при температуре от 1500 до 5000 К (от 1227 до 4727 °С).

Из таблицы видно, что теплопроводность аргона при высоких температурах с ростом температуры также увеличивается и равна при 5000 К значению 0,131 Вт/(м·град).

Теплопроводность аргона при различных температурах и давлениях

В таблице даны значения теплопроводности аргона в жидком и газообразном состояниях при различных температурах и давлениях.
Теплопроводность указана при температуре от 90 до 1400 К и давлении от 1 до 600 атмосфер.

По данным таблицы максимальная теплопроводность аргона достигается при давлении 600 бар и температуре 100 К (теплопроводность равна 0,14 Вт/(м·град)).
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

В таблице представлены значения теплопроводности аргона в жидком состоянии на линии насыщения.
Теплопроводность аргона в таблице указана при температуре от 90 до 150 К.

Значение теплопроводности жидкого аргона на линии насыщения с повышением температуры снижается.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10 3 . Не забудьте разделить на 1000!

В таблице представлены значения теплопроводности аргона в ионизированном состоянии при сверхнизкой температуре и давлении (разряжении)
Теплопроводность в таблице дана в размерности ккал/(м·час·град) при температуре от 2 до 30 К и разряжении до 0,0004 атмосферы.

По данным таблицы видно, что максимальная теплопроводность ионизированного аргона равна 3,76 .

Источники:
1.
2.

Аргон - наиболее дешевый и доступный инертный газ, который в последние десятилетия массово применяется во многих сферах. Особенно он востребован в металлообработке, металлургии и ряде смежных отраслей промышленности.

Потребителю аргон может поставляться в двух состояниях: жидком или газообразном. В обоих случаях его перевозят железнодорожным или автомобильным транспортом в специальных цистернах и баллонах, способных выдерживать высокое давление.

Сжижать аргон требуется, как правило, для перевозок больших объемов. Жидкий аргон в баллонах или цистернах занимает намного меньше места, чем газообразный, а значит доставить его за один раз можно намного больше, что целесообразно с экономической точки зрения.

Где используют аргон?

Область его применения очень обширна. Помимо знакомой всем уличной рекламы, которая сияет красивыми цветами благодаря аргоновым лампам, этот газ используется во многих сферах.

• В металлургии и горнодобывающей промышленности.

Он применяется для выплавки металлов, обладающих особыми свойствами, а также в процессах, где требуется исключить контакт азота, кислорода, влаги или углекислоты с расплавленным металлом. Также аргон необходим при горячей обработке тантала, титана, циркония, ниобия, гафния, бериллия, урана, вольфрама, тория, плутония и др.

• В науке.

В лазерных и спектроскопических установках аргон используется для анализа чистоты материалов.

• В строительстве и машиностроении.

В этой области аргон применяют для защиты сварочной дуги в процессе электросварки алюминиевых деталей, а также элементов из высоколегированной стали. Кроме того, он нужен для быстрой резки различных металлов, в том числе и самых тугоплавких. Незаменим аргон и при выполнении дуговой электросварки тонкостенных металлов и изделий.

Также аргон применяется в химической промышленности для получения сверхчистых веществ и используется в электроэнергетике для наполнения газоразрядных ламп в процессе сборки ответственных узлов.

Аргон (общие сведения)

Аргон (общие сведения)

Краткая информация:
Аргон – элемент главной подгруппы 8-й группы 3-го периода периодической системы химических элементов Менделеева Д. И., с атомным номером 18.

Символ: Ar
Электронная конфигурация: 1s2 | 2s2 2p6 3s2 3p6
Температура кипения: -185,9 °C
Атомный номер: 18
Атомная масса: 39,948 ± 0,001 а. е. м.
Первооткрыватели: Уильям Рамзай, Джон Стретт (Лорд Рэлей)

Общие сведения об аргоне

Аргон является инертным одноатомным газом, не имеющим цвета, запаха, вкуса. В периодической системе химических элементов аргон обозначен символом Ar и имеет атомный номер 18. В общем объеме мирового вещества содержится около 0,02 % аргона. В природе аргон распространен в свободном виде, а не в соединениях. Атмосферный воздух содержит 0,93% аргона и является неиссякаемым источником его получения. Аргон также содержится в земной коре (1,2·10–4 %) и морской воде (0,45·10–4 %).

История открытия аргона

В 1892 году английский физик Джон Рэлей опытным путем обнаружил, что литр азота, полученный при переработке воздуха, весит больше, нежели литр азота, выделившийся в результате распада любого азотистого соединения. Рэлей, к тому времени несколько лет посвятивший изучению плотности газов вообще и азота в частности, вознамерился найти разгадку причин данного явления.
В журнале «Nature» им было опубликовано открытое письмо к ученым всего мира с описанием результатов проведенных опытов и предложением выдвинуть гипотезы касательно разницы в величинах плотности газа, полученного двумя различными способами. На данное письмо откликнулся известный английский химик Уильям Рамзай. Он предположил, что азот, выделившийся из воздуха, содержит неизвестный ранее газ более высокой плотности, чем азот.
Совместная работа двух ученых привела к получению абсолютно нового элемента. Измерения показали, что молекула полученного газа состоит лишь из одного атома, а значит данный газ является простым веществом.
В ходе проведенных исследований учеными было выяснено, что новый газ – самое инертное вещество из всех известных. Реакционная способность элемента по отношению к химически активным веществам практически полностью отсутствовала.
В 1894 году был сделан доклад об открытии нового элемента с описанием его свойств и способа его обнаружения. Ввиду полученной информации, председатель заседания – доктор Медан – внес предложение дать газу название «аргон», что в переводе с древнегреческого означает «неактивный, ленивый».

Свойства аргона

Физические свойства
Аргон относится к одноатомным газам. Он лишен цвета, вкуса и запаха. В нормальных условиях его плотность составляет 1,7839 кг/м3. В 100 мл воды комнатной температуры (20 °C) способно раствориться до 3,3 мл аргона. Температура кипения аргона составляет -185,9 °C, температура плавления же -189,3 °C.
Химические свойства
В настоящее время известны 2 химических соединения аргона: HArF и CU(Ar)O. Их можно получить и сохранить лишь при низких температурах.
Аргон не образует химических соединений, за исключением указанных выше, однако способен образовывать клатраты (соединения включения) с веществами, которые отличаются наличием водородных связей между молекулами. Атом аргона в данных соединениях помещается в созданную такими веществами кристаллическую решетку.
Аргон также способен образовывать эксимерные молекулы (они характеризуются устойчивостью возбужденных электронных состояний – когда вещество находится под действием электрического тока – и неустойчивостью состояний основных). К примеру, если провести через смесь хлора и аргона электрический ток, можно получить неустойчивое в обычных условиях соединение ArCl.

Получение аргона

Поскольку в атмосфере Земли содержится приблизительно 66*1013 тонн аргона, а при использовании этот газ не подвергается абсолютно никаким изменениям, можно считать его запасы на планете неисчерпаемыми. В крупной промышленности аргон образуется при разделении обычного воздуха на кислород и азот. Он является побочным продуктом и извлекается практически 99,99%-ой чистоты. Кроме того этот газ образуется при переработке отходов аммиачного производства.

Применение аргона

Являясь самым дешевым и доступным из благородных газов, аргон становится все более востребованным в сферах производства и потребления.
Аргон используется для заполнения ламп накаливания. Ранее для этих целей использовался чистый азот, однако переход к использованию смеси азота с аргоном позволил увеличить светоотдачу ламп. Кроме того, аргон используется и при производстве люминесцентных ламп.
В последние годы аргон получил широкое распространение в металлургической промышленности, а также в зависимых отраслях. Аргонная среда не допускает контакта расплавленного металла с иными газами и влажным воздухом при обработке плутония, титана, бериллия, циркония, щелочных и прочих металлов. Благодаря использованию электрической дуги в аргонной изоляции невероятно ускорился процесс резки металлов, и появилась возможность разрезать самые толстые листы тугоплавких металлов. Аналогичные защитные функции аргона используются при создании монокристаллов – полупроводников и сегнетоэлектриков.
Во время медицинских операций аргон часто используется для очистки пространства, поскольку не способен образовывать химические соединения в силу своей инертности.
Кроме того, аргон используется в качестве средства пожаротушения, для обработки сухих гидрокостюмов в дайвинге и даже в качестве пищевой добавки и как пропеллент для аэрозольных упаковок.

Интересные факты об аргоне

Под действием электрического тока аргон начинает испускать приятное ровное сине-голубое свечение.
Низкая теплопроводность аргона была отмечена и использована при производстве верхней одежды. Слой аргона в 4,5 мм позволяет с успехом заменить 14 мм твердых изоляторов. Закачивая газ в куртку, человек способен самостоятельно регулировать ее теплопроводность, увеличивая или уменьшая количество введенного вещества.
Одна тонна калия в течение одного года способна генерировать до 3100 атомов аргона. Поскольку в природных минералах, которые содержат калий, постоянно происходит накопление одного из стабильных изотопов аргона — 40Ar, появляется возможность измерить возраст существующих горных пород. Данный метод, называемый калий-аргоновым, широко применяется в области ядерной геохронологии.
В настоящее время ведущим поставщиком аргона в Украине является компания «DP Air Gas».