Аргон
Общие сведения
Аргон является химическим элементом восемнадцатой группы периодической системы с атомным номером 18. Это инертный одноатомный газ, обозначаемый формулой Ar, который не имеет цвета, вкуса и запаха. Аргон занимает третье место по распространенности в земной атмосфере после азота и кислорода, составляя около одного процента ее объема. История открытия элемента берет начало в 1785 году, когда Генри Кавендиш при изучении состава воздуха обнаружил химически неделимый остаточный газ. В конце девятнадцатого века физик лорд Рэлей выявил, что литр азота, выделенного из атмосферного воздуха, весит больше, чем литр химически чистого азота, синтезированного из аммиака. Опираясь на эти данные, химик Уильям Рамзай предположил присутствие в воздухе неизвестного тяжелого элемента и экспериментально подтвердил данную гипотезу. За неспособность вступать в химические реакции новый газ получил название, означающее в переводе с греческого языка ленивый. В 1904 году за это открытие Рэлей и Рамзай были удостоены Нобелевской премии.
Свойства и характеристики
Газ отличается исключительной химической инертностью и в нормальных условиях не взаимодействует с другими веществами. Температура кипения аргона составляет минус 186 градусов Цельсия, что несколько выше температуры кипения азота. Вещество способно растворяться в воде и органических растворителях. Несмотря на высокую стабильность, при экстремально низких температурах, близких к абсолютному нулю, твердый аргон может взаимодействовать со фтором с образованием гидрофторида аргона, однако это соединение нестабильно и быстро распадается. Кроме того, атом аргона способен удерживаться в кристаллической решетке других веществ, образуя клатраты с водой или фенолом. Аргон не имеет биологической роли и не поддерживает дыхание. При вдыхании газовых смесей с высокой концентрацией аргона происходит вытеснение кислорода, что приводит к асфиксии, сопровождающейся головокружением, тошнотой, потерей сознания и возможным летальным исходом. При повышенном давлении газ способен оказывать на организм наркотическое воздействие. Ввиду отсутствия химических реакций идентификация аргона осуществляется исключительно методами спектрального анализа.
Нахождение в природе
На Земле аргон является самым распространенным инертным газом. Он присутствует в атмосфере, в небольших количествах содержится в литосфере и растворен в морской воде. Почти весь земной аргон имеет радиогенное происхождение и образовался в результате распада радиоактивного изотопа калия-40. Этот процесс протекает на протяжении миллиардов лет существования планеты, при этом вероятность распада калия-40 по пути образования аргона составляет 11 процентов. Основным изотопом в земных условиях является аргон-40. В незначительных количествах в атмосфере также присутствуют изотопы аргон-36 и аргон-38, которые являются продуктами распада тяжелых ядер, таких как уран. В космическом пространстве аргон встречается редко, так как его первичный синтез связан преимущественно с радиоактивным распадом других элементов.
Получение
В промышленности аргон получают в качестве побочного продукта при разделении воздуха на кислород и азот методом ректификации. Поскольку температуры кипения кислорода и аргона близки, полное их разделение на начальных этапах затруднено. В техническом кислороде допускается присутствие до четырех процентов примесей, состоящих преимущественно из аргона, что не влияет на эффективность основного продукта. Чистый аргон выделяют из смеси инертных газов с использованием активированного угля, процесс основан на различной скорости адсорбции газов. Исторический метод получения аргона заключался в пропускании атмосферного азота через нагретый металлический магний для образования нитрида магния в течение длительного времени, а затем через медь для удаления остатков кислорода. Оставшийся газ, не образующий оксидов и не вступающий в реакции, представлял собой смесь инертных элементов, основную массу которой составлял аргон.
Применение
Аргон находит широкое применение в различных отраслях науки и техники. Он используется в качестве наполнителя для ламп накаливания и газоразрядных ламп, где создает характерное свечение. Элемент применяется для создания аргоновых лазеров. Благодаря своей инертности газ выступает в качестве защитной среды при проведении сварочных работ, а также используется как упаковочный газ. Способность аргона эффективно вытеснять кислород применяется в системах пожаротушения, однако использование таких систем в помещениях требует строгого контроля из-за риска развития асфиксии у людей. В медицинской практике аргон применяется в хирургии для очистки разрезов с помощью плазменной коагуляции. В рамках экспериментальных научных проектов, таких как установка Марс-500, аргон исследовался в качестве компонента искусственной атмосферы для космических кораблей с целью предотвращения возгораний на борту во время длительных экспедиций.