Аргон химический элемент

Аргон это химический элемент, благородный газ, бесцветный, безвкусный и не имеющий запаха газ.

Благородный газ аргон имеет плотность 1,784 грамма на литр. Когда мы сравниваем плотность аргона с плотностью воздуха, это составляет около 1,29 грамма на литр.

Аргон меняет свое состояние из газообразного в жидкое при температуре -185,86 °C (-302,55 °F). Затем он меняет свое состояние с жидкого на твердое при температуре -189,3 ° C (-308,7 ° F).

Аргон никакого соединения аргона никогда не производилось.

Что такое аргон

(Argon; от греч.  — бездеятельный), Аr — химический элемент восемнадцатой группы (18) (устаревшая классификация VIII группы) третьего периода периодической системы элементов.

Атомный номер, 18, атомная масса (молярная масса) аргона 39, 948. Про обычных условиях — инертный газ без цвета, запаха и вкуса.

История

Впервые выделен в 1894 англ. учеными Дне. Редеем и У. Рамзаем из атмосферного азота. Это был первый вид благородных газов, который был выделен.

Рэлей и Рамсей нашли аргон путем фракционной перегонки жидкого воздуха.

Фракционная дистилляция — это метод, при котором жидкий воздух медленно нагревается. Когда воздух нагревается, различные элементы превращаются из жидкости обратно в газ.

Часть воздуха, которая превращается обратно в газ при температуре -185,86 ° C (-302,55 ° F), представляет собой аргон.

Известны стабильные изотопы ³⁶Аr, ³⁸Аr и ⁴⁰Аr (их содержание в атмосфере соответственно 0, 337; 0, 063 и 99, 600%).

Физические свойства аргона

Основные свойства и термодинамические параметры аргона — критическая точка: т-ра 150, 85 К, давление 48, 30 кгс/см², плотность 0, 536 г/см³, тройная точка: т-ра 83, 81 К, давление 516, 86

Норм, температура кипения 87,293 К, скрытая теплота плавления 280,8 кал/моль, теплота испарения (при норм, т-ре кипения) 1557,5 кал/моль.

Газообразное состояние: плотность (т-ра 0°C давление 760 лж рт. ст.) 0,00178403 г/см³, коэфф. теплопроводности 3,889 • 10^-5 кал/см • сен • град теплоемкость (при пост, давлении) 4,98 кал/моль • град, растворимость в воде (см³/л) 52,4 (т-ра 0°С) и 18,1 (т-ра 80° С).

Растворимость понижается при добавлении электролитов. Жидкое состояние: плотность 1,3998 г/см³ (вблизи тройной точки, т-ра 88 К).

Теплопроводность в интервале т-р 86,8—147,0 К уменьшается от 28,9 • 10^-5 до 13,0 • 10^-5 кал/ем • сек • град, теплоемкость (при пост, давлении) в интервале т-р 85—140 К изменяется от 0,2083 до 0,383 кал/г • град.

Вязкость в интервале т-р 84—150 К изменяется от 2,83 • 10⁺⁴ до 0,48 • 10⁺³ мкпз. При испарении 1 л жидкости образуется 784,0 л газа.

Твердое состояние (кристаллизуется в гранецентрированную кубическую   решетку   с   периодом а = 5,318А при т-ре 20 К): плотность в интервале т-р 15—48 К изменяется от 1,770 до 1,717 г/см³.

Теплофизические св-ва твердого аргона исследовались гл. обр. по кривой равновесия кристалл — пар.

Теплоемкость (при пост, объеме) в этом же интервале т-р изменяется от 5,04 до 1,91 кал/моль • град и (при пост, давлении) от 5,90 до 1,94 кал/моль • град.

Т-ра Дебая 93,3 К. Температурный коэфф. объемного расширения в интервале т-р 48—15 К уменьшается от 12,34• 10⁻⁴ до 3,96 • 10 ⁻⁴ град⁻¹.

Макс, прочность на разрыв твердого А. 160 г/мм² (т-ра 40 К); твердость (т-ра 20° С) 370 г/мм².

Потенциал ионизации (эв): V1 = 15,69; V2 = 27,60; V3 = 40,70. А. не образует валентных соединений с каким-либо др. элементом.

Однако известны молекулярные (клатратные) соединения аргона, в которых его атом связав с др. атомами Вандер-Ваальса силами. Наиболее полно изучен кристаллогидрат Аr • 6Н₂O.

Электронная конфигурация аргона:

[Ne] 3s²3p⁶,

полная электронная конфигурация аргона 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

Рис. Схема  распределения электронов по атомным орбиталям в атоме аргона.

Химические свойства

Благородный газ аргон химически неактивен. В редких случаях и в экстремальных условиях он образует слабые, похожие на соединения структуры.

Изотопы аргона

Искусственные радиоактивные изотопы, например ³⁵Аr, ³⁷Аr и ³⁹Аr с периодами полураспада соответственно 1, 88 сек, 34 дня и 265 лет.

В природе аргон встречается только в свободном виде. Объемная концентрация его в воздухе — 0, 93% или объемная доля аргона в воздухе 0, 9%.

Преобладание тяжелого изотопа ⁴⁰Аr связано с его образованием при радиоактивном распаде одного из самых распространенных элементов — калия (40К).

3 изотопа аргона существуют в природе. Этими изотопами являются аргон-36, Аргон-38 и аргон-40.

Изотопы образуют два или более из одного элемента. Изотопы отличаются друг от друга в зависимости от их массового числа.

Массовое число записывается справа от названия элемента — это массовое число. Массовое число представлено числом протонов плюс нейтронов в ядре атома элемента.

Количество протонов определяет элемент, но количество нейтронов в атоме любого одного элемента может варьироваться.

Каждое изменение представляет собой изотопный элемент.

Радиоактивный изотоп — это тот, который распадается на части и выделяет ту или иную форму излучения.

Радиоактивные изотопы образуются, когда мелкие частицы выстреливают в атомы. Эти частицы застревают в атомах и превращают их в радиоактивный элемент.

Никакие радиоактивные изотопы аргона не имеют никакого практического назначения.

Однако один нерадиоактивный изотоп можно использовать для определения возраста очень старых пород.

Получение аргона

В промышленности аргон получают в процессе разделения воздуха на азот и кислород при глубоком охлаждении.

От примесей азота аргон очищают дополнительной ректификацией, а от примесей кислорода — химическим методами.

Аргон может быть получен также как побочный продукт из продувочных газов колонны синтеза аммиака.

Аргон получают вместе с другими инертными газами из воздуха, где его содержание составляет 0,934% по объему. Кроме того, аргон образуется в калий содержащих минералах при £-захвате изотопа 40К.

При фракционировании воздуха возникает проблема отделения неона от аргона.

Одним из методов решения такой задачи является использование способности аргона образовывать молекулярные соединения включения — клатраты.

Неон не способен их образовывать из-за малого размера и ничтожной поляризуемости.

Аргон также может встречаться в скважинах с природным газом.

Когда природный газ очищается, некоторое количество аргона может быть извлечено в качестве побочного продукта реакции

Применение

Аргон используют в металлургических и химических процессах,   протекающих   в   инертной среде, в частности при аргоно-дуговой пайке и резке алюминиевых и алюминиевых сплавов.

В термической обработке легко окисляющихся металлов, получении урана, плутония, бериллия, тория, циркония и драгоценных металлов, для выращивания в его среде кристаллов полупроводниковых материалов.

Аргон применяют также в:

1. Светотехнике (в флюоресцентных лампах, лампах накаливания, разрядных трубках).
2. Электронике (например, в тиратронах).
3. В ядерной технике (в ионизационных счетчиках и камерах).
4. В газовых лазерах, широко используемых в цветном телевидении, объемной фотографии.
5. Космической связи.

Аргон используют в вольфрамовых лампах накаливания, чтобы снизить скорость испарения вольфрама из нити.

И кроме того, обеспечить концентрирование паров вольфрама к небольшому участку внутренней поверхности лампы.

Часто приходится видеть, как черные пятна на радиолампах возникают на одном небольшом участке стекла.

В этом применении используется не активность аргона и его ничтожная теплопроводность.

В газоразрядных трубках, наполненных аргоном, возникает голубое свечение. Это широко используется для создания световых реклам. Аргон используется для создания инертной атмосферы.

В больших количествах его расходуют при приготовлении специальных сплавов (например, сплавов магния) или при работе с чрезвычайно неустойчивыми и реакционно способными веществами.

Существует особый вид дуговой сварки, когда с целью защиты шва от воздуха ее проводят в атмосфере аргона.

Этот элемент занимает особое положение как среди 3-го периода, так и среди своих соседей по нулевой группе.

Как член 3-го периода, он должен обладать вакантными 3-орбиталями, в то же время разница в энергиях 3р- и З-состояний настолько велика, что использование для химической связи З-орбитали не дает сколько-нибудь заметного выигрыша энергии.

До сих пор не обнаружено ни одного молекулярного соединения аргона.

Потенциал ионизации аргона, хотя и меньше, чем у гелия и неона, но все-таки очень высок и равен 15,76 эВ. При возбуждении электронов и переводе их на 45-подуровень требуется 11,5 эВ.

Эти величины доказывают, насколько прочно ядро удерживает электроны внешнего октета.

О стабильности электронной конфигурации аргона  в сравнении с электронной оболочкой элемента предыдущего периода неона можно судить, сопоставляя с ним изоэлектронных аргону анионов S²߫, С¹߫.

Эти ионы легче поляризуются, чем О²߫, F߫, и из-за больших размеров чаще могут быть восстановителями.

Для химии аргона важно учитывать относительно большой размер его атома 1,92 А и способность к поляризации.

Свойства простого вещества и соединений

Вещество аргон — бесцветный газ, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. Масса 1 л при нормальных условиях 1,7809 г.

Соединений с валентными связями от аргона ожидать трудно, но молекулярные соединения включения известны: клатраты с фенолом, толуолом и др.

Установлено, что координационное число аргона соответствует максимальному координационному числу всех элементов 3-го периода и равно шести.

Гидрат аргона Аr · 6Н₂О — кристаллическое вещество, способное существовать ниже — 43° С.

Силы, возникающие между одноатомными молекулами этого благородного газа, достаточно велики. Уже при температуре жидкого азота (—196° С) аргон становится твердым веществом (t_пл =  —189° С, t_кип = —186° С).

Небольшая разница температур плавления и кипения указывает на слабость межмолекулярных сил и подтверждается небольшим значением теплоты парообразования (6,27 кДж/моль).

Эта величина свидетельствует, что атомы связаны силами Вандер-Ваальса.

Воздействие на здоровье

Известно, что аргон не оказывает никакого положительного или отрицательного воздействия на здоровье растений, животных и людей.

Литература

Финкелыптейн Д. Н. Инертные газы. М., Ссылки: Аргон на земле и во вселенной, Аргон история.