Innehåll
Om någon bad dig att nämna de tre vanligaste gaserna i jordens atmosfär, kan du i någon ordning välja syre, koldioxid och kväve. I så fall skulle du ha rätt - mestadels. Det är ett lite känt faktum att bakom kväve (N2) och syre (O2), den tredje mest rikliga gasen är den ädelgasargon som står för knappt 1 procent av atmosfärens osynliga sammansättning.
De sex ädla gaserna härleder sitt namn från det faktum att ur kemisk synvinkel är dessa element lugna, till och med högmodiga: De reagerar inte med andra element, så de blir inte bundna till andra atomer för att bilda mer komplexa föreningar. I stället för att göra dem värdelösa i industrin, är dock denna tendens att tänka på sin egen atomverksamhet det som gör några av dessa gaser praktiska för specifika ändamål. Fem huvudsakliga användningar av argon inkluderar exempelvis dess placering i neonljus, dess förmåga att hjälpa till att bestämma åldern på mycket gamla ämnen, dess användning som isolator vid tillverkning av metaller, dess roll som svetsgas och dess användning i 3-D ing.
Noble Gas Basics
De sex ädla gaserna - helium, neon, argon, krypton, xenon och radon - upptar den högsta kolumnen i elementets periodiska tabell. (Varje undersökning av ett kemiskt element bör åtföljas av en periodisk tabell; se Resurser för ett interaktivt exempel.) De verkliga konsekvenserna av detta är att ädla gaser inte har delbara elektroner. Snarare som en pusselbox som innehåller exakt rätt antal bitar, har argon och dess fem kusiner inte några subatomära brister som måste ändras genom donationer från andra element, och det har inga extra flyter runt för att donera i tur och ordning. Den formella termen för denna icke-reaktivitet av ädla gaser är "inert".
Som en färdig pussel är en ädelgas kemiskt mycket stabil. Detta innebär att jämfört med andra element är det svårt att slå de yttersta elektronerna från ädla gaser med en energistråle. Detta innebär att dessa element - de enda elementen som finns som gaser vid rumstemperatur, de andra alla är vätskor eller fasta ämnen - har vad som kallas en hög joniseringsenergi.
Helium, med en proton och en neutron, är det näst vanligaste elementet i universum bakom väte, som endast innehåller en proton. Den jätte, pågående kärnfusionsreaktionen som är ansvarig för att stjärnor är de superljust föremål de är, är inte mer än oräkneliga väteatomer som kolliderar för att bilda heliumatomer under en period av miljarder år.
När elektrisk energi passerar genom en ädelgas släpps ljus ut. Detta är grunden för neonskyltar, som är en generisk term för en sådan skärm som skapas med en ädelgas.
Egenskaper hos Argon
Argon, förkortat Ar, är element nummer 18 på det periodiska bordet, vilket gör det till den tredje lättaste av de sex ädla gaserna bakom helium (atomnummer 2) och neon (nummer 10). Som passar ett element som flyger under den kemiska och fysiska radaren såvida inte provoceras, är det färglöst, luktfritt och smaklöst. Den har en molekylvikt av 39,7 gram per mol (även känd som dalton) i sin mest stabila konfiguration. Du kan komma ihåg från andra läsningar att de flesta element kommer i isotoper, som är versioner av samma element med olika antal neutroner och därmed olika massor (antalet protoner förändras inte eller annars skulle elementets identitet behöva förändras ). Detta har kritiska konsekvenser för en av de viktigaste användningarna av argon.
Användningar av Argon
Neonljus: Som beskrivits är ädla gaser praktiska för att skapa neonljus. Argon, tillsammans med neon och krypton, används för detta ändamål. När elektricitet passerar genom argongasen, väcker den tillfälligt de yttersta kretsande elektronerna och får dem att snabbt hoppa till en högre "skal" eller energinivå. När elektronen sedan återvänder till sin vana energinivå avger den en foton - ett masslöst paket med ljus.
Radioisotopdating: Argon kan användas tillsammans med kalium, eller K, som är element nummer 19 på det periodiska bordet, hittills föremål upp till en häpnadsväckande 4 miljarder år gammal. Processen fungerar så här:
Kalium har vanligtvis 19 protoner och 21 neutroner, vilket ger den ungefär samma atommassa som argon (knappt 40) men med en annan sammansättning av protoner och neutroner. När en radioaktiv partikel känd som en beta-partikel kolliderar med kalium, kan den omvandla en av protonerna i kaliumkärnan till en neutron och ändra själva atomen till argon (18 protoner, 22 neutroner). Detta sker med en förutsägbar och fast takt över tid och mycket långsamt. Så om forskare undersöker ett prov av, till exempel, vulkaniskt berg, kan de jämföra förhållandet mellan argon och kalium i provet (som stiger stegvis över tid) till det förhållande som skulle existera i ett "helt nytt" prov och bestämma hur gammal berget är.
Observera att detta skiljer sig från "kol-datering", en term som ofta felaktigt används för att generellt hänvisa till att använda radioaktiva förfallsmetoder för att datera gamla föremål. Kol-datering, som bara är en specifik typ av radioisotopdating, är endast användbar för föremål som är kända för att vara i storleksordningen tusentals år gamla.
Sköldgas i svetsning: Argon används för svetsning av speciallegeringar samt för svetsning av bilramar, ljuddämpare och andra bildelar. Det kallas en skyddsgas eftersom den inte reagerar med de gaser och metaller som svävar i närheten av metallerna som svetsas; det tar bara utrymme och förhindrar att andra, oönskade reaktioner inträffar i närheten på grund av reaktiva gaser som kväve och syre.
Värme behandling: Som en inert gas kan argon användas för att tillhandahålla en syre- och kvävefri inställning för värmebehandlingsprocesser.
3-D ing: Argon används i det spirande fältet för tredimensionell ing. Under snabb uppvärmning och kylning av det ingående materialet kommer gasen att förhindra oxidation av metallen och andra reaktioner och kan begränsa belastningens påverkan. Argon kan också blandas med andra gaser för att skapa specialblandningar efter behov.
Metallproduktion: I likhet med sin roll i svetsning kan argon användas i syntesen av metaller via andra processer eftersom det förhindrar oxidation (rostning) och förskjuter oönskade gaser som kolmonoxid.
Farorna med Argon
Att argon är kemiskt inert innebär tyvärr inte att den är fri från potentiella hälsorisker. Argongas kan irritera huden och ögonen vid kontakt, och i sin flytande form kan den orsaka frostskador (det finns relativt få användningar av argonolja, och "arganolja," en vanlig ingrediens i kosmetika, är inte ens på samma sätt som argon). Höga nivåer av argongas i luften i en stängd miljö kan förskjuta syre och leda till andningsproblem som sträcker sig från mild till svår, beroende på hur mycket argon som finns. Detta resulterar i kvävningssymtom inklusive huvudvärk, yrsel, förvirring, svaghet och skakningar vid den mildare änden, och koma och till och med döden i de mest extrema fall.
Vid känd exponering för hud eller ögon är sköljning och sköljning med varmt vatten den föredragna behandlingen. När argon har inhalerats kan standardandningsstöd, inklusive syresättning genom mask, krävas för att blodets syre ska återgå till det normala; att få den drabbade ut ur den argonika miljön är naturligtvis också nödvändigt.