Om någon bad dig att nämna de tre vanligaste gaserna i jordens atmosfär kan du välja, i någon ordning, syre, koldioxid och kväve. I så fall skulle du ha rätt – för det mesta. Det är ett föga känt faktum att bakom kväve (N2) och syre (O2), är den tredje mest förekommande gasen ädelgas argon, som står för knappt 1 procent av atmosfärens osynliga sammansättning.
De sex ädelgaserna har fått sitt namn från det faktum att dessa grundämnen ur kemisynpunkt är distanserade, till och med högmodiga: De reagerar inte med andra grundämnen, så de gör det t binds till andra atomer för att bilda mer komplexa föreningar. Istället för att göra dem oanvändbara i industrin, är det dock denna tendens att tänka på sin egen atomaffär som gör vissa av dessa gaser användbara för specifika ändamål. Fem stora användningsområden för argon, till exempel, inkluderar dess placering i neonljus, dess förmåga att hjälpa till att bestämma åldern på mycket gamla ämnen, dess användning som en isolator vid tillverkning av metaller, dess roll som svetsgas och dess användning i 3D utskrift.
Ädelgaser
De sex ädelgaserna – helium, neon, argon, krypton, xenon och radon – upptar kolumnen längst till höger i grundämnenas periodiska system. (All undersökning av ett kemiskt grundämne bör åtföljas av ett periodiskt system; se Resurser för ett interaktivt exempel.) De verkliga konsekvenserna av detta är att ädelgaser inte har några elektroner som kan delas. Snarare som en pussellåda som innehåller exakt rätt antal bitar, har argon och dess fem kusiner inga subatomära brister som behöver ändras genom donationer från andra element, och den har inga extramaterial som flyter runt för att donera i sin tur. Den formella termen för denna icke-reaktivitet av ädelgaser är ”inert.”
Som ett färdigt pussel , en ädelgas är mycket stabil kemiskt. Det betyder att det, jämfört med andra grundämnen, är svårt att slå de yttersta elektronerna från ädelgaser med hjälp av en energistråle. Detta betyder att dessa grundämnen – de enda som existerar som gaser vid rumstemperatur, de andra är alla flytande eller fasta ämnen – har vad som kallas hög joniseringsenergi.
Helium, med en proton och en neutron, är det näst vanligaste grundämnet i universum efter väte, som bara innehåller en proton. Den gigantiska, pågående kärnfusionsreaktionen som är ansvarig för att stjärnor är de superljusa objekt de är är inte mer än otaliga väteatomer som kolliderar för att bilda heliumatomer under en period av miljarder år.
När elektrisk energi passerar genom en ädelgas avges ljus. Detta är grunden för neonskyltar, som är en generisk term för en sådan bildskärm skapad med en ädelgas.
Argons egenskaper
Argon, förkortat Ar , är grundämnet nummer 18 i det periodiska systemet, vilket gör det till den tredje lättaste av de sex ädelgaserna bakom helium (atomnummer 2) och neon (nummer 10). Som det anstår ett grundämne som flyger under den kemiska och fysiska radarn om det inte provoceras, är det färglöst, luktlöst och smaklöst. Den har en molekylvikt på 39,7 gram per mol (även känd som dalton) i sin mest stabila konfiguration. Du kanske minns från annan läsning att de flesta grundämnen kommer i isotoper, som är versioner av samma grundämne med olika antal neutroner och därmed olika massor (antalet protoner förändras inte, annars skulle själva grundämnets identitet behöva ändras ). Detta har kritiska implikationer i en av de stora användningarna av argon.
Användning av argon
Neonljus: Som beskrivits är ädelgaser praktiska för att skapa neonljus. Argon, tillsammans med neon och krypton, används för detta ändamål. När elektricitet passerar genom argongasen exciterar den tillfälligt de yttersta kretsande elektronerna och får dem att kort hoppa till ett högre ”skal” eller energinivå. När elektronen sedan återgår till sin vana energinivå sänder den ut en foton – ett masslöst paket av ljus.
Radioisotop datering: Argon kan användas tillsammans med kalium, eller K, som är element nummer 19 i det periodiska systemet, för att datera objekt upp till svindlande 4 miljarder år gammal. Processen fungerar så här:
Kalium har vanligtvis 19 protoner och 21 neutroner, vilket ger det 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, vilket förändrar själva atomen till argon (18 protoner, 22 neutroner). Detta sker i en förutsägbar och fast takt över tiden, och mycket långsamt. Så om forskare undersöker ett prov av, säg, vulkaniskt berg, kan de jämföra förhållandet mellan argon och kalium i provet (som stiger stegvis över tiden) med förhållandet som skulle existera i ett ”helt nytt” prov, och bestämma hur gammal stenen är.
Notera att detta skiljer sig från ”koldatering”, en term som ofta felaktigt används för att hänvisa till att använda radioaktiva sönderfallsmetoder för att datera gamla föremål. Koldatering, som bara är en specifik typ av radioisotopdatering, är endast användbar för föremål som är kända för att vara i storleksordningen tusentals år gamla.
Sköldgas vid svetsning: Argon används vid svetsning av speciallegeringar såväl som vid 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 de metaller som svetsas; det tar bara upp plats och förhindrar att andra, oönskade reaktioner inträffar i närheten på grund av reaktiva gaser som kväve och syre.
Värmebehandling: Som en inert gas kan argon användas för att ge en syre- och kvävefri miljö för värmebehandlingsprocesser.
3d-utskrivning: Argon används i det växande området för tredimensionell utskrift. Under den snabba uppvärmningen och kylningen av tryckmaterialet kommer gasen att förhindra oxidation av metallen och andra reaktioner och kan begränsa stresspåverkan. Argon kan också blandas med andra gaser för att skapa specialblandningar efter behov.
Metallproduktion: I likhet med sin roll vid svetsning kan argon användas vid syntes av metaller via andra processer eftersom det förhindrar oxidation (rostning) och tränger undan oönskade gaser som t.ex. kolmonoxid.
Farorna med Argon
Att argon är kemiskt inert betyder tyvärr inte att det är fritt från potentiella hälsorisker. Argongas kan irritera huden och ögonen vid kontakt, och i sin flytande form kan den orsaka köldskador (det finns relativt få användningsområden för argonolja, och ”arganolja”, en vanlig ingrediens i kosmetika, är inte ens densamma som argon). Höga halter av argongas i luften i en sluten miljö kan tränga undan syre och leda till andningsproblem som sträcker sig från lindriga till svåra, beroende på hur mycket argon som finns. Detta resulterar i symtom på kvävning inklusive huvudvärk, yrsel, förvirring, svaghet och skakningar i den mildare delen, och koma och till och med död i de mest extrema fallen.
I fall av känd hud- eller ögonexponering, skölj och skölj med varm vatten är den föredragna behandlingen. När argon har inhalerats kan standard andningsstöd, inklusive syresättning med mask, krävas för att återställa blodets syrenivåer till det normala; att få ut den drabbade ur den argonrika miljön är naturligtvis också nödvändigt.
