الخصائص الكيميائية للأرجون. الأرجون عنصر خاص في النظام الدوري

تعريف

أرجون- العنصر الثامن عشر في الجدول الدوري. التسمية - Ar من اللاتينية "الأرجون". وهي تقع في الفترة الثالثة مجموعة VIIIA. ينتمي إلى مجموعة الغازات النبيلة (الخاملة). الشحنة النووية 18.

العنصر الأكثر شيوعًا في مجموعة VIIIA في الطبيعة. محتوى الأرجون في الهواء 0.932٪ (حجم) ، 1.28٪ (كتلة).

إنه غاز عديم اللون. ضعيف الذوبان في الماء (تقل قابلية الذوبان في وجود إلكتروليتات قوية) ، أفضل - في المذيبات العضوية. تشكل تركيبة clathrate 8Ar × 46H 2 O. لا تتفاعل مع جميع المواد الأخرى (بسيطة ومعقدة).

الوزن الذري والجزيئي للأرجون

تعريف

الوزن الجزيئي النسبي للمادة (M r)هو رقم يوضح عدد المرات التي تكون فيها كتلة جزيء معين أكبر من 1/12 من كتلة ذرة كربون ، و الكتلة الذرية النسبية للعنصر(أ ص) - كم مرة يكون متوسط ​​كتلة ذرات عنصر كيميائي أكبر من 1/12 من كتلة ذرة كربون.

نظرًا لوجود الأرجون في الحالة الحرة في شكل جزيئات Ar أحادية الذرة ، فإن قيم كتلته الذرية والجزيئية تتطابق. إنها تساوي 39.948.

نظائر الأرجون

من المعروف أن الأرجون يمكن أن يوجد في الطبيعة على شكل ثلاثة نظائر مستقرة 36 ​​Ar (0.337٪) ، 38 Ar (0.063٪) و 40 Ar (99.6٪). أعداد كتلتها 36 و 38 و 40 على التوالي. تحتوي نواة ذرة نظير الأرجون 36 Ar على ثمانية عشر بروتونًا وثمانية عشر نيوترونًا ، ويحتوي النظيران 38 Ar و 40 Ar على نفس عدد البروتونات ، وهو 20 و 22 نيوترونًا / أ ، على التوالي.

هناك نظائر اصطناعية للأرجون بأعداد كتلتها من 32 إلى 55 ، وأكثرها استقرارًا هو 39Ar مع عمر نصف يبلغ 269 عامًا.

أيونات الأرجون

مثل الهيليوم والنيون ، عندما تكون الذرات شديدة الإثارة ، يشكل الأرجون أيونات جزيئية من نوع Ar 2 +.

جزيء وذرة الأرجون

في الحالة الحرة ، يوجد الأرجون في شكل جزيئات Ar أحادية الذرة.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

ARGON، Ar (لات. أرجون * أ. أرجون ؛ ن. أرجون ؛ و. أرجون ؛ و. أرجون) ، هو عنصر كيميائي من المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة الثامنة من النظام الدوري ، وينتمي إلى الغازات الخاملة ، العدد الذري 18 ، الكتلة الذرية 39.948. يتكون من ثلاثة نظائر مستقرة أهمها 40 Ar (99.600٪). عزل من الجو عام 1894 من قبل العالمين البريطانيين ج. رايلي و دبليو رامزي.

الأرجون في الطبيعة

في الطبيعة ، يوجد الأرجون فقط في شكل حر. في الظروف العادية ، يعتبر الأرجون غازًا عديم اللون والرائحة والمذاق. يتبلور الأرجون الصلب إلى أرجون مكعب. الأرجون 1.78 كجم / م 3 ، نقطة الانصهار 189.3 درجة مئوية ، نقطة الغليان 185.9 درجة مئوية ، الضغط الحرج 48 ميجا باسكال ، درجة الحرارة الحرجة 122.44 درجة مئوية. جهد التأين الأول هو 15.69 فولت. نصف القطر الذري 0.188 نانومتر (1.88E).

خصائص الأرجون

لم يتم الحصول على أي مركبات كيميائية (فقط مركبات الاشتمال معروفة). في 1 لتر من الماء المقطر ، في الظروف العادية ، يذوب 51.9 سم 3 من الأرجون. تشكل هيدرات بلورية من النوع Ar. 6H 2 O. الوزن كلارك في القشرة الأرضية 4. 10 -4 ؛ المحتوى في الغلاف الجوي هو 0.9325 حجم٪ (6.5.10 16 كجم) ، في الصخور النارية 2.2. 10-5 سم 3 / جم ، في مياه المحيط 0.336 سم 3 / لتر. أنتج الوشاح 5.3. 10 19 كغم 40 آرثر متوسط ​​معدل تراكم 40 آرون في القشرة الأرضية 2.10 7 كغم / سنة.

من المعادن ، تهاجر ذرات الأرجون على طول الاضطرابات إلى مناطق انتهاك البنية البلورية ثم تدخل من خلال الشقوق الدقيقة والمسام رواسب النفط والغاز. تعتمد طريقة تحديد عمر الأجسام الجيولوجية على قياس نسبة محتوى 40 Ar / 40 K في المعادن المحتوية على البوتاسيوم. تحدد طريقة الأرجون أعمار الصخور النارية (بواسطة الميكا ، الأمفيبولات) ، الرسوبية (بواسطة الجلوكونيت ، السيلفين) ، الصخور المتحولة ، والتي يتم تحديد العمر لها أيضًا بتقريب معروف. تم تطوير طريقة تأريخ التنشيط بناءً على قياس نسبة 40 Ar / 39 Ar.

الحصول على الأرجون واستخدامه

في الصناعة ، يتم الحصول على الأرجون في عملية فصل الهواء أثناء التبريد العميق. من الممكن الحصول على الأرجون من غازات التطهير في أعمدة تصنيع الأمونيا. يتم فصل الأرجون عن الغازات الخاملة الأخرى بشكل كامل بواسطة طريقة كروماتوغرافيا الغاز.

يستخدم الأرجون في المعالجة الحرارية للمعادن التي تتأكسد بسهولة. في جو وقائي من الأرجون ، يتم إجراء اللحام والقطع للمعادن النادرة وغير الحديدية ، والصهر ، وما إلى ذلك ، ويتم زراعة بلورات مواد أشباه الموصلات. يستخدم النظير المشع (37 Ar) للتحكم في أنظمة التهوية.

ترجمت من اليونانية "الأرجون" تعني "بطيء" أو "غير نشط". مثل هذا التعريف غاز الأرجونتم الحصول عليها بسبب خصائصها الخاملة ، مما يسمح باستخدامها على نطاق واسع في العديد من الأغراض الصناعية والمنزلية.

العنصر الكيميائي Ar

أر- العنصر الثامن عشر من الجدول الدوري لمندليف ، المتعلق بالغازات الخاملة النبيلة. هذه المادة هي الثالثة بعد N (نيتروجين) و O (أكسجين) من حيث المحتوى في الغلاف الجوي للأرض. في ظل الظروف العادية ، يكون عديم اللون وغير قابل للاشتعال وغير سام ولا طعم له ورائحة.

خصائص أخرى لغاز الأرجون:

• الكتلة الذرية: 39.95 ؛
• المحتوى في الهواء: 0.9٪ من حيث الحجم و 1.3٪ بالكتلة ؛
• الكثافة في الظروف العادية: 1.78 كجم / م 3 ؛
• نقطة الغليان: -186 درجة مئوية.

في الشكل ، اسم العنصر الكيميائي وخصائصه

اكتشف هذا العنصر جون ستروت وويليام رامزي أثناء دراسة تكوين الهواء. أدى التناقض في الكثافة خلال الاختبارات الكيميائية المختلفة بالعلماء إلى فكرة أنه بالإضافة إلى النيتروجين والأكسجين ، يوجد غاز ثقيل خامل في الغلاف الجوي. نتيجة لذلك ، في عام 1894 ، تم الإدلاء ببيان حول اكتشاف عنصر كيميائي ، تبلغ حصته في كل متر مكعب من الهواء 15 جم.

كيف يتم استخراج الأرجون

لا يتغير Ar أثناء استخدامه ويعود دائمًا إلى الغلاف الجوي. لذلك ، يعتبر العلماء أن هذا المصدر لا ينضب. يتم استخراجه كمنتج ثانوي لفصل الهواء إلى أكسجين ونيتروجين من خلال التقطير بدرجة حرارة منخفضة.

لتنفيذ هذه الطريقة ، يتم استخدام أجهزة خاصة لفصل الهواء ، تتكون من أعمدة الضغط العالي والمنخفض ومكثف المبخر. نتيجة لعملية التصحيح (الفصل) ، يتم الحصول على الأرجون مع شوائب صغيرة (3-10٪) من النيتروجين والأكسجين. للتنقية ، تتم إزالة الشوائب باستخدام تفاعلات كيميائية إضافية. تتيح التقنيات الحديثة تحقيق نقاء بنسبة 99.99٪ لهذا المنتج.

يتم عرض المنشآت الخاصة بإنتاج هذا العنصر الكيميائي

يتم تخزين غاز الأرجون ونقله في أسطوانات فولاذية (GOST 949-73) ، باللون الرمادي مع شريط ونقش أخضر مطابق. في الوقت نفسه ، يجب أن تمتثل عملية ملء الحاوية تمامًا للمعايير التكنولوجية وقواعد السلامة. يمكن العثور على معلومات مفصلة حول تفاصيل تعبئة أسطوانات الغاز في المقالة: أسطوانات خليط اللحام - الميزات التقنية وقواعد التشغيل.

أين يستخدم غاز الأرجون؟

هذا العنصر له نطاق كبير إلى حد ما. فيما يلي المجالات الرئيسية لاستخدامه:

1. ملء التجويف الداخلي للمصابيح المتوهجة والنوافذ ذات الزجاج المزدوج ؛
2. إزاحة الرطوبة والأكسجين لتخزين المنتجات الغذائية على المدى الطويل ؛
3. عامل إطفاء في بعض أنظمة إطفاء الحريق ؛
4. بيئة واقية أثناء عملية اللحام ؛
5. غاز البلازما للحام وقطع البلازما.

في إنتاج اللحام ، يتم استخدامه كوسيلة واقية في عملية لحام المعادن النادرة (النيوبيوم والتيتانيوم والزركونيوم) وسبائكها ، وسبائك الفولاذ من مختلف الدرجات ، وكذلك سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والكروم والنيكل. بالنسبة للمعادن الحديدية ، كقاعدة عامة ، يتم استخدام خليط من Ar مع غازات أخرى - الهيليوم والأكسجين وثاني أكسيد الكربون والهيدروجين.

نوع البيئة الواقية أثناء عملية اللحام والتي تكوّن الأرجون

الاحتياطات اللازمة للأستخدام

هذا العنصر الكيميائي لا يشكل أي خطر على البيئة على الإطلاق ، ولكن بتركيزات عالية له تأثير خانق على البشر. غالبًا ما يتراكم حول الأرض في مناطق سيئة التهوية ، ومع انخفاض كبير في محتوى الأكسجين ، يمكن أن يؤدي إلى فقدان الوعي وحتى الموت. لذلك ، من المهم مراقبة تركيز الأكسجين في الغرفة المغلقة ، والتي يجب ألا تقل عن 19٪.

يمكن أن يتسبب Liquid Ar في قضمة الصقيع في مناطق الجلد ويتلف الغشاء المخاطي للعينين ، لذلك من المهم استخدام الملابس الواقية والنظارات الواقية أثناء العمل. عند العمل في جو من هذا الغاز ، من أجل منع الاختناق ، من الضروري استخدام جهاز أكسجين عازل أو قناع غاز خرطوم.

نعلم جميعًا أن الأرجون يستخدم في لحام المعادن المختلفة ، ولكن لم يفكر الجميع في ماهية هذا العنصر الكيميائي. في غضون ذلك ، تاريخها غني بالأحداث. بصراحة ، الأرجون هو نسخة استثنائية من الجدول الدوري لمندلييف ، الذي لا يوجد له نظائر. تساءل العالم نفسه ذات مرة كيف يمكنه الوصول إلى هنا.

يوجد حوالي 0.9٪ من هذا الغاز في الغلاف الجوي. مثل النيتروجين ، فهو محايد بطبيعته ، عديم اللون والرائحة. إنها ليست مناسبة للحفاظ على الحياة ، ولكنها ببساطة لا يمكن الاستغناء عنها في بعض مجالات النشاط البشري.

استطالة صغيرة في التاريخ

تم اكتشافه لأول مرة من قبل عالم فيزيائي ورجل إنجليزي بواسطة التعليم G. Cavendish ، الذي لاحظ وجود شيء جديد في الهواء مقاوم للهجوم الكيميائي. لسوء الحظ ، لم يتعلم كافنديش أبدًا طبيعة الغاز الجديد. بعد ما يزيد قليلاً عن مائة عام ، لاحظ عالم آخر ، جون ويليام ستراث ، ذلك. لقد توصل إلى استنتاج مفاده أنه في النيتروجين من الهواء كان هناك مزيج من غاز مجهول المصدر ، لكنه لم يستطع حتى الآن فهم ما إذا كان هو الأرجون أو أي شيء آخر.

في الوقت نفسه ، لم يتفاعل الغاز مع مختلف المعادن والكلور والأحماض والقلويات. أي ، من وجهة نظر كيميائية ، كان خاملًا في الطبيعة. المفاجأة الأخرى كانت اكتشاف - جزيء الغاز الجديد يحتوي على ذرة واحدة فقط. وفي ذلك الوقت ، كان التركيب المماثل للغازات لا يزال غير معروف.

صدم الإعلان العلني عن الغاز الجديد العديد من العلماء من جميع أنحاء العالم - كيف يمكن للمرء أن يتغاضى عن الغاز الجديد في الهواء من خلال العديد من الدراسات والتجارب العلمية ؟! لكن لم يؤمن كل العلماء ، بمن فيهم مندليف ، بالاكتشاف. إذا حكمنا من خلال الكتلة الذرية للغاز الجديد (39.9) ، يجب أن يقع بين البوتاسيوم (39.1) والكالسيوم (40.1) ، لكن الموقف اتخذ بالفعل.

كما ذكرنا سابقًا ، للأرجون تاريخ ثري وباحث. تم نسيانه لبعض الوقت ، ولكن بعد اكتشاف الهيليوم ، تم التعرف رسميًا على الغاز الجديد. تقرر تخصيص موضع صفري منفصل له ، يقع بين الهالوجينات والمعادن القلوية.

الخصائص

من بين الغازات الخاملة الأخرى التي تدخل في المجموعة الثقيلة ، يعتبر الأرجون الأخف وزناً. تتجاوز كتلته وزن الهواء بمقدار 1.38 مرة. يمر الغاز إلى حالة سائلة عند درجة حرارة -185.9 درجة مئوية ، وعند -189.4 درجة مئوية ويتصلب الضغط العادي.

يختلف الأرجون عن الهيليوم والنيون في أنه قادر على الذوبان في الماء - عند درجة حرارة 20 درجة بكمية 3.3 مل لكل مائة جرام من السائل. ولكن في عدد من المحاليل العضوية ، يذوب الغاز بشكل أفضل. إن تأثير التيار الكهربائي يجعله يتوهج ، لذا فقد أصبح مستخدمًا على نطاق واسع في معدات الإضاءة.

اكتشف علماء الأحياء خاصية مفيدة أخرى يمتلكها الأرجون. هذا نوع من البيئة التي يشعر فيها النبات بشعور رائع ، كما أثبتته التجارب. لذلك ، في جو غازي ، أعطت بذور الأرز والذرة والخيار والجاودار المزروعة براعمها. في جو مختلف ، حيث 98٪ من الأرجون و 2٪ أكسجين ، تنبت محاصيل الخضروات مثل الجزر والخس والبصل بشكل جيد.

ما يميزه بشكل خاص هو أن محتوى هذا الغاز في قشرة الأرض أكبر بكثير من محتوى العناصر الأخرى في مجموعته. محتواها التقريبي 0.04 جم للطن. هذا هو 14 ضعف كمية الهيليوم و 57 ضعف كمية النيون. أما بالنسبة للكون من حولنا ، فهناك المزيد منه ، خاصة على النجوم المختلفة والسدم. وفقًا لبعض التقديرات ، يوجد أرجون في الفضاء أكثر من الكلور والفوسفور والكالسيوم أو البوتاسيوم ، وهي وفيرة على الأرض.

الحصول على الغازات

هذا الأرجون في أسطوانات ، والذي نلتقي به غالبًا ، هو مصدر لا ينضب. بالإضافة إلى ذلك ، على أي حال ، فإنه يعود إلى الغلاف الجوي بسبب حقيقة أنه أثناء الاستخدام لا يتغير من الناحية الفيزيائية أو الكيميائية. قد يكون الاستثناء هو حالات استهلاك كمية صغيرة من نظائر الأرجون للحصول على نظائر وعناصر جديدة في سياق التفاعلات النووية.

في الصناعة ، يتم الحصول على الغاز عن طريق فصل الهواء إلى أكسجين ونيتروجين. نتيجة لذلك ، يولد الغاز كمنتج ثانوي. لهذا الغرض ، يتم استخدام معدات صناعية خاصة للتصحيح المزدوج مع عمودين من الضغط العالي والمنخفض ومكثف وسيط مبخر. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام نفايات إنتاج الأمونيا لإنتاج الأرجون.

منطقة التطبيق

نطاق الأرجون له عدة مجالات:

• الصناعات الغذائية؛
• علم المعادن.
• البحث العلمي والتجارب.
• أعمال اللحام
• الإلكترونيات.
• صناعة السيارات.

هذا الغاز المحايد موجود داخل الكفوف الكهربائية ، مما يبطئ تبخر ملف التنغستن بالداخل. نتيجة لهذه الخاصية ، فإن آلة اللحام القائمة على هذا الغاز مستخدمة على نطاق واسع. يسمح لك الأرجون بتوصيل الأجزاء المصنوعة من الألمنيوم والدورالومين بشكل موثوق.

تم استخدام الغاز على نطاق واسع في خلق جو وقائي وخامل. عادة ما يكون هذا ضروريًا للمعالجة الحرارية لتلك المعادن التي تكون عرضة للأكسدة بسهولة. في جو الأرجون ، تنمو البلورات جيدًا للحصول على عناصر شبه موصلة أو مواد فائقة النقاء.

مزايا وعيوب استخدام الأرجون في اللحام

فيما يتعلق بمنطقة اللحام ، يوفر الأرجون مزايا معينة. بادئ ذي بدء ، لا تسخن الأجزاء المعدنية كثيرًا أثناء اللحام. هذا يتجنب التشوه. تشمل المزايا الأخرى ما يلي:

• حماية موثوقة للحام.
• السرعة هي ترتيب من حيث الحجم أعلى ؛
• العملية سهلة التحكم ؛
• يمكن أن يكون اللحام ميكانيكيًا أو مؤتمتًا بالكامل ؛
• القدرة على توصيل الأجزاء المصنوعة من معادن غير متشابهة.

في الوقت نفسه ، ينطوي لحام الأرجون أيضًا على عدد من العيوب:

• ينتج اللحام الأشعة فوق البنفسجية ؛
• لاستخدام قوس عالي الأمبير ، من الضروري تبريد عالي الجودة ؛
• العمل الصعب في الهواء الطلق أو الرياح.

ومع ذلك ، مع وجود العديد من المزايا ، من الصعب التقليل من أهمية لحام الأرجون.

تدابير وقائية

يجب توخي الحذر عند استخدام الأرجون. على الرغم من أن الغاز غير سام ، إلا أنه يمكن أن يسبب الاختناق عن طريق استبدال الأكسجين أو تسييله. لذلك ، من المهم للغاية التحكم في حجم O 2 في الهواء (على الأقل 19٪) باستخدام أدوات خاصة ، يدوية أو أوتوماتيكية.

يتطلب العمل بالغاز السائل الحذر الشديد ، لأن درجة حرارة الأرجون المنخفضة يمكن أن تسبب قضمة صقيع شديدة في الجلد وتلف غشاء العين. يجب استخدام النظارات الواقية والملابس الواقية. يجب على الأشخاص الذين يحتاجون إلى العمل في جو من الأرجون ارتداء أقنعة الغاز أو غيرها من أجهزة الأكسجين العازلة.

ظهور مادة بسيطة
غاز خامل ، عديم اللون ، عديم الطعم والرائحة
خصائص الذرة
الاسم والرمز والرقم	أرجون / أرغون (عربي) ، 18
الكتلة الذرية (الكتلة المولية)	39.948 أ. إم (جم / مول)
التكوين الإلكترونية	3s 2 3p 6
نصف قطر الذرة	71 مساءً
الخواص الكيميائية
نصف القطر التساهمي	106 م
نصف قطر أيون	154 م
كهرسلبية	4.3 (مقياس بولينج)
إمكانات الكهربائي	0
الأكسدة	0
طاقة التأين (أول إلكترون)	1519.6 (15.75) كيلوجول / مول (eV)
الخصائص الديناميكية الحرارية لمادة بسيطة
الكثافة (في n.a.)	(عند 186 درجة مئوية) 1.40 جم / سم 3
درجة حرارة الانصهار	83.8 ك
درجة حرارة الغليان	87.3 ك
حرارة التبخر	6.52 كيلوجول / مول
السعة الحرارية المولية	20.79 جول / (ك مول)
الحجم المولي	24.2 سم 3 / مول
الشبكة البلورية لمادة بسيطة
بنية شعرية	مكعبة الوجه
معلمات شعرية	5.260 أ
درجة حرارة ديباي	85 ك
مميزات وخصائص اخرى
توصيل حراري	(300 كلفن) 0.0177 واط / (م · ك)

بدأ تاريخ اكتشاف الأرجون في عام 1785 ، عندما قرر الفيزيائي والكيميائي الإنجليزي هنري كافنديش ، الذي درس تكوين الهواء ، تحديد ما إذا كان كل النيتروجين الموجود في الهواء قد تأكسد.

لعدة أسابيع ، أخضع خليط الهواء والأكسجين في أنابيب على شكل حرف U لتفريغ كهربائي ، مما أدى إلى تكوين المزيد والمزيد من أكاسيد النيتروجين البني ، والتي قام الباحث بحلها بشكل دوري في القلويات. بعد مرور بعض الوقت ، توقف تكوين الأكاسيد ، ولكن بعد ارتباط الأكسجين المتبقي ، بقيت فقاعة غاز ، لم ينخفض ​​حجمها أثناء التعرض المطول للتفريغ الكهربائي في وجود الأكسجين. قدر كافنديش حجم فقاعة الغاز المتبقية ليكون 1/120 من الحجم الأصلي للهواء. غير قادر على حل لغز الفقاعة ، أوقف كافنديش بحثه ولم ينشر نتائجه. بعد سنوات عديدة فقط ، جمع الفيزيائي الإنجليزي جيمس ماكسويل ونشر مخطوطات غير منشورة وملاحظات معملية عن كافنديش.

يرتبط التاريخ الإضافي لاكتشاف الأرجون باسم رايلي ، الذي كرس عدة سنوات لدراسة كثافة الغازات ، وخاصة النيتروجين. اتضح أن لترًا من النيتروجين الناتج من الهواء يزن أكثر من لتر من النيتروجين "الكيميائي" (يتم الحصول عليه عن طريق تحلل أي مركب نيتروجين ، على سبيل المثال ، أكسيد النيتروز أو أكسيد النيتروز أو الأمونيا أو اليوريا أو الملح الصخري) بمقدار 1.6 مجم ( وزن الأول 1.2521 والثاني 1.2505). لم يكن هذا الاختلاف صغيراً لدرجة أنه يمكن أن يُعزى إلى الخطأ التجريبي. بالإضافة إلى ذلك ، كان يتكرر باستمرار بغض النظر عن مصدر الحصول على النيتروجين الكيميائي.

دون التوصل إلى حل ، في خريف عام 1892 ، نشر رايلي رسالة إلى العلماء في مجلة Nature ، يطلب منهم شرح حقيقة أنه ، اعتمادًا على طريقة استخلاص النيتروجين ، حصل على قيم كثافة مختلفة. تمت قراءة الرسالة من قبل العديد من العلماء ، لكن لم يتمكن أحد من الإجابة على السؤال المطروح فيها.

كما لم يكن لدى الكيميائي الإنجليزي المعروف ويليام رامزي إجابة جاهزة ، لكنه عرض تعاونه على رايلي. دفع الحدس رامزي إلى اقتراح أن نيتروجين الهواء يحتوي على شوائب من غاز غير معروف وأثقل ، ولفت ديوار انتباه رايلي إلى وصف التجارب القديمة لكافنديش (التي تم نشرها بالفعل بحلول هذا الوقت).

في محاولة لعزل المكون المخفي عن الهواء ، ذهب كل من العلماء بطريقته الخاصة. كرر رايلي تجربة كافنديش على نطاق أوسع وعلى مستوى تقني أعلى. أرسل محول تم تنشيطه عند 6000 فولت حزمة من الشرر الكهربائي إلى جرس سعة 50 لترًا مليئًا بالنيتروجين. خلق توربين خاص نافورة من رذاذ المحلول القلوي في الجرس ، يمتص أكاسيد النيتروجين وشوائب ثاني أكسيد الكربون. قام رايلي بتجفيف الغاز المتبقي ومرره عبر أنبوب خزفي به برادة نحاسية ساخنة ، والتي تحتفظ بالأكسجين المتبقي. استمرت التجربة عدة أيام.

استفاد رامزي من القدرة التي اكتشفها للمغنيسيوم المعدني المسخن لامتصاص النيتروجين ، مكونًا نيتريد المغنيسيوم الصلب. مرر مرارًا عدة لترات من النيتروجين عبر الجهاز الذي قام بتجميعه. بعد 10 أيام ، توقف حجم الغاز عن التناقص ، وبالتالي ، كان كل النيتروجين مرتبطًا. في نفس الوقت ، عن طريق الجمع مع النحاس ، تمت إزالة الأكسجين ، والذي كان موجودًا كشوائب للنيتروجين. بهذه الطريقة ، تمكن رامزي في التجربة الأولى من عزل حوالي 100 سم مكعب من الغاز الجديد.

لذلك ، تم اكتشاف عنصر جديد. أصبح معروفًا أنه أثقل مرة ونصف من النيتروجين و 1/80 من حجم الهواء. وجد رامزي ، باستخدام القياسات الصوتية ، أن جزيء الغاز الجديد يتكون من ذرة واحدة - قبل ذلك ، لم تكن هذه الغازات في حالة مستقرة قد استوفيت. نتج عن هذا استنتاج مهم للغاية - نظرًا لأن الجزيء أحادي الذرة ، فمن الواضح أن الغاز الجديد ليس مركبًا كيميائيًا معقدًا ، ولكنه مادة بسيطة.

قضى رامزي ورايلي الكثير من الوقت في دراسة تفاعلها فيما يتعلق بالعديد من المواد الفعالة كيميائيًا. لكن ، كما هو متوقع ، توصلوا إلى استنتاج مفاده أن غازهم غير نشط تمامًا. لقد كان مذهلاً - حتى ذلك الحين ، لم تكن هذه المادة الخاملة معروفة.

لعب التحليل الطيفي دورًا مهمًا في دراسة الغاز الجديد. يختلف طيف الغاز المنطلق من الهواء ، بخطوطه المميزة باللون البرتقالي والأزرق والأخضر ، اختلافًا حادًا عن أطياف الغازات المعروفة بالفعل. قام William Crookes ، أحد أبرز علماء التحليل الطيفي في ذلك الوقت ، بإحصاء ما يقرب من 200 سطر في طيفه. لم يجعل مستوى تطور التحليل الطيفي في ذلك الوقت من الممكن تحديد ما إذا كان الطيف المرصود ينتمي إلى عنصر واحد أو عدة عناصر. بعد بضع سنوات ، اتضح أن رامزي ورايلي كانا يمسكان بأيديهما ليس غريبًا واحدًا ، بل عدة - مجرة ​​كاملة من الغازات الخاملة.

في 7 أغسطس 1894 في أكسفورد ، في اجتماع للجمعية البريطانية للفيزيائيين والكيميائيين وعلماء الطبيعة ، تم إرسال رسالة حول اكتشاف عنصر جديد ، والذي أطلق عليه اسم الأرجون. ذكر رايلي في تقريره أن حوالي 15 جرامًا من الغاز المفتوح (1.288٪ بالوزن) موجود في كل متر مكعب من الهواء. كان الأمر الذي لا يُصدق هو حقيقة أن عدة أجيال من العلماء لم يلاحظوا الجزء المكون من الهواء ، وحتى بمقدار نسبة مئوية كاملة! في غضون أيام ، اختبر العشرات من علماء الطبيعة من بلدان مختلفة تجارب رامزي ورايلي. لم يكن هناك شك: الهواء يحتوي على الأرجون.

بعد عشر سنوات ، في عام 1904 ، حصل رايلي على جائزة نوبل في الفيزياء لدراساته عن كثافات الغازات الأكثر شيوعًا واكتشاف الأرجون ، وحصل رامزي على جائزة نوبل في الكيمياء لاكتشافه العديد من الغازات الخاملة في الغلاف الجوي.

التطبيق الرئيسي

الصناعات الغذائية

في بيئة خاضعة للرقابة ، يمكن استخدام الأرجون كبديل للنيتروجين في العديد من العمليات. إن قابلية ذوبانه العالية (ضعف قابلية ذوبان النيتروجين) وخصائص جزيئية معينة تجعله مميزًا لتخزين الخضروات. في ظل ظروف معينة ، يكون قادرًا على إبطاء تفاعلات التمثيل الغذائي وتقليل تبادل الغازات بشكل كبير.

إنتاج الزجاج والأسمنت والجير

عند استخدامه لملء الدرابزين بزجاج مزدوج ، يوفر الأرجون عزلًا حراريًا ممتازًا.

علم المعادن

يستخدم الأرجون لمنع التلامس والتفاعل اللاحق بين المعدن المنصهر والجو المحيط.

يعمل استخدام الأرجون على تحسين العمليات مثل الخلط المنصهر ، وكسح حوض المفاعل لمنع إعادة أكسدة الفولاذ ، ومعالجة الفولاذ المتخصصة في مزيلات الغازات الفراغية ، بما في ذلك نزع الكربون عن الأكسجين ، والاختزال ، وعمليات الاحتراق المفتوح. ومع ذلك ، اكتسب الأرجون أكبر شعبية في عمليات إزالة كربونات الأرجون والأكسجين من الفولاذ غير المكرر عالي الكروم ، مما يجعل من الممكن تقليل أكسدة الكروم.

الدراسات والتحليلات المعملية

يستخدم الأرجون في شكله النقي وبالاقتران مع الغازات الأخرى في التحليلات الصناعية والطبية واختبارات مراقبة الجودة.

على وجه الخصوص ، يعمل الأرجون كبلازما غاز في قياس طيف انبعاث البلازما المقترن بالحث (ICP) ، ووسادة غاز في مطياف الامتصاص الذري لفرن الجرافيت (GFAAS) ، وغاز حامل في كروماتوغرافيا الغاز باستخدام أجهزة تحليل الغاز المختلفة.

بالاقتران مع الميثان ، يُستخدم الأرجون في عدادات جيجر وكاشفات الأشعة السينية (XRF) ، حيث يعمل كغاز تبريد.

اللحام والقطع والطلاء

يستخدم الأرجون كوسيط وقائي في عمليات اللحام بالقوس الكهربائي ونفخ الغاز الواقي وقطع البلازما.

يمنع الأرجون أكسدة اللحامات ويقلل من كمية الدخان المنبعثة أثناء عملية اللحام.

إلكترونيات

يعمل الأرجون شديد النقاء كغاز ناقل للجزيئات التفاعلية ، بالإضافة إلى غاز خامل لحماية أشباه الموصلات من الشوائب الغريبة (على سبيل المثال ، يوفر الأرجون البيئة اللازمة لتنمية بلورات السيليكون والجرمانيوم).

في الحالة الأيونية ، يتم استخدام الأرجون في الطلاء بالرش ، وغرس الأيونات ، وعمليات التطبيع والحفر في تصنيع أشباه الموصلات وتصنيع المواد عالية الكفاءة.

صناعة السيارات والنقل

يستخدم الأرجون المضغوط المعبأ لنفخ الوسائد الهوائية في السيارات.