Аргон! Разве путь твой ближе, чем дорога млечная?
Аргон! О каких потерях плачет птица встречная?
Именно так я слышал эту песню, когда был совсем юным мальчиком. И не мог никак взять в толк – куда держит путь благородный газ аргон, и при чём здесь вообще птицы?
Птицы оказались, в итоге, ещё как при чём.
Но потом я подрос, перестал думать всякие глупости и стал военным. А военным быть это сами знаете – наряды, караулы, квадратные сугробы, строевая подготовка, пришивание подворотничков и глубокое изучение требований общевоинских уставов.
К чему это я… Ах, да. Сегодня мы поговорим про аргон. Это очень стабильный химический элемент с полностью заполненными электронными оболочками, который очень любят сварщики и дайверы.
Ядро аргона имеет восемнадцать протонов, и в нормальном (неионизированном) состоянии его атом имеет восемнадцать электронов. Два из них заполняют первую электронную оболочку (туда помещаются только два), восемь заполняют вторую оболочку и ещё восемь заполняют третью. Следовательно, этот элемент находится в третьем периоде таблицы Менделеева (он имеет электроны в трёх разных оболочках), и в восьмой группе (имеет восемь электронов на последней).
На Земле встречается три стабильных изотопа этого элемента: 36Ar с 18 нейтронами (18 протонов + 18 нейтронов = 36 нуклонов), 38Ar с 20 нейтронами и 40Ar с 22 нейтронами. Однако почти весь аргон на Земле – это 40Ar (99,6%).
Что же нужно аргону, чтобы быть стабильным химически? Абсолютно ничего: он уже стабилен, поскольку не имеет незавершённых электронных слоёв.
Следовательно, это один из благородных или инертных газов, таких как неон или гелий, о которых мы уже говорили ранее. Это не означает, что аргон вообще никогда ни с чем не реагирует. Однако это случается нечасто, и аргон определённо не входит в состав каких-нибудь органических молекул и, не принимает участие в каких-либо важных процессах в природе.
Люди ничего не знали о существовании аргона очень долгое время. Он был открыт относительно недавно. При комнатной температуре аргон находится в газообразном состоянии, ни с чем не реагирует, не имеет цвета, запаха и вкуса. То есть органами чувств человека он не фиксируется. Но при этом аргона вокруг нас достаточно много.
Мы все ежедневно дышим аргоном. Содержание этого химического элемента в атмосфере составляет около 1,3% от её массы. Это может показаться не таким уж большим числом, но атмосфера весит около 5,15·10^18 кг, поэтому в ней содержится около 6,7·10^16 кг (почти семьдесят триллионов тонн!) аргона.
И этот инертный газ особенный. Хотя он и не является самым распространённым во Вселенной (гелия, конечно, гораздо больше), аргон имеет достаточную атомную массу, чтобы земная гравитация смогла сохранить его очень большие объёмы на планете в течение миллионов лет. Другие, ещё более тяжёлые благородные газы (такие как ксенон), имеющие более высокие атомные массы, образуются при звёздном ядерном синтезе реже и в меньших количествах, поэтому аргон - особенный элемент. Поскольку имеет «идеальный баланс»: он достаточно лёгок, чтобы его было много, и достаточно тяжёл, чтобы он не мог покинуть атмосферу Земли так же просто как, например, гелий.
Первым, кто заподозрил существование неизвестного элемента, был британский учёный Генри Кавендиш. Это произошло в 1785 году. К тому времени уже было известно, что в воздухе содержатся кислород, азот и углекислый газ.
Проводя свои химические опыты с воздухом, однажды Кавендиш удалил из него углекислый газ, кислород и пары воды, оставив только азот. Затем он поместил в этот азот образец гидроксида калия (KOH) и подверг его воздействию электрических разрядов, которые заставили азот соединиться с гидроксидом. Постепенно азот в образце соединился с КОН и образовал нитрат калия (KNO3).
Но что такое? После того, как реакция полностью завершилась, в контейнере все ещё оставался «азот»! Конечно же, это произошло потому, что это был никакой не азот, а аргон. Однако Кавендиш не мог этого знать.
После опытов пытливого Генри научное сообщество, прищурившись, стало подозревать, что в атмосфере есть что-то ещё.
Однако пришлось ждать более ста лет, до 1894 года, пока лорд Рэлей и сэр Уильям Рамзай не обнаружили «невидимый газ», «ложный азот» Кавендиша.
У Рэлея были свои причины, отличные от причин Кавендиша что-то подозревать: он заметил, что при измерении плотности азота, полученного в лаборатории из разных химических соединений, её значение стабильно составляло 1,2506 кг/м3. Однако при измерении плотности атмосферного азота значение всегда составляло 1,2572 кг/м3.
Из чего Рэлей сделал потрясающий по своей красоте вывод: в воздухе было что-то, смешанное с азотом, что-то тяжелее его и инертное, так как оно не вступало ни с чем в реакцию!
К счастью, у Рэлея были две вещи, которых не было у Кавендиша: во-первых, спектроскопия, с помощью которой можно было определить спектр поглощения и излучения любого вещества и таким образом идентифицировать «отпечаток пальца» каждого элемента. Таким образом можно было идентифицировать известные элементы и узнать, есть ли в образце новые. Во-вторых, что не менее важно, рядом с ним стоял, заслонив собой свет, Уильям Рамзай, учёный-экспериментатор высочайшей квалификации.
Вместе Рэлей и Рамзай сделали почти то же самое, что Кавендиш сделал веком ранее (использовав перегретый магний вместо гидроксида калия), и когда они выделили «тяжёлый инертный газ», смешанный с остальным воздухом, то исследовали спектр его излучения. И оказалось, что это был новый элемент, первый обнаруженный инертный газ! (Гелий, о котором мы уже говорили, год спустя откроет, опять же, Рамзай).
По причине химической неактивности учёные дали название новому элементу аргон, от греческого слова «инертный».
За это открытие исследователи получили Нобелевскую премию в 1904 году – Рамзай по химии, а Рэлей по физике. На протяжении полувека символом аргона был «А», пока в 1957 году его не заменили на «Ar».
С момента открытия аргона людям удалось получить некоторые его соединения, такие, например, как HArF (хотя они очень нестабильны), и выяснить, что при определённых условиях атомы аргона могут «захватываться» молекулами воды в замёрзшем состоянии, образуя при этом так называемые «клатраты».
Но можно ли как-то использовать столь инертный элемент? Можно. Ничего бесполезного не бывает. Ежегодно в мире производится около 700 000 тонн аргона. Это больше не делается сложными методами Кавендиша или Рэлея. Для этого применяется фракционная перегонка воздуха (поскольку его составляющие имеют разные температуры кипения). То есть аргон добывают прямо из атмосферы. И поэтому он относительно дёшев.
Говоря о его применении начнём с того, что основное свойство аргона (то есть инертность) уже само по себе очень полезно: бывают случаи, когда «самый дешёвый инертный газ» (азот) недостаточно инертен, когда возникает нужда хранить очень химически активные продукты. В этом случае используется аргон (для этого можно использовать любой другой благородный газ, но аргон самый дешёвый из них, хотя, конечно, не такой дешёвый, как азот). Аргон используют, например, для хранения жидких лекарств в ёмкостях (таких, например, как парацетамол для внутривенного введения), чтобы они дольше сохранялись и не портились. То же самое делают, кстати, хотя это может показаться странным, с винными бочками при выдержке вина.
По этой же причине аргон применяют для тушения пожаров, если нужно иметь абсолютную уверенность в том, что при использовании огнетушителей ничего не будет повреждено: аргон прекрасно тушит пламя, заменяя кислород, но не вступает в реакцию с электронными приборами, поэтому не повреждает их и является очень хорошим изолятором, не вызывая коротких замыканий при контакте с токоведущими частями, находящимися под напряжением.
Как и азот, он также используется для изготовления ламп накаливания: если внутри лампочки есть кислород, нить накаливания быстро сгорает, а если внутри ничего нет, разница в давлении делает изделие слишком хрупким. Решение проблемы простое: нужно заполнить колбу инертным газом, и аргон является одним из наиболее доступных вариантов.
Есть у аргона и довольно зловещее применение: его иногда используют в птицеводстве для безболезненного забоя птиц. Нет, аргон не ядовит, потому что инертен, но когда им заменяют кислород, он может убивать. Вернее не аргон, а отсутствие кислорода. Поскольку аргон тяжелее кислорода, при попадании в помещение он как бы «стелется» над поверхностью, а кислород вытесняется вверх. И бедные птицы невысокого роста просто задыхаются.
Помимо своей инертности, аргон обладает ещё и низкой теплопроводностью, поэтому его используют ещё и в качестве изолятора. В некоторых двухкамерных окнах внутри есть воздух, и они лучше, чем однокамерные сохраняют тепло. А ещё лучше, если внутри нет воздуха, а есть аргон. Способность сохранять тепло у таких окон ещё выше.
Наконец, аргон также используется в качестве хладагента: его хранят в сжатом виде под высоким давлением, а когда нужно внезапно что-то охладить, аргон молниеносно расширяется, вызывая сильное снижение температуры поглощением огромного количество тепла из окружающей среды.
Таким образом, кстати, охлаждается, например, ракета AIM-9 «Sidewinder» (в некоторых её модификациях вместо аргона используется азот), где аргон хранится сжатым под давлением около 350 атмосфер.
Ну про аргоновую сварку и лазеры и так все знают, тут рассказывать нечего.
Цена литра аргона на мировых рынках составляет около доллара США.
Всем добра.
Вы можете👉 поблагодарить автора за труд
И не пропускайте новые материалы! Подпишитесь и нажмите на колокольчик на главной странице:
Главная страница проекта👇
Всё для дома. Скидки до 50%👇
Реклама ООО Яндекс ИНН 7736207543
