Аргон

Аргон
	одаје љубичасти сјај у стању плазме
Општа својства
Име, симбол	аргон, Ar
Изглед	безбојни гас који производи лила/љубичасти сјај када се стави у електрично поље
У периодноме систему
хлор ← аргон → калијум	‍
Атомски број (Z)	18
Група, периода	група 18 (племенити гасови), периода 3
Блок	p-блок
Категорија	племенити гас
Рел. ат. маса (Ar)	39,948(1)
Ел. конфигурација	[Ne] 3s2 3p6
по љускама	2, 8, 8
Физичка својства
Агрегатно стање	гас
Тачка топљења	83,81 K (−189,34 °‍C, −308,81 °F)
Тачка кључања	87,302 K (−185,848 °‍C, −302,526 °F)
Густина на СТП (0 °‍C и 101,325 kPa)	1,784 g/L
течно ст., на т.к.	1,3954 g/cm3
Тројна тачка	83,8058 K, 68,89 kPa
Критична тачка	150,687 K, 4,863 MPa
Топлота фузије	1,18 kJ/mol
Топлота испаравања	6,53 kJ/mol
Мол. топл. капацитет	20,85 J/(mol·K)
Атомска својства
Оксидациона стања	0
Електронегативност	нема података
Енергије јонизације	1: 1520,6 kJ/mol ; 2: 2665,8 kJ/mol ; 3: 3931 kJ/mol ; (остале)
Ковалентни радијус	106±10 pm
Валсов радијус	188 pm
	Спектралне линије
Остало
Кристална структура	постраничноцентр. кубична (FCC)
Брзина звука	323 m/s (гас, на 27 °C)
Топл. водљивост	17,72×10−3 W/(m·K)
Магнетни распоред	дијамагнетичан
Магнетна сусцептибилност (χmol)	−19,6·10−6 cm3/mol
CAS број	7440-37-1
Историја
Откриће и прва изолација	Џон Вилијам Страт и Вилијам Ремзи (1894)
Главни изотопи
	36; Ar и 38; Ar садржај може да буде и до 2,07% и 4,3% респективно у природним узорцима. 40; Ar је остатак у тим случајевима, чији садржај може да буде око 93,6%.
	референце • Википодаци

Аргон (Ar, лат. argon, до 1957. само A^[6]) племенити је гас (не ступа скоро ни у какве хемијске реакције).^[7] У периодном систему елемената налази се у 8. главној групи односно 18. IUPAC-групи.^[8] Као и други племенити гасови, он је безбојни, једноатомни, изузетно нереактивни гас. По многим физичким особинама, попут тачке топљења и кључања или густине, налази се између лакшег неона и тежег криптона.

Године 2000 је добијено прво једињење аргона, HArF. Стабилни изотопи су му: ³⁶Ar, ³⁸Ar и ⁴⁰Ar. Аргон који се јавља на Земљи има већу атомску масу од калијума који се јавља после њега. Аргон је најраспрострањенији племенити гас на Земљи. Његов удео у Земљиној атмосфери износи око 0,934%. Тиме је он трећи најзаступљенији састојак ваздуха, одмах након азота и кисеоника. Толика количина аргона се највећим делом објашњава радиоактивним распадом изотопа калијума ⁴⁰K, при чему настаје изотоп аргона ⁴⁰Ar.

Након што је откривен и добијен из ваздуха, те након што је због своје нереактивности назван „племенити гас”, такав назив су добили и сви остали слични гасови откривени након њега. Хелијум (од helios, грч. назив за „сунце”) је наводно откривен пре њега помоћу спектроскопског посматрања Сунчеве светлости као и у земаљским узорцима, а неон је откривен нешто касније. Аргон су добили Џон Вилијам Страт и Вилијам Ремзи 1894. помоћу фракционе дестилације течног ваздуха. Као веома вредан племенити гас, он се производи у великим количинама и користи као заштитни гас при заваривању и производњи неких метала, али и као гас за пуњење гасних сијалица (лампи).

Историја

Прве назнаке постојања гаса, за који ће се касније испоставити да је аргон, дао је Хенри Кевендиш који је 1783. истраживао реактивност ваздуха. Вршио је електрична пражњења у тачно одређену количину ваздуха, која је била обогаћена кисеоником у односу 5:3. Азот и кисеоник су међусобно реаговали, те су настали азотни оксиди могли бити уклоњени. Међутим, преостала је мала количина гасова који нису реаговали. Ипак, Кавендиш није успео да препозна да се међу њима радило о новом елементу, те није наставио своја истраживања на том пољу.^[9]

Након што је Џон Вилијам Страт 1892. одредио густину азота издвојеног из ваздуха, приметио је да азот добијен из амонијака има незнатно мању густину. Настале су разне шпекулације о овом открићу. Тако је на пример Џејмс Дјуар сматрао да се у том случају ради о троатомном молекулу азота N₃, аналогно као и код озона. Страт је поновио Кевендишове експерименте, тако што је у стакленој кугли напуњеној ваздухом изазивао електричне варнице и довео до реакције кисеоника и азота. Након што је потврдио Кевендишове резултате о нереактивном остатку у кугли, Вилијам Ремзи је 1894. испитивао те остатке, преводећи гасове преко загрејаног магнезијума. Да су ти остаци садржавали азот, дошло би настанка нитрида, те се из смесе могао издвојити додатни азот. Међутим, резултати су показали да је дошло до повећања густине што ће касније довести до открића до тада још непознатног, нереактивног гаса. Ремзи и Страт су 31. јануара 1895. коначно објавили откриће новог елемента. Назив новог елемента, аргона, извели су из старогрчке речи ἀργός argos, „нереактиван”, „лењ”.^[10] Након што је Вилијам Ремзи од 1898. испитивао аргон издвојен из ваздуха, у остацима гасова је открио још три друга елемента, племените гасове неон, криптон и ксенон.^[11]

Прву техничку примену аргон је пронашао у електроиндустрији. Између осталог, израђивале су се такозване тунгар (скр. од „tungsten” - волфрам и аргон) цеви, исправљачи на бази тињалице у заштитној атмосфери аргона.^[12]

Заступљеност

Пошто од настанка Земље на њој постоји доста калијума, а веома мало племенитих гасова, аргон који настаје из калијума својом количином неколико пута превазилази остале племените гасове. Заступљен је у атмосфери у количини од 0,934%.^[13]

Особине

Физичке

У нормалним условима притиска и температуре, аргон је једноатомни, безбојни гас без мириса и укуса. При температури од 87,15 K (−186 °C) се кондензује у течно стање док при 83,8 K (−189,3 °C) прелази у чврсто. Као и код других племенитих гасова, осим хелијума, аргон се кристализује у кубном кристалном систему са параметром решетке a = 526 pm при 4 K.^[14]

Као и сви племенити гасови, и аргон има попуњене све електронске љуске (тзв. конфигурација племенитог гаса). Тиме се може објаснити да се овај гас налази у природи у једноатомном стању те да му је реактивност занемарива. Уз густину од 1,784 kg/m³ при 0 °C и 1013 hPa, аргон је тежи од ваздуха, тј. скупља се на дну. У фазном дијаграму, тројна тачка се налази на 83,8 K i 689 hPa,^[15] критична тачка на 150,86 K и 4896 kPa, док му је критична густина 0,536 g/cm³.^[16]

У води, овај гас је слабо растворљив. Тако се у једном литру воде при 0 °C и нормалном притиску може растворити највише 5,6 грама аргона.^[16]

Хемијске

Као и сви племенити гасови, аргон готово никако не реагује са другим елементима или једињењима. До данас познато је само једно једињење аргона, аргон-флуорохидрид HArF,^[17]^[18] добијен 2000. године у лабораторији путем фотолизе са флуороводоником у матрици аргона при 7,5 K, те је идентификован на основу нових линија у инфрацрвеном спектру. Међутим то једињење се распада на температурама изнад 27 K.^[19] Према прорачунима, требало би да постоји још једињења аргона у метастабилном стању који се релативно спорије распадају, међутим до данас није експериментално потврђено њихово постојање. Неки од примера су хлорни аналоги аргон-флуорохидрита опште формуле HArCl, али и једињења при којима се протон замењује другим групама, као на пример FArCCH као органско једињење аргона или FArSiF₃ са везом између аргона и силицијума.^[20] Аргон гради и одређене клатрате, у којима је он физички „затворен” у празне просторе између кристала. При −183 °C аргон-хидрат је стабилан, али је његова брзина стварања веома спора, да би се десила прекристализација. Ако је са ледом помешан и хлороформ, клатрат се ствара већ при −78 °C.^[21] Такође је стабилан и клатрат аргона у хидрохинону.^[22]

Изотопи

Позната су укупно 23 изотопа аргона као и неколико нуклеарних изомера. Међу свим изотопима само су три стабилна: ³⁶Ar, ³⁸Ar и ⁴⁰Ar и могу се наћи у природи. Међу њима, највише је изотопа ⁴⁰Ar чији удео у природној изотопској смеси аргона износи 99,6%. Изотопи ³⁶Ar и ³⁸Ar са уделима од 0,34% односно 0,06% су веома ретки. Од нестабилних изотопа ³⁹Ar има време полураспада од 269 година док ⁴²Ar има 32,9 година. Сви остали изотопи се распадају много брже те су им времена полураспада у нивоу од 20 ns код ³⁰Ar до 35,04 дана код ³⁷Ar.^[23]

Изотоп ⁴⁰Ar се користи за одређивање старости стена (такозвано калијум-аргонско датирање). При томе до изражаја долази да се нестабилни ⁴⁰K садржан у стенама полако распада до ⁴⁰Ar. Што се више калијума распадне до аргона то је одређена стена старија.^[16] Краткоживећи изотоп ⁴¹Ar се може употребити за испитивање гасовода и гасних инсталација. Проводећи кроз инсталације ⁴¹Ar може се испитивати њихова пропусност, затвореност или исправност.^[16]

Примена

У хемијским реакцијама за добијање нереактивне атмосфере (ако је и атмосфера азота сувише реактивна.
У техници заваривања, чист или у гасним смесама са CO, CO₂, H₂ и N₂ ;
У металургији за термичку обраду и производњу високолегираних челика, за заштиту одливака, за десулфуризацију ...
У електроници за производњу полупроводника, у производњи расветних средстава инструменталној аналитици, нуклеарној техници ...

Начин производње и испоруке

Добија се ректификацијом течног ваздуха (кисеоничне фракције) на температури испод -185 °C
У челичним судовима - боцама, под притиском од 150 бара. Боце су појединачне или у батеријама - палетама са заједничким вентилом за пуњење и пражњење, у батеријама судова - боца трајно уграђеним на транспортно возило или у течном агрегатном стању специјалним транспортним возилима до резервоара корисника аргона

Поступак и материјали

У гасовитом стању под притиском, у течном стању се треба придржавати прописаних норми и мера заштите.
За гасовити аргон се може применити већина уобичајених материјала. Течни аргон захтева примену аустенитних легираних челика, алуминијума, бакра и легура, тефлон...

Референце

^ Meija, J.; et al. (2016). „Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report)”. Pure and Applied Chemistry. 88 (3): 265—291. doi:10.1515/pac-2015-0305.
^ ^а ^б Haynes, William M., ур. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd изд.). Boca Raton, FL: CRC Press. стр. 4.121. ISBN 1439855110.
^ Shuen-Chen Hwang, Robert D. Lein, Daniel A. Morgan (2005). "Noble Gases". Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Wiley. Hwang, Shuen-Cheng; Weltmer, William R. (2000). „Helium Group Gases”. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. стр. 343—383. ISBN 0471238961. doi:10.1002/0471238961.0701190508230114.a01.
^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds Архивирано на сајту Wayback Machine (12. јануар 2012), in Lide, D. R., ур. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
^ Weast, Robert (1984). CRC, Handbook of Chemistry and Physics. Boca Raton, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. стр. E110. ISBN 978-0-8493-0464-4.
^ Argon, na stranici Web elements, pristupljeno 29. aprila 2016.
^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
^ Мишић, Милан, ур. (2005). Енциклопедија Британика. А-Б. Београд: Народна књига : Политика. стр. 66. ISBN 86-331-2075-5.
^ William H. Brock: Viewegs Geschichte der Chemie. 1997. стр. 211—216. ISBN 978-3-540-67033-9. Vieweg, Braunschweig.
^ Thomas, John Meurig (2004). „Argon und das nichtinerte Paar: Rayleigh und Ramsay”. Angewandte Chemie. 116 (47): 6578—6584. doi:10.1002/ange.200461824.
^ William Ramsay: The Rare Gases of the Atmosphere. Govor povodom dodjele Nobelove nagrade, 12. decembar 1904.
^ von Schröter, Fritz (1920). „Die Bedeutung der Edelgase für die Elektrotechnik”. The Science of Nature. 8 (32): 627—633. S2CID 29729923. doi:10.1007/BF02448916.
^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
^ Schubert, K. (1974). „Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente”. Acta Crystallographica Section B Structural Crystallography and Crystal Chemistry. 30: 193—204. doi:10.1107/S0567740874002469.
^ A. L. Gosman, R. D. McCarty, J. G. Hust: Thermodynamic Properties of Argon from the Triple Point to 300 K at Pressures to 1000 Atmospheres. u: Nat. Stand. Ref. Data Ser. Nat. Bur. Stand. 1969, 27 (NIST).
^ ^а ^б ^в ^г Argon. u: Römpp Chemie-Lexikon. Thieme Verlag, juni 2014.
^ Khriachtchev, L.; Pettersson, M.; Runeberg, N.; Lundell, J.; Räsänen, M. A stable argon compound, Nature (London) 2000, 406, 874
^ Miessler, Gary L., Adam Jaworski (ur.): Inorganic chemistry. 2014. стр. 302. ISBN 978-0-321-81105-9. , Prentice Hall.
^ Khriachtchev, Leonid; Pettersson, Mika; Runeberg, Nino; Lundell, Jan; Räsänen, Markku (2000). „A stable argon compound”. Nature. 406 (6798): 874—876. PMID 10972285. S2CID 4382128. doi:10.1038/35022551.
^ Cohen, Arik; Lundell, Jan; Gerber, R. Benny (2003). „First compounds with argon–carbon and argon–silicon chemical bonds”. The Journal of Chemical Physics. 119 (13): 6415—6417. doi:10.1063/1.1613631.
^ Barrer, R. M.; Ruzicka, D. J. (1962). „Non-stoichiometric clathrate compounds of water. Part 4.—Kinetics of formation of clathrate phases”. Trans. Faraday Soc. 58: 2262—2271. doi:10.1039/TF9625802262. .
^ David R. Lide (izd.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. izd. (Internet verzija: 2010), CRC Press/Taylor and Francis, Boca Raton, FL, The Elements, str. 4-4.
^ G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties Архивирано на сајту Wayback Machine (20. јул 2011) (PDF). u: Nuclear Physics. 2003, vol. A 729, str. 3–128.

Литература

Brown, T. L.; Bursten, B. E.; LeMay, H. E. (2006). J. Challice; N. Folchetti, ур. Chemistry: The Central Science (10th изд.). Pearson Education. стр. 276 & 289. ISBN 978-0-13-109686-8.
Preston-Thomas, H. (1990). „The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90)”. Metrologia. 27 (1): 3—10. Bibcode:1990Metro..27....3P. S2CID 250785635. doi:10.1088/0026-1394/27/1/002.
Lide, D. R. (2005). „Properties of the Elements and Inorganic Compounds; Melting, boiling, triple, and critical temperatures of the elements”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th изд.). CRC Press. §4. ISBN 978-0-8493-0486-6.