کاربرد عنصر آرگون چیست؟ خواص و ویژگی گاز آرگون

خواندن این مطلب 8 دقیقه زمان میبرد

عنصر آرگون از عناصر شیمیایی جدول تناوبی عناصر بوده و با نماد شیمیایی Ar شناخته می‌شود. عنصر آرگون در گروه گازهای نجیب (گروه ۱۸) جای گرفته است. عدد اتمی عنصر آرگون ۱۸ و عدد جرمی آن نیز ۳۹.۹۴۸ است. از خواص عنصر آرگون می توان به بی اثر بودن آن اشاره نمود. کاربرد عنصر آرگون در صنعت بسیار صورت می پذیرد. زیرا ارزان‌ترین گاز نجیب بشمار می آید. توجه شود که به دلیل بی اثر بودن این ماده، هیچ ترکیب عنصر آرگون به طور طبیعی وجود ندارد. برای تولید عنصر آرگون از تقطیر جز به جز هوای مایع استفاده می کنند. زیرا این عنصر در اتمسفر موجود است. توجه شود که ایزوتوپ عنصر آرگون نیز کشف شده و در ادامه این مقاله مورد بررسی قرار می گیرد. برای شناخت بهتر این ماده می توان از مدل اتمی بور برای عنصر آرگون مراجعه نمود.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی و معرفی عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف پرداخته است. عناصری مانند: هلیم، نئون، نیتروژن، کربن و… . در ادامه با بررسی و معرفی خواص و ویژگی عنصر آرگون با ما همراه باشید.

پیشینه عنصر آرگون عنصر شماره ۱۸ جدول تناوبی

در سال ۱۷۸۵ دانشمندی به نام هنری کاوندیش احتمال وجود آرگون در هوا را کشف نمود. اما در سال ۱۸۹۴ بود که جان استرات و ویلیام رمزی توانستند عنصر آرگون گازی را از هوا خالص سازی کنند. البته پیش از کشف این دو دانشمند، در سال ۱۸۸۲ اثر آرگون در پژوهش هایی جداگانه توسط نوال و هارتلی نیز مشاهده شده بود. آن ها خط‌های جدیدی در طیف جذبی هوا مشاهده کرده بودند. اما آن ها موفق به شناسایی عنصر سازنده این خطوط نشدند. لازم به ذکر است که عنصر آرگون نخستین گاز نجیبی بود که شناسایی شد.

ویژگی عنصر آرگون

عدد اتمی: ۱۸
جرم اتمی: ۳۹.۹۴۸
نقطه ذوب: ۱۸۹.۳۴- درجه سانتی گراد
شعاع اتمی: ۷۱
چگالی در شرایط STP: 1.784 گرم بر لیتر
ظرفیت: ۸
فاز در STP: گاز
رنگ: بی رنگ
گروه: ۱۸
تناوب: سوم
انرژی یونیزاسیون: ۱۵۲۰ کیلو ژول بر مول
لایه الکترونی: [Ne] 3s^۲۳p^۶
عدد اکسایش: صفر
دسته: گاز نجیب

خواص عنصر آرگون

آرگون گازی بی بو و بی رنگ است که تحت تأثیر ولتاژ بالا به رنگ متمایل به آبی روشن در می آید. گاز آرگون را می توان به مایع نیز تبدیل نمود. انحلال پذیری گاز آرگون در آب تقریباً با انحلال پذیری اکسیژن در آب برابر است. انحلال پذیری گاز آرگون دو برابر انحلال پذیری نیتروژن در آب است. عنصر آرگون در بیشتر شرایط، گازی بی اثر و غیر واکنش پذیر است. درواقع هیچ ترکیب پایداری از این ماده در دمای اتاق تشکیل می شود. با وجود اینکه آرگون گازی بی اثر است، اما تحت شرایط ویژه می تواند واکنش داشته باشد. در دمای کمتر از ۱۷ درجه کلوین گاز آرگون با فلوئور و هیدروژن می تواند آرگون فلوئوروهیدرید (HArF) تشکیل دهد. برای شناخت بیشتر این عنصر بی نظیر می توان مدل اتمی بور برای عنصر آرگون را مشاهده نمود.

فراوانی ایزوتوپ عنصر آرگون

عنصر آرگون نیز مانند سایر عناصر جدول تناوبی دارای ایزوتوپ هایی است. عنصر آرگون سه ایزوتوپ پایدار دارد. ایزوتوپ آرگون-۴۰ با فراوانی ۹۹٫۶٪ فراوان‌ ترین ایزوتوپ عنصر آرگون است. گاز نجیب آرگون دارای ۲۴ ایزوتوپ شناخته شده از (Ar-30 تا Ar-53) است. در این میان تنها سه ایزوتوپ ^۳۶Ar و ^۳۸Ar و ^۴۰Ar به طور طبیعی پایدار هستند. پایدارترین ایزوتوپ پرتوزای آرگون نیز ^۳۹Ar بوده و نیمه عمری برابر با ۲۶۹ سال دارد.

لازم به ذکر است که در مکان ‌های مختلف منظومه شمسی، فراوانی ایزوتوپ‌ آرگون نیز متفاوت است. در زمین که ایزوتوپ پتاسیم-۴۰ در سنگ‌ ها به آرگون-۴۰ تبدیل می‌ گردد، ایزوتوپ آرگون-۴۰ فراوان ‌ترین ایزوتوپ است.

آرگون تولید شده در سنتز هسته ‌ای ستاره ‌ای بیشترین فراوانی مربوط به آرگون-۳۶ است که در فرایند آلفا ساخته می‌شود. فراوانی نسبی آرگون-۳۶ در باد های خورشیدی ۸۴٫۶٪ اندازه‌گیری شده‌است. در سیاراتی مانند مریخ و عطارد نیز فراوانی آرگون-۴۰ بسیار بیشتر از آرگون-۳۶ است.

ترکیبات عنصر آرگون

ظرفیت آخرین لایه الکترونی عنصر آرگون کامل است. بنابراین گاز آرگون بسیار پایدار است و در برابر تشکیل پیوند شیمیایی مقاومت می کند. قبل از ساخته شدن ترکیبات شیمیایی گاز های نجیب سنگین، دانشمندان تصور می کردند که گاز های نجیبی مانند آرگون هیچ ترکیب شیمیایی تشکیل نمی دهند. اما در سال ۲۰۰۰ دانشمندان با تاباندن نور فرابنفش به آرگون منجمد شده ای که حاوی مقدار کمی هیدروژن فلوئورید در مجاورت سدیم یدید بود، موفق به تولید اولین ترکیب شیمیایی گاز آرگون شدند. ترکیب شیمیایی تولید شده از گاز آرگون تا ۴۰ کلوین پایدار است.

در سال ۲۰۱۰ نیز ترکیب جدیدی از آرگون با فرمول شیمیایی ARCF_۲ تولید شد. در صنعت از گاز آرگون هم به صورت خالص و هم به صورت ترکیب با گاز های دیگر استفاده می گردد. از معروف ترین و پرکاربردترین ترکیبات گاز آرگون مخلوط گاز آرگون و گاز متان است. این ترکیب با نام تجاریP10 شناخته شده و به فروش می رسد.

از ترکیب ۱۰% گاز متان و ۹۰% گاز آرگون P10 تشکیل می شود. این ترکیب عنصر آرگون کاربرد فراوانی در دستگاه های X-Ray در صنعت سیمان سازی داراست.

از دیگر ترکیب عنصر آرگون می توان به مخلوط گاز آرگون و گاز دی اکسید کربن اشاره نمود. این ترکیب با نام تجاری کورگون Corgon شناخته و به فروش می رسد. این ماده در پروسه های جوشکاری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.

ترکیب گاز آرگون و گاز نیتروژن با نام تجاری نورگون Norgon نیز از دیگر ترکیبات این ماده است که در صنعت لامپ سازی کاربرد فراوانی دارد.

گاز های نجیب

گازهای نجیب شامل شش عنصر هلیم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون و رادون است. گازهای نجیب الکترون قابل اشتراکی ندارند. به عبارتی نه کمبود در ساختار اتمی خود دارند که توسط اتم های دیگر اصلاح شود و نه الکترون اضافه دارند که آن را با بقیه اتم ها به شراکت بگذارند. این گازها بی اثر نیز خوانده می شوند. گاز های نجیب مانند آرگون از نظر شیمیایی بسیار پایدارند و تنها عناصری هستند که به حالت گازی شکل در دمای اتاق وجود دارند.

کاربرد عنصر آرگون

گاز آرگون کاربرد های مهمی در زندگی روزمره انسان دارد. در ادامه این مقاله برخی از خواص عنصر آرگون بررسی شده است. با ما همراه باشید.

کاربرد تعیین عمر اشیا تاریخی

کاربرد گاز آرگون که عنصر شماره ۱۸ جدول تناوبی است به همراه پتاسیم در تاریخ گذاری اشیا بسیار قدیمی استفاده می شود. پتاسیم به طور معمول دارای ۱۹ پروتون و آرگون دارای ۱۸ پروتون است. وقتی ذره رادیواکتیو بتا با پتاسیم برخورد کند، یکی از پروتون های هسته پتاسیم به نوترون تبدیل می شود. بدین ترتیب اتم به آرگون (۱۸ پروتون) تغییر می یابد. این پدیده به صورت طبیعی و با گذشت زمان برای اشیا و مواد مختلف با سرعت بسیار آهسته ای رخ می دهد.

اگر نمونه ای از سنگ های آتشفشانی بررسی شوند، نسبت آرگون به پتاسیم موجود در این نمونه ها را می توان مشخص نمود. با مقایسه نمونه قدیمی و نو عمر تقریبی سنگ تخمین زده می شود.

کاربرد به عنوان گاز محافظ در جوشکاری

از کاربرد عنصر آرگون که بسیار هم متداول است، کاربرد این ماده در جوشکاری است. در فرایند جوشکاری به آرگون، گاز محافظ گفته می شود. این گاز فضای اطراف محل جوشکاری را پر کرده و از بروز واکنش های ناخواسته نظیر احتراق جلوگیری می کند. کاربرد عنصر آرگون از لحاظ بی اثر بودن، در جوشکاری بسیار مهم است.

کاربرد در اصلاح حرارتی

کاربرد در این مورد نیز درست مشابه با استفاده از این ماده در جوشکاری است. از گاز آرگون به عنوان یک گاز خنثی و بی اثر استفاده می شود تا فرآیند های اصلاح حرارتی در غیاب اکسیژن و نیتروژن به صورت کنترل شده ای انجام شود.

چاپ سه بعدی

در چاپ سه بعدی نیز از این گاز استفاده می شود. در چاپگر سه بعدی در هنگام گرم شدن و خنک شدن سریع مواد اولیه، گاز آرگون از اکسیداسیون و واکنش های دیگر جلوگیری می کند.

مصرف و کاربرد در فرآیند تولید فلزات

در تولید فلزات نیز برای جلوگیری از اکسیداسیون و واکنش های ناخواسته از این ماده استفاده می شود.

کاربرد گاز آرگون در پزشکی

خاصیت نگهداری سرمای بالای این گاز موجب شده تا از آن در صنایع مختلف از جمله پزشکی استفاده ‌های زیادی شود. از مصارف عنصر آرگون مایع می توان به کاربرد آن در درمان سلول‌ های سرطانی به‌ویژه سرطان سینه اشاره نمود.

در این روش سلول‌ های سرطانی مشخص ‌شده و به وسیله سرمای شدید آرگون به نقطه انجماد می رسند. سپس جراح اقدام به ساکشن این سلول ‌ها می نماید. از مزایای این روش می توان به عدم هزینه ‌های زیاد و اتاق حراجی و گذشت زمان زیاد برای بهبودی اشاره نمود.

کاربرد عنصر آرگون در پزشکی برای بررسی جهش احتمالی ژن APC در بیماران مبتلا به پولیپوز آدنوماتوز به روش غربالگری نیز مورد استفاده قرار می گیرد. این غربالگری در سطح وسیعی می تواند این عارضه را تشخیص داده و از ایجاد سرطان روده بزرگ در افراد جلوگیری کند.

کاربرد عنصر آرگون در ساخت و ساز

کاربرد عنصر آرگون به دلیل خنثی و در دسترس بودن و همچنین ارزانی آن بسیار صورت می گیرد. در واقع این گاز قیمت به صرفه و ارزان‌ تری نسبت به بقیه گاز ها دارد. در برخی مصارف که به یک گاز بی اثر برای ساخت و ساز نیاز است، آرگون گزینه مناسبی است. از این ماده برای پر کردن فضای بین دو جداره‌ی پنجره در ساخت پنجره ‌های دو جداره استفاده می‌شود. دلیل استفاده از این ماده بی رنگ و بی بو، غیر سمی، بی اثر و سنگین بودن آن است.

کاربرد در لامپ های نئون

یک اصطلاح عمومی برای هر لامپی که با استفاده از یک گاز نجیب ایجاد می شود، اصطلاح لامپ نئون است. درواقع با عبور انرژی الکتریکی از یک گاز نجیب نور ساطع می شود. با عبور انرژی الکتریکی از گازهای نجیب مانند آرگون، الکترون هایی که در آخرین تراز اتمی قرار دارند برانگیخته و به سطح انرژی بالاتری منتقل می شوند. حال الکترون ها هنگام برگشت به حالت اولیه در مدار اتمی، از خود فوتون یا نور منتشر می کنند. لامپ های نئونی معمولا شامل آرگون به همراه گاز نئون و کریپتون هستند. آرگون می‌تواند با سایر گازها مخلوط شده و رنگ های زیبایی مانند سبز، زرد و آبی و… به وجود آورد.

خطرات و اثرات عنصر آرگون بر سلامتي انسان

اين عنصر شيميايي با تنفس توسط بدن انسان جذب مي شود.
در محيط هايي که عمل تصفيه انجام مي شود، مقدار گاز آرگون افزايش پيدا مي کند و به سرعت در هوا به حالت فوق اشباع رسيده و خطر خفگي را به دنبال خواهد داشت.
تنفس گاز آرگون می تواند سرگيجه، خستگي، سردرد و خفگي ایجاد کند.
در صورت تماس عنصر آرگون مايع با پوست، يخ زدگي در پوست اتفاق مي افتد.
وارد شدن مقدار کمی گاز آرگون به چشم موجب يخ زدگي می شود.
آرگون گازي خنثي اما از گاز هاي خفه کننده محسوب مي شود. مرگ در صورتي رخ مي دهد که فرد در حالت بيهوشي قرار گرفته و نتواند از خود در برابر اين گاز محافظت کند. درواقع زماني که ميزان اکسيژن محيط پايين باشد، مرگ طی چند ثانیه رخ می دهد.
گازهاي اختناق آور سبب کاهش فشار جزئی اکسيژن محيط مي شوند. حتی قبل از بروز علائم خاص، مقدار اکسيژن ممکن است تا ۷۵ درصد مقدار معمولي نیز در هوا کاهش يابد. این شرايط زماني در محيط حاکم مي شود که غلظت گاز نئون افزايش يافته و ۳۳ درصد از هوا را شامل می شود. رسیدن غلظت به ۵۰ درصد باعث بروز علائم خاص مي شود. غلظت ۷۵ درصد گاز نئون طي چند دقيقه اثر کشنده خود را در محيط اعمال مي کند.

علائم خفگی و مسمومیت شدید

علائم خفگي با تنفس سريع و شديد و کمبود اکسيژن همراه است. هوشياري فرد کاهش یافته و عضلات فعاليت خود را از دست خواهند داد. به تدريج کليه حواس پنجگانه نیز از بين مي روند. ناپايداري روحي رخ داده و فرد احساس خستگي مي کند. به تدريج تهوع و استفراغ در فرد رخ داده و با از دست دادن هوشياري تشنج کرده و به کما رفته و درنهایت می میرد.