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Wenn Sie jemand bittet, die drei am häufigsten vorkommenden Gase in der Erdatmosphäre zu nennen, können Sie in einer bestimmten Reihenfolge Sauerstoff, Kohlendioxid und Stickstoff auswählen. Wenn ja, haben Sie meistens recht. Es ist eine wenig bekannte Tatsache, dass hinter Stickstoff (N2) und Sauerstoff (O2), das dritthäufigste Gas ist das Edelgas Argon, das knapp 1 Prozent der unsichtbaren Zusammensetzung der Atmosphäre ausmacht.
Die sechs Edelgase haben ihren Namen von der Tatsache abgeleitet, dass diese Elemente chemisch betrachtet abseits und sogar hochmütig sind: Sie reagieren nicht mit anderen Elementen und werden daher nicht an andere Atome gebunden, um komplexere Verbindungen zu bilden. Anstatt sie in der Industrie unbrauchbar zu machen, macht diese Tendenz, sich um das eigene Atomgeschäft zu kümmern, einige dieser Gase für bestimmte Zwecke praktisch. Zu den fünf wichtigsten Verwendungszwecken von Argon zählen beispielsweise die Platzierung in Neonlichtern, die Möglichkeit, das Alter sehr alter Substanzen zu bestimmen, die Verwendung als Isolator bei der Herstellung von Metallen, die Rolle als Schweißgas und die Verwendung in 3D ing.
Edelgas-Grundlagen
Die sechs Edelgase - Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon - nehmen im Periodensystem der Elemente die äußerste rechte Spalte ein. (Jede Untersuchung eines chemischen Elements sollte von einem Periodensystem begleitet werden. Ein interaktives Beispiel finden Sie unter Ressourcen.) In der Praxis bedeutet dies, dass Edelgase keine gemeinsam nutzbaren Elektronen haben. Ähnlich wie eine Puzzle-Schachtel, die genau die richtige Anzahl von Teilen enthält, hat Argon und seine fünf Cousins keine subatomaren Mängel, die durch Spenden von anderen Elementen behoben werden müssen, und es gibt keine Extras, die umherfliegen, um der Reihe nach zu spenden. Die formale Bezeichnung für diese Nichtreaktivität von Edelgasen lautet "inert".
Wie ein vollständiges Puzzle ist ein Edelgas chemisch sehr stabil. Dies bedeutet, dass es im Vergleich zu anderen Elementen schwierig ist, die äußersten Elektronen aus Edelgasen mit einem Energiestrahl zu schlagen. Dies bedeutet, dass diese Elemente - die einzigen Elemente, die bei Raumtemperatur als Gase existieren, die anderen sind Flüssigkeiten oder Feststoffe - eine sogenannte hohe Ionisierungsenergie haben.
Helium ist mit einem Proton und einem Neutron das zweithäufigste Element im Universum hinter Wasserstoff, das nur ein Proton enthält. Die gigantische, andauernde Kernfusionsreaktion, die dafür verantwortlich ist, dass Sterne die superhellen Objekte sind, sind nicht mehr als unzählige Wasserstoffatome, die in Milliarden von Jahren zu Heliumatomen kollidieren.
Wenn elektrische Energie durch ein Edelgas geleitet wird, wird Licht emittiert. Dies ist die Grundlage für Leuchtreklamen. Dies ist ein Oberbegriff für solche Displays, die mit Edelgas hergestellt wurden.
Eigenschaften von Argon
Argon, abgekürzt Ar, ist das Element Nummer 18 des Periodensystems und damit das drittleichteste der sechs Edelgase hinter Helium (Ordnungszahl 2) und Neon (Nummer 10). Wie es sich für ein Element gehört, das unter dem chemischen und physikalischen Radar fliegt, wenn es nicht provoziert wird, ist es farblos, geruchs- und geschmacksneutral. Es hat ein Molekulargewicht von 39,7 Gramm pro Mol (auch als Dalton bekannt) in seiner stabilsten Konfiguration. Sie können sich aus einer anderen Lektüre daran erinnern, dass die meisten Elemente in Isotopen vorliegen, die Versionen desselben Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen und damit unterschiedlichen Massen sind (die Anzahl der Protonen ändert sich nicht oder die Identität des Elements selbst müsste sich ändern ). Dies hat entscheidende Auswirkungen auf eine der Hauptanwendungen von Argon.
Verwendung von Argon
Neonlichter: Wie beschrieben, sind Edelgase praktisch, um Neonlichter zu erzeugen. Zu diesem Zweck wird Argon zusammen mit Neon und Krypton verwendet. Wenn Elektrizität durch das Argongas strömt, erregt sie vorübergehend die äußersten umlaufenden Elektronen und veranlasst sie, kurzzeitig auf ein höheres "Schalen-" oder Energieniveau zu springen. Wenn das Elektron dann zu seiner gewohnten Energie zurückkehrt, strahlt es ein Photon aus - ein massenloses Lichtpaket.
Radioisotope Datierung: Argon kann zusammen mit Kalium oder K, dem Element Nummer 19 des Periodensystems, verwendet werden, um Objekte mit einem Alter von bis zu 4 Milliarden Jahren zu datieren. Der Prozess funktioniert wie folgt:
Kalium hat normalerweise 19 Protonen und 21 Neutronen, was ungefähr die gleiche Atommasse wie Argon (knapp 40) ergibt, jedoch eine unterschiedliche Zusammensetzung von Protonen und Neutronen. Wenn ein radioaktives Teilchen, das als Beta-Teilchen bekannt ist, mit Kalium kollidiert, kann es eines der Protonen im Kaliumkern in ein Neutron umwandeln und das Atom selbst in Argon (18 Protonen, 22 Neutronen) umwandeln. Dies geschieht mit vorhersehbarer und fester Geschwindigkeit über die Zeit und sehr langsam. Wenn Wissenschaftler beispielsweise eine Probe von Vulkangestein untersuchen, können sie das Verhältnis von Argon zu Kalium in der Probe (das mit der Zeit schrittweise ansteigt) mit dem Verhältnis vergleichen, das in einer "brandneuen" Probe bestehen würde, und bestimmen, wie alt der felsen ist.
Beachten Sie, dass dies von "Kohlenstoffdatierung" verschieden ist, ein Begriff, der häufig fälschlicherweise verwendet wird, um sich generisch auf die Verwendung radioaktiver Zerfallsmethoden zur Datierung alter Objekte zu beziehen. Die Kohlenstoffdatierung, bei der es sich nur um eine bestimmte Art der Radioisotopendatierung handelt, ist nur für Objekte nützlich, von denen bekannt ist, dass sie in der Größenordnung von Tausenden von Jahren alt sind.
Schutzgas beim Schweißen: Argon wird zum Schweißen von Speziallegierungen sowie zum Schweißen von Automobilrahmen, Schalldämpfern und anderen Automobilteilen verwendet. Es wird als Schutzgas bezeichnet, da es nicht mit den Gasen und Metallen reagiert, die in der Nähe der zu schweißenden Metalle schweben. es nimmt lediglich Platz ein und verhindert, dass andere, unerwünschte Reaktionen aufgrund reaktiver Gase wie Stickstoff und Sauerstoff in der Nähe auftreten.
Wärmebehandlung: Als Inertgas kann Argon verwendet werden, um eine sauerstoff- und stickstofffreie Einstellung für Wärmebehandlungsprozesse bereitzustellen.
3-D ing: Argon wird im aufkeimenden Bereich des dreidimensionalen Ing. Eingesetzt. Während des raschen Erhitzens und Abkühlens des Gases verhindert das Gas die Oxidation des Metalls und anderer Reaktionen und kann die Spannungsbelastung begrenzen. Argon kann bei Bedarf auch mit anderen Gasen gemischt werden, um Spezialmischungen herzustellen.
Metallerzeugung: Ähnlich wie beim Schweißen kann Argon bei der Metallsynthese über andere Verfahren eingesetzt werden, da es Oxidation (Rostbildung) verhindert und unerwünschte Gase wie Kohlenmonoxid verdrängt.
Gefahren von Argon
Dass Argon chemisch inert ist, bedeutet leider nicht, dass es frei von potenziellen Gesundheitsrisiken ist. Argongas kann bei Kontakt Haut und Augen reizen und in flüssiger Form Erfrierungen hervorrufen (Argonöl wird nur relativ selten verwendet, und Arganöl, ein in Kosmetika üblicher Bestandteil, ist nicht einmal annähernd dasselbe wie Argonöl Argon). Hohe Argongasgehalte in der Luft in einer geschlossenen Umgebung können Sauerstoff verdrängen und zu Atemproblemen führen, die von leicht bis schwer reichen, je nachdem, wie viel Argon vorhanden ist. Dies führt zu Erstickungssymptomen wie Kopfschmerzen, Schwindel, Verwirrtheit, Schwäche und Zittern am milderen Ende sowie zum Koma und sogar zum Tod in den extremsten Fällen.
Bei bekannter Exposition der Haut oder der Augen ist das Spülen und Spülen mit warmem Wasser die bevorzugte Behandlung. Wenn Argon eingeatmet wurde, kann eine normale Atmungsunterstützung, einschließlich einer Sauerstoffanreicherung durch eine Maske, erforderlich sein, damit der Blutsauerstoffgehalt wieder normal ist. Natürlich ist es auch notwendig, die betroffene Person aus der argonreichen Umgebung herauszuholen.