Inhoud
Als iemand je vraagt om de drie meest voorkomende gassen in de aardatmosfeer te noemen, zou je in een bepaalde volgorde kunnen kiezen voor zuurstof, koolstofdioxide en stikstof. Als dat zo is, zou je meestal gelijk hebben. Het is een weinig bekend feit dat achter stikstof (N2) en zuurstof (O2), het derde meest overvloedige gas is het edelgasargon, goed voor iets minder dan 1 procent van de ongeziene samenstelling van de atmosfeer.
De zes nobele gassen ontlenen hun naam aan het feit dat deze elementen vanuit chemisch oogpunt afstandelijk, zelfs hooghartig zijn: ze reageren niet met andere elementen, dus ze worden niet gebonden aan andere atomen om complexere verbindingen te vormen. In plaats van ze nutteloos te maken in de industrie, is deze neiging om zich te bemoeien met de eigen atoombusiness echter wat sommige van deze gassen handig maakt voor specifieke doeleinden. Vijf belangrijke toepassingen van argon, bijvoorbeeld, zijn de plaatsing in neonlichten, het vermogen om te helpen de leeftijd van zeer oude stoffen te bepalen, het gebruik als isolator bij de productie van metalen, zijn rol als lasgas en het gebruik in 3D ing.
Noble Gas Basics
De zes nobele gassen - helium, neon, argon, krypton, xenon en radon - bezetten de meest rechtse kolom in het periodiek systeem der elementen. (Elk onderzoek van een chemisch element moet vergezeld gaan van een periodiek systeem; zie bronnen voor een interactief voorbeeld.) De reële implicaties hiervan zijn dat edelgassen geen deelbare elektronen hebben. In plaats van een puzzeldoos met precies het juiste aantal stukjes, heeft argon en zijn vijf neven geen subatomaire tekorten die moeten worden gewijzigd door donaties van andere elementen, en het heeft geen extra's die ronddraaien om op hun beurt te doneren. De formele term voor deze niet-reactiviteit van edelgassen is 'inert'.
Net als een voltooide puzzel is een edelgas chemisch zeer stabiel. Dit betekent dat het, vergeleken met andere elementen, moeilijk is om de buitenste elektronen uit edelgassen te slaan met behulp van een energiestraal. Dit betekent dat deze elementen - de enige elementen die bestaan als gassen bij kamertemperatuur, terwijl de andere allemaal vloeistoffen of vaste stoffen zijn - een zogenaamde hoge ionisatie-energie hebben.
Helium, met één proton en één neutron, is het tweede meest voorkomende element in het universum achter waterstof, dat alleen een proton bevat. De gigantische, voortdurende kernfusiereactie die verantwoordelijk is voor het feit dat sterren de superheldere objecten zijn die ze zijn, is niet meer dan talloze waterstofatomen die over een periode van miljarden jaren botsen om heliumatomen te vormen.
Wanneer elektrische energie door een edelgas wordt geleid, wordt licht uitgestraald. Dit is de basis voor neonreclames, wat een generieke term is voor een dergelijke weergave gemaakt met behulp van een edelgas.
Eigenschappen van Argon
Argon, afgekort Ar, is element nummer 18 op het periodiek systeem, waardoor het de derde lichtste van de zes edele gassen is achter helium (atoomnummer 2) en neon (nummer 10). Zoals het een element betaamt dat onder de chemische en fysische radar vliegt, tenzij het wordt geprovoceerd, is het kleurloos, geurloos en smaakloos. Het heeft een molecuulgewicht van 39,7 gram per mol (ook bekend als Dalton) in zijn meest stabiele configuratie. Je herinnert je misschien uit andere literatuur dat de meeste elementen in isotopen zijn, dit zijn versies van hetzelfde element met het verschillende aantal neutronen en dus verschillende massa's (het aantal protonen verandert niet of anders zou de identiteit van het element zelf moeten veranderen ). Dit heeft kritische implicaties voor een van de belangrijkste toepassingen van argon.
Gebruik van Argon
Neon lichten: Zoals beschreven, zijn nobele gassen handig voor het maken van neonlichten. Argon, samen met neon en krypton, wordt voor dit doel gebruikt. Wanneer elektriciteit door het argongas stroomt, exciteert het tijdelijk de buitenste draaiende elektronen en zorgt ervoor dat ze kort naar een hogere "schaal" of energieniveau springen. Wanneer het elektron vervolgens terugkeert naar zijn gebruikelijke energieniveau, zendt het een foton uit - een massaloos lichtpakket.
Radio-isotoop dating: Argon kan samen met kalium, of K, dat element nummer 19 op het periodiek systeem is, worden gebruikt om objecten te dateren tot maar liefst 4 miljard jaar oud. Het proces werkt als volgt:
Kalium heeft gewoonlijk 19 protonen en 21 neutronen, waardoor het ongeveer dezelfde atoommassa heeft als argon (iets minder dan 40) maar met een andere samenstelling van protonen en neutronen. Wanneer een radioactief deeltje dat bekend staat als een bèta-deeltje botst met kalium, kan het een van de protonen in de kern van kalium omzetten in een neutron en het atoom zelf veranderen in argon (18 protonen, 22 neutronen). Dit gebeurt met een voorspelbare en vaste snelheid in de tijd en zeer langzaam. Dus als wetenschappers een monster van bijvoorbeeld vulkanisch gesteente onderzoeken, kunnen ze de verhouding argon tot kalium in het monster (dat in de loop van de tijd incrementeel toeneemt) vergelijken met de verhouding die zou bestaan in een "gloednieuw" monster, en bepalen hoe oud is de rots.
Merk op dat dit verschilt van 'koolstofdatering', een term die vaak ten onrechte wordt gebruikt om generiek te verwijzen naar het gebruik van methoden voor radioactief verval om oude objecten te dateren. Koolstofdatering, dat is slechts een specifiek type radio-isotoop datering, is alleen nuttig voor objecten waarvan bekend is dat ze in de orde van duizenden jaren oud zijn.
Schildgas in lassen: Argon wordt gebruikt bij het lassen van speciale legeringen en bij het lassen van autoframes, dempers en andere auto-onderdelen. Het wordt een schildgas genoemd omdat het niet reageert met welke gassen en metalen ook in de buurt van de te lassen metalen zweven; het neemt slechts ruimte in beslag en voorkomt dat andere ongewenste reacties in de buurt optreden als gevolg van reactieve gassen zoals stikstof en zuurstof.
Warmtebehandeling: Als een inert gas kan argon worden gebruikt om een zuurstof- en stikstofvrije instelling te bieden voor warmtebehandelingsprocessen.
3-D ing: Argon wordt gebruikt in het snelgroeiende veld van driedimensionale ing. Tijdens de snelle verwarming en koeling van het ing-materiaal, zal het gas oxidatie van het metaal en andere reacties voorkomen en kan het de impact op stress beperken. Argon kan ook worden gemengd met andere gassen om speciale mengsels te maken als dat nodig is.
Metaalproductie: Net als zijn rol bij het lassen, kan argon worden gebruikt bij de synthese van metalen via andere processen omdat het oxidatie (roestvorming) voorkomt en ongewenste gassen zoals koolmonoxide verplaatst.
Gevaren van Argon
Dat argon chemisch inert is, betekent helaas niet dat het vrij is van potentiële gevaren voor de gezondheid. Argongas kan de huid en de ogen bij contact irriteren en in vloeibare vorm kan het bevriezing veroorzaken (er zijn relatief weinig gebruik van argonolie en "arganolie", een veelgebruikt ingrediënt in cosmetica, is zelfs niet op afstand hetzelfde als argon). Hoge niveaus van argongas in de lucht in een gesloten omgeving kunnen zuurstof verdringen en leiden tot ademhalingsproblemen variërend van mild tot ernstig, afhankelijk van hoeveel argon aanwezig is. Dit resulteert in symptomen van verstikking, waaronder hoofdpijn, duizeligheid, verwarring, zwakte en trillingen aan het mildere uiteinde, en coma en zelfs de dood in de meest extreme gevallen.
Bij bekende huid- of oogblootstelling is spoelen en spoelen met warm water de voorkeursbehandeling. Wanneer argon is ingeademd, kan het nodig zijn dat standaard ademhalingsondersteuning, inclusief oxygenatie door masker, het zuurstofniveau in het bloed weer normaal is; het is natuurlijk ook noodzakelijk om de getroffen persoon uit de argonrijke omgeving te halen.