Аргон инертный газ
их тысячи анализов воздуха, проглядели его
составную часть, да еще такую заметную – почти процент!
Кстати, именно в этот день и час, 13 августа 1894 г., аргон и получил свое
имя, которое в переводе с греческого значит «недеятельный». Его предложил
председательствовавший на собрании доктор Медан.
Между тем нет ничего удивительного в том, что аргон так долго ускользал от
ученых. Ведь в природе он себя решительно ничем не проявлял! Напрашивается
параллель с ядерной энергией: говоря о трудностях ее выявления, А. Эйнштейн
заметил, что нелегко распознать богача, если он не тратит своих денег...
Скепсис ученых был быстро развеян экспериментальной проверкой и
установлением физических констант аргона. Но не обошлось без моральных
издержек: расстроенный нападками коллег (главным образом химиков) Рэлей
оставил изучение аргона и химию вообще и сосредоточил свои интересы на
физических проблемах. Большой ученый, он и в физике достиг выдающихся
результатов, за что в 1904 г. был удостоен Нобелевской премии. Тогда в
Стокгольме он вновь встретился с Рамзаем, который в тот же день получал
Нобелевскую премию за открытие и исследование благородных газов, в том
числе и аргона.
Обобщение истории открытия
Аргон был открыт как инертный газ в атмосфере в 1894 Дж.Рэлеем, который
обнаружил, что атмосферный азот на 0,5% тяжелее, чем полученный химическим
путем. Разница объяснялась присутствием ничтожного количества более тяжелых
инертных газов, преимущественно аргона. Этот элемент был первым из инертных
газов, обнаруженных в природе на нашей планете. Содержание аргона в
атмосфере составляет 0,93%(об.), причем его несколько больше над
поверхностью больших водоемов, чем над сушей, так как азот и кислород более
растворимы в воде. В электротехнической промышленности ежемесячно
расходуется несколько тысяч кубических метров аргона для создания инертной
среды в лампах накаливания: аргоновая среда позволяет снизить скорость
испарения вольфрамовой нити и предотвращает ее окисление.
Строение Аргона
Аргон это газ с завершенным последним электронным уровнем
Ar 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6
10 электронов
18 протонов
22 нейтрона
Физические свойства
Общие свойства инертных газов
Все благородные газы– бесцветные одноатомные газ без цвета и запаха
обладают более высокой электропроводностью по сравнению с другими
газами и при прохождении через них тока ярко светятсяНасыщенный характер
атомных молекул инертных газов сказывается и в том, что инертные газы имеют
более низкие точки сжижения и замерзания, чем другие газы с тем же
молекулярным весом.
Из подгруппы тяжелых инертных газов аргон самый легкий. Он тяжелее воздуха
в 1,38 раза. Жидкостью становится при – 185,9°C, затвердевает при – 189,4°C
(в условиях нормального давления). В отличие от гелия и неона, он довольно
хорошо адсорбируется на поверхностях твердых тел и растворяется в воде
(3,29 см3 в 100 г воды при 20°C). Еще лучше растворяется аргон во многих
органических жидкостях. Зато он практически нерастворим в металлах и не
диффундирует сквозь них.
Как все инертные газы, аргон диамагнитен. Это значит, что его магнитная
восприимчивость отрицательна, он оказывает большее противодействие
магнитным силовым линиям, чем пустота. Это свойство аргона (как и многие
другие) объясняется «замкнутостью» электронных оболочек его атомов.
Под действием электрического тока аргон ярко светится, сине-голубое
свечение аргона широко используется в светотехнике.
Теперь о влиянии аргона на живой организм. При вдыхании смеси из 69% Ar,
11% азота и 20% кислорода под давлением 4 атм возникают явления наркоза,
которые выражены гораздо сильнее, чем при вдыхании воздуха под тем же
давлением. Наркоз мгновенно исчезает после прекращения подачи аргона.
Причина – в неполярности молекул аргона, повышенное же давление усиливает
растворимость аргона в нервных тканях.
Биологи нашли, что аргон благоприятствует росту растений. Даже в атмосфере
чистого аргона семена риса, кукурузы, огурцов и ржи выкинули ростки. Лук,
морковь и салат хорошо прорастают в атмосфере, состоящей из 98% аргона и
только 2% кислорода.
Химические свойства
Химическая инертность аргона (как и других газов этой группы) и
одноатомность его молекул объясняются прежде всего предельной насыщенностью
электронных оболочек. Тем не менее разговор о химии аргона сегодня не
беспредметен.
Есть основания считать, что исключительно нестойкое соединение Hg – Ar,
образующееся в электрическом разряде, – это подлинно химическое (валентное)
соединение. Не исключено, что будут получены валентные соединения аргона с
фтором и кислородом, которые, скорее всего, будут неустойчивыми, Как
нестойки и даже взрывоопасны окислы ксенона – газа, более тяжелого и явно
более склонного к химическим реакциям, чем аргон.
Еще в конце прошлого века француз Вийяр, сжимая аргон под водой при 0°C,
получил кристаллогидрат состава Аr · 6Н2О, а в 20...30-х годах XX столетия
Б.А. Никитиным, Р.А. Франкраном и другими исследователями при повышенных
давлениях и низких температурах были получены кристаллические клатратные
соединения аргона с H2S, SO2, галогеноводородами, фенолами и некоторыми
другими веществами. В 1976 г. появилось сообщение о синтезе гидрида аргона,
но пока еще трудно сказать, является ли этот гидрид истинно химическим,
валентным соединением.
Вот пока и все успехи химии...
Аргон на Земле и во Вселенной
На Земле аргона намного больше, чем всех прочих элементов его группы,
вместе взятых. Его среднее содержание в земной коре (кларк) в 14 раз
больше, чем гелия, и в 57 раз больше, чем неона. Есть аргон и в воде, до
0,3 см3 в литре морской и до 0,55 см3 в литре пресной воды. Любопытно, что
в воздухе плавательного пузыря рыб аргона находят больше, чем в атмосферном
воздухе. Это потому, что в воде аргон растворим лучше, чем азот...
Главное «хранилище» земного аргона – атмосфера. Его в ней (по весу) 1,286%,
причем 99,6% атмосферного аргона – это самый тяжелый изотоп – аргон-40. Еще
больше доля этого изотопа в аргоне земной коры. Между тем у подавляющего
большинства легких элементов картина обратная – преобладают легкие изотопы.
Причина этой аномалии обнаружена в 1943 г. В земной коре находится мощный
источник аргона-40 – радиоактивный изотоп калия 40К. Этого изотопа на
первый взгляд в недрах немного – всего 0,0119% от общего содержания калия.
Однако абсолютное количество калия-40 велико, поскольку калий – один из
самых распространенных на нашей планете элементов. В каждой тонне
изверженных пород 3,1 г калия-40.
Радиоактивный распад атомных ядер калия-40 идет одновременно двумя путями.
Примерно 88% калия-40 подвергается бета распаду и превращается в кальций-
40. Но в 12 случаях из 100 (в среднем) ядра калия-40 не излучают, а,
наоборот, захватывают по одному электрону с ближайшей к ядру К-орбиты («К-
захват»). Захваченный электрон соединяется с протоном – образуется новый
нейтрон в ядре и излучается нейтрино. Атомный номер элемента уменьшается на
единицу, а масса ядра остается практически неизменной. Так калий
превращается в аргон.
Период полураспада 40К достаточно велик – 1,3 млрд лет. Поэтому процесс
образования 40Аr в недрах Земли будет продолжаться еще долго, очень долго.
Поэтому, хотя и чрезвычайно медленно, но неуклонно будет возрастать
содержание аргона в земной коре и атмосфере, куда аргон «выдыхается»
литосферой в результате вулканических процессов, выветривания и
перекристаллизации горных пород, а также водными источниками.
Правда, за время существования Земли запас радиоактивного калия
основательно истощился – он стал в 10 раз меньше (если возраст Земли
считать равным 4,5 млрд лет.).
Соотношение изотопов 40Аr: 40К и 40Ar: 36Аr в горных породах легло в основу
аргонного метода определения абсолютного возраста минералов. Очевидно, чем
больше эти отношения, тем древнее порода. Аргонный метод считается наиболее
надежным для определения возраста изверженных пород и большинства калийных
минералов. За разработку этого метода профессор Э.К. Герлинг в 1963 году
удостоен Ленинской премии.
Итак, весь или почти весь аргон-40 произошел на Земле от калия-40. Поэтому
тяжелый изотоп и доминирует в земном аргоне.
Этим фактором объясняется, кстати, одна из аномалий периодической системы.
Вопреки первоначальному принципу ее построения – принципу атомных весов –
аргон поставлен в таблице впереди калия. Если бы в аргоне, как и в соседних
элементах, преобладали легкие изотопы (как это, по-видимому, имеет место в
космосе), то атомный вес аргона был бы на две-три единицы меньше...
Теперь о легких изотопах.
Откуда берутся 36Аr и 38Аr? Не исключено, что какая-то часть этих атомов
реликтового происхождения, т.е. часть легкого аргона пришла в земную
атмосферу из космоса при формировании нашей планеты и ее атмосферы. Но
большая часть легких изотопов аргона родилась на Земле в результате ядерных
процессов.
Вероятно, еще не все такие процессы обнаружены. Скорее всего некоторые из
них давно прекратились, так как исчерпались короткоживущие атомы-
«родители», но есть и поныне протекающие ядерные процессы, в которых
рождаются аргон-36 и аргон-38. Это бета-распад хлора-36, обстрел альфа-
частицами (в урановых минералах) серы-33 и хлора-35:
3617Cl ?–> 3618Ar + 0–1e + ?.
3316S + 42He > 3618Ar + 10n.
3517Cl + 42He > 3818Ar + 10n + 0+1e.
В материи Вселенной аргон представлен еще обильнее, чем на нашей планете.
Особенно много его в веществе горячих звезд и планетарных туманностей.
Подсчитано, что аргона в космосе больше, чем хлора, фосфора, кальция, калия
– элементов, весьма рас
| | скачать работу |
Аргон инертный газ |