Аргон

Примечания

1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Vol. 85, no. 5. — P. 1047-1078. — DOI:10.1351/PAC-REP-13-03-02.
2. 1
   2
   3
   Size of argon in several environments (англ.). www.webelements.com. Проверено 6 августа 2009.
3. 1
   2
   3
   4
   Редкол.:Кнунянц И. Л. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 194. — 623 с. — 100 000 экз.
4. 1
   2
   3
   4
   5
   6
   7
   8
   9
   10
   11
   12
   Финкельштейн Д.Н. Глава II. Открытие инертных газов и периодический закон Менделеева // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Наука, 1979. — С. 30-38. — 200 с. — («Наука и технический прогресс»). — 19 000 экз.
5. 1
   2
   3
   4
   5
   6
   7
   8
   Фастовский В.Г., Ровинский А.Е., Петровский Ю.В. Глава первая. Открытие. Происхождение. Распространенность. Применение // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Атомиздат, 1972. — С. 3-13. — 352 с. — 2400 экз.
6. Mary Elvira Weeks. XVIII. The inert gases // Discovery of the elements: collected reprints of a series of articles published in the Journal of Chemical Education. — 3rd ed. rev. — Kila, MT: Kessinger Publishing, 2003. — P. 286-288. — 380 p. — ISBN 0766138720 9780766138728.
7. Argon: geological information (англ.). www.webelements.com. Проверено 9 августа 2009.
8. 1
   2
   3
   4
   5
   6
   Финкельштейн Д.Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. — Изд. 2-е. — М.: Наука, 1979. — С. 76-110. — 200 с. — («Наука и технический прогресс»). — 19 000 экз.
9. Снежана Шабанова. Инертные опыты на людях. Проект «Марс-500» (16 апреля 2008). Проверено 26 февраля 2012. Архивировано из первоисточника 28 мая 2012.
10. Павлов Б.Н. Проблема защиты человека в экстремальных условиях гипербарической среды обитания (рус.). www.argonavt.com (15 мая 2007). Проверено 6 августа 2009. Архивировано из первоисточника 21 августа 2011.
11. Argon (Ar) — Chemical properties, Health and Environmental effects (англ.). www.lenntech.com. Проверено 6 августа 2009. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.

Получение и использование

Аргон получают вместе с другими инертными газами из воздуха, где его содержание составляет 0,934% по объему. Кроме того, аргон образуется в калий содержащих минералах при £-захвате изотопа 40К. При фракционировании воздуха возникает проблема отделения неона от аргона. Одним из методов решения такой задачи является использование способности аргона образовывать молекулярные соединения включения — клатраты. Неон не способен их образовывать из-за малого размера и ничтожной поляризуемости.

Аргон используют в вольфрамовых лампах накаливания, чтобы снизить скорость испарения вольфрама из нити и, кроме того, обеспечить концентрирование паров вольфрама к небольшому участку внутренней поверхности лампы. Часто приходится видеть, как черные пятна на радиолампах возникают на одном небольшом участке стекла. В этом применении используется не активность аргона и его ничтожная теплопроводность. В газоразрядных трубках, наполненных аргоном, возникает голубое свечение. Это широко используется для создания световых реклам. Аргон используется для создания инертной атмосферы. В больших количествах его расходуют при приготовлении специальных сплавов (например, сплавов магния) или при работе с чрезвычайно неустойчивыми и реакционноспособными веществами. Существует особый вид дуговой сварки, когда с целью защиты шва от воздуха ее проводят в атмосфере аргона.

Лит.: Финкелыптейн Д. Н. Инертные газы. М., 

Вы читаете, статья на тему аргон

Применение аргона

Наиболее часто аргон применяют:

• как защитный газ при сварке;
• как плёнкообразующий газ при плазменной сварке и резке;
• для вытеснения кислорода и влаги из упаковки при хранении пищевых продуктов, что увеличивает срок их хранения (пищевая добавка Е938);
• как газ для тушения огня в некоторых системах пожаротушения.

Применение аргона в сварке

Аргон применяют в качестве защитной среды при сварке активных и редких металлов (титана, циркония и ниобия) и сплавов на их основе, алюминиевых и магниевых сплавов, а также хромоникелевых коррозионностойких жаропрочных сплавов, легированных сталей различных марок.

Для сварки черных металлов аргон обычно используются в смеси с другими газами — кислородом, гелием, двуокисью углерода или водородом.

Аргон, являясь более тяжелым, чем воздух, своей струей лучше защищает металл при сварке в нижнем положении. Растекаясь по поверхности свариваемого изделия, он защищает достаточно длительно довольно широкую и протяженную зону как расплавленного, так и нагретого при сварке металла.

Низкий ионизационный потенциал аргона помогает получить превосходный профиль сварочного шва и сохранять хорошую и устойчивую дугу от начала до конца. В тоже время, низкий потенциал ионизации является причиной и низкого напряжения на дуге, что снижает тепловую мощность дуги. Для более подробной информации рекомендуем статью о свойствах сварочной дуги в инертных газах — аргоне и гелии.

Применение аргона позволяет повысить температуру сварочной дуги, что улучшает проплавление сварного шва, увеличивая производительность сварки в целом. При этом проплавление приобретает «кинжальную» форму, что дает возможность выполнять однопроходную сварку в щелевую разделку металла больших толщин. При сварке в среде аргона (как и иных инертных газов) минимизируется выгорание активных легирующих элементов, что позволяет использовать более дешевые сварочные проволоки.

При TIG сварке аргон служит защитой не только для сварочной ванны от вредного воздействия воздуха, а также инертной защитой конца электрода.

Для дуговой сварки в целом аргон применяется гораздо чаще, чем гелий, однако при сварке листового алюминия толщиной менее 6 мм аргон рекомендуют смешивать с гелием, чтобы обеспечить нужную теплопроводность. В некоторых случаях аргонно-гелиевые смеси используют для зажигания дуги, после чего сварка происходит в присутствии гелия. Этот метод применяется для сварки толстолистового алюминия вольфрамовым электродом при постоянном токе.

Изотопы

Основная статья: Изотопы аргона

Спектр аргона

Аргон представлен в земной атмосфере тремя стабильными изотопами: 36Ar (0,337 %), 38Ar (0,063 %), 40Ar (99,600 %). Почти вся масса тяжёлого изотопа 40Ar возникла на Земле в результате распада радиоактивного изотопа калия 40K (содержание этого изотопа в изверженных породах в среднем составляет 3,1 г/т). Распад радиоактивного калия идёт по двум направлениям одновременно:

1940K→2040Ca+e−+ν¯e{\displaystyle \mathrm {{}_{19}^{40}K} \rightarrow \mathrm {{}_{20}^{40}Ca} +e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}}

1940K+e−→1840Ar+νe+γ{\displaystyle \mathrm {{}_{19}^{40}K} +e^{-}\rightarrow \mathrm {{}_{18}^{40}Ar} +\nu _{e}+\gamma }

Первый процесс (обычный β-распад) протекает в 88 % случаев и ведёт к возникновению стабильного изотопа кальция. Во втором процессе, где участвуют 12 % атомов, происходит электронный захват, в результате чего образуется тяжёлый изотоп аргона. Одна тонна калия, содержащегося в горных породах или водах, в течение года генерирует приблизительно 3100 атомов аргона. Таким образом, в минералах, содержащих калий, постепенно накапливается 40Ar, что позволяет измерять возраст горных пород; является одним из основных методов ядерной геохронологии.

Вероятные источники происхождения изотопов 36Ar и 38Ar — неустойчивые продукты спонтанного деления тяжёлых ядер, а также реакции захвата нейтронов и альфа-частиц ядрами лёгких элементов, содержащихся в урано-ториевых минералах.

Подавляющая часть космического аргона состоит из изотопов 36Ar и 38Ar. Это вызвано тем обстоятельством, что калий распространён в космосе примерно в 50 000 раз меньше, чем аргон (на Земле калий преобладает над аргоном в 660 раз). Примечателен произведенный геохимиками подсчёт: вычтя из аргона земной атмосферы радиогенный 40Ar, они получили изотопный состав, очень близкий к составу космического аргона.

Виды аргона

Существует три основные разновидности этого вещества, которые можно найти на современном рынке. В основном они отличаются по чистоте. Среди них выделяют следующие разновидности:

• Высший сорт. В данной разновидности содержание чистого газа составляет 99,99%. Он пригоден для сварки металлов, обладающих высокой химической активностью, к примеру, титановых сплавов, нержавейки. Им сваривают несущие конструкции на стройках.
• Первый сорт от высшего по чистоте имеет небольшое отклонение на 0,01%. Газом 99,98% можно сваривать алюминиевые сплавы с различными металлами. Это распространенный вариант для промышленности. Им можно работать со многими цветными металлами.
• Второй сорт. Этот газ содержит 99,95% чистого аргона. Основная сфера применения – сварка жаропрочных сталей, алюминия и других металлов. Чистый аргон здесь редко применяется, так как это может привести к образованию пор. Чтобы этого не допустить, применяются дополнительные газы, такие как углекислый и кислород. Дополнительные элементы делают защиту более активной. В чистом виде аргон не дает полной защиты от влаги, включений и других загрязнений. Добавки вступают в реакции со всеми примесями и выжигают их или выталкивают на поверхность сварочной ванны.

Физические и химические свойства

Физические свойства аргона определяют его как одноатомный газ. Температура кипения составляет -185,9 градусов Цельсия при нормальном давлении. Она выше, чем у азота, но ниже, чем у кислорода. В 100 мл воды может раствориться до 3,3 мл газа. Плотность аргона при нормальных условиях 1,78 кг/м 3 . Молярная теплоемкость аргона составляет 20,79 Дж/(К*моль).

На данный момент известно только два химических соединения, в которых участвует газ. Первым является CU(Ar)O, а вторым — гидрофторид аргона. Оба варианта существуют только при низких температурах. Помимо этого, аргон способен образовывать эксимерные молекулы. У них неустойчивы нормальные состояния и устойчивые возбуждение состояния. Ученые считают, что очень нестойкое соединение с этим элементом Hg — Ar, которое получается в результате электрического разряда, это и есть валентное соединение. Предполагается, что можно получить также валентные соединения с кислородом и фтором. Они также будут отличаться неустойчивостью.

Электроотрицательность составляет 4,3 пункта по шкале Полинга. Степень окисления равняется нулю, также, как и электродный потенциал. Радиус иона достигает 154 пм, а ковалентный радиус – 106 пм. Энергия ионизации – 1519 кДж/моль

Обозначение

Формула аргона — Ar. В промышленности применяется аргон по ГОСТ 10157-79. Данный стандарт предназначается для жидкого и газообразного аргона, который получается из остаточных газов на аммиачных производствах и воздуха. Используется он в качестве защитной среды вовремя разки, сварки, плавке и прочих процедур с металлами. Стандарт выдвигает требования по изготовлению аргона для данной сферы. В итоге, полученное вещество должно соответствовать физико-химическим характеристикам, приведенным в самом ГОСТе.

Техника безопасности при работе с аргоном

Как и любой другой газ, аргон может оказаться очень опасным для здоровья человека, если не применять соответствующие меры безопасности. Чтобы минимизировать вероятность появления несчастных случаев, следует придерживаться следующих пунктов:

Во время работы с самим аргоном, следует применять шланговые противогазы или специальные изолирующие кислородные приборы, такие как баллоны;

Контакт с аргоном в жидком состоянии может привести к обморожению слизистых оболочек и кожи, так что для личной безопасности нужно применять спецодежду и защитные приспособления.

Заключение

Несмотря на все преимущества использования газа, на практике он оказывается достаточно сложным в использовании. Основная проблема заключается в его вредности для здоровья человека. При постоянном контакте с ним возникают различные профессиональные болезни, которые проявляются более остро и активно, чем с другими газами. Таким образом, к проблемам безопасности связанными с хранением, добавляются еще и те, которые связаны с использованием.

Вторая сложность заключается в наличии соответствующей техники и умения работать. Ведь в каждом отдельном случае нужны свои навыки. Тем не менее, аргон остается наиболее востребованным веществом для обеспечения защиты во время соединения сложно свариваемых металлов и их сплавов.

Ссылки

• Аргон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890-1907. Статья Вуколова С. П.
• CTPETT (Strutt), Дж. У., лорд Рэлей (Lord Rayleigh)
• Аргон на Webelements
• Аргон в Популярной библиотеке химических элементов
• Химия инертных газов — библиотечка журнальных статей «Всякая всячина»
• Термодинамические и переносные свойства аргона

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	H		He
2	Li	Be		B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg		Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca		Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr		Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Ba	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Uut	Fl	Uup	Lv	Uus	Uuo
8	Uue	Ubn	Ubu	Ubb	Ubt	Ubq	Ubp	Ubh

Молярная масса любого вещества показывает отношение веса этой субстанции относительно количества молей. Иными словами, зная молярную массу можно знать, сколько будет весить один моль вещества. Каждый элемент и соединение нескольких элементов может отличаться по данному параметру. Эта характеристика необходима в тех случаях, когда нужно смешивать несколько веществ.

Аргон относится к одному из самых востребованных газов для современной сварки. Он выполняет защитную функцию, так как создает изоляционный слой для сварочной ванны. Когда используется сварочная проволока, то на ней зачастую не бывает обмазки. Чтобы кислород и другие элементы из атмосферы не влияли на сваривающийся металл, следует оградить их от всех негативных факторов. Свойства аргона обеспечивают лучшую защиту, на которую не способен ни один другой газ из этой области. Несмотря на относительно высокую стоимость, которой обладает материал, его применение оказывается вполне оправданным.

Молярная масса аргона составляет 40 грамм на 1 моль вещества. Это может пригодиться для вычисления количества закачки газа в пустой баллон. Ведь практически все емкости могут использоваться многократно. Чтобы узнать количество заправленного вещества, сначала взвешивают пустую емкость, а затем взвешивают ее уже после заполнения.

Аргон в природе

Ввиду практически полной инертности Ar  представлен в естественной среде исключительно в несвязанном виде. Его процентная доля в различных частях Земли равна приблизительно:

• земная кора — 0,00012%;
• морская вода — 0,00045%;
• атмосфера — 0,926%.

Доля Ar в воздухе выше, чем суммарная доля всех остальных инертных газов. Основным источником для его добычи служит наша атмосфера.

Содержание газов в атмосфере

В коре Земли аргон содержится также в виде радиоактивного изотопа Аргон-40 и появляется в ходе реакции распада изотопов Калия.

Современная наука вместе с остальными инертными газообразными элементами относит Ar  к VIII группе периодической системы.

Инертные

Не вступают в химическое взаимодействие с металлами и практически не растворяются в металлах

Аргон (Ar) — бесцветный, без запаха, негорючий, неядовитый газ, почти в 1,5 раза тяжелее воздуха. В металлах нерастворим как в жидком, так и в твердом состояниях. Выпускается (ГОСТ 10157-79) двух сортов: высшего и первого.

В газе высшего сорта содержится 99,993 % аргона, не более 0,006 % азота и не более 0,0007 % кислорода. Рекомендуется для сварки ответственных металлоконструкций из активных и редких металлов и сплавов, цветных металлов.

В газе первого сорта содержится 99,98 % аргона, до 0,01 % азота и не более 0,002 % кислорода. Рекомендуется для сварки стали и чистого алюминия.

Гелий (Не) — бесцветный газ, без запаха, неядовитый, значительно легче воздуха и аргона. Выпускается (ГОСТ 20461-75) двух сортов: высокой чистоты (до 99,985 %) и технический (99,8%).

Используется реже, чем аргон, из-за его дефицитности и высокой стоимости. Однако при одном и том же значении тока дуга в гелии выделяет в 1,5 — 2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это способствует более глубокому проплавлению металла и значительному увеличению скорости сварки.

Гелий применяют при сварке химически чистых и активных материалов, а также сплавов на основе алюминия и магния.

Азот (N₂) — газ без цвета, запаха п вкуса, неядовитый. Используется только для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом. Выпускается (ГОСТ 9293-74) четырех сортов: высшего — 99,9% азота; 1-го — 99,5%; 2-го — 99,0%; 3-го — 97,0%.

Распространённость

Во Вселенной

Содержание аргона в мировой материи оценивается приблизительно в 0,02 % по массе.

Аргон (вместе с неоном) наблюдается на некоторых звёздах и в планетарных туманностях. В целом его в космосе больше, чем кальция, фосфора, хлора, в то время как на Земле существуют обратные отношения.

Распространение в природе

Аргон — третий по содержанию после азота и кислорода компонент воздуха, его среднестатистическое содержание в атмосфере Земли составляет 0,934 % по объёму и 1,288 % по массе, его запасы в атмосфере оцениваются в 4·1014 т. Аргон — самый распространённый инертный газ в земной атмосфере, в 1 м³ воздуха содержится 9,34 л аргона (для сравнения: в том же объёме воздуха содержится 18,2 см³ неона, 5,2 см³ гелия, 1,1 см³ криптона, 0,09 см³ ксенона).

Содержание аргона в литосфере — 4·10−6 % по массе. В каждом литре морской воды растворено 0,3 см³ аргона, в пресной воде его содержится 5,5·10−5 — 9,7·10−5 %. Его содержание в Мировом океане оценивается в 7,5·1011 т, а в изверженных породах земной оболочки — 16,5·1011 т.

Техника безопасности при работе с аргоном

Сам по себе не являясь ядовитым, аргон при неправильном использовании может нанести серьезный вред здоровью или даже создать угрозу жизни.

Аргон замещает кислород воздуха и создает смесь, непригодную для дыхания. Человек может пострадать или даже погибнуть от удушья. Сжиженный аргон имеет очень низкую температуру и при контакте с незащищенной кожей приводит к тяжелым обморожениям.

Газоразрядная трубка с аргоном

Во избежание неприятных последствий при работе с газом следует неукоснительно соблюдать следующие правила:

• При работе в атмосфере аргона обязательно использовать изолирующий противогаз.
• При работе на полуавтоматах с подачей аргона обеспечить вентиляцию рабочей зоны.
• Использовать газоанализатор, содержание кислорода в воздухе должно быть не ниже 19%.
• Спецодежда должна полностью закрывать коду, быть чистой и целой.

Перед началом работы также следует осмотреть баллоны, шланги и запорную арматуру на предмет отсутствия механических повреждений и утечек газа.

Общая характеристика Ar

Ar входит в группу инертных газов. Заряд его ядра — 18, под таким же номером элемент располагается в таблице Менделеева.

Из всех участников  VIIIA группы он является наиболее часто встречающимся в природе. Объемная доля Ar в атмосфере -0,93%, массовая доля составляет 1,28%.Элемент является  газом без цвета, вкуса и запаха. Химически не активен – аргон не вступает в реакцию и практически не соединяется ни с какими элементами или веществами, за исключением CU(Ar)O, и гидрофторида аргона.

Весьма плохо растворим водой, чуть большая растворимость наблюдается при взаимодействии с органическими растворителям.

Физические и химические свойства

Свойства аргона типичны для члена VIII группы.

При обычной  температуре Ar пребывает в газообразном состоянии. Молекула включает в себя единственный атома, химическая формула весьма простая: Ar. Температура кипения весьма низка : -185,8 °С при атмосферном уровне давления.

Растворимость в воде низкая — всего 3,29 мл на 100 мл жидкости

Плотность аргона при нормальных условиях составляет 1,78 кг/м3. Молярная теплоемкость газа- 20,7 Дж/Кмоль.

Характеристики аргона и других инертных газов

Газ практически полностью инертен. На сегодняшний день ученым удалось получить лишь два его соединения — CU(Ar)O, и гидрофторид аргона. Соединения существуют лишь при сверхнизких температурах. Предполагается, что Ar может входить в состав неустойчивых в нормальном состоянии молекул эксимерного типа. Такие молекулы могут существовать лишь в возбужденном состоянии, например, в ходе электроразряда высокой интенсивности. Такие соединения возможны с ртутью, кислородом и фтором.

Электроотрицательность по шкале Полинга равна 4,3.

Ионный радиус составляет 154, радиус ковалентности — 106 Пм. Ионизационный порог- 1519 кдж/моль

Атомная и молекулярная масса

Такие важные параметры, как атомная и молекулярная массы, показывают, насколько масса молекулы вещества и масса его атома соответственно превышают значение, равное одной двенадцатой доле массы атома водорода.

Ввиду того, что молекула Ar состоит из единственного атома,  молекулярная и атомная масса аргона идентичны и составляют 39,984.

Структура аргона и его свойства

Изотопы

В природных условиях Ar встречается в качестве трех устойчивых изотопов

• 36Ar– процентная доля этого изотопа составляет 0,337% в ядре 18 протонов и 18 нейтронов;
• 38Ar- его доля всего 0,063%, в ядре 18 протонов и 20 нейтронов;
• 40Ar – наиболее распространен, его доля составляет 99,6%, в ядре так же 18 протонов, но уже 22 нейтрона.

Искусственным путем удавалось получать изотопы с массовым индексом от 32 до 55, наиболее стабильным из них оказался 39Ar, период полураспада которого составляет 268 лет.

Большая процентная доля 40Ar среди изотопов, встречающихся в природе, вызвана постоянным образованием его в ходе реакции распада изотопа калий-40. На 1000 кг калия в ходе таких реакций за год образуется не более 3100 атомов 40Ar. Но, поскольку эти реакции идут постоянно в течение сотен миллионов лет, изотоп накопился в природе в существенных объемах.

Доминирование тяжелого изотопа в природе обуславливает тот факт, что атомный вес Ar  превышает атомный вес калия, находящегося в таблице следом за ним. При создании Периодической системы такого противоречия не было, поскольку аргон был обнаружен и свойства его были исследованы значительно позже, в первом десятилетии XX века. Первоначально Ar был помещен в первую группу таблицы, восьмая группа была выделена позднее.

https://youtube.com/watch?v=6Lol_kZJQFY

Ионы

Как и другие инертные газы (такие, как He и Ne), Ar подвержен ионизации. При возбуждении атомов и сообщении им высоких энергий возникают молекулярные ионы Ar₂+.

Молекула и атом

Для  инертных газов эти понятия идентичны, поскольку эти элементы не желают вступать в химическую связь даже с себе подобными. Молекула включает в себя один атом, химическая формула газа не отличается от обозначения элемента: Ar.

Молярная масса

Молярная масса аргона составляет 39,95 г/моль.

Существуют несколько методов ее вычисления:

• С применением относительной атомной массы M и коэффициента пропорциональности к, выражающего соотношение между относительной массой и молярной. Этот коэффициент является универсальной константой и равен для всех элементов. Молярная масса M выражается как произведение коэффициента пропорциональности на относительную массу.
• С использованием молярного объема. Потребуется найти объем, занимаемый при обычных условиях некоторой массой газа, далее рассчитать массу 22,4 литров вещества при таких же условиях.
• С применением уравнения Менделеева-Клапейрона, моделирующего идеальный газ.

pV = mRT / M,

проведя преобразования, получим выражение для молярной массы:

M=mRT/pV

где

• p – давление в паскалях,
• V –объем в кубометрах
• m – масса в граммах,
• Т — температура в Кельвинах,
• R – константа, значение которой 8,314 Дж/(моль×К).

Процесс получения аргона

Схематично процесс добычи аргона описывается следующим образом. Вначале воздух очищается от пыли и сжимается до сжижения. Жидкий воздух подвергается ректификации с целью разделения его на составные части. Получающаяся аргоно-азотно-кислородная смесь (сырой аргон) затем очищается от кислорода и азота.

Разделение воздуха и попутное извлечение из него аргона в промышленном масштабе осуществляется путем сжижения и ректификации при низкой температуре.

Жидкий кислород под давлением 101 кПа кипит при температуре -182,9°С, а жидкий азот — при температуре -195,8°С. Поэтому пары жидкого воздуха при кипении обогащаются легкокипящим азотом, температура кипения которого почти на 13°С ниже, чем у кислорода. Одновременно происходит обогащение кипящей жидкости кислородом. Благодаря этому, в ректификационной разделительной колонке, где непрерывно кипит жидкий воздух и конденсируются его пары, удается получить одновременно кислород (в нижней части) и азот — (в верхней части). Большая часть жидкого аргона, температура кипения которого -185,3°С, скапливается в средней части колонки, откуда в смеси с кислородом и азотом отводится (так называемая аргонная фракция) в специальную аргонную колонну, смонтированную вместе с воздухораспределительным аппаратом. Здесь аргонная фракция (содержащая 8-12% аргона, 0,2-0,3% азота, остальное — кислород) подвергается дополнительной ректификации и обогащается аргоном до 85-95% (остальные 15-5% составляет смесь азота и кислорода). Этот продукт называют сырым аргоном, из него на последующих этапах очистки получают чистый Ar.

Область применения

Применение аргона в сварочной сфере за последние годы существенно расширилось. В основном, его используют для сложных и ответственных работ. Если для стандартных процедур соединения с обыкновенными металлами подходят и другие, менее дорогостоящие газы, то для сложно свариваемых изделий необходим только аргон. С его помощью можно сваривать алюминий, нержавеющую сталь различных марок, никель и прочие цветные металлы.

В строительной сфере, где нужно получить соединение максимально высокого качества, является основной. Свою популярность газ получил благодаря минимальному количеству брака, который получается во время сваривания. Тонкие трубопроводы, химическая и пищевая промышленность, машиностроение и прочие места, в которых находит применение сварка аргоном. В частной сфере используется все достаточно редко, так как себестоимость процесса оказывается довольно высокой и зачастую неоправданно. Если в быту возникает необходимость в применении аргона, то чаще всего люди обращаются за услугами специалистов.

Получение аргона путем двойной ректификации воздуха

Аргон по летучести занимает промежуточное положение между азотом и кислородом — основными компонентами воздуха. Этим и объясняется специфическое поведение аргона при ректификации жидкого воздуха. Окончательное разделение жидкого воздуха на азот и кислород производится в колонне низкого давления воздухоразделительного аппарата. Дистиллятом этой колонны является газообразный азот, а нижним продуктом — газообразный или жидкий кислород.

Схема аппарата двойной ректификации воздуха

1. колонна высокого давления
2. колонна низкого давления
3. промежуточный койденсатор-испаритель

В верхней части колонны низкого давления аргон выступает в роли тяжелолетучего (по сравнению с азотом) компонента, а в нижней части — легколетучего (по сравнению с кислородом). Этим объясняется существование в колонне низкого давления зон повышенной концентрации аргона в обеих секциях колонны — концентрационной (выше ввода жидкости из куба колонны высокого давления) и отгонной (ниже ввода). На распределение аргона по тарелкам ректификационной колонны низкого давления сильно влияет сопутствующий ему третий компонент — кислород. Содержание аргона в зоне повышенной концентрации верхней секции колонны возрастает по мере уменьшения содержания кислорода в дистилляте при неизменном составе продукционного кислорода (этого можно достичь увеличением числа тарелок в колонне).

История открытия

Предыстория открытия Ar началась в 1785 году. Выдающийся ученый  и естествоиспытатель из Великобритании Генри Кэвендиш исследовал состав воздуха. Он подвергал азот окислению и взвешивал получившиеся окислы. По окончании опыта в сосуде оставался газ. Кэвендиш определил его объем в 0,8% от начального объема воздуха.

Состав этого газа ученый определить не смог. Спустя столетие к проблеме вернулись сэры Джон Рэлей и Уильям Рэмзи. В ходе проведенных опытов они обнаружили, что азот, выделенный из воздуха, имеет большую плотность, нежели азот, получаемый в ходе реакции разложения нитрита аммония.

в 1884 году им удалось выделить из воздуха некий газ, более плотный, чем азот. Это вещество имело одноатомную молекулярную структуру и было крайне инертным — т.е. не реагировало с другими веществами.

На заседании Королевского Общества новому газу было присвоено название «аргон», что в переводе с древнегреческого значило «спокойный, ленивый»