Общие сведения:
100 | Общие сведения | |
101 | Название | Аргон |
102 | Прежнее название | |
103 | Латинское название | Argon |
104 | Английское название | Argon |
105 | Символ | Ar |
106 | Атомный номер (номер в таблице) | 18 |
107 | Тип | Неметалл |
108 | Группа | Инертный (благородный) газ |
109 | Открыт | Уильям Рамзай, Джон Уильям Стретт (лорд Рэлей), Великобритания, 1894 г. |
110 | Год открытия | 1894 г. |
111 | Внешний вид и пр. | Инертный газ без цвета, вкуса и запаха |
112 | Происхождение | Природный материал |
113 | Модификации | |
114 | Аллотропные модификации | |
115 | Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга | |
116 | Конденсат Бозе-Эйнштейна | |
117 | Двумерные материалы | |
118 | Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) | 1,292 % |
119 | Содержание в земной коре (по массе) | 0,00015 % |
120 | Содержание в морях и океанах (по массе) | 0,000045 % |
121 | Содержание во Вселенной и космосе (по массе) | 0,02 % |
122 | Содержание в Солнце (по массе) | 0,007 % |
123 | Содержание в метеоритах (по массе) | |
124 | Содержание в организме человека (по массе) |
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, аргонная сварка 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.
Свойства атома аргона:
200 | Свойства атома | |
201 | Атомная масса (молярная масса) | 39,948(1) а.е.м. (г/моль) |
202 | Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 |
203 | Электронная оболочка | K2 L8 M8 N0 O0 P0 Q0 R0 |
204 | Радиус атома (вычисленный) | 71 пм |
205 | Эмпирический радиус атома | |
206 | Ковалентный радиус* | 106 пм |
207 | Радиус иона | 154 пм |
208 | Радиус Ван-дер-Ваальса | 188 пм |
209 | Электроны, Протоны, Нейтроны | 18 электронов, 18 протонов, 22 нейтронов |
210 | Семейство (блок) | элемент p-семейства |
211 | Период в периодической таблице | 3 |
212 | Группа в периодической таблице | 18-ая группа (по старой классификации – главная подгруппа 8-ой группы) |
213 | Эмиссионный спектр излучения |
Зависимость давления аргона в баллоне от температуры
По мере нагрева давление газообразного вещества в замкнутом объеме повышается. В таблице приведены примерные значения давления в баллоне в зависимости от температуры окружающего воздуха.
T, °C | P, Мегапаскаль |
-40 | 10,45 |
-30 | 11,33 |
-20 | 12,21 |
-10 | 12,92 |
0 | 13,74 |
+10 | 14,62 |
+20 | 15,33 |
+30 | 16,03 |
Следует учитывать, что баллонное давление изменяется не мгновенно, а по мере его прогрева или охлаждения.
Химические свойства аргона:
300 | Химические свойства | |
301 | Степени окисления | 0 |
302 | Валентность | 0 |
303 | Электроотрицательность | 4,3 (шкала Полинга) |
304 | Энергия ионизации (первый электрон) | 1520,57 кДж/моль (15,7596117(5) эВ) |
305 | Электродный потенциал | 0 |
306 | Энергия сродства атома к электрону | -96(20) кДж/моль (-1,0(2) эВ) – предположительно |
Физические свойства аргона:
401 | Плотность* | 0,001784 г/см3 (при 0 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – газ), 1,3954 г/см3 (при температуре кипения -185,848 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость), 1,65 г/см3 (при -233 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело) |
402 | Температура плавления* | -189,34 °C (83,81 K, -308,81 °F) |
403 | Температура кипения* | -185,848 °C (87,302 K, -302,526 °F) |
404 | Температура сублимации | |
405 | Температура разложения | |
406 | Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом | |
407 | Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)* | 1,18 кДж/моль |
408 | Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)* | 6,53 кДж/моль |
409 | Удельная теплоемкость при постоянном давлении | |
410 | Молярная теплоёмкость* | 20,85 Дж/(K·моль) |
411 | Молярный объём | 22,392 см³/моль |
412 | Теплопроводность | 17,72·10-3 Вт/(м·К) (при стандартных условиях), 0,0164 Вт/(м·К) (при 300 K) |
413 | Коэффициент теплового расширения | |
414 | Коэффициент температуропроводности | |
415 | Критическая температура* | |
416 | Критическое давление* | |
417 | Критическая плотность | |
418 | Тройная точка | |
419 | Давление паров (мм.рт.ст.) | |
420 | Давление паров (Па) | |
421 | Стандартная энтальпия образования ΔH | |
422 | Стандартная энергия Гиббса образования ΔG | |
423 | Стандартная энтропия вещества S | |
424 | Стандартная мольная теплоемкость Cp | |
425 | Энтальпия диссоциации ΔHдисс | |
426 | Диэлектрическая проницаемость | |
427 | Магнитный тип | |
428 | Точка Кюри | |
429 | Объемная магнитная восприимчивость | |
430 | Удельная магнитная восприимчивость | |
431 | Молярная магнитная восприимчивость | |
432 | Электрический тип | |
433 | Электропроводность в твердой фазе | |
434 | Удельное электрическое сопротивление | |
435 | Сверхпроводимость при температуре | |
436 | Критическое магнитное поле разрушения сверхпроводимости | |
437 | Запрещенная зона | |
438 | Концентрация носителей заряда | |
439 | Твёрдость по Моосу | |
440 | Твёрдость по Бринеллю | |
441 | Твёрдость по Виккерсу | |
442 | Скорость звука | |
443 | Поверхностное натяжение | |
444 | Динамическая вязкость газов и жидкостей | |
445 | Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом, % объёмных | |
446 | Взрывоопасные концентрации смеси газа с кислородом, % объёмных | |
446 | Предел прочности на растяжение | |
447 | Предел текучести | |
448 | Предел удлинения | |
449 | Модуль Юнга | |
450 | Модуль сдвига | |
451 | Объемный модуль упругости | |
452 | Коэффициент Пуассона | |
453 | Коэффициент преломления |
История
История открытия аргона начинается в 1785 году, когда английский физик и химик Генри Кавендиш, изучая состав воздуха, решил установить, весь ли азот воздуха окисляется. В течение многих недель он подвергал воздействию электрического разряда смесь воздуха с кислородом в U-образных трубках, в результате чего в них образовывались всё новые порции бурых оксидов азота, которые исследователь периодически растворял в щёлочи. Через некоторое время образование окислов прекратилось, но после связывания оставшегося кислорода остался пузырёк газа, объём которого не уменьшался при длительном воздействии электрических разрядов в присутствии кислорода. Кавендиш оценил объём оставшегося газового пузыря в 1/120 от первоначального объёма воздуха. Разгадать загадку пузыря Кавендиш не смог, поэтому прекратил своё исследование и даже не опубликовал его результатов. Только спустя много лет английский физик Джеймс Максвелл собрал и опубликовал неизданные рукописи и лабораторные записки Кавендиша.
Дальнейшая история открытия аргона связана с именем Рэлея, который несколько лет посвятил исследованиям плотности газов, особенно азота. Оказалось, что литр азота, полученного из воздуха, весил больше литра «химического» азота (полученного путём разложения какого-либо азотистого соединения, например, закиси азота, окиси азота, аммиака, мочевины или селитры) на 1,6 мг (вес первого был равен 1,2521, а второго — 1,2505 г). Эта разница была не так уж мала, чтобы можно было её отнести на счет ошибки опыта. К тому же она постоянно повторялась независимо от источника получения химического азота.
Не придя к разгадке, осенью 1892 года Рэлей в журнале «Nature» опубликовал письмо к учёным, с просьбой дать объяснение тому факту, что в зависимости от способа выделения азота он получал разные величины плотности. Письмо прочли многие учёные, однако никто не был в состоянии ответить на поставленный в нём вопрос.
У известного уже в то время английского химика Уильяма Рамзая также не было готового ответа, но он предложил Рэлею своё сотрудничество. Интуиция побудила Рамзая предположить, что азот воздуха содержит примеси неизвестного и более тяжёлого газа, а Дьюар обратил внимание Рэлея на описание старинных опытов Кавендиша (которые уже были к этому времени опубликованы).
Пытаясь выделить из воздуха скрытую составную часть, каждый из учёных пошёл своим путём. Рэлей повторил опыт Кавендиша в увеличенном масштабе и на более высоком техническом уровне. Трансформатор под напряжением 6000 вольт посылал в 50-литровый колокол, заполненный азотом, сноп электрических искр. Специальная турбина создавала в колоколе фонтан брызг раствора щёлочи, поглощающих окислы азота и примесь углекислоты. Оставшийся газ Рэлей высушил, и пропустил через фарфоровую трубку с нагретыми медными опилками, задерживающими остатки кислорода. Опыт длился несколько дней.
Рамзай воспользовался открытой им способностью нагретого металлического магния поглощать азот, образуя твёрдый нитрид магния. Многократно пропускал он несколько литров азота через собранный им прибор. Через 10 дней объём газа перестал уменьшаться, следовательно, весь азот оказался связанным. Одновременно путём соединения с медью был удалён кислород, присутствовавший в качестве примеси к азоту. Этим способом Рамзаю в первом же опыте удалось выделить около 100 см³ нового газа.
Итак, был открыт новый элемент. Стало известно, что он тяжелее азота почти в полтора раза и составляет 1/80 часть объёма воздуха. Рамзай при помощи акустических измерений нашёл, что молекула нового газа состоит из одного атома — до этого подобные газы в устойчивом состоянии не встречались. Отсюда следовал очень важный вывод — раз молекула одноатомна, то, очевидно, новый газ представляет собой не сложное химическое соединение, а простое вещество.
Много времени затратили Рамзай и Рэлей на изучение его реакционной способности по отношению ко многим химически активным веществам. Но, как и следовало ожидать, пришли к выводу: их газ совершенно недеятелен. Это было ошеломляюще — до той поры не было известно ни одного настолько инертного вещества.
Большую роль в изучении нового газа сыграл спектральный анализ. Спектр выделенного из воздуха газа с его характерными оранжевыми, синими и зелёными линиями резко отличался от спектров уже известных газов. Уильям Крукс, один из виднейших спектроскопистов того времени, насчитал в его спектре почти 200 линий. Уровень развития спектрального анализа на то время не дал возможности определить, одному или нескольким элементам принадлежал наблюдаемый спектр. Несколько лет спустя выяснилось, что Рамзай и Рэлей держали в своих руках не одного незнакомца, а нескольких — целую плеяду инертных газов.
7 августа 1894 года в Оксфорде, на собрании Британской ассоциации физиков, химиков и естествоиспытателей, было сделано сообщение об открытии нового элемента, который был назван аргоном
. В своём докладе Рэлей утверждал, что в каждом кубическом метре воздуха присутствует около 15 г открытого газа (1,288 вес. %). Слишком невероятен был тот факт, что несколько поколений учёных не заметили составной части воздуха, да ещё и в количестве целого процента! В считанные дни десятки естествоиспытателей из разных стран проверили опыты Рамзая и Рэлея. Сомнений не оставалось: воздух содержит аргон.
Через 10 лет, в 1904 году, Рэлей за исследования плотностей наиболее распространённых газов и открытие аргона получает Нобелевскую премию по физике, а Рамзай за открытие в атмосфере различных инертных газов — Нобелевскую премию по химии.
Происхождение названия
По предложению доктора Медана (председателя заседания, на котором был сделан доклад об открытии) Рэлей и Рамзай дали новому газу имя «аргон» (от др.-греч. ἀργός — ленивый, медленный, неактивный). Это название подчёркивало важнейшее свойство элемента — его химическую неактивность.
Кристаллическая решётка аргона:
500 | Кристаллическая решётка | |
511 | Кристаллическая решётка #1 | |
512 | Структура решётки | Кубическая гранецентрированная |
513 | Параметры решётки | 5,260 Å |
514 | Отношение c/a | |
515 | Температура Дебая | 85 К |
516 | Название пространственной группы симметрии | Fm_ 3m |
517 | Номер пространственной группы симметрии | 225 |