Аргон

Аргон (відзначається як Ar) — найбільш зустрічається дуже часто в повітрі благородний газ. Він відрізняється повною хімічною інертністю. Дана властивість дозволяє широко використовувати газ в подібних областях, як зварювання, упаковка, виробництво матеріалів високої чистоти, а ще для гасіння пожеж.

Історія відкриття

Передісторія відкриття Ar виникла в 1785 році. Видатний вчений і дослідник природи з Англії Генрі Кавендіш досліджував склад повітря. Він піддавав азот окислення і зважував отримані оксиди. По завершенні досвіду в посудині залишався газ. Кевендіш визначив його обсяг в 0,8% від початкового об’єму повітря.
Склад цього газу вчений визначити не зміг. Через століття до проблеми повернулися сери Джон Релей і Вільям Ремзі. В ході проведених дослідів вони виявили, що азот, виділений з повітря, має високу щільність, ніж азот, одержуваний в ході реакції розкладання нітриту амонію.
в першій половині 80-их років XIX століття їм вдалося виділити з повітря якийсь газ, набагато щільний, ніж азот. Ця речовина мало одноатомну молекулярну структуру і було дуже інертним — тобто не реагувало з іншими речовинами.
На нараді Королівського Товариства новому газу було присвоєно найменування «аргон», що якщо перевести з давньогрецького означало «помірний, ледачий»

Аргон в природі

З огляду на практично повної інертності Ar представлений в природному середовищі тільки в незв’язаному вигляді. Його процентна частка в різних частинах Землі дорівнює приблизно:

• земна кора — 0,00012%;
• вода моря — 0,00045%;
• обстановка — 0,926%.

Частка Ar в повітрі більше, що спілкувався частка всіх інших благородних газів. Головним джерелом для його видобутку служить наша обстановка.

Зміст газів в атмосфері
У корі Землі аргон міститься також у вигляді радіоактивного ізотопу Аргон-40 і виникає в ході реакції розпаду ізотопів Калію.
Сучасна наука разом з іншими інертними газоподібними елементами відносить Ar до VIII групі періодичної системи.

Як видобувають аргон

Настройка редуктора для сварки аргон, углекислота. Первый злосчастный пшик.

Завдяки істотному з промислової точки зору змісту аргону в повітрі його отримують в якості додаткового продукту кріогенної ректифікації O2 і N2.
Технологія грунтується на тому факті, що температура кипіння (або скраплення) Ar лежить між температурами N2 і O2.
На початку процесу повітря піддається старанною очищення від пилу в багатоступеневих фільтрах, осушується від парів води, а далі потужними компресорами стискається до того часу, поки не перейде в стан рідини. Рідина переганяють в ректифікаційної колоні, щоб поділити її на окремі речовини.

Установка для видобутку аргону
Першим вивітрюється азот при -195 ° С, його пари збираються на відповідній тарілці ректіфікатора і відводяться в окремий резервуар. Наступним по висоті (і при температурі кипіння -185 ° С) відбирається аргону фракція, яка містить 12% Ar, менш піввідсотка азоту і кисень. Вона подається в наступну колону ректифікації, в якій процентна частка Ar доводиться до 85, що залишився доводиться на кисень зі слідами азоту. Така речовина називається в сирому вигляді аргоном, вихідним матеріалом для отримання чистого газу.
У промисловості застосовується кілька методів очищення сирого аргону від домішок.
Водень, що додається до складу сировини, окислюється на каталізаторі і нагріванні до 500 ° С, так само, зі складу суміші виводиться кисень. З’явився на каталізаторі водяної пари прибирають за допомогою вологовідділювача. Газ після чого осушують. Аргон з рештою в ньому азотом знову ректифіков.
Використовуються і альтернативні методи отримання Ar. Під час синтезу аміаку з азоту і водню в хімічних реакторах Ar отримують як додатковий продукт виробництва. Технологічний елемент це синтезу — продувний газ — містить до 20% Ar. З даного газу і виймають найпомірніший компонент. Вартість виробництва, складна переважно з витрат на охолодження і нагрівання елементів, ділиться між аміаком і аргоном, і виходить значно нижче.
Якість газу, одержуваного будь-яким методом, встановлюється технологією очищення його від невеликої кількості залишкового N2, O2, пари води і H2.

Апарат, який одержує електролізних пучки аргону

Загальна характеристика Ar

Ar входить в групу благородних газів. Заряд його ядра — 18, під таким же номером компонент розміщується в таблиці Менделєєва.
З усіх учасників VIIIA групи він є дуже часто зустрічається в природі. Об’ємна частка Ar в атмосфері -0,93%, глобальна частка становить 1,28% .Компонент вважається газом без кольору, смаку і запаху. Хімічно активний — аргон не вступає в реакцію і практично не з’єднується ні з якими елементами або речовинами, крім CU (Ar) O, і гідрофторид аргону.
Дуже погано розчинний водою, трохи більша розчинність зустрічається при взаємній дії з органічними розчинників.

види аргону

Говорячи про види, або сортах Ar, потрібно розуміти, що це одне і те ж речовина. Види відрізняються за ступенем очищення від домішок.

• Вищий сорт. Зміст Ar не менше 99,99%. Цей сорт особливо високої чистоти використовується для відповідальних робіт зі зварювання, наприклад, як зварювання матеріалів, хімічно активних в нагрітому стані: деякі різнокольорові сплави, перш за все титанові, нержавіюча сталь і ін. Застосовується також для зварювання високонавантажених виробів з конструкційної сталі.
• Перший клас. Зміст Ar не менше 99,98%, Використовуються при зварюванні сплавів на основі алюмінію з іншими металами і сплавами, для менш активних кольорових металів.
• Другий сорт. Зміст Ar не менше 99,95%. Застосовується при зварюванні деталей з вогнетривких сплавів зі сталі, алюмінію і конструкційних сталей. Використання чистого Ar в даних випадках небажано, оскільки призводить до дуже високої пористості матеріалу шва і не дає можливість захистити зварювальну ванну від дуже великої вологості і інших забруднень. Щоб не було появи такого дефекту в сумішевих склад захисних газів додають вуглекислий газ і кисень, що зв’язують виділяється при зварюванні водень і інші домішки. Утворювались в ході таких реакцій шлаки спливають на поверхню зварювальної ванни і після того як застигне прибираються в зв’язці з окалиною.

Фізичні та хімічні властивості

Властивості аргону звичайні для члена VIII групи.
При звичайній температурі Ar перебуває в газоподібному стані. Молекула в себе включає єдиний атома, хімічна формула досить нескладна: Ar. Температура кипіння дуже низька: -185,8 ° С при атмосферному рівні тиску.
Розчинність в воді невисока — всього 3,29 мл на 100 мл рідини
Щільність аргону при нормальних умовах становить 1,78 кг / м 3. Молярна теплоємність газу-20,7 Дж / кмоль.

Характеристики аргону та інших інертних газів
Газ фактично повністю інертний. На даний час вченим вдалося отримати лише два його сполуки — CU (Ar) O, і гідрофторид аргону. З’єднання є лише при дуже низьких температурах. Передбачається, що Ar входить до складу нестабільних в звичайному стані молекул ексимерного типу. Такі молекули існують лише в збудженому стані, наприклад, в ході електричного розряду великої інтенсивності. Такі сполуки можливі з ртуттю, киснем і фтором.
Електронегативність за шкалою Полінга дорівнює 4,3.

сварка аргоном почему шов получается чёрный

Як ступінь окислення, так і електродний потенціал мають нульове значення, що характерно для благородного газу.
Електролізний радіус становить 154, радіус ковалентності — 106 ПМ. Іонізаційний порог- 1519 кДж / моль

Атомна і молекулярна маса

Такі основні параметри, як атомна і молекулярна маси, показують, наскільки маса молекули речовини і маса його атома виходячи з цього перевищують значення, рівне однієї дванадцятої частці маси атома водню.
Завдяки тому, що молекула Ar складається з єдиного атома, молекулярна і атомна маса аргону схожі і складають 39,984.

Структура аргону і його властивості

ізотопи

В умовах природи Ar зустрічається в якості трьох стійких ізотопів

• 36 Ar- процентна частка цього ізотопу становить 0,337% в ядрі 18 протонів і 18 нейтронів;
• 38 Ar- його частка всього 0,063%, в ядрі 18 протонів і 20 нейтронів;
• 40 Ar — дуже популярний, його частка становить 99,6%, в ядрі також 18 протонів, проте вже 22 нейтрона.

Штучним методом виходило отримувати ізотопи з масовим індексом від 32 до 55, найбільш стабільним з них виявився 39 Ar, період напіврозпаду якого становить 268 років.
Велика процентна частка 40 Ar серед ізотопів, що зустрічаються в природі, викликана постійним утворенням його в ході реакції розпаду ізотопу калій-40. На 1000 кг калію в ході подібних реакцій за рік утворюється не більше 3100 атомів 40 Ar. Але, оскільки ці реакції йдуть регулярно протягом сотень мільйонів років, ізотоп накопичився в природі в значних обсягах.
Переважання важкого ізотопу в природі обумовлює той момент, що ядерний вага Ar перевершує ядерний вага калію, що знаходиться в таблиці слідом за ним. При розробці Періодичної системи такого протиріччя не було, оскільки аргон був виявлений і властивості його були досліджені значно пізніше, в першому десятилітті 20 століття. Спочатку Ar був поміщений У перші групу таблиці, восьма група була виділена пізніше.

Як і інші благородні гази (такі, як He і Ne), Ar схильний іонізації. При порушенні атомів і повідомлення ним високих енергій з’являються молекулярні іони Ar2 + .

Молекула і атом

Для благородних газів дані поняття схожі, оскільки такі елементи не хочуть вступати в хімічну зв’язок навіть з себе аналогічними. Молекула в себе включає один атом, хімічна формула газу не відрізняється від визначення елемента: Ar.

молярна маса

Молярна маса аргону становить 39,95 г / моль.
Є кілька методів її обчислення:

• З використанням відносної атомної маси M і коефіцієнта гармонійності до, що виражає співвідношення між відносною масою і молярної. Цей показник вважається багатоцільовий константою і равён для всіх елементів. Молярна маса M виражається як добуток коефіцієнта гармонійності на відносну масу.
• Із застосуванням молярного об’єму. Буде потрібно знайти об’єм, який займає при звичайних умовах певної масою газу, далі проссчітать масу 22,4 літрів речовини при подібних же умовах.
• З використанням рівняння Менделєєва-Клапейрона, що моделює ідеальний газ.

провівши зміни, отримаємо вираз для молярної маси:

• p — тиск в паскалях,
• V-об’єм в кубометрах
• m — маса в грамах,
• Т — температура в Кельвінах,
• R — константа, значення якої 8,314 Дж / (моль? К).

область використання

Найширше аргон використовуються при роботах пов’язаних зі зварюванням. Він застосовується для створення захисної атмосфери навколо зварювальної ванни, витісняючи із зони для роботи O2 і N2, наявні в атмосфері. Дуже важливо це для зварювання кольорових металів, більшість з яких, наприклад, Ti, виділяються високою хімічною активністю в нагрітому стані. Незамінний благородний газ також для нероз’ємного з’єднання нержавіючих і високолегованих сплавів.
Також повсюдно використовується при монтажі високонавантажених будівельних конструкцій, наприклад, як каркаси багатоповерхових будівель, ферми мостів і безлічі інших. Тут його використання забезпечує ідеальну якість, однорідність і довговічність відповідальних з’єднань. В індустрії будівництва аргон зварювання домінує серед інших методів.
Не менш повсюдно використовується аргон зварювання в автомобілебудуванні, перш за все хімічному і харчовому. Шви виходять надійні і довговічні, навіть в умовах дії агресивних середовищ.
Нафтова і газова галузі додатково використовують аргонная зварювання при установці трубо-проводів, газоперекачувальних станцій і нафтопереробних комбінатів.
Застосовується метод також в атомній промисловості, в транспортному автомобілебудуванні і в аерокосмічній галузі.
У домогосподарствах аргон зварювання популярна не настільки широко. Це можна пояснити:

• великою ціною обладнання та матеріалів, що використовуються;
• необхідністю достатньої кваліфікації зварника;
• меншими навантаженнями, що випробовуються домашніми конструкціями;
• більше невисокими вимогами до надійності і міцності зварних з’єднань.

Якщо в домогосподарстві з’являється епізодична необхідність в подібних роботах пов’язаних зі зварюванням, то дешевше, швидше і краще запросити зварника-фахівця.
Характерною властивістю Ar вважається його більш велика щільність якщо порівнювати з повітрям. З цієї причини найбільша результативність аргон зварювання досягається при нижньому зварювальному положенні. В даному випадку інертний раз розтікається по поверхні деталі і утворює захисне хмара суттєвої протяжності, даючи можливість вести зварювання, як великими струмами, так і на високій швидкості. При зварюванні в похилому і верхньому положенні доводиться передбачати «провалювання» аргону крізь повітря. Щоб відшкодувати явище це, або повишаюту газо подачу, або проводять роботи в герметичному приміщенні, заповненим благородним газом. І в тому і в іншому випадку вартість виготовлення робіт зростає.
Оскільки потенціал іонізації Ar невисокий, його застосування забезпечує ідеальні геометричних характеристик зварювального шва, перш за все, профілю. Збуджена електрична дуга в аргонової атмосфері також відрізняється великою стабільністю своїх властивостей. З іншого боку, невисоке значення потенціалу іонізації обумовлює і набагато нижче напруга розпалу й підтримки дуги. Це зменшує її тепловиділення і ускладнює проварена товстих металевих листів.
Більш велика температура дуги в аргонової атмосфері набагато підвищує проплав зварювального шва. Це дає можливість проводити зварювання в один прохід при умовах точного виконання параметрів зазору між заготовками.
У разі використання TIG-методу робіт зі зварювання аргонове обстановка оберігає від корозійного впливу не тільки зварювальну зону, а й завершення неплавкого електрода.
У багатьох нестандартних випадків до складу захисної суміші газу додають гелій.

Крім використання при роботах пов’язаних зі зварюванням, аргон застосовується:

• Як плазмоообразующее веществона установках плазмового розрізання металу.
• Для створення інертного середовища в упаковках продуктів для їжі. Він витісняє з пакетів і контейнерів кисень повітря і пари води, згубно які впливають на термін придатності продуктів. Продукти в захисній атмосфері зберігаються у багато разів довше, ніж у звичайній упаковці. Застосовується такий спосіб і для упаковки медичних виробів і препаратів, даючи можливість зберегти їх в належній стерильності і хімічної чистоті.
• В якості активного агента в протипожежних установках. Аргон витісняє кисень (або інший газ) з вогнища горіння, припиняючи його.
• Для створення захисного середовища в технологічних установках під час обробки напівпровідникових пристроїв, створення мікросхем і інших елементів електроніки або матеріалів великих ступенів чистоти.
• наповнювач електроламп.
• У маркетингових люмінесцентних трубках.

Залежність тиску аргону в балоні від температури

У міру нагрівання тиск газоподібного речовини в замкнутому просторі збільшується. У таблиці наведено приблизні значення тиску в балоні в залежності від температури навколишнього повітря.

T, ° C	P, мегапаскалей
-40	10,45
-30	11,33
-20	12,21
-10	12,92
0	13,74
+10	14,62
+20	15,33
+30	16,03

Необхідно взяти до уваги, що балон тиск змінюється повільно, а в міру його прогрівання або охолодження.

Техніка безпеки під час роботи з аргоном

Сам по собі не будучи токсичним, аргон при помилковому застосуванні може завдати серйозної шкоди здоров’ю або навіть створити загрозу життю.
Аргон заміщає кисень повітря і створює суміш, непридатну для дихання. Людина швидше за все постраждає або навіть померти від задухи. Зріджений аргон має дуже невисоку температуру і при контакті з незахищеною шкірою призводить до важких обморожень.

СО2 против АРГОН

Газорозрядна трубка з аргоном
Щоб не було несприятливих наслідків під час роботи з газом слід обов’язково дотримуватися такі правила:

• Під час роботи в атмосфері аргону обов’язково застосовувати ізолюючий протигаз.
• Під час роботи на напівавтоматах з подачею аргону гарантувати вентиляцію зони для роботи.
• Застосовувати аналізатор газу, вміст кисню в повітрі має бути не нижче 19%.
• Спеціальний одяг повинна повністю закривати коду, бути чистою і цілою.

Перед тим як приступити до роботи також слід оглянути балони, шланги та запірну арматуру на предмет відсутності пошкоджень від механічних чинників і витоків газу.

Газ аргон: технічні специфіки і використання

Благородні гази практично не вступають в реакцію з іншими речовинами, з цієї причини їх не можна застосовувати, припустимо, для опалення будинку або виробництва хімічних сполук. Не звертаючи уваги на свій «асоціальний характер» ці елементи отримали досить широке поширення в промисловості, за рахунок наявності найцікавіших фізичних параметрів. Газ аргон відноситься саме до цих елементів.
Про основних аспектах аргону, а ще про сферах його використання буде детально розказано в даній статті.

Аргон: технічні специфіки

Аргон собою являє безбарвний газ, який не має ніякого впливу на органи смаку і нюху. Цей одноатомний компонент є одним з досить використовуваних інертних газоподібних речовин на земля.
Аргон відкрили в кінці Дев’ятнадцятого століття британським вченим Джоном Стретта. Експериментатор проводив досліди по виділенню азоту з повітря. В результаті експериментів було з’ясовано, що азот отриманий подібним чином має трохи високу щільність, ніж у випадку, коли для отримання цього газу застосовувалися органічні речовини. Вчений висловив припущення, що азот з атмосфери містить домішка маловідомого на той час газоподібної речовини. Після, ці припущення були підтверджені, і аргон був отриманий в чистому вигляді і грунтовно досліджений.
Вчених, які намагалися провести різні досліди з аргоном, приголомшив той момент, що цей газ не вступав в реакцію з іншими елементами хімії. Подібним чином вийшло вперше отримати інертний газ з такими характеристиками.
Не звертаючи уваги на відсутність з’єднань аргон, як і інші речовини, володіє фізичними якостями. До найбільш вагомих характеристик газу відносяться:

• Щільність: 1,784 кг / м3.
• Температура кипіння: -185,8 ° С.
• Потрійна точка: -189,8 ° С.
• Зміст в атмосфері: 0,9% обсягу.

Аргон практично не розчиняється у воді, а ще зовсім безпечний в плані пожежної активності. Цей газ не отруйний, з цієї причини під час роботи з ним не потрібно застосовувати якихось засобів захисту.

Де використовується аргон

Аргон набув значного поширення в промисловості. Інертні властивості цього газу особливо популярні в різних процесах виробництва, де потрібно видавити один з найбільш активних елементів — кисень. Застосування аргону дуже дешево, якщо порівнювати з іншими інертними летючими речовинами, з цієї причини газ незамінний тоді, коли потрібно захисне середовище при зварюванні металів, а ще витіснення вологи і кисню в ємностях, де зберігаються харчові продукти.
Наповнення колб ламп загального призначення благородним газом, дає можливість набагато збільшити робочий ресурс джерела освітлення. Крім дуже високого терміну застосування ці елементи мають більшу яскравістю. Застосовується благородний газ і під час виготовлення ламп люмінесцентних. Використання аргону дозволяє спростити запуск розряду електричної дуги, а ще набагато збільшити ресурс електродів.
Під час виготовлення склопакетів, благородним газом заповнюються порожнечі між стеклами, що дає можливість істотно поліпшити властивості теплоізоляції. Беручи до уваги той факт, що аргон є повністю прозорим, застосування його ніяк не обмежена навіть під час виготовлення багатошарових конструкцій.
Шляхетний газ аргон застосовується також в установках плазмового різання металів. Перевага застосування цього газу полягає в тому, що для появи дуги вистачатиме на довше великої напруги, тому ці установки можуть мати найпростішу конструкцію. При генерації плазми із застосуванням аргону утворюється дуже невелика кількість шкідливих газоподібних речовин в ході виконання різання, з цієї причини такої спосіб прекрасно підійде для ручних приладів.
Через можливість утворювати плазму при відносно невисокому напрузі, цей інертний газ застосовується в медицині для проведення аргоновой коагуляції. Подібний варіант успішно застосовується для видалення новоутворень, а ще для зупинки кровотеч.
Аргон використовується і в хімічній промисловості. Завдяки відсутності взаємного дії з іншими елементами цей газ застосовується для отримання надчистих речовин, а ще для їх аналізу. У металургії інертний газ дає можливість обробляти такі метали, як: титан, тантал, ніобій, берилій, цирконій і ін. Плюс до всього, газ застосовується для змішування розплавлених речовин і зниження окислення хрому під час виготовлення хромованою стали.

Способи одержання аргону

Аргон вважається третім за поширеністю газом в земній атмосфері, з цієї причини найбільш логічним способом вважається добування його з повітря. Для даної мети застосовуються спеціалізовані низькотемпературні ректифікаційні апарати.
Процес відділення інертного речовини виконується в цій черговості:

• Повітря стає чистим від пилу і піддається стиску до рідкого стану.
• Рідке повітря, що складається в основному з кисню, азоту та аргону піддається ректифікації.
• Після відділення азоту, з отриманої при стисканні рідини, виконується доочищення киснево-аргонової суміші.

Температура кипіння аргону в ректифікаційної установки становить мінус 185,3 ° С. При цьому, кисень кипить при температурі на 3 градуси більше, а азот — на 13? С нижче даного показника. Через невеликого відмінності в переході з одного агрегатного стану в інше, на початковій стадії відділення аргону суміш містить величезну кількість рідкого кисню. На заключній стадії одержання аргону виробляється відділення інертного газу з киснево-аргонової суміші. Процес доочистки, в основному, виконується за допомогою електролітичного водню. В результаті реакції в контактному апараті з киснем утворюється пар перегрітий, який після утилізується через влагоотделитель.
Аргон може бути отриманий не тільки з атмосферного повітря. При деяких процесах виробництва цей газ є супутнім продуктом. Наприклад, під час виготовлення аміаку, аргон вважається домішкою азоту і вважається абсолютно непотрібним елементом, з цієї причини отриманий подібним чином газ має дуже невелику собівартість, у порівнянні з вакуумним аргоном.

Правила зберігання і транспортування

Зберігання та перевезення газу виконується в спеціалізованих металевих балонах. Не звертаючи уваги на те, що аргон вважається шляхетним газом, до ємностей все одно пред’являють конкретні вимоги в технічному плані, порушення яких приведе до неможливості застосовувати посудину в подальшому. Плюс до всього, витік інертного газу в приміщенні закритого типу може викликати нудоту і втрату свідомості у людей, адже цей газ важчий за повітря і здатний видавити потрібний для дихання кисень.
Балони, які застосовуються для зберігання і транспортування аргону, собою являють циліндричні ємності, які можуть бути розділені на такі категорії:

• Малого обсягу: 0,4 — 12 л.
• Середнього обсягу: 20 — 50 л.
• Великого обсягу: більше 50 л.

Стандартне тиск в аргоновому балоні становить 150 атм, проте в ємностях об’ємом 40 літрів дозволяється зберігати газ тиском до 200 атм. На ємності для зберігання аргону наноситись інформація про дату виготовлення та атестації, а ще ці параметри, як вага і обсяг.
Аргонові балони мають зверху горловини вентиль, за допомогою якого можна надійно закрити газо подачу, а ще ковпак, який оберігає запірний пристрій від пошкоджень від механічних чинників.
Всі балони, незалежно від обсягу, фарбуються в сірий колір і маркуються написом «Аргон» зеленого кольору.
Перевезення аргону повинна виконуватися за правилами. Машини повинні маркуватися спеціальним знаком, які вказує на перевезення нетоксичних і невибухонебезпечних речовин. Необхідні документи оформляються в суворій відповідності з правилами ДОПНВ.
Плюс до всього, під час перевезення аргону потрібно:

• Надійно зафіксувати балони.
• Розташування ємностей виконується в горизонтальній поверхні.
• Можливо вертикальне розташування тільки якщо є наявність спеціалізованих пристроїв, що підвищують стійкість балонів.
• Заправлені аргоном балони дозволяється транспортувати виключно при відсутності витоків із ємності.

Аргон — Инертный Газ, Расплавляющий Металлы!

Під час перевезення аргону в кількості до 18 балонів (обсяг 40 л) вантаж не вважається небезпечним, з цієї причини спеціалізоване дозвіл не буде потрібно. Але все таки, навіть при переміщенні невеликих партій необхідно дотримуватися описаних вище правил транспортування ємностей з цим газом.