Аргон, свойства атома, химические и физические свойства

Аргон — благородный газ. Благородные газы — это 7 элементов в группе 18 (VIII A) периодической таблицы (Периодическая таблица представляет собой диаграмму, которая показывает, как химические элементы связаны друг с другом). Благородные газы также называют инертными газами, потому что элементы группы 18 (VIII A) реагируют с очень небольшим количеством других элементов. Фактически, никакого соединения аргона никогда не производилось.

Английский химик по имени Джон Уильям Струтт, наиболее известный как лорд Рэлей (1842-1919), химик Уильям Рамзи (1852-1916) открыл аргон в 1894 году. Это был первый выделенный вид благородных газов.

Рэлей и Рамзи нашли аргон фракционной перегонкой жидкого воздуха. Фракционная перегонка — это метод, позволяющий жидкому воздуху медленно нагреться. Когда воздух нагревается, различные элементы превращаются из жидкости обратно в газ. Часть воздуха, которая снова превращается в газ при -185,86 ° C (-302,55 ° F), представляет собой аргон.

Символ: Ar

Атомный номер: 18

Атомная масса: 39.948 а.

Семейство: Группа 18 (VIII A) Благородный газ

Произношение: AR-гон

Аргон используется для изготовления инертного одеяла для определенных промышленных операций. Инертная газовая оболочка предотвращает реакцию любых химических веществ в процессе работы с кислородом и другими небольшими веществами, присутствующими в воздухе. Аргон также используется при создании «неоновых» ламп и в лазерах.

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»

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.

Кристаллическая решётка аргона:

Как добывают аргон

Благодаря значительному с промышленной точки зрения содержанию аргона в воздухе его получают в качестве дополнительного продукта криогенной ректификации O2 и N2.

Технология основана на том факте, что температура кипения (или сжижения) Ar лежит между температурами N2 и O2.

Перед началом процесса воздух подвергается тщательной очистке от пыли в многоступенчатых фильтрах, осушается от водяных паров, а далее мощными компрессорами сжимается до тех пор, пока не перейдет в жидкое состояние. Жидкость перегоняют в ректификационной колонне, чтобы разделить ее на отдельные вещества.

Установка для добычи аргона

Первым испаряется азот при -195 °С, его пары собираются на соответствующей тарелке ректификатора и отводятся в отдельный резервуар. Следующим по высоте (и при температуре кипения -185 °С) отбирается аргонная фракция, содержащая 12% Ar, менее полпроцента азота и кислород. Она подается в следующую ректификационную колонну, в которой процентная доля Ar доводится до 85, оставшееся приходится на кислород со следами азота. Такое вещество называется сырым аргоном, исходным материалом для получения очищенного газа.

В промышленности применяется несколько методов очистки сырого аргона от примесей.

Водород, добавляемый в состав сырья, окисляется на катализаторе и нагреве до 500 °С, таким образом, из состава смеси выводится кислород. Образовавшийся на катализаторе водяной пары удаляют при посредстве влагоотделителя. Газ после этого осушают. Аргон с оставшимся в нем азотом вновь ректифицируют.

Применяются и альтернативные методы получения Ar. Во время синтеза аммиака из азота и водорода в химических реакторах Ar получают как сопутствующий продукт производства. Технологический компонент это синтеза — продувочный газ — содержит до 20% Ar. Из этого газа и извлекают самый спокойный элемент. Стоимость производства, складывающаяся в основном из затрат на охлаждение и нагрев компонентов, делится между аммиаком и аргоном, и получается существенно ниже.

Качество газа, получаемого любым методом, определяется технологией очистки его от небольших количеств остаточного N2, O2, водяных паров и H2.

Аппарат, получающий ионные пучки аргона

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.

Виды аргона

Говоря о видах, или сортах Ar, надо понимать, что это одно и то же химическое вещество. Виды различаются по степени очистки от примесей.

• Высший сорт. Содержание Ar не менее 99,99% . Этот сорт особо высокой чистоты применяется для ответственных сварочных работ, таких, как сварка материалов, химически активных в нагретом состоянии: некоторые цветные сплавы, прежде всего титановые, нержавеющая сталь и др. Используется также для сварки высоконагруженных изделий из конструкционной стали.
• Первый сорт. Содержание Ar не менее 99,98%, Применяется при сварке сплавов на основе алюминия с другими металлами и сплавами, для менее активных цветных металлов.
• Второй сорт. Содержание Ar не менее 99,95%. Используется при сваривании деталей из жаростойких стальных сплавов, алюминия и конструкционных сталей. Применение чистого Ar в этих случаях нежелательно, поскольку приводит к повышенной пористости материала шва и не позволяет защитить сварочную ванну от повышенной влажности и других загрязнений. Во избежание возникновения такого дефекта в состав смеси защитных газов добавляют углекислый газ и кислород, связывающие выделяющийся при сварке водород и другие примеси. Образующиеся в ходе этих реакций шлаки всплывают на поверхность сварочной ванны и после застывания удаляются вместе с окалиной.

Открытие и название аргона:

Аргон был открыт в 1894 году. Однако английский ученый Генри Кавендиш (1731-1810) предсказал существование аргона за 200 лет до открытия аргона. Когда Кавендиш попытался удалить кислород и азот из воздуха, он обнаружил, что осталось очень небольшое количество газа. Он правильно догадался, что в воздухе витал еще один элемент, но не смог определить, что это было.

Когда Рамзи повторил эксперименты Кавендиша в 1890-х годах, он тоже обнаружил в воздухе крошечное количество неопознанного газа. Но у Рамзи было преимущество перед Кавендишем: он мог использовать спектроскопию, которой не существовало во времена Кавендиша. Спектроскопия — это процесс, при котором излучаемый свет анализируется путем нагревания элемента.

Спектр (множественное число: спектры) элемента, который состоит из серии цветных линий и различается для каждого элемента.

Рамзи исследовал спектр неопознанного газа. Он получил серию линий, не принадлежащих ни к какому другому элементу. Он был уверен, что открыл новый элемент. Между тем, Рэли выполнял ту же работу почти в одно и то же время. Он сделал свое открытие примерно в то же время, что и Рамзи. Оба ученых решили сделать свое заявление вместе. Название аргон происходит от греческого слова Argos, «ленивый». Название основано на неспособности аргона реагировать ни на что.

Открытие аргона подняло проблему для химиков. Аргон был первым благородным газом, открытым ученым. Где этот элемент должен быть в периодической таблице? В то время таблица Менделеева заканчивалась Группой 17 (VIIA) справа. Рамзи предположил, что периодическую таблицу Менделеева, возможно, придется расширить. Рамзи предложил добавить в таблицу целую новую группу. Эта группа будет помещена справа от Группы 17 (VIIA) в периодической таблице.

Предложение Рамзи было принято, но оно создало еще одну интересную новую проблему для химиков. Если в периодической таблице была очень новая группа, где были другие элементы, которые принадлежали к этой группе? К счастью, химики имели хорошее представление о том, как могут выглядеть эти неизвестные элементы. Все элементы в одной группе очень похожи друг на друга. Химики начали искать больше неактивных газов. В течение следующих пяти лет они нашли оставшихся членов группы и добавили их: гелий, криптон, неон, радон и ксенон.

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.

Как степень окисления, так и электродный потенциал имеют нулевое значение, что характерно для инертного газа.

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.

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).

Соединения аргона

Некоторые другие наблюдаемые бинарные ионы, содержащие аргон, включают BaAr 2+ и BaAr.2+ 2, [119] VAr + , CrAr + , FeAr + , CoAr + и NiAr + . [5]

Кластерные ионы золота и серебра могут связывать аргон. Известные ионы: Au 3Ar+, Au 3Ar+ 2, Au 3Ar+ 3, Au 2AgAr+ 3и AuAg 2Ar+ 3. У них есть металлический сердечник треугольной формы с аргоном в вершинах. [2]

Также известно [5], что ArF + образуется в реакции

F+ 2+ Ar → ArF + + F

а также

Ar + + F 2 → ArF + + F.

а также

SF 2+ 4+ Ar → ArF + + SF + 3. [120]

Ионы могут быть получены ультрафиолетовым светом с длиной волны 79,1 нм или меньше. [121] Энергия ионизации фтора выше, чем у аргона, поэтому распад происходит следующим образом:

ArF + → Ar + + F. [122]

Спектр миллиметрового диапазона ArF + между 119,0232 и 505,3155 ГГц был измерен для расчета молекулярных констант B

0 = 14,878 8204 ГГц ,
D
0 = 28,718 кГц. [123] Существует вероятность того, что твердая соль ArF + может быть получена с SbF.- 6или AuF- 6анионы. [122] [124]

Возбужденные или ионизированные атомы аргона могут реагировать с молекулярным газообразным йодом с образованием ArI + [125]. Плазма аргона используется в качестве источника ионизации и газа-носителя в масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой . Эта плазма реагирует с образцами с образованием одноатомных ионов, но также образует катионы оксида аргона (ArO + ) и нитрида аргона (ArN + ), которые могут вызывать изобарические помехи при обнаружении и измерении железа-56 ( 56 Fe) и железа-54. ( 54 Fe) соответственно в масс-спектрометрии. [126] Платина, присутствующая в нержавеющей стали, может образовывать аргид платины (PtAr + ), который мешает обнаружению урана-234, который может использоваться в качестве индикатора в водоносных горизонтах. [127] Катионы хлорида аргона могут мешать обнаружению мышьяка, так как Ar 35 Cl + имеет отношение массы к заряду, почти идентичное таковому у одного стабильного изотопа мышьяка , 75 As. [128] В этих условиях ArO + может быть удален реакцией с NH 3 . [129] Альтернативно, электротермическое испарение или использование газообразного гелия может избежать этих проблем с помехами. [126] Аргон также может образовывать анион с хлором, ArCl — , [130], хотя это не проблема для масс-спектрометрии, поскольку обнаруживаются только катионы.

Ион бориния аргона, BAr + , образуется, когда BBr + при энергиях от 9 до 11 эВ реагирует с атомами аргона. 90% положительного заряда приходится на атом аргона. [131]

Ионы ArC + могут образовываться, когда ионы аргона воздействуют на окись углерода с энергией от 21 до 60 эВ. Однако образуется больше ионов C + , и когда энергия высока, O + выше. [132]

ArN + может образовываться, когда ионы аргона воздействуют на диазот с энергией от 8,2 до 41,2 эВ с максимумом около 35 эВ. Однако гораздо больше N+ 2и N + производятся. [133]

ArXe + удерживается вместе с силой 1445 см -1, когда он находится в электронном состоянии X, и 1013 см -1, когда он находится в возбужденном состоянии B. [33]

Катионы металл – аргон называют «аргидами». Ионы аргида, образующиеся во время масс-спектроскопии, имеют более высокую интенсивность, когда энергия связи иона выше. Переходные элементы имеют более высокую интенсивность связывания и ионного потока по сравнению с элементами основной группы. Аргиды могут образовываться в плазме при взаимодействии возбужденных атомов аргона с атомом другого элемента или при связывании атома аргона с другим ионом:

Ar + + M → ArM + + e — ; М + + Ar → ArM + . [134]

Двухзарядные катионы, называемые суперэлектрофилами , способны реагировать с аргоном. Произведенные ионы включают ArCF2+ 2 АРКА+ 2, АрБФ+ 2 и АрБФ2+содержащие связи между аргоном и углеродом или бором. [135]

Дважды ионизированный ацетилен HCCH 2+ неэффективно реагирует с аргоном с образованием HCCAr 2+ . Этот продукт конкурирует с образованием Ar + и аргония. [136]

SiF2+ 3 ион реагирует с аргоном с образованием ArSiF2+ 2. [137]

Многоатомные катионы

Ионы металлов также могут образовываться с более чем одним атомом аргона в виде металлического кластера аргона. Ионы металлов разного размера в центре кластера могут соответствовать разной геометрии атомов аргона вокруг иона. [148] Аргиды с несколькими атомами аргона были обнаружены в масс-спектрометрии. Они могут иметь переменное количество присоединенного аргона, но есть магические числа, где комплекс чаще имеет конкретное количество, четыре или шесть атомов аргона. [149] Их можно изучить с помощью времяпролетного масс-спектрометрического анализа и по спектру фотодиссоциации . Другие методы исследования включают анализ кулоновского взрыва . [150] Мечение аргоном — это метод, при котором атомы аргона слабо связаны с исследуемой молекулой. Это приводит к гораздо более низкой температуре меченых молекул с более резкими инфракрасными линиями поглощения. Молекулы, меченные аргоном, могут разрушаться фотонами определенной длины волны. [151]

Ионы лития добавляют атомы аргона, образуя кластеры с более чем сотней атомов аргона. Кластеры Li + Ar 4 и Li + Ar 4 особенно стабильны и распространены. Расчеты показывают, что все небольшие кластеры достаточно симметричны. Li + Ar 2 является линейным, Li + Ar 3 имеет плоскую треугольную форму с симметрией D 3h , Li + Ar 4 является четырехгранным, Li + Ar 5 может иметь форму квадратной пирамиды или тригональной бипирамиды . Li + Ar 6 имеет форму октаэдра с Li в центре. Кластеры Li + Ar 7 или немного большего размера имеют сердцевинный октаэдр из атомов аргона с одной или несколькими треугольными гранями, покрытыми другими атомами аргона. Связь намного слабее, что объясняет их большую редкость. [152]

Натрий образует кластеры с атомами аргона с пиками под номерами 8, 10, 16, 20, 23, 25 и 29, а также с икосаэдрическими числами 47, 50, 57, 60, 63, 77, 80, 116 и 147 аргона. атомы. Сюда входят квадратная антипризма (8) и квадратная антипризма с колпачком (10 атомов). [148] В Ti + Ar 1 − n атомы аргона вызывают смешивание основного электронного состояния 3d 2 4s 1 с 3d 3 4s 0 . Когда плазма титана в расширяющемся газе аргона создается с помощью лазера, образуются кластеры от Ti + Ar до Ti + Ar 50 . Но Ti + Ar 6 встречается гораздо чаще, чем все остальные. В нем шесть атомов аргона расположены в форме октаэдра вокруг центрального иона титана. Для Ti + Ar 2 расчеты методом DFT предсказывают, что он линейный, Ti + Ar 3 даже не плоский и имеет одну короткую и две более длинные связи Ti-Ar. Ti + Ar 4 — искаженный тетраэдр с одной более длинной связью Ti-Ar. Ti + Ar 5 представляет собой асимметричную форму тригональной бипирамиды с одной связью короче. Для кластеров с семью или более атомами аргона структура содержит октаэдр Ti + Ar 6 с треугольными гранями, покрытыми большим количеством атомов аргона. [153]

Предполагается, что Cu + Ar 2 будет линейным. Предполагается, что Cu + Ar 3 будет иметь плоскую Т-образную форму с углом Ar-Cu-Ar 93 °. Предполагается, что Cu + Ar 4 будет ромбической плоской (не квадратной или тетраэдрической). Для щелочных и щелочноземельных металлов кластер M + Ar 4 тетраэдрический. Предполагается, что Cu + Ar 5 имеет форму ромбической пирамиды. Cu + Ar 6 имеет приплюснутую октаэдрическую форму. Cu + Ar 7 гораздо менее стабилен, и седьмой атом аргона находится вне внутренней оболочки из шести атомов аргона. Это называется октаэдрическим колпачком. Полная вторая оболочка из атомов аргона дает Cu + Ar 34 . Выше этого числа происходит структурное изменение с икосаэдрическим расположением, причем Cu + Ar 55 и Cu + Ar 146 имеют большую стабильность. [154]

С ионом стронция Sr + от двух до восьми атомов аргона могут образовывать кластеры. Sr + Ar 2 имеет форму треугольника с симметрией C

2
v
. Sr + Ar 3 имеет форму тригональной пирамиды с симметрией
C
3
v
. Sr + Ar 4 имеет две тригональные пирамиды с общей гранью и стронций на общей вершине. Он имеет симметрию
C
2
v
. Sr + Ar 6 имеет пятиугольную пирамиду из атомов аргона с атомом стронция
ниже
основания. [155]

Тетрааргид ниобия, Nb + Ar 4, вероятно, имеет атомы аргона, расположенные в квадрате вокруг ниобия. Аналогично для тетрааргида ванадия V + Ar 4 . Гексааргиды Co + Ar 6 и Rh + Ar 6, вероятно, имеют октаэдрическое расположение аргона. [149] Монокатион индия образует кластеры с множеством аргона с магическими числами 12, 18, 22, 25, 28, 45 и 54 и 70 атомами аргона, которые являются числами для икосаэдрических форм. [148]

Путем воздействия на металлическую медь УФ-лазером в смеси аргона и монооксида углерода образуются меченые аргоном карбонильные катионы меди. Эти ионы можно изучить, наблюдая, какие длины волн инфракрасного излучения вызывают расщепление молекул. Эти молекулярные ионы включают CuCO + Ar, Cu (CO) 2 + Ar, Cu (CO) 3 + Ar, Cu (CO) 4 + Ar, которые, соответственно, разрушаются, чтобы терять аргон, с помощью инфракрасных волновых чисел 2216, 2221, 2205 и 2194 см. −1 соответственно. Энергия связи аргона составляет соответственно 16,3, 1,01, 0,97 и 0,23 ккал / моль. Пик инфракрасного поглощения для Cu (CO) 3 + Ar составляет 2205 см -1 по сравнению с 2199 см -1 для Cu (CO) 3 + . Для Cu (CO) 4 + Ar пик находится при 2198 см -1 по сравнению с 2193 для Cu (CO) 4 + . Для Cu (CO) 2 + Ar пик находится при 2221 см -1 по сравнению с 2218,3 для безаргона, а для CuCO + Ar пик находится при 2216 см -1, значительно отличается от 2240,6 см -1 для CuCO + . Формы, предсказанные расчетами для этих молекулярных ионов, являются линейными для CuCO + Ar, слегка изогнутой Т-образной формой для Cu (CO) 2 + Ar и треугольной пирамидой с аргоном наверху и плоской звездой, подобной трикарбонилу меди, образующей основу. [156]

Ионы, изучаемые с помощью аргона, включают гидратированный протон H + (H 2 O) n Ar с n = от 2 до 5, [157] гидратированные ионы щелочных металлов 18-краун-6 простого эфира , [158] гидратированные ионы щелочных металлов, [159] комплексы ацетилена переходных металлов, [160] протонированный этилен [161] и IrO 4 + . [162]

Метильные катионы аргона (или метилиумаргон) Ar x CH 3 + известны для n = от 1 до 8. CH 3 + представляет собой Y-образную форму, и когда добавляются атомы аргона, они перемещаются выше и ниже плоскости Y. Если больше аргона добавляются атомы, они выстраиваются в линию с атомами водорода. Δ H

0 для ArCH 3 + составляет 11 ккал / моль, а для Ar 2 CH 3 + — 13,5 ккал / моль (для 2Ar + CH 3 + ). [163]

Катионные комплексы бороксильного кольца с аргоном [ArB 3 O 4 ] + , + , + и + были получены с помощью

лазерного испарения при криогенных температурах и исследованы с помощью инфракрасного излучения. газофазная спектроскопия. [3] Они были первыми крупными стабильными газофазными комплексами, которые обладают сильной дативной связью между аргоном и бором.

Лекарства

Дикаты с аргоном известны для чеканки металлов. Известные дикатионы включают CuAr n 2+ и AgAr n 2+ для n = 1-8, с максимальным присутствием CuAr 4 2+ или AgAr 4 2+ и AuAr n 2+ n = 3-7. В дополнение к четырем атомам аргона повышенную концентрацию имеют кластеры из шести атомов аргона. Стабильность ионов с двумя положительными зарядами является неожиданной, поскольку энергия ионизации аргона ниже, чем вторая энергия ионизации атома металла. Таким образом, второй положительный заряд атома металла должен переместиться в аргон, ионизировать его, а затем образовать молекулу с сильным отталкиванием, которая подвергнется кулоновскому взрыву. Однако эти молекулы кажутся кинетически стабильными, и для передачи заряда атому аргона они должны пройти через более высокое энергетическое состояние. [164] Ожидается, что кластеры с четырьмя атомами аргона будут квадратными, а кластеры с шестью — октаэдрическими, искаженными эффектом Яна-Теллера .

Многоатомные анионы

Шаровидная модель комплекса суперэлектрофильного аниона [B 12 (CN) 11 ] — с Ar. Ядро B 12 имеет симметрию, близкую к икосаэдрической . B — розовый, C — серый, N — синий, Ar — синий.

Примеры анионов, содержащих прочные связи с благородными газами, чрезвычайно редки: обычно нуклеофильная природа анионов приводит к их неспособности связываться с благородными газами с их отрицательным сродством к электрону . Тем не менее, 2022 открытия « superelectrophilic анионов », [165] в газовой фазе продуктов фрагментации клоза

— dodecaborates , привели к обнаружению стабильных анионных соединений , содержащих боры-благородный газ связь со значительной степенью ковалентного взаимодействия. Сообщалось, что наиболее реактивный суперэлектрофильный анион — , продукт фрагментации цианированного кластера [B 12 (CN) 12 ] 2- , самопроизвольно связывает аргон при комнатной температуре. [4]

Область применения

Шире всего аргон применяется при сварочных работах. Он используется для создания защитной атмосферы вокруг сварочной ванны, вытесняя из рабочей зоны O2 и N2, содержащиеся в атмосфере. Особенно важно это для сварки цветных металлов, многие из которых, к примеру, Ti, отличаются высокой химической активностью в нагретом состоянии. Незаменим инертный газ также для неразъемного соединения нержавеющих и высоколегированных сплавов.

Также широко применяется при монтаже высоконагруженных строительных конструкций, таких, как каркасы высотных зданий, фермы мостов и многих других. Здесь его применение обеспечивает высокое качество, однородность и долговечность ответственных соединений. В строительной индустрии аргонная сварка доминирует среди других методов.

Сварка аргоном

Аргонно-дуговая сварка

Не менее широко применяется аргонная сварка в машиностроении, прежде всего химическом и пищевом. Швы получаются долговечные и надежные, даже в условиях воздействия агрессивных сред.

Нефтяная и газовая отрасли также применяют аргонная сварку при монтаже трубопроводов, газоперекачивающих станций и нефтеперегонных комбинатов.

Используется метод также в атомной промышленности, в транспортном машиностроении и в аэрокосмической отрасли.

В домохозяйствах аргонная сварка распространена не так широко. Это объясняется:

• высокой стоимостью оборудования и расходных материалов;
• необходимостью достаточной квалификации сварщика;
• меньшими нагрузками, испытываемыми домашними конструкциями;
• более низкими требованиями к прочности и долговечности сварных соединений.

Если в домохозяйстве возникает эпизодическая потребность в таких сварочных работах, то дешевле, быстрее и надежнее пригласить сварщика-специалиста.

Стеклопакет с аргоном

Принцип действия стеклопакета с аргоном

Характерным свойством Ar является его более высокая плотность по сравнению с воздухом. Поэтому максимальная эффективность аргонной сварки достигается при нижнем сварочном положении. В этом случае инертный раз растекается по поверхности детали и образует защитное облако значительной протяженности, позволяя вести сварку, как большими токами, так и на большой скорости. При сварке в наклонном и верхнем положении приходится учитывать «проваливание» аргона сквозь воздух. Чтобы компенсировать это явление, либо увеличивают подачу газа, либо проводят работы в герметичном помещении, заполненным инертным газом. В обоих случаях себестоимость работ возрастает.

Поскольку потенциал ионизации Ar невысок, его использование обеспечивает идеальные геометрических характеристик сварочного шва, прежде всего, профиля. Возбужденная электродуга в аргоновой атмосфере также отличается высокой стабильностью своих параметров. С другой стороны, низкое значение потенциала ионизации обуславливает и более низкое напряжение розжига и поддержания дуги. Это сокращает ее тепловыделение и усложняет провар толстых листов металла.

Более высокая температура дуги в аргоновой атмосфере существенно повышает проплав сварочного шва. Это позволяет проводить сварку за один проход при условии точного соблюдения параметров зазора между заготовками.

В случае применения TIG-метода сварочных работ аргоновая атмосфера защищает от коррозионного влияния не только зону сварки, но и окончание неплавкого электрода.

В ряде специфических случаев в состав защитной газовой смеси добавляют гелий.

Кроме применения при сварочных работах, аргон используется:

• Как плазмоообразующее веществона установках плазменного раскроя металла.
• Для создания инертной среды в упаковках пищевых продуктов. Он вытесняет из пакетов и контейнеров кислород воздуха и водяные пары, пагубно влияющие на срок годности продуктов. Продукты в защитной атмосфере хранятся в несколько раз дольше, чем в обычной упаковке. Применяется этот метод и для упаковки медицинских изделий и препаратов, позволяя сохранить их в должной стерильности и химической чистоте.
• В качестве активного агента в противопожарных установках. Аргон вытесняет кислород (или другой газ) из очага горения, прекращая его.
• Для создания защитной среды в технологических установках при обработке полупроводниковых устройств, создании микросхем и других электронных компонентов или материалов высоких степеней чистоты.
• Наполнитель электроламп.
• В рекламных люминесцентных трубках.

Применение аргона

Применение такого химического элемента как аргон не очень широкое, но очень распространенное. Стоит заметить, что аргон является самым доступным и широкораспространенным инертным газом. Как следствие вышесказанного он получается еще и самым дешевым. Его ежегодное мировое производство составляет около 2 миллиардов кубических метров. Он применяется каждый раз тогда, когда невозможно применение более дешевого азота. В первую очередь это процессы сварки металлов, которые реагируют с азотом при высоких температурах. Такими металлами являются титан, тантал, вольфрам и другие. Кроме сварки аргон находит широкое применение в металлургии в качестве защитного вещества. Именно при производства кремния высокой частоты, титана, а так же для дегазации металлических сплавов.

Так же широкое применение аргон находит в пищевой промышленности в качестве защитного газа при упаковке пищевых продуктов и при изготовлении вина. Его нуменклатура на упаковках Е938. Еще одним довольно широким применением аргона является пожаротушение. Особенно распространено это в высоковольтных электрических системах. Для этих целей используется либо чистый газ, либо смесь с азотом. Его суть заключается в вытеснении кислорода. Довольно часто смесь аргона и азота используется в качестве газового заполнителя лампы накаливания. Все дело в том, что этот наполнитель уменьшает сублимацию нити накала.

Читайте: Кремний как химический элемент таблицы Менделеева

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.

Следует учитывать, что баллонное давление изменяется не мгновенно, а по мере его прогрева или охлаждения.