არგონი

არგონი (ქიმიური სიმბოლო — Ar) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მესამე პერიოდის, მეთვრამეტე ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — მერვე ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, VIIIა) ქიმიური ელემენტი. ატომური ნომერია — 18, ატომური მასა — 39.948. დედამიწის ატმოსფეროში მესამე ელემენტია თავისი გავრცელებით (აზოტის და ჟანგბადის შემდეგ) — 0,93 % მოცულობის მიხედვით. არგონი ინერტული ერთ ატომიანი, უფერო, უსუნო და უგემო აირია.
ისტორია
არგონის აღმოჩენის ისტორია იწყება 1785 წელს, როდესაც ინგლისელი ფიზიკოსი და ქიმიკოსი ჰენრი კავენდიში, ჰაერის შემადგენლობის კვლევისას, გადაწყვიტა დაედგინა მთლიანად იჟანგებოდა თუ არა ჰაერში მყოფი აზოტი სრულად. რამდენიმე კვირის განმავლობაში U-ს მაგვარ მილაკში ჰაერისა და ჟანგბადის ნარევზე დრო და დრო ზემოქმედებდა ელექტრო განმუხტვით, რის შედეგადაც წარმოიქმნებოდა რუხი ფერის აზოტის ოქსიდის სულ ახალი და ახალი პორციები, რომელსაც მკვლევარი პერიოდულად ხსნიდა ტუტეში. რამდენიმე ხნის შემდეგ ჟანგების წარმოქმნა შეწყდა, მაგრამ დარჩენილი ჟანგბადის დაკავშირების შემდეგ დარჩა აირის ბუშტი რომლის მოცულობა დიდი ხნის განმავლობაში არ იცვლებოდა ჟანგბადის გარემოში ელ. განმუხტვის ზემოქმედების მიუხედავად. კავენდიშმა ბუშტის მოცულობა შეაფასა თავდაპირველი ჰაერის მოცულობის 1/120-ად. ბუშტის გამოცნობა კავენდიშმა ვერ მოახერხა, ამიტომაც მიატოვა თავისი კვლევები, და არც გამოუქვეყნებია მისი შედეგები. მხოლოდ დიდი ხნის შემდეგ ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯეიმზ კლერკ მაკსველმა შეაგროვა და გამოაქვეყნა კავენდიშის ხელნაწერები და ლაბორატორიული ჩანაწერები.
არგონის აღმოჩენის შემდგომი ისტორია დაკავშირებულია ჯონ უილიამ სტრეტის სახელთან, რომელმაც რამდენიმე წელი დაუთმო აირების სიმკვრივეების კვლევას, განსაკუთრებით აზოტისას. გაირკვა, რომ ლიტრი აზოტი, რომელიც მიღებულია ჰაერისაგან უფრო მეტს იწონის, ვიდრე ლიტრი «ქიმიური» აზოტი (რომელიც მიიღება რომელიმე აზოტშემცველი ნაერთის დაშლით, მაგალითად, აზოტის ზეჟანგი, აზოტის ოქსიდები, ამიაკი, შარდი ან სელიტრა) განსხვავდება - 1,6 მგ-ით (პირველის წონა იყო 1,2521 გრ, ხოლო მეორესი 1,2505 გრ). ეს სხვაობა არც თუ ისე ცოტაა, ცდის შეცდომად რომ ჩაითვალოს. ამასთან ის ყოველთვის მეორდება მიუხედავად წყაროსი თუ საიდან მიიღებოდა ქიმიური აზოტი.
ამ პარადოქსის გამოუცნობლად 1892 წლის შემოდგომაზე რელეიმ ჟურნალ «Nature-ში» გამოაქვეყნა წერილი მეცნიერებს, სადაც თხოვდა მათ მიეცათ ახსნა იმ ფაქტისთვის, რომ აზოტის მიღების მეთოდის მიხედვით იღებდა აზოტის სხვა და სხვა სიმკვრივეს. წერილი ბევრმა მეცნიერმა წაიკითხა მაგრამ ვერავინ გასცა დასმულ კითხვას პასუხი.
იმ დროისათვის უკვე ცნობილ ინგლისელ ქიმიკოს უილიამ რამზაისაც არ ჰქონდა მზა პასუხი, მაგრამ შესთავაზა რელეის თავისი თანამშრომლობა. ინტუიციით რამზაიმ ივარაუდა, რომ ჰაერის აზოტი შეიცავდა რაღაც ადრე უცნობ უფრო მძიმე აირის მინარევებს, ხოლო ჯეიმზ დიუარმა რელეის ყურადღება მიაქცია კავენდიშის ძველ ცდების შედეგებზე (რომლებიც უკვე გამოქვეყნებული იყო).
რათა ჰაერისაგან გამოეყოთ უცნობი შემადგენელი ნაწილი ყველა მეცნიერი თავისი გზით წავიდა. რელეიმ გაიმეორა კავენდიშის ცდა უფრო დიდი მასშტაბით და უფრო მაღალ ტექნიკურ დონეზე. 6000 ვოლტიანი ტრანსფორმატორი აზოტით შევსებულ 50 ლ-იან ზარზე უშვებდა ელ. ნაპერწკლებს. სპეციალური ტურბინა ზარში ქმნიდა ტუტის ხსნარის შხეფების ფანტანს, რომელიც შთანთქავდა აზოტის ჟანგებს და ნახშირორჟანგის მინარევებს. რელეიმ დარჩენილი აირი გამოაშრო, და გაატარა ფაიფურის მილაკში რომელშიც იყო გახურებული სპილენძის ნახერხი, რომელიც აკავებდა ჟანგბადის ნარჩენებს. ცდა რამდენიმე დღე გრძელდებოდა.
რამზაიმ გამოიყენა მის მიერ გაკეთებული აღმოჩენა - ლითონური მაგნიუმის თვისება აზოტის შთანთქმისა, მყარი მაგნიუმის ნიტრიდის წარმოქმნით. ის ბევრჯერ ატარებდა რამდენიმე ლიტრ აზოტს მის მიერ აწყობილ ხელსაწყოში. 10 დღის შემდეგ აირის მოცულობის შემცირება შეწყდა, მაშასადამე, ყველა აზოტი იქნა დაკავშირებული. ამავდროულად სპილენძთან შეერთებით მოცილებული იქნა ჟანგბადი, რომელიც აზოტთან იყო როგორც მინარევი. ამ ხერხით რამზეიმ პირველივე ცდით მოახერხა მიახლოებით 100 სმ³ მოცულობის ახალი აირის მიღება.
მაშ ასე, იქნა აღმოჩენილი ახალი ელემენტი. გახდა ცნობილი, რომ ის აზოტზე თითქმის 1,5-ჯერ უფრო მძიმეა და შეადგენს ჰაერის 1/80 ნაწილს. რამზაიმ აკუსტიკური გაზომვებით აღმოაჩინა, რომ ახალი აირის მოლეკულა შედგება ერთი ატომისაგან — ამ დრომდე მსგავსი აირები მდგრად მდგომარეობაში არ შეხვედრიათ. აქედან გამოდიოდა ძალიან მნიშვნელოვანი დასკვნა — რადგანაც მოლეკულა ერთ ატომიანია, მაშინ ახალი აირი წარმოადგენს არა რთულ ქიმიურ ნაერთს, არამედ მარტივი ნივთიერებას.
რამზაიმ და რელეიმ დიდი დრო დახარჯეს მისი რეაქციულ კვლევებზე სხვა ქიმიურად აქტიურ ნივთიერებებთან. მაგრამ როგორც მოსალოდნელი იყო, მივიდნენ დასვნამდე: მათი აირი საერთოდ უმოქმედო იყო. ეს გასაოცარი იყო - იმ მომენთისათვის არ იყო ცნობილი არც ერთი ამდენად ინერტული ნივთიერება.
ახალი აირის შესწავლაში დიდი წვლილი შეიტანა სპექტრალურმა ანალიზმა. ჰაერიდან გამოყოფილი აირის ემისიური სპექტრი თავისი ნარინჯისფერი, ლურჯი და მწვანე ხაზებით მკვეთრად განსხვავდებოდა უკვე ცნობილი აირების სპექტრებისაგან. უილიამ კრუქსიმ იმ დროისათვის ყველაზე გამოჩენილმა სპექტროსკოპისტმა, სპექტრში დაითვალა 200-მდე ხაზი. სპექტრული ანალიზის განვითარების იმ დონემ ვერ შეძლო განესაზღვრა, თუ რამდენ ელემენტს ეკუთვნოდა მიღებული სპექტრი. რამდენიმე წლის შემდეგ გაირკვა, რომ რამზაის და რელეის ხელში ეჭირათ არა ერთი უცნობი არამედ, ეჭირათ - ინერტული აირების მთელი პლეადა].
1894 წლის 7 აგვისტოს ოქსფორდში, ბრიტანეთის ფიზიკოსთა, ქიმიკოსთა და ბუნებისმეტყველ მკვლევართა კრებაზე, გამოცხადებულ იქნა ახალი ელემენტის აღმოჩენის შესახებ, რომელსაც ეწოდა არგონი. თავის მოხსენებაში რელეი ამტკიცებდა, რომ ჰაერის ყოველ კუბურ მეტრში არის 15 გრ. ახლად აღმოჩენილი აირი (1,288 წონ. %). მეტისმეტად წარმოუდგენელი იყო ის ფაქტი, რომ მეცნიერების რამდენიმე თაობამ ვერც კი შენიშნეს ჰაერის შემადგენელი ნაწილი, და ამასთან მისი თითქმის მთელი 1 პროცენტი! რამდენიმე დღეში ათობით მეცნიერმა რელეის და რამზეის ცდები. ეჭვები გაქარწყლდა: ჰაერი შეიცავს არგონს.
10 წლის შემდეგ 1904 წელს, რელეიმ ყველაზე გავრცელებული აირების სიმკვრივეების კვლევისათვის და არგონის აღმოჩენისათვის მიიღო ნობელის პრემია ფიზიკაში, ხოლო რამზაიმ ატმოსფეროში სხვა დასხვა ინერტული აირის აღმოჩენისათვის - ნობელის პრემია ქიმიაში.
სახელწოდების წარმოშობა
დოქტორ მედანის (კრების თავმჯდომარე, სადაც იქნა გაცხადებული აღმოჩენის შესახებ) წინადადებით რელეიმ და რამზაიმ ახალ აირს მისცეს სახელი «არგონი» (ზანტი, ნელი, ზარმაცი, არააქტიური). ეს სახელწოდება ხაზს უსვამდა ელემენტის უმთავრეს თვისებას — მის ქიმიურ უაქტიურობას.
გავრცელების არე
სამყაროში
არგონის შემცველობა სამყაროს მატერიაში ფასდება მიახლოებით წონის 0,02 %-ით.
არგონი (ნეონთან ერთად) შეიმჩნევა ზოგ ვარსკვლავზე და პლანეტურ ნისლებში. საერთოდ ის კოსმოსში უფრო მეტია, ვიდრე კალციუმი, ფოსფორი, ქლორი, ამ დროს დედამიწაზე არის უკუ დამოკიდებულება.
დედამიწის ქერქი
არგონი — ჰაერში მესამე ელემენტია შემადგენლობით აზოტის და ჟანგბადის შემდეგ, დედამიწის ატმოსფეროში საშუალოსტატისტიკური შემცველობა შეადგენს მოცულობის 0,934 % და მასის 1,288 %, მისი მარაგი ატმოსფეროში ფასდება 4 ტ. არგონი — ყველაზე გავრცელებული ინერტული აირია დედამიწის ატმოსფეროში, 1 მ³ ჰაერი შეიცავს 9,34 ლ არგონს (შედარებისათვის: ჰაერის იმავე მოცულობაში არის 18,2 სმ³ ნეონი, 5,2 სმ³ ჰელიუმი, 1,1 სმ³ კრიპტონი, 0,09 სმ³ ქსენონი).
არგონის შემადგენლობა ლითოსფეროში არის — მასის 4 %. ზღვის წყლის ყოველ ლიტრში გახსნილია 0,3 სმ³ არგონი, მტკნარ წყალში არის 5,5 — 9,7 %. არგონის შემცველობა მსოფლიო ოკეანეში ფასდება 7,5 ტ, დედამიწის ქერქიდან ამოფრქვეულ ქანებში — 16,5 ტ.
განსაზღვრა
ხარისხობრივად არგონს პოულობენ ემისიური სპექტრული ანალიზით, ხაზების ძირითადი მახასიათებლებია - 434,80 და 811,53 ნმ. რაოდენობრივად განსაზღვრისას თანდაყოლილი აირები (O2, N2, H2, CO2) კავშირდებიან სპეციფიკური რეაგენტებით (Ca, Cu, MnO, CuO, NaOH) ან იყოფიან ცილდებიან მშთანთქმელების მეშვეობით (მაგალითად, ორგანული და არაორგანული სულფატების წყლის ხსნარებით). სხვა ინერტული აირების გამოყოფა დაფუძნებულია მათ აქტივირებული ნახშირთან სხვადასხვაგვარ ადსორბირებადობასთან. გამოიყენება ანალიზის მეთოდები, რომლებიც ეფუძნება სხვა და სხვა ფიზიკური თვისებების (სიმკვრივე, თბოგამტარობა, და სხვა) გაზომვებზე, ასევე მას-სპექტრომეტრიულ და ქრომატოგრაფიულ ანალიზის მეთოდებზე.
ფიზიკური თვისებები
არგონი — ერთატომიანი აირი რომლის დუღილის ტემპერატურაა (ნორმალური წნევის პირობებში) −185,9 °C (ცოტათი დაბალი ვიდრე ჟანგბადის, და ცოტათი მაღალი ვიდრე აზოტის). 100 მლ წყალში 20 °C-ის პირობებში იხსნება 3,3 მლ არგონი, ზოგიერთ ორგანულ გამხსნელებში არგონი მნიშვნელოვნად კარგად იხსნება, ვიდრე წყალში.
ქიმიური თვისებები
ჯერჯერობით ცნობილია არგონის მხოლოდ ორი ნაერთი — არგონის ჰიდროფტორიდი და CU(Ar)O, რომლებიც ძალიან დაბალი ტემპერატურის პირობებში არსებობენ. ამას გარდა, არგონი წარმოქმნის ექსიმერულ მოლეკულებს, ანუ მოლეკულებს, რომლებსაც აქვთ მდგრადი აღგზნებული ელექტრონული მდგომარეობა და არამდგრადი ძირითადი მდგომარეობა. არის საფუძველი ჩაითვალოს, რომ განსაკუთრებულად არამდგრადი ნაერთი Hg—Ar, რომელიც წარმოიქმნება ელექტრონული განმუხტვის დროს, — ეს არის ქიმიური (ვალენტური) ნაერთი. არ არის გამორიცხული, რომ შეიძლება მიღებულ იქნან არგონის სხვა ვალენტური ნაერთები ფთორთან და ჟანგბადთან, რომლებიც ასევე უნდა იყვნენ უკიდურესად არამდგრადნი. მაგალითად, ელექტრონული აღგზნების დროს არგონისა და ქლორის შერევისას შესაძლებელია აირფაზოვანი რეაქცია ArCl-ის წარმოქმნით. ასევე სხვა ბევრ ნივთიერებებთანმ რომლის მოლეკულებს შორის მოქმედებს წყალბადის კავშირები (წყალთან, ფენოლთან, ჰიდროქინონთან და სხვა), წარმოქმნის ნაერთებს ჩანართებს (კლატრატები), სადაც არგონის ატომი, როგორც თავისებური «სტუმარი», მდებარეობს ღრუში, რომელსაც წარმოქმნის მასპინძელი ნივთიერების მოლეკულების კრისტალური მესერი.
ნაერთი CU(Ar)O მიღებულია ურანის ნახშირბადისა და ჟანგბადის ნაერთისაგან CUO. შესაძლოა ნაერთების არსებობა კავშირებით Ar-Si და Ar-C: FArSiF3 და FArCCH.
იზოტოპები
არგონი დედამიწის ატმოსფეროში წარმოდგენილია სამი სტაბილური იზოტოპით: 36Ar (0,337 %), 38Ar (0,063 %), 40Ar (99,600 %). მძიმე არგონის იზოტოპის 40Ar თითქმის მთლიანიი მასა დედამიწაზე წარმოქმნილია კალიუმის რადიოაქტიური იზოტოპის 40K(ამ იზოტოპის შემცველობა ამოფრქვეულ ქანებში საშუალოდ შეადგენს 3,1 გრ/ტ) რადიოაქტიური დაშლის შედეგად. რადიოაქტიური კალიუმის დაშლა მიმდინარეობს ორი მიმართულებით ერთდროულად:
პირველი პროცესი (ჩვეულებრივი β-დაშლა) მიმდინარეობს 88 %-ის შემთხვევაში და მიდის კალციუმის სტაბილური იზოტოპის წარმოიქმნამდე. მეორე პროცესზე, სადაც მონაწილეობს ატომების 12 %, მიმდინარეობს ელექტრონული წართმევა, რის შედეგადაც წარმოიქმნება არგონის მძიმე იზოტოპი. კალიუმის ერთი ტონა, რომელსაც შეიცავს მთის ქანები ან წყალი მთელი წის განმავლობაში ახდენს მიახლოებით არგონის 3100 ატომის გენერირებას. ასე რომ, მინერალებში, რომლებიც შეიცავენ კალიუმს, თანდათანობით გროვდება 40Ar, რაც იძლევა საშუალებას განისაზღვროს ქანის წლოვანება; კალიუმ-არგონის მეთოდი წარმოადგენს ბირთვული გეოქრონოლოგიის ძირითად მეთოდს.
36Ar და 38Ar იზოტოპების წარმოშობის სავარაუდო წყაროებს წარმოადგენს — მძიმე ბირთვების სპონტანური დაშლის არამდგრადი პროდუქტები, ასევე ურან-თორიუმის შემცველ მინერალებში მჩატე ელემენტების ბირთვების მიერ ნეიტრონებისა და ალფა-ნაწილაკების მიტაცების რეაქცია.
კოსმოსური არგონის უდიდესი უმრავლესობა შედგება 36Ar და 38Ar იზოტოპებისაგან. ეს გამოწვეულია იმ გარემოებით, რომ კოსმოსში კალიუმი გავრცელებულია მიახლოებით 50 000-ჯერ ნაკლებად, ვიდრე არგონი (დედამიწაზე კალიუმი არგონზე 660-ჯერ უფრო მეტია). აღსანიშნავია გეოქიმიკოსების მიერ გაკეთებული გამოთვლა, რომ: დედამიწის ატმოსფეროს არგონს თუ გამოვაკლებთ რადიოგენულ 40Ar, მივიღებთ იზოტოპურ შემადგენლობას, რომელიც ძალიან ახლოს დგას კოსმოსური არგონის შემადგენლობასთან.
მიღება
მრეწველობაში არგონს იღებენ როგორც ჰაერის ჟანგბადად და აზოტად ფართომასშტაბიანი გაყოფის გვერდით პროდუქტს. −185,9 °C ტემპერათურის დროს არგონი კონდენსირდება, ხოლო −189,4 °C — კრისტალირდება.
გამოყენება
ქვემოთ ჩამოთვლილია არგონის გამოყენების დარგები:
არგონის ლაზერებში
ნათურებში და მინაპაკეტების შიდა სივრცეების შესავსებად
შედუღებისას (ჭავლიდ, ლაზერით, კონტაქტით და ა.შ.) როგორც დამცავი გარემო. როგორც ლითონების (მაგალითად, ტიტანის) ასევე არალითონების შედუღაბებისას
შედუღებისა და ჭრისას პლაზმატრონებში როგორც პლაზმაწარმომქნელი.
კვების მრეწველობაში არგონი დარეგისტრირებულია როგორც საკვები დანამატი - E938, როგორც პროპელენტი და შესაფუთი აირი
სახანძრო აირის დანადგარებში, როგორც ხანძრის ჩამქრობი ნივთიერება
მედიცინაში ოპერაციის დროს ჰაერისა და ჭრილობების გასაწმენდად, რადგან არგონი თითქმის არ წარმოქმნის ქიმიურ ნაერთებს
დაბალი თბოგამტარობის გამო არგონი გამოიყენება დაივინგის დროს მშრალი ჰიდროკოსტუმების ჩასაბერად, მაგრამ არის მთელი რიგი ნაკლოვანებებიც:
აირის მაღალი ღირებულება (ამასთან საჭიროა არგონისათვსი ცალკე სისტემა)
ბიოლოგიური როლი
არგონი არ თამაშობს არავითარ ბიოლოგიურ როლს.
ფიზიოლოგიური ქმედება
ინერტული აირები ფლობენ ფიზიოლოგიურ ქმედებებს, რომლებიც ვლინდება ორგანიზმზე მათი ნარკოტიკული ზემოქმედებით. არგონის ჩასუნთქვით ნარკოტიკული ეფექტი ვლინდება მხოლოდ 0,2 მპა-ზე მაღალი ბარომეტრიული წნევისას.
ჩასასუნთქი ჰაერში არგონის დიდმა კონცენტრაციამ შეიძლება გამოიწვიოს თავბუსხვევა, გულის რევა, ღებინება, გონების დაკარგვა და სიკვდილი ასფიქსიით (ჟანგბადური შიმშილის შედეგად).
რესურსები ინტერნეტში
სტრატი (Strutt), ჯ. უ., ლორდი რელეი (Lord Rayleigh)
არგონი Webelements-ზე
არგონი ქიმიური ელემენტების პოპულარულ ბიბლიოთეკაში
ინერტული აირების ქიმია — ჟურნალის სტატიების ბიბლიოთეკა «ვსიაკაია ვსიაჩინა»
სქოლიო