Argon

Karakteristik

Argon memiliki kelarutan dalam air yang kurang lebih sama dengan oksigen, dan 2,5 kali lebih mudah larut dalam air daripada nitrogen. Argon tak berwarna, tak berbau dan tidak mudah terbakar serta tidak beracun dalam kondisi padat, cair, maupun gas. Argon bersifat inert secara kimia di bawah sebagian besar kondisi dan tidak membentuk senyawa yang stabil pada temperatur ruang.
Meskipun argon adalah suatu gas mulia, tetapi telah ditemukan memiliki kemampuan membentuk beberapa senyawa. Sebagai contoh, pembentukan argon fluorohidrida (HArF), suatu senyawa argon dengan fluor dan hidrogen yang stabil di bawah 17 K, telah dilaporkan oleh peneliti dari Universitas Helsinki pada tahun 2000. Meskipun senyawa argon netral pada keadaan dasar saat ini terbatas pada HArF, argon dapat membentuk klatrat dengan air ketika atom-atomnya terperangkap dalam kisi-kisi molekul air. Ion mengandung argon dan kompleks pada keadaan tereksitasi, seperti ArH⁺ dan ArF, telah diketahui keberadaannya. Perhitungan teoretis telah memprediksi beberapa senyawa argon stabil, tetapi jalur sintesisnya belum diketahui.

Sejarah

Argon (’αργόν, bentuk tunggal ari ’αργός, bahasa Yunani yang berarti "tidak aktif", merujuk kepada ketakaktifannya secara kimia) diduga keberadaannya di udara oleh Henry Cavendish pada tahun 1785 tetapi belum diisolasi hingga tahun 1894 oleh Lord Rayleigh dan Sir William Ramsay di University College London dalam suatu percobaan menghilangkan seluruh oksigen, karbon dioksida, air, dan nitrogen dari sampel udara bersih. Mereka telah mengukur bahwa nitrogen yang diproduksi dari senyawa kimia adalah satu setengah persen lebih ringan daripada nitrogen dari atmosfer. Perbedaannya sekilas tak bermakna, tetapi cukup penting untuk menarik peratian mereka selama beberapa bulan. Mereka menyimpulkan bahwa ada gas lain di udara yang bercampur dengan nitrogen. Argon juga ditemui pada tahun 1882 melalui penelitian independen H.F. Newall dan W.N Hartley. Masing-masing mengamati garis baru dalam spektrum warna udara tetapi tidak mampu mengidentifikasi unsur penyebab garis tersebut. Argon merupakan anggota pertama gas mulia yang ditemukan. Simbol argon saat ini adalah "Ar", tetapi hingga tahun 1957 simbolnya adalah "A".

Keberadaan

Atmosfer bumi mengandung argon sebesar 0,934% dari volumenya dan 1,288% dari massanya, dan udara adalah bahan baku utama yang digunakan oleh industri untuk membuat produk argon murni. Argon diisolasi dari udara melalui fraksionasi, paling umum dengan cara distilasi fraksi kryogenik, suatu proses yang juga menghasilkan nitrogen, oksigen, neon, kripton dan xenon murni. Sementara kerak Bumi dan air laut secara berturut-turut mengandung 1.2 bpj dan 0.45 bpj argon.

Isotop

Isotop utama argon yang ditemukan di bumi adalah ⁴⁰Ar (99,6%), ³⁶Ar (0,34%), dan ³⁸Ar (0,06%). Terjadi secara alami dari ⁴⁰K, dengan waktu paruh 1,25×10⁹ tahun, meluruh membentuk ⁴⁰Ar (11.2%) yang stabil dengan penangkapan elektron atau emisi positron, dan juga membentuk ⁴⁰Ca (88.8%) yang stabil melalui peluruhan beta. Sifat dan perbandingan ini digunakan untuk menentukan umur batuan dengan metode penanggalan K-Ar.
Dalam atmosfer bumi, ³⁹Ar dibentuk oleh aktivitas sinar kosmik, terutama dengan ⁴⁰Ar. Dalam lingkungan subpermukaan, juga diproduksi melalui penangkapan neutron oleh ³⁹K atau emisi alfa oleh kalsium. ³⁷Ar dibentuk dari spalasi ((Inggris): spallation) neutron ⁴⁰Ca sebagai hasil dari ledakan nuklir subpermukaan. Ini memiliki waktu paruh 35 hari.
Argon tercatat memiliki variasi komposisi isotopik yang besar di antara lokasi yang berbeda dalam sistem tata surya. Jika sumber utama argon adalah peluruhan ⁴⁰K dalam batuan, ⁴⁰Ar akan menjadi isotop yang dominan, seperti di permukaan bumi. Sebaliknya, argon yang diproduksi langsung oleh nukleosintesis stelar, didominasi oleh nuklida proses alfa, ³⁶Ar. Terkait hal tersebut, argon matahari mengandung 84.6% ³⁶Ar berdasarkan pengukuran angin matahari, dan rasio tiga isotop ³⁶Ar : ³⁸Ar : ⁴⁰Ar dalam atmosfer planet luar yang diukur adalah 8400 : 1600 : 1. Ini kontras dengan kelimpahan ³⁶Ar primordial dalam atmosfer bumi: hanya 31,5 ppmv (= 9340 ppmv × 0,337%), bandingkan dengan neon (18,18 ppmv); dan dengan pengukuran menggunakan probe antarplanet.
Atmosfer Mars mengandung 1,6% ⁴⁰Ar dan 5 ppm ³⁶Ar. Probe Mariner yang mengorbit planet Merkurius pada tahun 1973 menemukan bahwa Merkurius mempunyai atmosfer yang sangat tipis dengan 70% nya adalah argon. Diyakini merupakan hasil dari pelepasan gas sebagai produk peluruhan dari bahan-bahan radioaktif pada permukaan planet. Pada tahun 2005, probe Huygens menemukan keberadaan ⁴⁰Ar secara eksklusif pada permukaan Titan, bulan terbesar planet Saturnus.
Dominasi ⁴⁰Ar radiogenik menentukan berat atom standard argon terestrial argon yang lebih besar daripada unsur berikutna, kalium, yang menjadi teka-teki saat argon ditemukan. Mendeleev telah meletakkan unsur dalam tabel periodiknya berdasarkan urutan berat atom, tetapi keinertan argon menggiring penempatannya sebelum logam alkali yang reaktif. Henry Moseley kemudian memecahkan masalah ini dengan menunjukkan bahwa tabel periodik sejatinya disusun berdasarkan urutan nomor atom. (Lihat Sejarah tabel periodik).

Senyawa

Oktet elektron Argon lengkap menunjukkan subkulit s dan p terisi penuh. Tingkat energi terluar yang penuh ini membuat argon sangat stabil dan sangat tahan untuk tidak berikatan dengan unsur lain. Sebelum tahun 1962, argon dan gas mulia lainnya dianggap inert dan tidak dapat membentuk senyawa; namun, senyawa dari gas mulia yang lebih berat telah dapat disintesis. Pada Agustus 2000, senyawa argon pertama dibuat oleh peneliti di Universitas Helsinki. Dengan memberi radiasi ultraviolet ke argon beku yang mengandung sejumlah kecil hidrogen fluorida dengan cesium iodida, terbentuklah argon fluorohidrida (HArF). Senyawa ini stabil sampai dengan 40 kelvin (−233 °C). Dikation metastabil ArCF2+2, yang memiliki valensi isoelektronik dengan karbonil fluorida, teramati pada tahun 2010. Argon-36, dalam bentuk ion argon hidride (argonium), telah terdeteksi pada debu kosmik terkait dengan supernova Nebula Kepiting; ini adalah molekul gas mulia pertama yang terdeteksi di luar angkasa.
Argon hidrida (Ar(H₂)₂) padat memiliki struktur kiristal yang sama seperti MgZn₂ fase Laves. Ia terbentuk pada tekanan antara 4,3 dan 220 GPa, melalui pengukuran Raman diketahui bahwa molekul H₂ dalam Ar(H₂)₂ terdisosiasi di atas 175 GPa.

Industri

Argon diproduksi secara industri dengan cara distilasi fraksi udara cair dalam suatu unit pemisahan udara kryogenik; suatu proses yang memisahkan nitrogen cair, yang mendidih pada 77,3 K, dari argon, yang mendidih pada 87,3 K, dan oksigen cair, yang mendidih pada 90,2 K. Sekitar 700.000 ton argon diproduksi di seluruh dunia setiap tahunnya.

Dalam peluruhan radioaktif

⁴⁰Ar, isotop argon yang paling berlimpah, diproduksi dengan cara peluruhan ⁴⁰K dengan waktu paruh 1,25×10⁹ tahun melalui penangkapan elektron atau emisi positron. Oleh karena itu, ini digunakan dalam penanggalan kalium-argon untuk menentukan umur batuan.

Proses industri

Argon digunakan dalam beberapa proses industri bertemperatur tinggi, ketika zat yang biasanya tak reaktif menjadi reaktif. Misalnya, atmosfer argon digunakan dalam tanur listrik grafit untuk mencegah terbakarnya grafit.
Untuk beberapa proses ini, kehadiran gas nitrogen atau oksigen dapat menyebabkan kecacatan bahan. Argon digunakan dalam berbagai macam pengelasan listrik seperti pengelasan listrik logam gas dan pengelasan listrik wolfram gas, seperti dalam pengolahan titanium dan unsur reaktif lainnya. Atmosfer argon juga digunakan untuk menumbuhkan kristal silikon dan germanium.
Argon digunakan dalam industri unggas untuk membuat asfiksia pada unggas, baik untuk pemusnahan setelah wabah penyakit massal, atau sebagai sarana pembantaian yang lebih manusiawi daripada mandi listrik. Massa jenis Argon relatif tinggi sehingga tetap berada di permukaan tanah saat terjadi kebocoran. Sifatnya yang tak reaktif menjadikannya cocok digunakan dalam produk pangan, dan karena ia menggantikan oksigen pada unggas yang mati, argon juga memperpanjang masa simpan.
Argon kadang digunakan sebagai pemadam api ketika harus menghindari kerusakan peralatan.

Penelitian ilmiah

Argon cair digunakan sebagai target untuk percobaan neutrino dan mengarahkan pencarian materi gelap. Interaksi partikel hipotesis Weakly interacting massive particles (WIMP) dengan inti argon menghasilkan kilau cahaya yang dapat dideteksi menggunakan tabung pengganda foton ((Inggris): photomultiplier tube). Detektor dua fasa juga menggunakan gas argon untuk mendeteksi elektron ionisasi yang dihasilkan selama hamburan inti WIMP. Seperti kebanyakan gas mulia cair lainnya, argon memiliki kilau cahaya tinggi (~51 foton/keV), transparan terhadap kilau cahayanya sendiri, dan relatif mudah dimurnikan. Dibandingkan dengan xenon, argon lebih murah dan memiliki profil waktu kilau yang berbeda yang memungkinkan pemisahan elektron rekoil dari inti rekoil. Sebaliknya, latar sinar beta intrinsiknya lebih besar karena kontaminasi ³⁹Ar, kecuali menggunakan sumber argon bawah tanah yang memiliki jauh lebih sedikit kontaminasi ³⁹Ar. Sebagian besar argon pada atmosfer bumi dihasilkan dari penangkapan elektron ⁴⁰K jangka panjang (⁴⁰K + e⁻ → ⁴⁰Ar + ν) yang ada dalam kalium alami di bumi. Aktivitas ³⁹Ar di atmosfer terpelihara oleh produksi kosmogenik melalui reaksi ⁴⁰Ar(n,2n)³⁹Ar dan semacamnya. Waktu paruh ³⁹Ar hanya 269 tahun. Alhasil, karena Ar bawah tanah, terlindungi oleh batuan dan air, memiliki lebih sedikit kontaminasi ³⁹Ar. Detektor materi gelap saat ini dioperasikan menggunakan argon cair termasuk DarkSide, WArP, ArDM, microCLEAN dan DEAP-I. Percobaan neutrino termasuk Icarus dan MicroBooNE, keduanya menggunakan argon cair berkemurnian tinggi dalam bejana proyeksi waktu untuk pencitraan halus tiga dimensi pada interaksi neutrino.

Pengawet

Argon digunakan untuk menggantikan udara yang mengandung oksigen dan uap air dalam bahan kemasan untuk memperpanjang masa simpan isi kemasan (argon mempunyai kode tambahan pangan Eropa E938). Oksidasi aerial, hidrolisis, dan reaksi kimia lainnya yang dapat mendegradasi produk dihambat atau dicegah total. Botol bahan kimia berkemurnian tinggi dan produk farmasi tertentu tersedia dalam botol bersegel atau ampul yang dikemas dalam argon.
Dalam pembuatan wine, argon digunakan dalam sejumlah aktivitas untuk mencegah timbunan oksigen pada permukaan cairan, yang dapat merusak wine dengan memfasilitasi metabolisme mikrobial (seperti bakteri asam asetat) dan reaksi redoks standar.
Argon juga tersedia dalam bentuk aerosol dalam kaleng, yang dapat digunakan untuk mengawetkan senyawa seperti pernis, poliuretan, cat, dan sebagainya, pada penyimpanan setelah dibuka.
Sejak 2002, Arsip Nasional Amerika Serikat menyimpan dokumen nasional penting seperti Deklarasi Kemerdekaan dan Undang-undang Dasar dalam kotak berisi argon untuk menghambat degradasi (perusakan). Dengan menggunakan argon mengurangi kebocoran gas, dibandingkan dengan helium yang digunakan dalam prosedur ini selama lima dekade.

Peralatan laboratorium

Argon dapat digunakan sebagai gas inert dalam jalur Schlenk dan kotak sarung tangan. Penggunaan argon lebih disukai daripada nitrogen yang lebih murah karena nitrogen dapat bereaksi dengan pereaksi atau peralatan percobaan.
Argon dapat digunakan sebagai gas pembaa dalam kromatografi gas dan dalam ionisasi elektrospray spektrometri massa; argon merupakan gas pilihan untuk plasma dalam spektroskopi ICP. Argon lebih disukai untuk lapisan sputter spesimen dalam mikroskopi elektron pemindaian. Gas argon juga umum digunakan untuk deposisi sputter film tipis seperti dalam mikroelektronik dan untuk pembersihan wafer dalam mikropabrikasi.

Penggunaan medis

Prosedur bedah kryo ((Inggris): cryosurgery) seperti kryoblasi menggunakan argon cair untuk menghancurkan jaringan seperti sel kanker. Dalam pembedahan, ini digunakan dalam prosedur yang disebut "koagulasi dengan argon" ((Inggris):argon enhanced coagulation) yang merupakan suatu bentuk bedah elektron gelombang plasma argon. Prosedur ini mengandung risiko munculnya embolisme pada pasien dan dapat mengakibatkan kematian.
Laser argon biru digunakan dalam pembedahan untuk melakukan pengelasan arteri, menghancurkan tumor, dan memperbaiki kecacatan mata.
Argon juga telah digunakan secara eksperimental untuk menggantikan nitrogen pada pernapasan atau dekomposisi campuran yang dikenal sebagai Argoks, untuk mempercepat eliminasi nitrogen terlarut dalam darah.

Penerangan

Lampu pijar diisi dengan argon, untuk mengawetkan filamen dari oksidasi pada temperatur tinggi. Hal ini digunakan untuk cara tertentu mengionisasi dan memancarkan cahaya, seperti dalam lampu plasma dan kalorimetri pada percobaan fisika partikel. Lampu pelepasan gas yang diisi dengan argon murni menghasilkan cahaya lilac/ungu, diisi dengan argon dan raksa menghasilkan cahaya biru. Argon juga digunakan untuk menciptakan cahaya laser biru dan hijau.

Penggunaan lainnya

Argon digunakan untuk isolasi termal dalam jendela hemat energi. Argon juga digunakan dalam teknik penyelaman dengan skuba untuk memompa pakaian selam kering, karena sifatnya yang inert dan memiliki konduktivitas termal rendah.
Argon digunakan sebagai propelan dalam pengembangan Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR). Gas argon bertekanan dapat memuai, untuk mendinginkan kepala pencari pada rudal AIM-9 Sidewinder, dan rudal lain yang menggunakan pendingin kepala pencari termal. Gas disimpan pada tekanan tinggi.
Argon-39, dengan waktu paruh 269 tahun, telah digunakan untuk sejumlah aplikasi, terutama penanggalan inti es dan air tanah dating. Selain itu, penanggalan kalium-argon digunakan dalam penanggalan batuan beku.
Argon telah digunakan oleh atlet sebagai doping untuk mensimulasi kondisi hipoksia. Pada 31 Agustus 2014 Badan Anti Doping Dunia ((Inggris): World Anti Doping Agency (WADA)) menambahkan argon dan xenon ke dalam daftar bahan dan metode yang dilarang, meskipun hingga saat ini tidak ada uji penyalahgunaan yang memadai.

Keselamatan

Meskipun argon tidak beracun, tetapi ia 38% lebih rapat daripada udara dan oleh karenanya dianggap sebagai gas asfiksia berbahaya dalam ruang tertutup. Argon juga sulit didedeteksi karena sifatnya yang tak berwarna, tak berbau, dan tak berasa. Sebuah insiden terjadi tahun 1994 ketika seorang pria mengalami asfiksia setelah memasuki seksi berisi argon pada konstruksi pipa minyak di Alaska sehingga menekankan bahaya kebocoran argon di ruang terbatas, dan menekankan perlunya penggunaan penyimpanan dan penanganan yang tepat.