Argon

Argon ( argó "lijen", "nereaktivan") jest hemijski element sa simbolom Ar (do 1957. samo A) i atomskim brojem 18. U periodnom sistemu elemenata svrstan je u 8. glavnu grupu, odnosno 18. IUPAC-grupu i ubraja se u plemenite plinove. Kao i drugi plemeniti plinovi, on je bezbojan, jednoatoman i izuzetno nereaktivan. Po mnogim fizičkim osobinama, poput tačke topljenja i ključanja ili gustoće, smješten je između lakšeg neona i težeg kriptona.

Argon je najrasprostranjeniji plemeniti plin na Zemlji. Njegov udio u Zemljinoj atmosferi iznosi oko 0,934%. Time je on treći najzastupljeniji sastojak zraka, odmah nakon dušika i kisika. Tolika količina argona najvećim dijelom objašnjava se radioaktivnim raspadom izotopa kalija 40K, pri čemu nastaje izotop argona 40Ar.

Nakon što je otkriven i dobijen iz zraka, te nakon što je zbog svoje nereaktivnosti nazvan "plemeniti plin", takav naziv su dobili i svi ostali slični plinovi otkriveni nakon njega. Helij (od "helios", grč. "sunce") navodno je otkriven prije njega pomoću spektroskopskog posmatranja Sunčeve svjetlosti, kao i u zemaljskim uzorcima, a neon je otkriven nešto kasnije. Argon su dobili lord Rayleigh i William Ramsay 1894. pomoću frakcijske destilacije tečnog zraka. Kao veoma vrijedan plemeniti plin, on se proizvodi u velikim količinama i koristi kao zaštitni plin pri zavarivanju i proizvodnji nekih metala, ali i kao plin za punjenje sijalica (lampi).

 Historija 
160px|lijevo|thumb|Lord Rayleigh
Prve naznake postojanja gasa, za koji će se kasnije ispostaviti da je argon, dao je Henry Cavendish, koji je 1783. istraživao reaktivnost zraka. Vršio je električna pražnjenja u tačno određenu količinu zraka, koja je bila obogaćena kisikom u odnosu 5:3. Dušik i kisik su međusobno reagirali, te su nastali dušikovi oksidi mogli biti uklonjeni. Međutim, preostala je malehna količina gasova koji nisu reagirali. Ipak, Cavendish nije uspio prepoznati da se među njima radilo o novom elementu, te nije nastavio svoja istraživanja na tom polju.

Nakon što je John William Strutt Rayleigh 1892. odredio gustoću dušika izdvojenog iz zraka, primijetio je da dušik dobijen iz amonijaka ima neznatno manju gustoću. Nastale su razne špekulacije o ovom otkriću. Tako je naprimjer James Dewar smatra da se u tom slučaju radi o troatomnoj molekuli dušika N3, analogno kao i kod ozona. Rayleigh je ponovio Cavendishove eksperimente, tako što je u staklenoj kugli napunjenoj zrakom izazivao električne varnice i doveo do reakcije kisika i dušika. Nakon što je potvrdio Cavedishove rezultate o nereaktivnom ostatku u kugli, William Ramsay je 1894. ispitivao te ostatke, prevodeći gasove preko zagrijanog magnezija. Da su ti ostaci sadržavali dušik, došlo bi nastanka nitrida, te se iz smjese mogao izdvojiti dodatni dušik. Međutim, rezultati su pokazali da je došlo do povećanja gustoće što će kasnije dovesti do otkrića do tada još nepoznatnog, nereaktivnog gasa. Ramsay i Rayleigh su 31. januara 1895. konačno objavili otkriće novog elementa. Naziv novog elementa, argona, izveli su iz starogrčke riječi ἀργός argos, "nereaktivan", "lijen". Nakon što je William Ramsay od 1898. ispitivao argon izdvojen iz zraka, u ostacima gasova je otkrio još tri druga elementa, plemenite gasove neon, kripton i ksenon.

Prvu tehničku primjenu argon je pronašao u elektroindustriji. Između ostalog, izrađivale su se takozvane tungar (skr. od "tungsten" - volfram i argon) cijevi, ispravljači na bazi tinjalice u zaštitnoj atmosferi argona.

 Osobine 
 Fizičke 
U normalnim uslovima pritiska i temperature, argon je jednoatomni, bezbojni gas bez mirisa i ukusa. Pri temperaturi od 87,15 K (−186 °C) se kondenzira u tečno stanje dok pri 83,8 K (−189,3 °C) prelazi u čvrsto. Kao i kod drugih plemenitih gasova, osim helija, argon se kristalizira u kubičnom kristalnom sistemu sa parametrom rešetke a = 526 pm pri 4 K.

Kao i svi plemeniti gasovi, i argon ima popunjene sve elektronske ljuske (tzv. konfiguracija plemenitog gasa). Time se može objasniti da se ovaj gas nalazi u prirodi u jednoatomnom stanju te da mu je reaktivnost zanemariva. Uz gustoću od 1,784 kg/m3 pri 0 °C i 1013 hPa, argon je teži od zraka, tj. skuplja se na dnu. U faznom dijagramu, trojna tačka se nalazi na 83,8 K i 689 hPa, kritična tačka na 150,86 K i 4896 kPa, dok mu je kritična gustoća 0,536 g/cm3.

U vodi, ovaj gas je slabo rastvorljiv. Tako se u jednom litru vode pri 0 °C i normalnom pritisku može rastvoriti najviše 5,6 grama argona.

 Hemijske 
Kao i svi plemeniti gasovi, argon gotovo nikako ne reagira sa drugim elementima ili spojevima. Do danas poznat je samo jedan spoj argona, argon-fluorohidrid HArF, dobijen 2000. godine u laboratoriji putem fotolize sa fluorovodikom u matrici argona pri 7,5 K, te je identificiran na osnovu novih linija u infracrvenom spektru. Međutim taj spoj se raspada na temperaturama iznad 27 K. Prema proračunima, trebalo bi postojati još spojeva argona u metastabilnom stanju koji se relativno sporije raspadaju, međutim do danas nije eksperimentalno potvrđeno njihovo postojanje. Neki od primjera su hlorni analogi argon-fluorohidrita opće formule HArCl, ali i spojevi pri kojima se proton zamjenjuje drugim grupama, kao naprimjer FArCCH kao organski spoj argona ili FArSiF3 sa vezom između argona i silicija. Argon gradi i određene klatrate, u kojima je on fizički "zatvoren" u prazne prostore između kristala. Pri −183 °C argon-hidrat je stabilan, ali je njegova brzina stvaranja veoma spora, da bi se desila prekristalizacija. Ako je sa ledom pomiješan i hloroform, klatrat se stvara već pri −78 °C. Također je stabilan i klatrat argona u hidrohinonu.

 Izotopi 
Poznata su ukupno 23 izotopa argona kao i nekoliko nuklearnih izomera. Među svim izotopima samo su tri stabilna: 36Ar, 38Ar i 40Ar i mogu se naći u prirodi. Među njima, najviše je izotopa 40Ar čiji udio u prirodnoj izotopskoj smjesi argona iznosi 99,6%. Izotopi 36Ar i 38Ar s udjelima od 0,34 % odnosno 0,06 % su veoma rijetki. Od nestabilnih izotopa 39Ar ima vrijeme poluraspada od 269 godina dok 42Ar ima 32,9 godina. Svi ostali izotopi se raspadaju mnogo brže te su im vremena poluraspada u nivou od 20 ns kod 30Ar do 35,04 dana kod 37Ar.

Izotop 40Ar se koristi za određivanje starosti stijena (takozvano kalij-argonsko datiranje). Pri tome do izražaja dolazi da se nestabilni 40K sadržan u stijena polahko raspada do 40Ar. Što se više kalija raspadne do argona to je određena stijena starija. Kratkoživući izotop 41Ar se može upotrijebiti za ispitivanje gasovoda i gasnih instalacija. Provodeći kroz instalacije 41Ar može se ispitivati njihova propusnost, zatvorenost ili ispravnost.

 Rasprostranjenost 
Argon se u svemiru ubraja među vrlo česte elemente. Tamo se njegova rasprostranjenost može uporediti sa sumporom i aluminijem. Međutim, u svemiru je argon tek treći najrasprostranjeniji plemeniti gas, nakon helija i neona. Pri tome se primordijalni argon, koji je pronađen u Suncu i gasovitim planetama poput Jupitera, sastoji gotovo isključivo iz izotopa 36Ar i 38Ar, dok se treći stabilni izotop, 40Ar, tamo nalazi u veoma malehnim količinama. Količinski odnos izotopa 36Ar naspram 38Ar iznosi približno 5,7.

Međutim, na Zemlji je argon ubjedljivo najzastupljeniji plemeniti gas. Sačinjava 0,934% zapreminskog udjela atmosfere (neračunajući vodenu paru), pa je tako, nakon dušika i kisika, treći najzastupljeniji sastojak zraka. Izotopski sastav zemaljskog argona znatno se razlikuje od primordijalnog argona u svemiru. On se sastoji iz 99% izotopa 40Ar, nastalog putem raspada izotopa kalija 40K. Nasuprot njega, primordijalni izotopi argona prisutni su u gotovo zanemarivim količinama.

Dokaz da argon nastaje raspadom izotopa kalija čak i u Zemljinoj kori, nalazi se također i u stijenama. Topljenjem stijena u Zemljinom plaštu, argon isparava, kao i helij nastao pri drugim procesima radioaktivnog raspada. Oni se nakupljaju pretežno u bazaltima u okeanskim stijenama Zemljine kore. Iz stijena se argon postepeno otpušta u podzemne vode. Zbog toga se veće količine argona mogu naći u rastvorene u izvorskoj vodi koja dolazi iz većih dubina.

 Dobijanje 
Dobijanje čistog argona vrši se isključivo iz zraka, po pravilu u okvirima ukapljivanja zraka tokom Lindeovog postupka. Pri tome se argon ne izdvaja u glavnoj rektifikacijskoj koloni u postupku izdvajanja "glavnih" gasova, nego u takozvanoj argonovoj koloni. U njoj se putem rektifikacije najprije dobija sirovi argon, koji i dalje sadrži od 3% do 5% kisika i 1% dušika. Dalje se sirovi argon prerađuje u sljedećim fazama. Smjesa gasova se najprije zagrijava do sobne temperature te se povećava pritisak na 4 do 6 bara. Da bi se uklonio preostali kisik, upumpava se vodik te on u prisustvu katalizatora od plemenitih metala reagira dajuću vodu. Ona se uklanja a argon, koji se nakuplja na donjem kraju kolone, uvodi se u sljedeću kolonu gdje se izdvaja preostali dušik. Na kraju procesa preostaje argon čistoće 99,9999% (oznake argon 6.0).

Drugi način dobijanja argona je proizvodnja amonijaka u Haber-Boschovom procesu kao i proizvodnja sintetskog gasa, kao što je to slučaj pri dobijanju metanola. U tom procesu, zrak se koristi kao polazna sirovina, te se tokom proizvodnog procesa argon i drugi plemeniti gasovi nakupljaju i mogu se izdvojiti iz smjese gasova. Kao i kod Lindeovog procesa, i u ovom procesu se razdvajaju različiti gasovi putem adsorpcije ili rektifikacije, pa se na kraju dobija čisti argon.

 Upotreba 
Kao najjeftiniji plemeniti gas, dostupan u velikim količinama, argon se koristi u mnogim oblastima. Njegova proizvodnja u 1998. iznosila je oko 2 milijarde m³ odnosno 2 km³. Najveći dio proizvodnje potrošen je kao zaštitni gas. Argon se koristi u svim slučajevima kada se jeftiniji dušik ne može upotrijebiti. U to se ubrajaju naprimjer procesi zavarivanja metala, kada dušik pri veoma visokim temperaturama reagira sa naprimjer titanijem, tantalom ili volframom. Argon djeluje kao inertni gas također i kod zavarivanja metala u zaštitnim atmosferama, zatim pri zavarivanju legura aluminija ili visokolegiranih čelika. Osim toga on služi u metalurgiji općenito kao zaštitni gas, naročito u proizvodnji titanija, silicija visokog stepena čistoće te za uklanjanje nečistoća pri topljenju i rafiniranju metala.

Argon se koristi i kao aditiv u ishrani (E 938) gdje služi također kao zaštitni ili potisni gas kod pakovanja namirnica i proizvodnji vina.

Ovaj gas se koristi i kao sredstvo za gašenje požara, pretežno u objektima gdje se nalaze električne instalacije i uređaji te pri tome potiskuje kisik onemogućavajući širenje vatre. U tu svrhu koristi se čisti argon ili smjesa gasova zajedno sa dušikom. U analitici, argon se koristi kao inertni i zaštitni gas u gasnoj hromatografiji kao i hromatografiji induktivno-svezanom plazmom (ICP-MS i ICP OES).

U oblasti proizvodnje čelika, argon ima naročito značajnu ulogu u sekundarnoj metalurgiji. Ispiranje argonom koristi se za odvođenje drugih gasova kod legiranja čelika a istovremeno i homogenizira leguru, a još veću ulogu ima u uklanjanju nepoželjenog rastvorenog dušika iz istopljenog metala.

Pri ronjenju se koristi ovaj gas, naročito pri korištenju trimiksa sa helijem, kao i za punjenje ronilačkog odijela. U tom slučaju od velike važnosti je i slaba toplotna provodljivost argona, što doprinosi zaštiti ronioca od pothlađivanja.

Od maja 2014. argon se nalazi na listi nedozvoljenih supstanci Svjetske antidoping agencije (WADA). Udisanjem argona uzrokuje se nedostatak kisika te se snažno aktivira nastanak vlastitog eritropoetina u tijelu (EPO). Iz istog razloga zabranjen je i ksenon.

 Biološki značaj 
Kao i drugi plemeniti gasovi, argon zbog svoje nereaktivnosti nema nikakvu biološku funkciju ni značaj, a nije ni otrovan. U višim koncentracijama može ugušiti čovjeka, ali samo zbog nedostatka kisika. Pri pritisku od 24 bara djeluje narkotizirajuće.

 Reference 


Kategorija:Hemijski elementi
Kategorija:Plemeniti plinovi
Kategorija:Industrijski plinovi
Kategorija:Aditivi sa E-brojem