Аргон в сварке
Аргон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха. Третий по распространённости элемент в земной атмосфере (после азота и кислорода) — 0,93 % по объёму и 1,29 % по массе. Аргон — самый распространённый инертный газ в земной атмосфере, в 1 м 3 воздуха содержится 9,34 л аргона (для сравнения: в том же объеме воздуха содержится 18,2 см 3 неона, 5,2 см 3 гелия, 1,1 см 3 криптона, 0,09 см 3 ксенона). Есть аргон и в воде, до 0,3 см 3 в литре морской и до 0,55 см 3 в литре пресной воды. Его среднее содержание в земной коре (кларк) — 0,04 г на тонну, что в 14 раз больше, чем гелия, и в 57 — чем неона. Получается, что на Земле аргона намного больше, чем всех прочих элементов его группы, вместе взятых.
Содержание аргона в мировой материи оценивается приблизительно в 0,02 % по массе. Аргон (вместе с неоном) наблюдается на некоторых звездах и в планетарных туманностях. В целом его в космосе больше, чем кальция, фосфора, хлора, в то время как на Земле существуют обратные отношения.
Физические свойства
Аргон — одноатомный газ с температурой кипения (при нормальном давлении) -185,9 °C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота). Температура плавления -189,4°С. В 100 мл воды при 20 °C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде.
Химические свойства
Название «аргон» (от греч. — ленивый, медленный, неактивный) — подчеркивает важнейшее свойство элемента — его химическую неактивность.
Пока известны только 2 химических соединения аргона — гидрофторид аргона и CU(Ar)O, которые существуют при очень низких температурах. Кроме того, аргон образует эксимерные молекулы, то есть молекулы, у которых устойчивы возбужденные электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Также со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, фенолом, гидрохиноном и другими), образует соединения включения (клатраты), где атом аргона, как своего рода «гость», находится в полости, образованной в кристаллической решётке молекулами вещества-хозяина.
Получение
Получают аргон как побочный продукт при разделении воздуха на кислород и азот. Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород – из пространства над конденсатором. Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Дальше следует очистка «сырого» аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией).
Классификация аргона по сортам
Аргон обеспечивает хорошую защиту сварочной ванны. В зависимости от назначения и содержания этот газ делится на три сорта. Высший сорт аргона (99,99% Ar) используется для сварки, химически активных металлов, циркония, титановых сплавов, молибдена, сплавов на их основе, ответственных конструкций из нержавеющих сталей. Первый сорт аргона (99,98% Ar) применяется для сварки неплавящимся электродом, магния, алюминия, магниевых и алюминиевых сплавов, менее чувствительных к примесям кислорода и азота. Второй сорт аргона (99,95% Ar) используется для сварки нержавеющих сталей, жаропрочных сплавов и чистого алюминия. Для сварки могут также использоваться смеси аргона с другими газами (кислородом, углекислым газом).
Хранение и транспортировка аргона
Хранится и транспортируется аргон в газообразном виде в стальных баллонах под давлением 150 ат, то есть в баллоне находится 6,2 м 3 газообразного аргона в пересчете на темературу 20˚С и давление 760 мм рт. ст. Возможна также транспортировка аргона в жидком виде в специальных цистернах или сосудах Дьюара с последующей его газификацией. Эксплуатация баллонов должна проводиться в соответствии с правилами безопасной эксплуатации сосудов, которые работают под давлением.
Влияние аргона на человека
При содержании аргона в воздухе свыше 70% на человека будет действовать эффект наркоза. Он тяжелее воздуха и может накапливаться в плохо проветриваемых местах снижая при этом концентрацию кислорода, что может вызвать кислородную недостаточность. При выполнении работ в среде аргона необходимо пользоваться изолирующими приборами и противогазами.
Аргон
АРГОН относится к инертным, или благородным, газам. Простое вещество аргон — газ без запаха, цвета и вкуса.
Название: от греческого «argos» (недеятельный).
Физические свойства:
Аргон — одноатомный газ с температурой кипения (при нормальном давлении) –185,9°C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота), температура плавления –189,3°C. Критическая температура –122,43°C, критическое давление 4,86 МПа. Плотность при нормальных условиях 1,7839 кг/м3.
В 100 мл воды при 20°C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде.
Получение:
В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот.
Обычно используют воздухоразделительные аппараты двукратной ректификации, состоящие из нижней колонны высокого давления (предварительное разделение), верхней колонны низкого давления и промежуточного конденсатора-испарителя. В конечном счете азот отводится сверху, а кислород – из пространства над конденсатором.
Летучесть аргона больше, чем кислорода, но меньше, чем азота. Поэтому аргонную фракцию отбирают в точке, находящейся примерно на трети высоты верхней колонны, и отводят в специальную колонну. Дальше следует очистка «сырого» аргона от кислорода (химическим путем или адсорбцией) и от азота (ректификацией).
Нахождение в природе:
Аргон распространен в природе только в свободном виде. В земной коре его содержание составляет 1,2·10–4 %, в морской воде — 0,45·10–4 %. В атмосферном воздухе содержится 0,93% аргона по объему (9,34 л в 1м3). Это значительно больше, чем содержание в воздухе всех остальных инертных газов вместе взятых. Воздух служит неиссякаемым источником для получения аргона.
Применение:
Аргон находит широкое применение благодаря своему основному свойству — химической неактивности.
Аргон широко используют для создания инертной и защитной атмосферы, прежде всего при термической обработке легко окисляющихся металлов (аргоновая плавка, аргоновая сварка и другие).
В атмосфере аргона получают кристаллы полупроводников и многие другие сверхчистые материалы.
Аргоном часто заполняют электрические лампочки (для замедления испарения вольфрама (W) со спирали). При пропускании электрического разряда через стеклянную трубку, заполненную аргоном, наблюдается сине-голубое свечение, что широко используется, например, в светящейся рекламе. Аргон используется для подсветки рекламных плакатов, стендов. Так называемые неоновые осветительные приборы на самом деле заполняются аргоном.
Однако в последние десятилетия наибольшая часть получаемого аргона идет не в лампочки, а в металлургию.
Уже существуют металлургические цеха объемом в несколько тысяч кубометров с атмосферой, состоящей из аргона высокой чистоты. В этих цехах работают в изолирующих костюмах, а дышат подаваемым через шланги воздухом (выдыхаемый воздух отводится также через шланги); запасные дыхательные аппараты закреплены на спинах работающих.
В среде аргона ведут процессы, при которых нужно исключить контакт расплавленного металла с кислородом, азотом, углекислотой и влагой воздуха. Аргонная среда используется при горячей обработке титана, тантала, ниобия, бериллия, циркония, гафния, вольфрама, урана, тория, а также щелочных металлов. В атмосфере аргона обрабатывают плутоний, получают некоторые соединения хрома, титана, ванадия и других элементов.
Продувкой аргона через жидкую сталь из нее удаляют газовые включения. Это улучшает свойства металла.
Все шире применяется дуговая электросварка в среде аргона. В аргонной струе можно сваривать тонкостенные изделия и металлы, которые прежде считались трудносвариваемыми. При сварке в аргонной струе нет надобности во флюсах и электродных покрытиях, а стало быть, и в зачистке шва от шлака и остатков флюса.
Аргон относится к инертным газам, которые химически не взаимодействуют с металлом и не растворяются в нем. Инертные газы применяют для сварки химически активных металлов (титан, алюминий, магний и др.), а также во всех случаях, когда необходимо получать сварные швы, однородные по составу с основным и присадочным металлом (высоколегированные стали и др.).
Инертные газы обеспечивают защиту дуги и свариваемого металла, не оказывая на него металлургического воздействия.
Аргон используется в плазменной сварке и резке металлов как плазмообразующий газ. При микроплазменной сварке большинство металлов сваривают в непрерывном или импульсном режимах дугой прямой полярности, горящей между вольфрамовым электродом плазмотрона и изделием в струе плазмообразующего инертного газа – (чаще всего) аргона.
Электрическая дуга в аргонной атмосфере внесла переворот в технику резки металлов. Процесс намного ускорился, появилась возможность резать толстые листы самых тугоплавких металлов. Продуваемый вдоль столба дуги аргон (в смеси с водородом) предохраняет кромки разреза и вольфрамовый электрод от образования окисных, нитридных и иных пленок. Одновременно он сжимает и концентрирует дугу на малой поверхности, отчего температура в зоне резки достигает 4000-6000°С. К тому же, эта газовая струя выдувает продукты резки.
Поскольку аргон обладает низкой теплопроводностью его используют при заполнении внутреннего пространства стеклопакетов.
Стремление использовать свойства и возможности сверхчистых материалов — одна из тенденций современной техники. Для сверхчистоты нужны инертные защитные среды, разумеется, тоже чистые; аргон — самый дешевый и доступный из благородных газов.
Аргон высокой чистоты применяют в спектроскопических установках для анализа чистоты материалов и в аргоновых лазерах.
В пищевой промышленности аргон зарегистрирован в качестве пищевой добавки E938, в качестве пропеллента и упаковочного газа.
Используется аргон и в качестве огнетушащего вещества в газовых установках пожаротушения.
Опасные факторы и меры безопасности
При всех своих преимуществах аргон достаточно опасен.
Может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии (в результате кислородного голодания).
В жидком состоянии он способен вызвать обморожение кожи, слизистой оболочки при соприкосновении с ней, поэтому при работе с жидким аргоном необходимо соблюдать меры безопасности при обращении с жидкими криопродуктами.
Аргон плавится при температуре
Аргон (общие сведения)
Аргон (общие сведения)
Краткая информация:
Аргон – элемент главной подгруппы 8-й группы 3-го периода периодической системы химических элементов Менделеева Д. И., с атомным номером 18.
Символ: Ar
Электронная конфигурация: 1s2 | 2s2 2p6 3s2 3p6
Температура кипения: -185,9 °C
Атомный номер: 18
Атомная масса: 39,948 ± 0,001 а. е. м.
Первооткрыватели: Уильям Рамзай, Джон Стретт (Лорд Рэлей)
Общие сведения об аргоне
Аргон является инертным одноатомным газом, не имеющим цвета, запаха, вкуса. В периодической системе химических элементов аргон обозначен символом Ar и имеет атомный номер 18. В общем объеме мирового вещества содержится около 0,02 % аргона. В природе аргон распространен в свободном виде, а не в соединениях. Атмосферный воздух содержит 0,93% аргона и является неиссякаемым источником его получения. Аргон также содержится в земной коре (1,2·10–4 %) и морской воде (0,45·10–4 %).
История открытия аргона
В 1892 году английский физик Джон Рэлей опытным путем обнаружил, что литр азота, полученный при переработке воздуха, весит больше, нежели литр азота, выделившийся в результате распада любого азотистого соединения. Рэлей, к тому времени несколько лет посвятивший изучению плотности газов вообще и азота в частности, вознамерился найти разгадку причин данного явления.
В журнале «Nature» им было опубликовано открытое письмо к ученым всего мира с описанием результатов проведенных опытов и предложением выдвинуть гипотезы касательно разницы в величинах плотности газа, полученного двумя различными способами. На данное письмо откликнулся известный английский химик Уильям Рамзай. Он предположил, что азот, выделившийся из воздуха, содержит неизвестный ранее газ более высокой плотности, чем азот.
Совместная работа двух ученых привела к получению абсолютно нового элемента. Измерения показали, что молекула полученного газа состоит лишь из одного атома, а значит данный газ является простым веществом.
В ходе проведенных исследований учеными было выяснено, что новый газ – самое инертное вещество из всех известных. Реакционная способность элемента по отношению к химически активным веществам практически полностью отсутствовала.
В 1894 году был сделан доклад об открытии нового элемента с описанием его свойств и способа его обнаружения. Ввиду полученной информации, председатель заседания – доктор Медан – внес предложение дать газу название «аргон», что в переводе с древнегреческого означает «неактивный, ленивый».
Свойства аргона
Физические свойства
Аргон относится к одноатомным газам. Он лишен цвета, вкуса и запаха. В нормальных условиях его плотность составляет 1,7839 кг/м3. В 100 мл воды комнатной температуры (20 °C) способно раствориться до 3,3 мл аргона. Температура кипения аргона составляет -185,9 °C, температура плавления же -189,3 °C.
Химические свойства
В настоящее время известны 2 химических соединения аргона: HArF и CU(Ar)O. Их можно получить и сохранить лишь при низких температурах.
Аргон не образует химических соединений, за исключением указанных выше, однако способен образовывать клатраты (соединения включения) с веществами, которые отличаются наличием водородных связей между молекулами. Атом аргона в данных соединениях помещается в созданную такими веществами кристаллическую решетку.
Аргон также способен образовывать эксимерные молекулы (они характеризуются устойчивостью возбужденных электронных состояний – когда вещество находится под действием электрического тока – и неустойчивостью состояний основных). К примеру, если провести через смесь хлора и аргона электрический ток, можно получить неустойчивое в обычных условиях соединение ArCl.
Получение аргона
Поскольку в атмосфере Земли содержится приблизительно 66*1013 тонн аргона, а при использовании этот газ не подвергается абсолютно никаким изменениям, можно считать его запасы на планете неисчерпаемыми. В крупной промышленности аргон образуется при разделении обычного воздуха на кислород и азот. Он является побочным продуктом и извлекается практически 99,99%-ой чистоты. Кроме того этот газ образуется при переработке отходов аммиачного производства.
Применение аргона
Являясь самым дешевым и доступным из благородных газов, аргон становится все более востребованным в сферах производства и потребления.
Аргон используется для заполнения ламп накаливания. Ранее для этих целей использовался чистый азот, однако переход к использованию смеси азота с аргоном позволил увеличить светоотдачу ламп. Кроме того, аргон используется и при производстве люминесцентных ламп.
В последние годы аргон получил широкое распространение в металлургической промышленности, а также в зависимых отраслях. Аргонная среда не допускает контакта расплавленного металла с иными газами и влажным воздухом при обработке плутония, титана, бериллия, циркония, щелочных и прочих металлов. Благодаря использованию электрической дуги в аргонной изоляции невероятно ускорился процесс резки металлов, и появилась возможность разрезать самые толстые листы тугоплавких металлов. Аналогичные защитные функции аргона используются при создании монокристаллов – полупроводников и сегнетоэлектриков.
Во время медицинских операций аргон часто используется для очистки пространства, поскольку не способен образовывать химические соединения в силу своей инертности.
Кроме того, аргон используется в качестве средства пожаротушения, для обработки сухих гидрокостюмов в дайвинге и даже в качестве пищевой добавки и как пропеллент для аэрозольных упаковок.
Интересные факты об аргоне
Под действием электрического тока аргон начинает испускать приятное ровное сине-голубое свечение.
Низкая теплопроводность аргона была отмечена и использована при производстве верхней одежды. Слой аргона в 4,5 мм позволяет с успехом заменить 14 мм твердых изоляторов. Закачивая газ в куртку, человек способен самостоятельно регулировать ее теплопроводность, увеличивая или уменьшая количество введенного вещества.
Одна тонна калия в течение одного года способна генерировать до 3100 атомов аргона. Поскольку в природных минералах, которые содержат калий, постоянно происходит накопление одного из стабильных изотопов аргона — 40Ar, появляется возможность измерить возраст существующих горных пород. Данный метод, называемый калий-аргоновым, широко применяется в области ядерной геохронологии.
В настоящее время ведущим поставщиком аргона в Украине является компания «DP Air Gas».
№18 Аргон
Первый вклад в открытие аргона внес английский физик и химик Генри Кавендиш. Изучая в 1785 году окисление атмосферного азота кислородом под действием электрического разряда, он обнаружил, что остается небольшой объем газа, не подвергающегося окислению. Однако он не нашел объяснения этому факту. В 1892 году английский физик Дж. Рэлей обнаружил небольшое (всего на 0,13%) превышение плотности азота, выделяемого из воздуха, над плотностью азота, получаемого химическим путем. Английский физик У. Рамзаем предположил, что причиной этого может быть примесь еще неизвестного более тяжелого газа и предложил выделить его. Ему и Дж. Рэлею в 1894 году удалось выделить этот газ и спектральным анализом доказать, что это новый химический элемент. Дальнейшие исследования показали полную химическую инертность этого вещества. Благодаря своей химической инертности (а это был первый из открытых инертных газов), новый элемент и получил свое название Аргон (греч. аrgos — неактивный, ленивый).
Нахождение в природе и получение:
В атмосферном воздухе содержится 0,93% аргона по объему (9,34 л в 1м 3 ), его запасы в атмосфере оцениваются в 4·10 14 т. Среди других изотопов преобладает aргон-40, постоянно образующийся в ходе ядерной реакции («электронный захват») из природного изотопа калия: + ne
В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот. При температуре -185,9°C аргон конденсируется, при -189,4°С — кристаллизуется.
Физические свойства:
Бесцветный, без запаха газ. Температура кипения аргона (при нормальном давлении) -185,9°C, температура плавления -189,4°C. Плотность при нормальных условиях 1,784 кг/м3. В 100 мл воды при 20°C растворяется около 3,3 мл аргона. в некоторых органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде. При пропускании электрического разряда через стеклянную трубку, заполненную аргоном, наблюдается сине-голубое свечение.
Химические свойства:
Аргон химически инертен, при обычных условиях химических соединений не образует. Однако со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, фенолом, гидрохиноном и другими), образует соединения включения (клатраты), где атом аргона, как своего рода «гость», находится в полости, образованной в кристаллической решетке молекулами вещества-хозяина.
При сверхнизких температурах спектральными методами зафиксировано образование некоторых чрезвычайно неустойчивых молекул, содержащих аргон.
Установлено существование так называемых эксимерных молекул, содержащих аргон. На переходах этих молекул из метастабильного состояния в несвязанное генерируется лазерное излучение.
Важнейшие соединения:
Клатрат Ar*6H2O — соединение включения, температура разложения Аr·6Н2О при 101325 Па 42,0°С.
Гидрофторид аргона HArF — первое открытое, и пока единственное известное на 2013 г. химическое соединение аргона с электронейтральной молекулой. Получен при УФ-облучении смеси аргона и фтороводорода при 8K. Нестоек и распадается уже при 17 К на фтороводород и аргон.
CU(Ar)O — образование такого соединение при 3 К предполагается на основании спектральных данных. В этой молекуле уран должен быть связан с тремя другими атомами — углеродом, аргоном и кислородом.
Применение:
Аргон широко используют для создания инертной и защитной атмосферы, прежде всего при термической обработке легко окисляющихся металлов (аргоновая плавка, аргоновая сварка и другие). В атмосфере аргона получают кристаллы полупроводников и многие другие сверхчистые материалы. Аргоном часто заполняют электрические лампочки (для замедления испарения вольфрама со спирали). Это же его свойство используется в аргоновой сварке, которая позволяет соединять алюминиевые и дюралевые детали.
Аргон (в смеси с неоном, парами ртути) применяют для наполнения газоразрядных трубок (сине-голубое свечение), что используется в светящейся рекламе. Также аргон используется в аргоновых лазерах.
В геохронологии по определению соотношения изотопов 40 Ar/ 40 К устанавливают возраст минералов.
