Аргон как пишется в таблице менделеева

О советском/российском предприятии см. НИИ «Аргон».

Арго́н (химический символ — Ar, от лат. Argon) — химический элемент 18-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы восьмой группы, VIIIA) третьего периода периодической системы Д. И. Менделеева, с атомным номером 18.

Простое вещество аргон — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха. Является третьим по распространённости химическим элементом в воздухе земной атмосферы (после азота и кислорода) — 0,93 % по объёму.

История[править | править код]

История открытия аргона начинается в 1785 году, когда английский физик и химик Генри Кавендиш, изучая состав воздуха, решил установить, весь ли азот воздуха окисляется. В течение многих недель он подвергал воздействию электрического разряда смесь воздуха с кислородом в U-образных трубках, в результате чего в них образовывались всё новые порции бурых оксидов азота, которые исследователь периодически растворял в щёлочи. Через некоторое время образование окислов прекратилось, но после связывания оставшегося кислорода остался пузырёк газа, объём которого не уменьшался при длительном воздействии электрических разрядов в присутствии кислорода. Кавендиш оценил объём оставшегося газового пузыря в 1/120 от первоначального объёма воздуха^[5][6][7]. Разгадать загадку пузыря Кавендиш не смог, поэтому прекратил своё исследование и даже не опубликовал его результатов. Только спустя много лет английский физик Джеймс Максвелл собрал и опубликовал неизданные рукописи и лабораторные записки Кавендиша.

Дальнейшая история открытия аргона связана с именем Рэлея, который несколько лет посвятил исследованиям плотности газов, особенно азота. Оказалось, что литр азота, полученного из воздуха, весил больше литра «химического» азота (полученного путём разложения какого-либо азотистого соединения, например, закиси азота, окиси азота, аммиака, мочевины или селитры) на 1,6 мг (масса первого была равна 1,2521 г, а второго — 1,2505 г). Эта разница была не так уж мала, чтобы можно было её отнести на счёт ошибки опыта. К тому же она постоянно повторялась независимо от источника получения химического азота^[5].

Не придя к разгадке, осенью 1892 года Рэлей в журнале «Nature» опубликовал письмо к учёным с просьбой дать объяснение тому факту, что в зависимости от способа выделения азота он получал разные величины плотности. Письмо прочли многие учёные, однако никто не был в состоянии ответить на поставленный в нём вопрос^[5][6].

У известного уже в то время английского химика Уильяма Рамзая также не было готового ответа, но он предложил Рэлею своё сотрудничество. Интуиция побудила Рамзая предположить, что азот воздуха содержит примеси неизвестного и более тяжёлого газа, а Дьюар обратил внимание Рэлея на описание старинных опытов Кавендиша (которые уже были к этому времени опубликованы)^[6].

Пытаясь выделить из воздуха скрытую составную часть, каждый из учёных пошёл своим путём. Рэлей повторил опыт Кавендиша в увеличенном масштабе и на более высоком техническом уровне. Трансформатор под напряжением 6000 вольт посылал в 50-литровый колокол, заполненный азотом, сноп электрических искр. Специальная турбина создавала в колоколе фонтан брызг раствора щёлочи, поглощающих окислы азота и примесь углекислоты. Оставшийся газ Рэлей высушил и пропустил через фарфоровую трубку с нагретыми медными опилками, задерживающими остатки кислорода. Опыт длился несколько дней^[5].

Рамзай воспользовался открытой им способностью нагретого металлического магния поглощать азот, образуя твёрдый нитрид магния. Многократно пропускал он несколько литров азота через собранный им прибор. Через 10 дней объём газа перестал уменьшаться, следовательно, весь азот оказался связанным. Одновременно путём соединения с медью был удалён кислород, присутствовавший в качестве примеси к азоту. Этим способом Рамзаю в первом же опыте удалось выделить около 100 мл нового газа^[5].

Итак, был открыт новый газ. Стало известно, что он тяжелее азота почти в полтора раза и составляет 1/80 часть объёма воздуха. Рамзай при помощи акустических измерений нашёл, что молекула нового газа состоит из одного атома — до этого подобные газы в устойчивом состоянии не встречались. Отсюда следовал очень важный вывод — раз молекула одноатомна, то, очевидно, новый газ представляет собой не сложное химическое соединение, а простое вещество^[5].

Много времени затратили Рамзай и Рэлей на изучение его реакционной способности по отношению ко многим химически активным веществам. Но, как и следовало ожидать, пришли к выводу: их газ совершенно недеятелен. Это было ошеломляюще — до той поры не было известно ни одного настолько инертного вещества^[5].

Большую роль в изучении нового газа сыграл спектральный анализ. Спектр выделенного из воздуха газа с его характерными оранжевыми, синими и зелёными линиями резко отличался от спектров уже известных газов. Уильям Крукс, один из виднейших спектроскопистов того времени, насчитал в его спектре почти 200 линий. Уровень развития спектрального анализа на то время не дал возможности определить, одному или нескольким элементам принадлежал наблюдаемый спектр. Несколько лет спустя выяснилось, что Рамзай и Рэлей держали в своих руках не одного незнакомца, а нескольких — целую плеяду инертных газов^[5].

7 августа 1894 года в Оксфорде, на собрании Британской ассоциации физиков, химиков и естествоиспытателей, было сделано сообщение об открытии нового элемента, который был назван аргоном. В своём докладе Рэлей утверждал, что в каждом кубическом метре воздуха присутствует около 15 г открытого газа (1,288 % по массе)^[5][6]. Слишком невероятен был тот факт, что несколько поколений учёных не заметили составной части воздуха, да ещё и в количестве целого процента. В считанные дни десятки естествоиспытателей из разных стран проверили опыты Рамзая и Рэлея. Сомнений не оставалось: воздух содержит аргон^[5].

Через 10 лет, в 1904 году, Рэлей за исследования плотностей наиболее распространённых газов и открытие аргона получает Нобелевскую премию по физике, а Рамзай за открытие в атмосфере различных инертных газов — Нобелевскую премию по химии^[5].

Происхождение названия[править | править код]

По предложению доктора Медана (председателя заседания, на котором был сделан доклад об открытии) Рэлей и Рамзай дали новому газу имя «аргон» (от др.-греч. ἀργός — ленивый, медленный, неактивный). Это название подчёркивало важнейшее свойство элемента — его химическую неактивность^[5].

Распространённость[править | править код]

Во Вселенной[править | править код]

Содержание аргона в мировой материи мало́ и оценивается приблизительно в 0,02 % по массе^[8].

Аргон (вместе с неоном) наблюдается на некоторых звёздах и в планетарных туманностях. В целом его в космосе больше, чем кальция, фосфора, хлора, в то время как на Земле существуют обратные отношения^[9].

Распространение в природе[править | править код]

Аргон — третий по содержанию после азота и кислорода компонент воздуха, его среднестатистическое содержание в атмосфере Земли составляет 0,934 % по объёму и 1,288 % по массе^[6][9], его запасы в атмосфере оцениваются в 4⋅10¹⁴ т^[4][6]. Аргон — самый распространённый инертный газ в земной атмосфере, в 1 м³ воздуха содержится 9,34 л аргона (для сравнения: в том же объёме воздуха содержится 18,2 мл неона, 5,2 мл гелия, 1,1 мл криптона, 0,09 мл ксенона)^[6][9].

Содержание аргона в литосфере — 4⋅10⁻⁶ % по массе^[4]. В каждом литре морской воды растворено 0,3 мл аргона, в пресной воде его содержится (5,5—9,7)⋅10⁻⁵ %. Его содержание в Мировом океане оценивается в 7,5⋅10¹¹ т, а в изверженных породах земной оболочки — 16,5⋅10¹¹ т^[9]. Практически весь аргон в земной атмосфере является радиогенным, поскольку естественный радиоактивный изотоп калия ⁴⁰K с вероятностью около 11 % претерпевает электронный захват, дочерним продуктом этого канала распада является стабильный ⁴⁰Ar, наиболее распространённый среди естественных изотопов аргона. Также, в 0,001 % случаев ⁴⁰K претерпевает позитронный распад, образуя ⁴⁰Ar. Однако основной канал распада (вероятность примерно 89 %) ⁴⁰K — β^–-распад, в результате которого образуется чётно-чётный и стабильный изотоп кальций-40, а также излучаются электрон и электронное антинейтрино. Природная радиоактивность калия из-за присутствия калия-40 не представляет опасности для жизни и здоровья.

Определение[править | править код]

Качественно аргон обнаруживают с помощью эмиссионного спектрального анализа, основные характеристические линии — 434,80 и 811,53 нм. При количественном определении сопутствующие газы (O₂, N₂, H₂, CO₂) связываются специфичными реагентами (Ca, Cu, MnO, CuO, NaOH) или отделяются с помощью поглотителей (например, водных растворов органических и неорганических сульфатов). Отделение от других инертных газов основано на различной адсорбируемости их активированным углём. Используются методы анализа, основанные на измерении различных физических свойств (плотности, теплопроводности и др.), а также масс-спектрометрические и хроматографические методы анализа^[4].

Физические свойства[править | править код]

Аргон — одноатомный газ с температурой кипения (при нормальном давлении) −185,9 °C (немного ниже, чем у кислорода, но немного выше, чем у азота). В 100 мл воды при 20 °C растворяется 3,3 мл аргона, в некоторых^{[каких?]} органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде. Плотность при нормальных условиях составляет 1,7839 кг/м³.

Химические свойства[править | править код]

Пока известно/получено только 1 метастабильное химическое соединение аргона — гидрофторид аргона, которое существует только при очень низких температурах и получено фотолизом фтороводорода на твердой аргоновой матрице ^[10] [1] (наподобие соединения гелия с натрием, которое существует только при очень высоком давлении).

Кроме того, аргон (как и гелий, неон, например) образует эксимерные молекулы (крайне нестабильные), то есть молекулы, у которых устойчивы возбуждённые электронные состояния и неустойчиво основное состояние. Например, при электрическом возбуждении смеси аргона и хлора возможна газофазная реакция с образованием ArCl.

Не исключено, что будут получены другие валентные соединения аргона с фтором и кислородом, которые тоже должны быть крайне неустойчивыми/метастабильными. Также со многими веществами, между молекулами которых действуют водородные связи (водой, фенолом, гидрохиноном и другими), образует, как и неон, например, соединения включения (клатраты), где атом аргона, как своего рода «гость», находится в полости, образованной в кристаллической решётке молекулами вещества-хозяина, например, Ar·6H₂O (удерживается силами Ван-дер-Ваальса, а не химической связью с атомами).

Предполагается химическое соединение [того же типа, что и гидрофторид аргона] CU(Ar)O из соединения урана с углеродом и кислородом CUO^[11] [2].

Вероятно ещё существование соединений со связями Ar—Si и Ar—C: FArSiF₃ и FArCCH.

Изотопы[править | править код]

Аргон представлен в земной атмосфере тремя стабильными изотопами: ³⁶Ar (0,337 %), ³⁸Ar (0,063 %), ⁴⁰Ar (99,600 %)^[6][9]. Почти вся масса тяжёлого изотопа ⁴⁰Ar возникла на Земле в результате распада радиоактивного изотопа калия ⁴⁰K (содержание этого изотопа в изверженных породах в среднем составляет 3,1 г/т). Распад радиоактивного калия идёт по двум направлениям одновременно:

Первый процесс (обычный β-распад) протекает в 88 % случаев и ведёт к возникновению стабильного изотопа кальция. Во втором процессе, где участвуют 12 % атомов, происходит электронный захват, в результате чего образуется тяжёлый изотоп аргона. Одна тонна калия, содержащегося в горных породах или водах, в течение года генерирует приблизительно 3100 атомов аргона. Таким образом, в минералах, содержащих калий, постепенно накапливается ⁴⁰Ar, что позволяет измерять возраст горных пород; калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.

Вероятные источники происхождения изотопов ³⁶Ar и ³⁸Ar — неустойчивые продукты спонтанного деления тяжёлых ядер, а также реакции захвата нейтронов и альфа-частиц ядрами лёгких элементов, содержащихся в урано-ториевых минералах.

Подавляющая часть космического аргона состоит из изотопов ³⁶Ar и ³⁸Ar. Это вызвано тем обстоятельством, что калий распространён в космосе примерно в 50 000 раз меньше, чем аргон (на Земле калий преобладает над аргоном в 660 раз). Примечателен произведенный геохимиками подсчёт: вычтя из аргона земной атмосферы радиогенный ⁴⁰Ar, они получили изотопный состав, очень близкий к составу космического аргона^[9].

Получение[править | править код]

В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот. При температуре −185,9 °C (87,3K) аргон конденсируется, при −189,35 °C (83,8K) — кристаллизуется.

Ввиду близости температур кипения аргона и кислорода (90 K) разделение этих фракций ректификационным способом затруднительно. Аргон считается посторонней примесью, допускаемой только в техническом кислороде чистотой 96 %.

Применение[править | править код]

Ниже перечислены области применения аргона:

• в аргоновых лазерах;
• в качестве газонаполнителя ламп накаливания и при заполнении внутреннего пространства стеклопакетов;
• в качестве защитной среды при сварке (дуговой, лазерной, контактной и т. п.) как металлов (например, титана), так и неметаллов;
• в качестве плазмы в плазматронах при сварке и резке;
• в пищевой промышленности в качестве пищевой добавки E938, в качестве пропеллента и упаковочного газа;
• в качестве огнетушащего вещества в газовых установках пожаротушения;
• в медицине во время операций для очистки воздуха и разрезов, так как аргон не образует химических соединений при комнатной температуре;
• в качестве составной части атмосферы эксперимента «Марс-500»^[12] с целью снижения уровня кислорода для предотвращения пожара на борту космического корабля при путешествии на Марс;
• в дайвинге из-за низкой теплопроводности аргон применяется для поддува сухих гидрокостюмов, однако есть ряд недостатков, например, высокая цена газа (кроме этого, нужна отдельная система для аргона);
• в химическом синтезе для создания инертной атмосферы при работе с нестабильными на воздухе соединениями.

Биологическая роль[править | править код]

Аргон не играет заметной биологической роли.

Физиологическое действие

Инертные газы обладают физиологическим действием, которое проявляется в их наркотическом воздействии на организм. Наркотический эффект от вдыхания аргона проявляется только при барометрическом давлении свыше 0,2 МПа (2 атм)^[13]. В 2014 году WADA признала аргон допингом^[14][15].

Содержание аргона в высоких концентрациях во вдыхаемом воздухе может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии (в результате кислородного голодания)^[16].

Примечания[править | править код]

Ссылки[править | править код]

• Вуколов С. П. Аргон // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
• CTPETT (Strutt), Дж. У., лорд Рэлей (Lord Rayleigh)
• Аргон на Webelements
• Аргон в Популярной библиотеке химических элементов
• Химия инертных газов — библиотечка журнальных статей «Всякая всячина»
• Термодинамические и переносные свойства аргона  (недоступная ссылка)

Энергия ионизации

Чем ближе электрон к центру атома – тем больше энергии необходимо, что бы его оторвать.
Энергия, затрачиваемая на отрыв электрона от атома называется энергией ионизации и обозначается E_o.
Если не указано иное, то энергия ионизации – это энергия отрыва первого электрона, также существуют энергии
ионизации для каждого последующего электрона.

Энергия ионизации Ar:
E_o = 1521 кДж/моль

— Что такое ион читайте в статье.

---

Перейти к другим элементам таблицы менделеева

Где Ar в таблице менделеева?

Скачать таблицу менделеева в хорошем качестве

Химические элементы: названия, символы и произношение символов

В таблице содержатся русские и латинские названия химических элементов, символы химических элементов и произношение символов. Для правильного произношения названий и символов в русских названиях и произношениях проставлены ударения.

Not to be confused with Aragon.

Argon is a chemical element with the symbol Ar and atomic number 18. It is in group 18 of the periodic table and is a noble gas.^[7] Argon is the third-most abundant gas in Earth’s atmosphere, at 0.934% (9340 ppmv). It is more than twice as abundant as water vapor (which averages about 4000 ppmv, but varies greatly), 23 times as abundant as carbon dioxide (400 ppmv), and more than 500 times as abundant as neon (18 ppmv). Argon is the most abundant noble gas in Earth’s crust, comprising 0.00015% of the crust.

Nearly all of the argon in Earth’s atmosphere is radiogenic argon-40, derived from the decay of potassium-40 in Earth’s crust. In the universe, argon-36 is by far the most common argon isotope, as it is the most easily produced by stellar nucleosynthesis in supernovas.

The name “argon” is derived from the Greek word ἀργόν, neuter singular form of ἀργός meaning ‘lazy’ or ‘inactive’, as a reference to the fact that the element undergoes almost no chemical reactions. The complete octet (eight electrons) in the outer atomic shell makes argon stable and resistant to bonding with other elements. Its triple point temperature of 83.8058 K is a defining fixed point in the International Temperature Scale of 1990.

Argon is extracted industrially by the fractional distillation of liquid air. Argon is mostly used as an inert shielding gas in welding and other high-temperature industrial processes where ordinarily unreactive substances become reactive; for example, an argon atmosphere is used in graphite electric furnaces to prevent the graphite from burning. Argon is also used in incandescent, fluorescent lighting, and other gas-discharge tubes. Argon makes a distinctive blue-green gas laser. Argon is also used in fluorescent glow starters.

Characteristics

Argon has approximately the same solubility in water as oxygen and is 2.5 times more soluble in water than nitrogen. Argon is colorless, odorless, nonflammable and nontoxic as a solid, liquid or gas.^[8] Argon is chemically inert under most conditions and forms no confirmed stable compounds at room temperature.

Although argon is a noble gas, it can form some compounds under various extreme conditions. Argon fluorohydride (HArF), a compound of argon with fluorine and hydrogen that is stable below 17 K (−256.1 °C; −429.1 °F), has been demonstrated.^[9][10] Although the neutral ground-state chemical compounds of argon are presently limited to HArF, argon can form clathrates with water when atoms of argon are trapped in a lattice of water molecules.^[11] Ions, such as ArH⁺
, and excited-state complexes, such as ArF, have been demonstrated. Theoretical calculation predicts several more argon compounds that should be stable^[12] but have not yet been synthesized.

History

Argon (Greek ἀργόν, neuter singular form of ἀργός meaning “lazy” or “inactive”) is named in reference to its chemical inactivity. This chemical property of this first noble gas to be discovered impressed the namers.^[13][14] An unreactive gas was suspected to be a component of air by Henry Cavendish in 1785.^[15]

Argon was first isolated from air in 1894 by Lord Rayleigh and Sir William Ramsay at University College London by removing oxygen, carbon dioxide, water, and nitrogen from a sample of clean air.^[16][17][18] They first accomplished this by replicating an experiment of Henry Cavendish’s. They trapped a mixture of atmospheric air with additional oxygen in a test-tube (A) upside-down over a large quantity of dilute alkali solution (B), which in Cavendish’s original experiment was potassium hydroxide,^[15] and conveyed a current through wires insulated by U-shaped glass tubes (CC) which sealed around the platinum wire electrodes, leaving the ends of the wires (DD) exposed to the gas and insulated from the alkali solution. The arc was powered by a battery of five Grove cells and a Ruhmkorff coil of medium size. The alkali absorbed the oxides of nitrogen produced by the arc and also carbon dioxide. They operated the arc until no more reduction of volume of the gas could be seen for at least an hour or two and the spectral lines of nitrogen disappeared when the gas was examined. The remaining oxygen was reacted with alkaline pyrogallate to leave behind an apparently non-reactive gas which they called argon.

Before isolating the gas, they had determined that nitrogen produced from chemical compounds was 0.5% lighter than nitrogen from the atmosphere. The difference was slight, but it was important enough to attract their attention for many months. They concluded that there was another gas in the air mixed in with the nitrogen.^[19] Argon was also encountered in 1882 through independent research of H. F. Newall and W. N. Hartley.^[20] Each observed new lines in the emission spectrum of air that did not match known elements.

Until 1957, the symbol for argon was “A”, but now it is “Ar”.^[21]

Occurrence

Argon constitutes 0.934% by volume and 1.288% by mass of Earth’s atmosphere.^[22] Air is the primary industrial source of purified argon products. Argon is isolated from air by fractionation, most commonly by cryogenic fractional distillation, a process that also produces purified nitrogen, oxygen, neon, krypton and xenon.^[23] Earth’s crust and seawater contain 1.2 ppm and 0.45 ppm of argon, respectively.^[24]

Isotopes

The main isotopes of argon found on Earth are ⁴⁰
Ar (99.6%), ³⁶
Ar (0.34%), and ³⁸
Ar (0.06%). Naturally occurring ⁴⁰
K, with a half-life of 1.25×10⁹ years, decays to stable ⁴⁰
Ar (11.2%) by electron capture or positron emission, and also to stable ⁴⁰
Ca (88.8%) by beta decay. These properties and ratios are used to determine the age of rocks by K–Ar dating.^[24][25]

In Earth’s atmosphere, ³⁹
Ar is made by cosmic ray activity, primarily by neutron capture of ⁴⁰
Ar followed by two-neutron emission. In the subsurface environment, it is also produced through neutron capture by ³⁹
K, followed by proton emission. ³⁷
Ar is created from the neutron capture by ⁴⁰
Ca followed by an alpha particle emission as a result of subsurface nuclear explosions. It has a half-life of 35 days.^[25]

Between locations in the Solar System, the isotopic composition of argon varies greatly. Where the major source of argon is the decay of ⁴⁰
K in rocks, ⁴⁰
Ar will be the dominant isotope, as it is on Earth. Argon produced directly by stellar nucleosynthesis is dominated by the alpha-process nuclide ³⁶
Ar. Correspondingly, solar argon contains 84.6% ³⁶
Ar (according to solar wind measurements),^[26] and the ratio of the three isotopes ³⁶Ar : ³⁸Ar : ⁴⁰Ar in the atmospheres of the outer planets is 8400 : 1600 : 1.^[27] This contrasts with the low abundance of primordial ³⁶
Ar in Earth’s atmosphere, which is only 31.5 ppmv (= 9340 ppmv × 0.337%), comparable with that of neon (18.18 ppmv) on Earth and with interplanetary gasses, measured by probes.

The atmospheres of Mars, Mercury and Titan (the largest moon of Saturn) contain argon, predominantly as ⁴⁰
Ar, and its content may be as high as 1.93% (Mars).^[28]

The predominance of radiogenic ⁴⁰
Ar is the reason the standard atomic weight of terrestrial argon is greater than that of the next element, potassium, a fact that was puzzling when argon was discovered. Mendeleev positioned the elements on his periodic table in order of atomic weight, but the inertness of argon suggested a placement before the reactive alkali metal. Henry Moseley later solved this problem by showing that the periodic table is actually arranged in order of atomic number (see History of the periodic table).

Compounds

Argon’s complete octet of electrons indicates full s and p subshells. This full valence shell makes argon very stable and extremely resistant to bonding with other elements. Before 1962, argon and the other noble gases were considered to be chemically inert and unable to form compounds; however, compounds of the heavier noble gases have since been synthesized. The first argon compound with tungsten pentacarbonyl, W(CO)₅Ar, was isolated in 1975. However, it was not widely recognised at that time.^[29] In August 2000, another argon compound, argon fluorohydride (HArF), was formed by researchers at the University of Helsinki, by shining ultraviolet light onto frozen argon containing a small amount of hydrogen fluoride with caesium iodide. This discovery caused the recognition that argon could form weakly bound compounds, even though it was not the first.^[10][30][31] It is stable up to 17 kelvins (−256 °C). The metastable ArCF²⁺
₂ dication, which is valence-isoelectronic with carbonyl fluoride and phosgene, was observed in 2010.^[32] Argon-36, in the form of argon hydride (argonium) ions, has been detected in interstellar medium associated with the Crab Nebula supernova; this was the first noble-gas molecule detected in outer space.^[33][34]

Solid argon hydride (Ar(H₂)₂) has the same crystal structure as the MgZn₂ Laves phase. It forms at pressures between 4.3 and 220 GPa, though Raman measurements suggest that the H₂ molecules in Ar(H₂)₂ dissociate above 175 GPa.^[35]

Production

Argon is extracted industrially by the fractional distillation of liquid air in a cryogenic air separation unit; a process that separates liquid nitrogen, which boils at 77.3 K, from argon, which boils at 87.3 K, and liquid oxygen, which boils at 90.2 K. About 700,000 tonnes of argon are produced worldwide every year.^[24][36]

Applications

Argon has several desirable properties:

• Argon is a chemically inert gas.
• Argon is the cheapest alternative when nitrogen is not sufficiently inert.
• Argon has low thermal conductivity.
• Argon has electronic properties (ionization and/or the emission spectrum) desirable for some applications.

Other noble gases would be equally suitable for most of these applications, but argon is by far the cheapest. Argon is inexpensive, since it occurs naturally in air and is readily obtained as a byproduct of cryogenic air separation in the production of liquid oxygen and liquid nitrogen: the primary constituents of air are used on a large industrial scale. The other noble gases (except helium) are produced this way as well, but argon is the most plentiful by far. The bulk of argon applications arise simply because it is inert and relatively cheap.

Industrial processes

Argon is used in some high-temperature industrial processes where ordinarily non-reactive substances become reactive. For example, an argon atmosphere is used in graphite electric furnaces to prevent the graphite from burning.

For some of these processes, the presence of nitrogen or oxygen gases might cause defects within the material. Argon is used in some types of arc welding such as gas metal arc welding and gas tungsten arc welding, as well as in the processing of titanium and other reactive elements. An argon atmosphere is also used for growing crystals of silicon and germanium.

Argon is used in the poultry industry to asphyxiate birds, either for mass culling following disease outbreaks, or as a means of slaughter more humane than electric stunning. Argon is denser than air and displaces oxygen close to the ground during inert gas asphyxiation.^[37][38] Its non-reactive nature makes it suitable in a food product, and since it replaces oxygen within the dead bird, argon also enhances shelf life.^[39]

Argon is sometimes used for extinguishing fires where valuable equipment may be damaged by water or foam.^[40]

Scientific research

Liquid argon is used as the target for neutrino experiments and direct dark matter searches. The interaction between the hypothetical WIMPs and an argon nucleus produces scintillation light that is detected by photomultiplier tubes. Two-phase detectors containing argon gas are used to detect the ionized electrons produced during the WIMP–nucleus scattering. As with most other liquefied noble gases, argon has a high scintillation light yield (about 51 photons/keV^[41]), is transparent to its own scintillation light, and is relatively easy to purify. Compared to xenon, argon is cheaper and has a distinct scintillation time profile, which allows the separation of electronic recoils from nuclear recoils. On the other hand, its intrinsic beta-ray background is larger due to ³⁹
Ar contamination, unless one uses argon from underground sources, which has much less ³⁹
Ar contamination. Most of the argon in Earth’s atmosphere was produced by electron capture of long-lived ⁴⁰
K (⁴⁰
K + e⁻ → ⁴⁰
Ar + ν) present in natural potassium within Earth. The ³⁹
Ar activity in the atmosphere is maintained by cosmogenic production through the knockout reaction ⁴⁰
Ar(n,2n)³⁹
Ar and similar reactions. The half-life of ³⁹
Ar is only 269 years. As a result, the underground Ar, shielded by rock and water, has much less ³⁹
Ar contamination.^[42] Dark-matter detectors currently operating with liquid argon include DarkSide, WArP, ArDM, microCLEAN and DEAP. Neutrino experiments include ICARUS and MicroBooNE, both of which use high-purity liquid argon in a time projection chamber for fine grained three-dimensional imaging of neutrino interactions.

At Linköping University, Sweden, the inert gas is being utilized in a vacuum chamber in which plasma is introduced to ionize metallic films.^[43] This process results in a film usable for manufacturing computer processors. The new process would eliminate the need for chemical baths and use of expensive, dangerous and rare materials.

Preservative

Argon is used to displace oxygen- and moisture-containing air in packaging material to extend the shelf-lives of the contents (argon has the European food additive code E938). Aerial oxidation, hydrolysis, and other chemical reactions that degrade the products are retarded or prevented entirely. High-purity chemicals and pharmaceuticals are sometimes packed and sealed in argon.^[44]

In winemaking, argon is used in a variety of activities to provide a barrier against oxygen at the liquid surface, which can spoil wine by fueling both microbial metabolism (as with acetic acid bacteria) and standard redox chemistry.

Argon is sometimes used as the propellant in aerosol cans.

Argon is also used as a preservative for such products as varnish, polyurethane, and paint, by displacing air to prepare a container for storage.^[45]

Since 2002, the American National Archives stores important national documents such as the Declaration of Independence and the Constitution within argon-filled cases to inhibit their degradation. Argon is preferable to the helium that had been used in the preceding five decades, because helium gas escapes through the intermolecular pores in most containers and must be regularly replaced.^[46]

Laboratory equipment

Argon may be used as the inert gas within Schlenk lines and gloveboxes. Argon is preferred to less expensive nitrogen in cases where nitrogen may react with the reagents or apparatus.

Argon may be used as the carrier gas in gas chromatography and in electrospray ionization mass spectrometry; it is the gas of choice for the plasma used in ICP spectroscopy. Argon is preferred for the sputter coating of specimens for scanning electron microscopy. Argon gas is also commonly used for sputter deposition of thin films as in microelectronics and for wafer cleaning in microfabrication.

Medical use

Cryosurgery procedures such as cryoablation use liquid argon to destroy tissue such as cancer cells. It is used in a procedure called “argon-enhanced coagulation”, a form of argon plasma beam electrosurgery. The procedure carries a risk of producing gas embolism and has resulted in the death of at least one patient.^[47]

Blue argon lasers are used in surgery to weld arteries, destroy tumors, and correct eye defects.^[24]

Argon has also been used experimentally to replace nitrogen in the breathing or decompression mix known as Argox, to speed the elimination of dissolved nitrogen from the blood.^[48]

Lighting

Incandescent lights are filled with argon, to preserve the filaments at high temperature from oxidation. It is used for the specific way it ionizes and emits light, such as in plasma globes and calorimetry in experimental particle physics. Gas-discharge lamps filled with pure argon provide lilac/violet light; with argon and some mercury, blue light. Argon is also used for blue and green argon-ion lasers.

Miscellaneous uses

Argon is used for thermal insulation in energy-efficient windows.^[49] Argon is also used in technical scuba diving to inflate a dry suit because it is inert and has low thermal conductivity.^[50]

Argon is used as a propellant in the development of the Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR). Compressed argon gas is allowed to expand, to cool the seeker heads of some versions of the AIM-9 Sidewinder missile and other missiles that use cooled thermal seeker heads. The gas is stored at high pressure.^[51]

Argon-39, with a half-life of 269 years, has been used for a number of applications, primarily ice core and ground water dating. Also, potassium–argon dating and related argon-argon dating are used to date sedimentary, metamorphic, and igneous rocks.^[24]

Argon has been used by athletes as a doping agent to simulate hypoxic conditions. In 2014, the World Anti-Doping Agency (WADA) added argon and xenon to the list of prohibited substances and methods, although at this time there is no reliable test for abuse.^[52]

Safety

Although argon is non-toxic, it is 38% more dense than air and therefore considered a dangerous asphyxiant in closed areas. It is difficult to detect because it is colorless, odorless, and tasteless. A 1994 incident, in which a man was asphyxiated after entering an argon-filled section of oil pipe under construction in Alaska, highlights the dangers of argon tank leakage in confined spaces and emphasizes the need for proper use, storage and handling.^[53]

See also

• Industrial gas
• Oxygen–argon ratio, a ratio of two physically similar gases, which has importance in various sectors.

References

Further reading

• Brown, T. L.; Bursten, B. E.; LeMay, H. E. (2006). J. Challice; N. Folchetti (eds.). Chemistry: The Central Science (10th ed.). Pearson Education. pp. 276& 289. ISBN 978-0-13-109686-8.
• Lide, D. R. (2005). “Properties of the Elements and Inorganic Compounds; Melting, boiling, triple, and critical temperatures of the elements”. CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). CRC Press. §4. ISBN 978-0-8493-0486-6. On triple point pressure at 69 kPa.
• Preston-Thomas, H. (1990). “The International Temperature Scale of 1990 (ITS-90)”. Metrologia. 27 (1): 3–10. Bibcode:1990Metro..27….3P. doi:10.1088/0026-1394/27/1/002. S2CID 250785635. On triple point pressure at 83.8058 K.

External links

• Argon at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• USGS Periodic Table – Argon
• Diving applications: Why Argon?