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Argon

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Argon
18 Ar
Ne

Ar

Kr
chlore ← → argon potassium
Apparence
gaz incolore présentant une lueur lilas / violet lorsqu'il est placé dans un champ électrique à haute tension
Flacon contenant un gaz violette brillant

Raies spectrales de l'argon
Propriétés générales
Nom, symbole, nombre argon, Ar, 18
Prononciation / ɑr ɡ ɒ n /
Catégorie Metallic gaz nobles
Groupe, période, bloc 18 (gaz rares) , 3, p
Poids atomique standard 39,948 (1)
Configuration électronique [ Ne ] 3s 2 3p 6
2, 8, 8
couches électroniques de l'argon (2, 8, 8)
Histoire
Découverte Lord Rayleigh et William Ramsay (1894)
Premier isolement Lord Rayleigh et William Ramsay (1894)
Propriétés physiques
Phase gaz
Densité (0 ° C, 101,325 kPa)
1,784 g / L
Liquid densité à BP 1,40 g · cm -3
Point de fusion 83,80 K , -189,35 ° C, -308,83 ° F
Point d'ébullition 87,30 K, -185,85 ° C, -302,53 ° F
Point triple 83,8058 K (-189 ° C), 69 kPa
Point critique 150,87 K, 4,898 MPa
La chaleur de fusion 1,18 kJ · mol -1
Chaleur de vaporisation 6,43 kJ · mol -1
Capacité thermique molaire 5 R / 2 = 20,786 J · mol -1 · K -1
La pression de vapeur
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
à T (K) 47 53 61 71 87
Propriétés atomiques
États d'oxydation 0
Électronégativité aucune donnée (échelle de Pauling)
énergies d'ionisation
( plus)
1er: 1520,6 kJ · mol -1
2ème: 2665,8 kJ · mol -1
3ème: 3931 kJ · mol -1
Rayon covalente 106 ± 22 heures
Rayon de Van der Waals 188 h
Miscellanées
Crystal structure cubique à faces centrées
Argon a une structure cristalline cubique à faces centrées
Ordre magnétique diamagnétique
Conductivité thermique 17.72x10 -3 W · m -1 · K -1
Vitesse du son (Gaz, 27 ° C) 323 m · s -1
Numéro de registre CAS 7440-37-1
La plupart des isotopes stables
Article détaillé: Isotopes de l'argon
iso N / A demi-vie DM DE ( MeV) DP
36 Ar 0,337% 36 Ar est stable avec 18 neutrons
37 Ar syn 35 d ε 0,813 37 Cl
38 Ar 0,063% 38 Ar est stable avec 20 neutrons
39 Ar trace 269 y β - 0,565 39 K
40 Ar 99,600% 40 Ar est stable avec 22 neutrons
41 Ar syn 109,34 min β - 2,49 41 K
42 Ar syn 32,9 y β - 0,600 42 K

L'argon est un élément chimique avec le symbole Ar et de numéro atomique 18. Ce est dans le groupe 18 (gaz nobles) de la classification périodique des éléments . L'argon est le troisième gaz la plus courante dans le atmosphère de la Terre , à 0,93% (9300 ppm), ce qui en fait environ 23,8 fois plus abondant que prochaines gaz atmosphérique la plus courante, le dioxyde de carbone (390 ppm), et plus de 500 fois plus abondant que l' prochaine gaz noble le plus commun, le néon (18 ppm). Près de tout cela est de l'argon radiogénique argon-40 dérivé de la désintégration du potassium 40 dans la croûte de la Terre. Dans l'univers, argon-36 est de loin isotope de l'argon le plus commun, étant l'isotope préféré argon produit par stellaire nucléosynthèse dans les supernovas .

Le nom "argon" est dérivé du grec signifiant αργον mot «paresseux» ou «celui inactive", une référence au fait que l'élément subit presque pas de réactions chimiques. La complète octet (huit électrons) dans la coquille extérieure rend l'argon atomique stable et résistante à la liaison avec d'autres éléments. Son triple température de point de 83,8058 K est un point fixe dans la définition Échelle internationale de température de 1990.

L'argon est produit industriellement par la distillation fractionnée du air liquide. Argon est principalement utilisé comme un gaz inerte de protection en soudage et autres procédés industriels à haute température où des substances habituellement non réactifs deviennent réactive; par exemple, une atmosphère d'argon est utilisé dans des fours électriques graphite pour empêcher le graphite de la combustion. Gaz Argon a également des utilisations en incandescence et de l'éclairage fluorescent, et d'autres types de tubes à décharge de gaz. L'argon permet un distinctif bleu-vert laser à gaz.

Caractéristiques

Un petit morceau de fonte rapide argon solide.

L'argon a approximativement la même solubilité dans l'eau que l'oxygène, et est 2,5 fois plus soluble dans l'eau que l'azote . Argon est incolore, inodore et non toxique sous forme solide, liquide et gaz. L'argon est chimiquement inerte dans la plupart des conditions et formes aucun des composés stables confirmés à la température ambiante.

Bien que l'argon est un gaz noble , il a été trouvé que la capacité de former des composés. Par exemple, la création de Fluorohydrure d'argon (Harf), un composé marginalement stable d'argon avec du fluor et de l'hydrogène , a été signalé par des chercheurs du Université d'Helsinki en 2000. Bien que les neutres composés chimiques état fondamental de l'argon sont actuellement limitée à Harf, l'argon peut former clathrates avec l'eau lorsque les atomes de celui-ci sont piégés dans un réseau de molécules d'eau. Contenant de l'argon- ions et des complexes à l'état excité, comme ArH + et ArF, respectivement, sont connus pour exister. Des calculs théoriques ont prédit plusieurs composés d'argon qui devraient être stables, mais pour lesquels aucun voies de synthèse sont actuellement connus.

Histoire

La méthode de Lord Rayleigh pour l'isolement de l'argon, sur la base d'une expérience de Henry Cavendish. Les gaz sont contenus dans un tube à essai (A) debout sur une grande quantité de faiblesse alcalin (B), et le courant est transporté par des fils isolés dans des tubes en verre en forme de U (CC) passant à travers le liquide et autour de la bouche du tube à essai. Les extrémités intérieures de platine (DD) du fil reçoivent un courant d'une batterie de cinq Cellules Grove et un Bobine de Ruhmkorff de taille moyenne.

Argon (αργος, grec sens "inactif", en référence à son inactivité chimique) a été soupçonné d'être présent dans l'air par Henry Cavendish en 1785, mais n'a pas été isolé jusqu'en 1894 par Lord Rayleigh et Sir William Ramsay en Ecosse dans une expérience dans laquelle ils ont enlevé tout le oxygène , dioxyde de carbone , de l'eau et de l'azote à partir d'un échantillon d'air propre. Ils avaient déterminé que l'azote produit à partir de composés chimiques était un demi-pour cent plus léger que l'azote de l'atmosphère. La différence semble insignifiant, mais ce était assez important pour attirer leur attention pendant de nombreux mois. Ils ont conclu qu'il y avait un autre gaz dans l'air mélangé avec l'azote. Argon a également rencontré en 1882 par la recherche indépendante de HF Newall et WN Hartley. Chaque observé de nouvelles lignes dans le spectre de couleur de l'air, mais ne ont pas pu identifier l'élément responsable des lignes. L'argon est devenu le premier membre de gaz nobles à découvrir. Le symbole de l'argon est maintenant Ar, mais jusqu'à 1957 ce était un.

Occurrence

Argon constitue 0,934% en volume et 1,28% en masse de l' atmosphère de la Terre , et l'air est la principale matière première utilisée par l'industrie pour produire des produits d'argon purifiés. L'argon est isolé par fractionnement de l'air, le plus souvent par cryogénique distillation fractionnée, un procédé qui produit également purifié azote , l'oxygène , le néon , le krypton et le xénon .

Isotopes

Les principaux isotopes de l'argon trouvés sur la Terre sont 40 Ar (99,6%), 36 Ar (0,34%), et 38 Ar (0,06%). Naturellement 40 K avec une demi-vie de 1,25 × 10 9 années, se désintègre à stable 40 Ar (11,2%) par capture d'électrons ou la tomographie par émission, et également stable au 40 Ca (88,8%) par désintégration bêta. Ces propriétés et ratios sont utilisés pour déterminer l'âge des roches par le procédé de Datation K-Ar.

Dans l'atmosphère de la terre, 39 Ar est faite par l'activité des rayons cosmiques, principalement 40 Ar. Dans l'environnement du sous-sol, il est également produit par la capture des neutrons par 39 K ou par émission alpha calcium 37. Ar est créé à partir du neutron spallation de 40 Ca à la suite de subsurface explosions nucléaires. Elle a une demi-vie de 35 jours.

L'argon est remarquable en ce que sa composition isotopique varie considérablement entre les différents endroits du système solaire . Lorsque la principale source d'argon est la désintégration de 40 K dans les roches, 40 Ar aura l'isotope dominant, car il est sur Terre. L'argon produit directement par nucléosynthèse stellaire, en revanche, est dominée par le processus alpha nucléide, 36 Ar. De manière correspondante, l'argon solaire contient 84,6% 36 Ar basée sur mesures de vent solaires.

La prédominance des radiogénique 40 Ar est responsable du fait que le poids atomique de l'argon norme terrestre est supérieure à celle de l'élément suivant, potassium . Ce est déroutant au moment où l'argon a été découvert, depuis Mendeleïev avait placé les éléments dans son tableau périodique par ordre de poids atomique, bien que l'inertie d'argon implique qu'il doit être placé avant la réactive potassium de métal alcalin. Henry Moseley tard résolu ce problème en montrant que le tableau périodique est effectivement disposé dans l'ordre de numéro atomique . (Voir Histoire du tableau périodique).

La plus grande abondance dans l'atmosphère d'argon par rapport aux autres gaz nobles est également due à la présence de 40 Ar radiogénique. Primordial 36 Ar a une abondance de seulement 31,5 ppmv (9340 ppmv = 0,337 x%), comparable à celui du néon (18,18 ppmv).

Le Atmosphère martienne contient 1,6% de 40 Ar et 5 36 ppm d'Ar. Le Sonde spatiale Mariner fly-by de la planète Mercure en 1973 constaté que Mercure a une atmosphère très mince avec 70% d'argon, censé résulter de rejets de gaz comme un produit de désintégration de matières radioactives sur la planète. En 2005, le Huygens a également découvert la présence de 40 Ar sur Titan, la plus grande lune de Saturne .

Composés

Modèle de remplissage d'espace de fluorohydride argon.

Octet complet de l'argon d' électrons indique complet et sous-couches p. Ce niveau complète de l'énergie extérieure rend l'argon très stable et extrêmement résistant à la liaison avec d'autres éléments. Avant 1962, l'argon et des autres gaz rares ont été considérés comme étant chimiquement inerte et incapable de former des composés; Cependant, les composés de gaz rares lourds ont depuis été synthétisés. En Août 2000, le premier composé argon a été formé par des chercheurs du Université d'Helsinki. En braquant la lumière ultraviolette sur l'argon congelé contenant une petite quantité de avec du fluorure d'hydrogène l'iodure de césium, Fluorohydrure d'argon (Harf) a été formé. Elle est stable jusqu'à 40 kelvins (-233 ° C). Le métastable ARCf 2+
Dication 2, qui est la valence isoélectronique avec fluorure de carbonyle, a été observée en 2010.

Production

Industriel

L'argon est produit industriellement par la distillation fractionnée du air liquide dans un cryogénique unité de séparation d'air; un processus qui sépare l'azote liquide, qui bout à 77,3 K, de l'argon, qui bout à 87,3 K, et l'oxygène liquide, qui bout à 90,2 K. propos 700000 tonnes d'argon sont produites dans le monde chaque année.

Dans désintégrations radioactives

Ar 40, le plus abondant des isotopes de l'argon, est produit par la désintégration de 40 K avec une demi-vie de 1,25 × 10 9 ans par capture d'électrons ou la tomographie par émission. Pour cette raison, il est utilisé dans potassium-argon datant de déterminer l'âge des roches.

Applications

Les bouteilles contenant du gaz argon pour une utilisation dans d'extinction d'incendie sans endommager l'équipement du serveur

Il existe plusieurs raisons différentes argon est utilisé dans des applications particulières:

  • Une gaz inerte est nécessaire. En particulier, l'argon est la solution la moins coûteuse lorsque l'azote ne est pas suffisamment inerte.
  • Faible conductivité thermique est nécessaire.
  • Les propriétés électroniques (ionisation et / ou le spectre d'émission) sont nécessaires.

Autres gaz nobles seraient probablement travailler aussi bien dans la plupart de ces applications, mais l'argon est de loin le moins cher. L'argon est peu coûteuse puisqu'il se agit d'un sous-produit de la production de l'oxygène liquide et l'azote liquide à partir d'un cryogénique unité de séparation d'air, qui sont tous deux utilisés sur une grande échelle industrielle. Les autres gaz nobles (à l'exception de l'hélium ) sont produites de cette façon aussi, mais l'argon est le plus abondant de loin, car il a une concentration beaucoup plus élevée dans l'atmosphère. La majeure partie des applications d'argon se pose tout simplement parce qu'il est inerte et relativement pas cher.

Procédés industriels

L'argon est utilisé dans certains procédés industriels à haute température, où des substances habituellement non réactifs deviennent réactive. Par exemple, une atmosphère d'argon est utilisé dans des fours électriques graphite pour empêcher le graphite de la combustion.

Pour certains de ces procédés, la présence de gaz d'azote ou d'oxygène peut provoquer des défauts dans le matériau. L'argon est utilisé dans divers types de soudage à l'arc tel que le métal de soudage à l'arc gaz et Soudage TIG , ainsi que dans le traitement de titane et d'autres éléments réactifs. Une atmosphère d'argon est également utilisé pour la croissance des cristaux de silicium et de germanium .

L'argon est un asphyxiant dans l'industrie de la volaille, soit pour l'abattage de masse suite à l'apparition de la maladie, ou comme un moyen d'abattage plus humain que le bain électrique. Densité relativement élevée de l'argon provoque de rester près du sol pendant le gazage. Sa nature non réactif rend approprié en un produit alimentaire, et comme il remplace l'oxygène à l'intérieur de l'oiseau mort, l'argon améliore également la durée de conservation.

L'argon est parfois utilisée pour éteindre les incendies où les dommages à l'équipement doit être évité.

Recherche scientifique

L'argon est utilisé, principalement sous forme liquide, comme cible pour directs matière noire recherches. L'interaction d'un hypothétique WIMP particule avec le noyau d'argon produit de la lumière de scintillation qui est ensuite détectée par des tubes photomultiplicateurs. Détecteurs à deux phases utilisent également de l'argon pour détecter les électrons ionisés produites au cours de la diffusion WIMP-noyau. Comme avec la plupart des autres gaz nobles liquéfiés, de l'argon a une lightyield de scintillation élevée (~ 51 photons / keV), est transparent à sa propre lumière de scintillation, et est relativement facile à purifier. Par rapport au xénon , de l'argon est moins cher et a un profil de temps de scintillation distinct qui permet la séparation des reculs électroniques de reculs nucléaires. D'autre part, son intrinsèque fond gamma-ray est plus grande en raison de la contamination Ar 39, à moins que l'on utilise des sources d'argon souterraines avec un faible niveau de radioactivité. Détecteurs de matière noire opérant actuellement d'argon liquide comprennent WARP, ARDM, MICROCLEAN et DEAP-I.

Conservateur

Un échantillon de césium est emballé sous argon pour éviter des réactions avec l'air

L'argon est utilisé pour déplacer l'air oxygène et contenant de l'humidité dans les matériaux d'emballage pour prolonger la durée de vie du contenu (l'argon a le Européenne code de l'additif alimentaire E938 de). Oxydation aérienne, une hydrolyse et d'autres réactions chimiques qui dégradent les produits sont entièrement retardée ou empêchée. Bouteilles de produits chimiques de haute pureté et de certains produits pharmaceutiques sont disponibles dans des bouteilles ou des ampoules scellées emballés dans de l'argon. Dans la fabrication du vin, de l'argon est utilisé pour barils top-off pour éviter l'oxydation aérienne de l'éthanol à l'acide acétique pendant le processus de vieillissement.

L'argon est aussi disponible en des boîtes de type aérosol, qui peuvent être utilisés pour préserver des composés tels que vernis, polyuréthane, peinture, etc. pour le stockage après l'ouverture.

Depuis 2002, l'American Archives nationales magasins importants documents nationaux tels que le Déclaration d'Indépendance et la Constitution dans les cas à l'argon pour retarder leur dégradation. Utilisation de l'argon permet de réduire les fuites de gaz, par rapport à l'hélium utilisé au cours des cinq dernières décennies.

Equipement de laboratoire

Boîtes à gants sont souvent remplis avec de l'argon, qui recycle plus de laveurs de maintenir un oxygène -, l'azote -, et l'atmosphère sans humidité

L'argon peut être utilisé comme le gaz inerte à l'intérieur Lignes et Schlenk boîtes à gants. L'utilisation de l'argon sur l'azote relativement moins coûteux est préféré où l'azote peut réagir avec les réactifs de laboratoire ou appareils.

L'argon peut être utilisé comme gaz porteur dans Chromatographie en phase gazeuse et en ionisation électrospray spectrométrie de masse; ce est le gaz de choix pour le plasma utilisé dans ICP spectroscopie . L'argon est préféré pour le revêtement par pulvérisation pour des spécimens La microscopie électronique à balayage. Argon est aussi couramment utilisé pour dépôt par pulvérisation cathodique de couches minces que dans microélectronique et plaquette nettoyage dans microfabrication.

L'usage médical

Tels que des procédures de cryochirurgie l'utilisation de cryoablation argon liquéfié pour détruire le cancer cellules. En chirurgie, il est utilisé dans une procédure appelée "coagulation argon améliorée" qui est une forme de faisceau par plasma d'argon électrochirurgie. La procédure comporte un risque de production embolie gazeuse chez le patient et a entraîné la mort d'une personne par l'intermédiaire de ce type d'accident. Les lasers à argon bleu sont utilisés en chirurgie pour souder les artères, détruire les tumeurs, et pour corriger les défauts de l'oeil. Il a également été utilisée expérimentalement pour remplacer l'azote dans le mélange à respirer ou décompression, pour accélérer l'élimination de l'azote dissous dans le sang. Voir Argox.

Éclairage

Argon Lampe à décharge formant le symbole de l'argon "Ar". De petites quantités de mercure sont parfois ajoutés à l'argon pour produire un couleur bleu électrique, comme dans cette image.

Les lampes à incandescence sont remplis avec de l'argon, de préserver la filaments à haute température de l'oxydation. Il est utilisé de la façon spécifique, il se ionise et émet de la lumière, comme dans globes plasma et calorimétrie expérimentale en physique des particules . Lampes à décharge remplis avec de l'argon fournissent une lumière bleue. L'argon est également utilisé pour la création de lumière laser bleu et vert.

Sécurité

Bien que l'argon ne est pas toxique, il est de 38% plus denses que l'air et est donc considéré comme une charge dangereuse asphyxiant dans des zones fermées. Il est également difficile à détecter, car il est incolore, inodore et sans saveur. Un incident 1994 dans lequel un homme était asphyxié après avoir saisi une section remplie d'argon de tuyau d'huile en construction dans Alaska met en évidence les dangers de fuite du réservoir d'argon dans des espaces confinés, et souligne la nécessité pour une bonne utilisation, le stockage et la manipulation.

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