Argón

Argón
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Dieciocho Nordeste ↑ Ar ↓ kr 18 Ar
Apariencia de una sustancia simple.
Muestra de argón líquido en un recipiente
Propiedades del átomo
Nombre, símbolo, número	Argón / Argón (Ar), 18
Grupo , período , bloque	18 (obsoleto 8), 3, elemento p
Masa atómica ( masa molar )	39.948(1) [1]  a. m.e.  ( g / mol )
Configuración electrónica	[Ne] 3s 2 3p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6
Radio del átomo	? (71) [2] p . m.
Propiedades químicas
radio covalente	106 [2]  p . m.
Radio de iones	154 [2]  p . m.
Electronegatividad	4.3 (escala de Pauling)
Potencial de electrodo	0
Estados de oxidación	0
Energía de ionización (primer electrón)	1519,6(15,76)  kJ / mol  ( eV )
Propiedades termodinámicas de una sustancia simple.
Densidad (en n.a. )	1.784⋅10 −3  g/cm³
Densidad en etc.	1,40 g/cm³
Temperatura de fusión	83,81 K (−189,34 °C)
Temperatura de ebullición	87,3 K (−185,85 °C)
Oud. calor de fusión	7,05 kJ/mol
Oud. calor de evaporacion	6,45 kJ/mol
Capacidad calorífica molar	20,79 [3]  J/(K mol)
Volumen molar	22,4⋅10 3  cm³ / mol
La red cristalina de una sustancia simple.
Estructura de celosía	FCC cúbico
Parámetros de celosía	5.260Å  _
Debye temperatura	85K  _
Otras características
Conductividad térmica	(300 K) 0,0164 W/(m·K)
número CAS	7440-37-1

El argón ( símbolo químico  - Ar , del lat.  Ar gon ) es un elemento químico del grupo 18 (según la clasificación obsoleta  - el octavo grupo del subgrupo principal, VIIIA) del tercer período del sistema periódico de D. I. Mendeleev , con número atómico 18.

La sustancia simple argón  es un gas monoatómico inerte sin color , sabor u olor . Es el tercer elemento químico más común en el aire de la atmósfera terrestre (después del nitrógeno y el oxígeno ) - 0,93% por volumen.

Historia

La historia del descubrimiento del argón comienza en 1785 , cuando el físico y químico inglés Henry Cavendish , estudiando la composición del aire , decidió establecer si todo el nitrógeno del aire estaba oxidado. Durante muchas semanas, sometió una mezcla de aire y oxígeno a una descarga eléctrica en tubos en forma de U, como resultado de lo cual se formaron en ellos cada vez más porciones de óxidos de nitrógeno marrones , que el investigador disolvía periódicamente en álcali . Después de un tiempo, cesó la formación de óxidos, pero después de la unión del oxígeno restante, quedó una burbuja de gas, cuyo volumen no disminuyó durante la exposición prolongada a descargas eléctricas en presencia de oxígeno. Cavendish estimó que el volumen de la burbuja de gas restante era 1/120 del volumen original de aire [4] [5] [6] . Cavendish no pudo resolver el misterio de la burbuja, por lo que detuvo su investigación y ni siquiera publicó sus resultados. Solo muchos años después, el físico inglés James Maxwell recopiló y publicó manuscritos inéditos y notas de laboratorio de Cavendish.

La historia posterior del descubrimiento del argón está asociada al nombre de Rayleigh , quien dedicó varios años al estudio de la densidad de los gases, especialmente del nitrógeno. Resultó que un litro de nitrógeno obtenido del aire pesaba más que un litro de nitrógeno "químico" (obtenido por la descomposición de cualquier compuesto nitrogenado, por ejemplo, óxido nitroso , óxido nitroso , amoniaco , urea o salitre ) en 1,6 mg ( la masa del primero era igual a 1.2521 g, y la segunda - 1.2505 g). Esta diferencia no fue tan pequeña como para atribuirla al error experimental. Además, se repetía constantemente independientemente de la fuente de obtención del nitrógeno químico [4] .

Sin llegar a una solución, en otoño de 1892, Rayleigh publicó una carta a los científicos en la revista Nature pidiéndoles que explicaran el hecho de que, dependiendo del método de extracción de nitrógeno, recibía diferentes valores de densidad. La carta fue leída por muchos científicos, pero nadie pudo responder a la pregunta planteada en ella [4] [5] .

El ya conocido químico inglés William Ramsay tampoco tenía una respuesta preparada, pero ofreció su cooperación a Rayleigh. La intuición impulsó a Ramsay a sugerir que el nitrógeno del aire contiene impurezas de un gas desconocido y más pesado , y Dewar llamó la atención de Rayleigh sobre la descripción de los viejos experimentos de Cavendish (que ya habían sido publicados en ese momento) [5] .

Tratando de aislar el componente oculto del aire, cada uno de los científicos siguió su propio camino. Rayleigh repitió el experimento de Cavendish a mayor escala y con un nivel técnico superior. Un transformador energizado a 6000 voltios envió un haz de chispas eléctricas a una campana de 50 litros llena de nitrógeno. Una turbina especial creó una fuente de salpicaduras de solución alcalina en la campana, absorbiendo óxidos de nitrógeno e impurezas de dióxido de carbono. Rayleigh secó el gas restante y lo pasó por un tubo de porcelana con limaduras de cobre calentado , que retuvo el oxígeno restante. El experimento duró varios días [4] .

Ramsay aprovechó la capacidad que descubrió del magnesio metálico calentado para absorber nitrógeno, formando nitruro de magnesio sólido . Pasó repetidamente varios litros de nitrógeno a través del dispositivo que había ensamblado. Después de 10 días, el volumen del gas dejó de disminuir, por lo tanto, todo el nitrógeno se unió. Al mismo tiempo, al combinarse con el cobre, se eliminó el oxígeno, que estaba presente como impureza en el nitrógeno. De esta forma, Ramsay en el primer experimento logró aislar unos 100 ml de gas nuevo [4] .

Entonces, se descubrió un nuevo gas. Se supo que es casi una vez y media más pesado que el nitrógeno y es 1/80 del volumen de aire. Ramsay, utilizando mediciones acústicas, descubrió que la molécula de un nuevo gas consta de un átomo  ; antes de eso, no se habían encontrado tales gases en un estado estacionario. De esto se derivó una conclusión muy importante: dado que la molécula es monoatómica, entonces, obviamente, el nuevo gas no es un compuesto químico complejo , sino una sustancia simple [4] .

Ramsay y Rayleigh dedicaron mucho tiempo a estudiar su reactividad con respecto a muchas sustancias químicamente activas. Pero, como era de esperar, llegaron a la conclusión: su gas está completamente inactivo. Era asombroso; hasta entonces, no se conocía tal sustancia inerte [4] .

El análisis espectral desempeñó un papel importante en el estudio del nuevo gas . El espectro del gas liberado del aire, con sus características líneas anaranjadas, azules y verdes, difería marcadamente de los espectros de los gases ya conocidos. William Crookes , uno de los espectroscopistas más destacados de la época, contó casi 200 líneas en su espectro. El nivel de desarrollo del análisis espectral en ese momento no permitía determinar si el espectro observado pertenecía a uno o varios elementos. Unos años más tarde, resultó que Ramsay y Rayleigh tenían en sus manos no a un extraño, sino a varios: toda una galaxia de gases inertes [4] .

El 7 de agosto de 1894, en Oxford , en una reunión de la Asociación Británica de Físicos, Químicos y Naturalistas, se hizo un informe sobre el descubrimiento de un nuevo elemento, al que se denominó argón . En su informe, Rayleigh afirmó que alrededor de 15 g de gas abierto (1,288 % en masa) están presentes en cada metro cúbico de aire [4] [5] . ¡Demasiado increíble fue el hecho de que varias generaciones de científicos no notaron la parte constituyente del aire, e incluso en la cantidad de un porcentaje completo! En cuestión de días, decenas de científicos naturales de diferentes países probaron los experimentos de Ramsay y Rayleigh. No cabía duda: el aire contiene argón [4] .

Diez años más tarde, en 1904 , Rayleigh recibió el Premio Nobel de Física por sus estudios sobre las densidades de los gases más comunes y el descubrimiento del argón , y Ramsay recibió el Premio Nobel de Química por el descubrimiento de varios gases inertes en la atmósfera . 4] .

Origen del nombre

A sugerencia del Dr. Medan (presidente de la reunión en la que se hizo el informe sobre el descubrimiento), Rayleigh y Ramsay le dieron al nuevo gas el nombre de "argón" (del otro griego ἀργός  - perezoso, lento, inactivo). Este nombre enfatizó la propiedad más importante del elemento: su inactividad química [4] .

Prevalencia

En el universo

El contenido de argón en la materia mundial es pequeño y se estima en aproximadamente un 0,02 % en masa [7] .

El argón (junto con el neón ) se observa en algunas estrellas y en nebulosas planetarias . En general, hay más en el espacio que calcio , fósforo , cloro , mientras que en la Tierra hay relaciones inversas [8] .

Distribución en la naturaleza

El argón es el tercer componente más grande del aire después del nitrógeno y el oxígeno , su contenido estadístico promedio en la atmósfera terrestre es 0,934% en volumen y 1,288% en masa [5] [8] , sus reservas en la atmósfera se estiman en 4⋅10 14 toneladas [3] [ 5] . El argón es el gas inerte más común en la atmósfera terrestre, 1 m 3 de aire contiene 9,34 litros de argón (a modo de comparación: el mismo volumen de aire contiene 18,2 ml de neón , 5,2 ml de helio , 1,1 ml de criptón , 0,09 ml de xenón ) [5] [8] .

El contenido de argón en la litosfera es 4⋅10 −6  % en peso [3] . En cada litro de agua de mar se disuelven 0,3 ml de argón, en agua dulce contiene (5,5–9,7) ⋅ 10 −5  %. Su contenido en el Océano Mundial se estima en 7,5⋅10 11 toneladas, y en rocas ígneas de la capa terrestre - 16,5⋅10 11 toneladas [8] .

Definición

Cualitativamente, el argón se detecta mediante análisis espectral de emisión , las principales líneas características son 434,80 y 811,53 nm. En la determinación cuantitativa, los gases asociados ( O 2 , N 2 , H 2 , CO 2 ) se unen mediante reactivos específicos ( Ca , Cu , MnO , CuO , NaOH ) o se separan mediante absorbentes (por ejemplo, soluciones acuosas de sulfatos orgánicos e inorgánicos ). La separación de otros gases inertes se basa en su diferente capacidad de adsorción en carbón activado . Se utilizan métodos de análisis basados ​​en la medición de diversas propiedades físicas ( densidad , conductividad térmica , etc.), así como métodos de análisis espectrométricos y cromatográficos de masas [3] .

Propiedades físicas

El argón es un gas monoatómico con un punto de ebullición (a presión normal) de -185,9 °C (ligeramente inferior al del oxígeno , pero ligeramente superior al del nitrógeno ). 3,3 ml de argón se disuelven en 100 ml de agua a 20 °C, en algunos[ ¿Qué? ] disolventes orgánicos, el argón se disuelve mucho mejor que en agua. La densidad en condiciones normales es de 1,7839 kg/m 3 .

Propiedades químicas

Hasta ahora, solo se conoce/obtiene 1 compuesto químico metaestable de argón: el hidrofluoruro de argón , que existe solo a temperaturas muy bajas [1] (como un compuesto de helio-sodio, que existe solo a presiones muy altas).

Además, el argón (como el helio, el neón, por ejemplo) forma moléculas excímeras (extremadamente inestables), es decir, moléculas en las que los estados electrónicos excitados son estables y el estado fundamental es inestable. Por ejemplo, con la excitación eléctrica de una mezcla de argón y cloro , es posible una reacción en fase gaseosa con formación de ArCl.

Es posible que se obtengan otros compuestos de valencia de argón con flúor y oxígeno , que también deberían ser extremadamente inestables/metaestables. Además, con muchas sustancias, entre cuyas moléculas actúan puentes de hidrógeno ( agua , fenol , hidroquinona y otras), forma, como el neón, por ejemplo, compuestos de inclusión ( clatratos ), donde el átomo de argón, como una especie de "huésped ", está en la cavidad, formada en la red cristalina por moléculas de la sustancia huésped, por ejemplo, Ar 6H 2 O (mantenida por fuerzas de van der Waals, y no por enlace químico con átomos).

Se propone un compuesto químico [del mismo tipo que el hidrofluoruro de argón] CU(Ar)O a partir del compuesto de uranio con carbono y oxígeno CUO [9] [2] .

También es probable la existencia de compuestos con enlaces Ar-Si y Ar-C: FArSiF 3 y FArCCH.

Isótopos

El argón está representado en la atmósfera terrestre por tres isótopos estables: 36Ar (0,337 %), 38Ar (0,063 %), 40Ar ( 99,600 % ) [5] [8] . Casi toda la masa del isótopo pesado 40 Ar se originó en la Tierra como resultado de la desintegración del isótopo radiactivo de potasio 40 K (el contenido de este isótopo en las rocas ígneas es de 3,1 g/t en promedio). La desintegración del potasio radiactivo procede en dos direcciones simultáneamente:

El primer proceso (la desintegración β habitual ) se produce en el 88 % de los casos y conduce a la aparición de un isótopo de calcio estable . En el segundo proceso, en el que interviene el 12% de los átomos, se produce la captura de electrones , lo que da lugar a la formación de un isótopo pesado de argón. Una tonelada de potasio contenida en rocas o aguas genera aproximadamente 3100 átomos de argón durante el año. Así, el 40 Ar se acumula gradualmente en los minerales que contienen potasio, lo que permite medir la edad de las rocas; El método del potasio-argón es uno de los principales métodos de la geocronología nuclear .

Las probables fuentes de origen de los isótopos 36Ar y 38Ar son productos inestables de fisión espontánea de núcleos pesados, así como reacciones de captura de neutrones y partículas alfa por núcleos de elementos ligeros contenidos en minerales de uranio-torio.

La gran mayoría del argón espacial consiste en los isótopos 36 Ar y 38 Ar. Esto se debe a que el potasio se distribuye en el espacio unas 50.000 veces menos que el argón (en la Tierra, el potasio prevalece sobre el argón en 660 veces). Llama la atención el cálculo realizado por los geoquímicos : restando el 40 Ar radiogénico del argón de la atmósfera terrestre, obtuvieron una composición isotópica muy próxima a la del argón espacial [8] .

Conseguir

Industrialmente, el argón se produce como subproducto de la separación a gran escala del aire en oxígeno y nitrógeno. A -185,9 °C (87,3 kelvin) el argón se condensa, a -189,35 °C (83,8 kelvin) cristaliza.

Debido a la cercanía de los puntos de ebullición del argón y del oxígeno (90 K), la separación de estas fracciones por destilación es difícil. El argón se considera una impureza extraña, que solo se permite en oxígeno técnico con una pureza del 96%.

Aplicación

Las siguientes son las aplicaciones para el argón:

• en láseres de argón ;
• como relleno de gas para lámparas incandescentes y cuando se llena el espacio interior de las ventanas de doble acristalamiento ;
• como medio protector en soldadura (arco, láser, contacto, etc.) tanto de metales (por ejemplo, titanio ) como de no metales ;
• como plasma en plasmatrones durante la soldadura y el corte;
• en la industria alimentaria como aditivo alimentario E938 , como gas propulsor y de envasado;
• como agente extintor de incendios en instalaciones de extinción de incendios a gas ;
• en medicina durante operaciones de purificación de aire e incisiones, ya que el argón no forma compuestos químicos a temperatura ambiente;
• como parte integral de la atmósfera del experimento Mars-500 [10] con el fin de reducir el nivel de oxígeno para evitar un incendio a bordo de la nave espacial cuando viaja a Marte ;
• en el buceo, debido a su baja conductividad térmica, el argón se usa para inflar los trajes secos, pero hay una serie de desventajas, por ejemplo, el alto precio del gas (además, se necesita un sistema separado para el argón);
• en síntesis química para crear una atmósfera inerte cuando se trabaja con compuestos que son inestables en el aire.

Rol biológico

El argón no juega un papel biológico significativo.

Los gases inertes tienen un efecto fisiológico, que se manifiesta en su efecto narcótico sobre el organismo. El efecto narcótico de inhalar argón aparece solo a presiones barométricas superiores a 0,2 MPa (2  atm ) [11] . En 2014, la AMA reconoció el argón como dopante [12] [13] .

El contenido de argón en altas concentraciones en el aire inhalado puede causar mareos, náuseas, vómitos, pérdida del conocimiento y muerte por asfixia (como resultado de la falta de oxígeno) [14] .

Notas

1. ↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Pesos atómicos de los elementos 2011 (Informe Técnico IUPAC  )  // Química Pura y Aplicada . - 2013. - Vol. 85 , núm. 5 . - P. 1047-1078 . -doi : 10.1351 / PAC-REP-13-03-02 .
2. ↑ 1 2 3 Tamaño del argón en varios  ambientes . www.webelements.com. Consultado: 6 de agosto de 2009.
3. ↑ 1 2 3 4 Ed.: Knunyants I. L. (editor jefe). Enciclopedia química: en volúmenes 5. - M .: Enciclopedia soviética, 1988. - T. 1. - S. 194. - 623 p. — 100.000 copias.
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Finkelstein D. N. Capítulo II. Descubrimiento de los gases inertes y la ley periódica de Mendeleev // Gases inertes . - 2ª ed. - M. : Nauka, 1979. - S. 30-38. — 200 s. — (Ciencia y progreso técnico). - 19.000 copias.
5. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Fastovsky V. G., Rovinsky A., Petrovsky Yu. V. Capítulo uno. Apertura. Origen. Predominio. Aplicación // Gases inertes. - 2ª ed. - M .: Atomizdat , 1972. - S. 3-13. — 352 págs. - 2400 copias.
6. ↑ Mary Elvira Semanas. XVIII. Los gases inertes // Descubrimiento de los elementos: reimpresiones recopiladas de una serie de artículos publicados en el Journal of Chemical  Education . — 3ra ed. Rvdo. - Kila, MT: Kessinger Publishing, 2003. - P. 286-288. — 380p. — ISBN 0766138720 9780766138728.
7. ↑ Argón:  información geológica . www.webelements.com. Consultado el 9 de agosto de 2009.
8. ↑ 1 2 3 4 5 6 Finkelstein D. N. Capítulo IV. Gases inertes en la Tierra y en el espacio // Gases inertes . - 2ª ed. - M. : Nauka, 1979. - S. 76-110. — 200 s. — (Ciencia y progreso técnico). - 19.000 copias.
9. ↑ Jun Li, Bruce E. Bursten, Binyong Liang, Lester Andrews. Compuestos de gas noble-actínido: Complejización de la molécula CUO por átomos de Ar, Kr y Xe en matrices de gas noble   // Ciencia . - 2002. - vol. 295 , edición. 5563 . - Pág. 2242-2245 . -doi : 10.1126 / ciencia.1069342 .
10. ↑ Snezhana Shabanova. Experimentos inertes en humanos . Proyecto "Mars-500" (16 de abril de 2008). Consultado el 26 de febrero de 2012. (indefinido)
11. ↑ Pavlov B.N. El problema de la protección humana en condiciones extremas de un hábitat hiperbárico (enlace inaccesible) . www.argonavt.com (15 de mayo de 2007). Consultado el 6 de agosto de 2009. Archivado desde el original el 21 de agosto de 2011. (indefinido) 
12. ↑ Prohibido el gas utilizado por los medallistas rusos de Sochi 2014 .
13. ↑ Sochi-2014. La AMA ha equiparado la inhalación de xenón y argón con el dopaje .
14. ↑ Argón (Ar) - Propiedades químicas,  efectos sobre la salud y el medio ambiente . www.lenntech.com Consultado el 6 de agosto de 2009. Archivado desde el original el 22 de agosto de 2011.

Enlaces

• Vukolov SP Argon // Diccionario enciclopédico de Brockhaus y Efron  : en 86 volúmenes (82 volúmenes y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1890-1907.
• CTPETT (Strutt), JW, Lord Rayleigh
• Argón en Webelements
• Argón en la Biblioteca Popular de Elementos Químicos
• Química de los gases inertes
• Propiedades termodinámicas y portátiles del argón  (enlace inaccesible)

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