Аргон

Радиус нейтрального атома аргона 0, 192 нм. Электронная конфигурация нейтрального невозбужденного атома 1s²2s²p⁶3s²p⁶. Энергии последовательной ионизации нейтрального атома равны, соответственно, 15, 759, 27, 63, 40, 91, 59, 8 и 75 эВ. Простое вещество аргон — газ без запаха, цвета и вкуса.

К открытию аргона привело обнаруженное в 1892 году английским физиком Дж. Рэлеем небольшое (всего на 0, 13%) превышение плотности азота, выделяемого из воздуха, над плотностью «химического» азота, возникающего при термическом разложении нитрита аммония NH₄NO₂.

Вместе с другим английским физиком У. Рамзаем Дж. Рэлей в 1894 году выделил из воздуха примесь более тяжелого (по сравнению с азотом) газа, который отличался одноатомным составом молекул и практически полной химической недеятельностью (аргон не вступает ни в какие химические реакции). Именно из-за своей удивительной химической инертности новый газ и получил свое название (греч. аrgos — неактивный).

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.

Обращает на себя внимание преобладание в смеси природных нуклидов аргона самого тяжелого — аргона-40. Это связано с тем, что ⁴⁰Ar постоянно образуется за счет распада радиоактивного калия-40. В 1 т калия за год при радиоактивном распаде калия-40 путем захвата орбитального электрона (так называемый электронный захват, или К-захват; на этот тип радиоактивного распада калия-40 приходится 12% от всех актов распада этого природного радионуклида) образуется всего около 3100 атомов аргона-40. Но калий — один из самых распространенных на Земле элементов, да и время, прошедшее за долгую историю Земли, исчисляется миллиардами лет. Поэтому ⁴⁰Ar накопился в земной атмосфере в значительных количествах.

Преобладание тяжелого аргона-40 в природной смеси изотопов этого элемента приводит к тому, что атомная масса элемента аргона оказывается немного выше, чем следующего за ним в периодической системе элемента калия. Однако, когда Менделеев создавал свою знаменитую таблицу, проблема, как разместить калий и аргон, у него не возникала, так как аргон был открыт спустя почти 30 лет после открытия периодического закона, и в таблицу (в группу, которой тогда присвоили номер ноль) попал только в начале 20-го века. В настоящее время аргон, как и другие инертные газы, включают в восьмую группу периодической системы элементов.

В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот.

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.

Как уже говорилось, 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 кристалической решетке молекулами вещества-хозяина.

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).

При пропускании электрического разряда через стеклянную трубку, заполненную аргоном, наблюдается сине-голубое свечение, что широко используется, например, в светящейся рекламе. В геохронологии по оределению соотношения изотопов ⁴⁰Ar/⁴⁰К устанавливают возраст минераллов.

Авторы: С.С. Бердоносов, П.С. Бердоносов