الأرجون: التاريخ ، الهيكل ، التكوين الإلكتروني ، الخصائص ، الاستخدامات

الأرجون هو أحد الغازات النبيلة للجدول الدوري ويشكل حوالي 1٪ من الغلاف الجوي للأرض. ويمثلها الرمز الكيميائي Ar ، وهو عنصر له كتلة ذرية تساوي 40 بالنسبة لنظيره الأكثر وفرة على الأرض (40Ar) ؛ النظائر الأخرى هي 36Ar (الأكثر وفرة في الكون) ، 38Ar والنظائر المشعة 39Ar.

اسمها مشتق من الكلمة اليونانية "أرغوس" ، والتي تعني الخاملة أو البطيئة أو الخاملة ، لأنها تتألف من جزء قابل للقياس من الهواء الذي لم يتفاعل. يتفاعل النيتروجين والأكسجين مع بعضهما البعض في حرارة شرارة كهربائية ، مكونين أكاسيد النيتروجين ؛ ثاني أكسيد الكربون مع محلول أساسي من هيدروكسيد الصوديوم ؛ لكن ع ، مع لا شيء.

الأرجون هو غاز عديم اللون ، دون رائحة أو طعم. إنه أحد الغازات القليلة التي لا تظهر تغيرًا في اللون عند تكثيفه ، وبالتالي فهو سائل عديم اللون وكذلك غازه ؛ يحدث الشيء نفسه مع صلبة البلورية.

تتمثل إحدى خصائصه الرئيسية في انبعاث الضوء البنفسجي عند تسخينه داخل أنبوب التفريغ الكهربائي (الصورة العليا).

على الرغم من أنه غاز خامل (وإن لم يكن في ظروف خاصة) ، ويفتقر أيضًا إلى النشاط البيولوجي ، إلا أنه يمكن أن يحل محل الأكسجين من الهواء مما يسبب الاختناق. في الواقع ، يستخدم بعض طفايات هذا الأمر لصالحهم لإغراق النيران عن طريق إزالة الأكسجين.

ويحبذ الجمود الكيميائي تطبيقه كجو للتفاعلات التي تكون أنواعها عرضة للأكسجين وبخار الماء والنيتروجين. كما يوفر وسيلة لتخزين وتصنيع المعادن والسبائك أو أشباه الموصلات.

تاريخ اكتشافه

في عام 1785 ، استنتج هنري كافينديش ، أثناء بحثه عن النيتروجين في الهواء ، المسمى "الهواء المدون ،" أن جزءًا من النيتروجين يمكن أن يكون مكونًا خاملًا.

بعد أكثر من قرن من الزمان ، في عام 1894 ، اكتشف العالمان البريطانيان اللورد رايلي والسيد ويليام رامزي أن النيتروجين الذي تم تحضيره عن طريق إزالة الأكسجين من الهواء الجوي كان أثقل بنسبة 0.5٪ من النيتروجين الذي تم الحصول عليه من بعض المركبات ؛ على سبيل المثال ، الأمونيا.

ويشتبه الباحثون في وجود غاز آخر في الهواء الجوي مختلطة مع النيتروجين. ثم وجد أن الغاز المتبقي بعد إزالة النيتروجين من الهواء الجوي ، كان غاز خامل يعرف الآن باسم الأرجون.

كان هذا أول غاز خامل معزول على الأرض. وبالتالي اسمها ، لأن الأرجون يعني فضفاضة وغير نشط. ومع ذلك ، بالفعل في عام 1868 تم الكشف عن وجود الهيليوم في الشمس عن طريق الدراسات الطيفية.

لاحظ F. Newall و WN هارتلي ، في عام 1882 ، خطوط انبعاث ، ربما تتوافق مع الأرجون ، والتي لا تتوافق مع تلك التي قدمتها العناصر المعروفة الأخرى.

هيكل الأرجون

الأرجون هو غاز نبيل ، وبالتالي لديه مدارات من مستوى الطاقة الأخير الكامل. وهذا هو ، قذيفة التكافؤ لديها ثمانية إلكترونات. ومع ذلك ، فإن الزيادة في عدد الإلكترونات لا تقابل القوة الجذابة المتزايدة التي تمارسها النواة ؛ وبالتالي ، فإن ذراتها هي الأصغر في كل فترة.

ومع ذلك ، يمكن تصور ذرات الأرجون على أنها "رخامات" بسحب إلكترونية مضغوطة للغاية. تتحرك الإلكترونات بشكل متجانس عبر جميع المدارات الكاملة ، مما يجعل الاستقطاب غير مرجح ؛ أي أن المنطقة التي بها نقص نسبي في الإلكترونات تنشأ.

وبسبب هذا ، فإن قوى التشتت في لندن خاصة بالأرجون ، ولن يستفيد الاستقطاب إلا إذا زاد نصف القطر الذري و / أو الكتلة الذرية. هذا هو السبب في أن الأرجون هو غاز يتكثف عند -186 درجة مئوية.

من خلال قصف الغاز ، سوف نرى أن ذراته أو رخامه بالكاد يمكن أن تبقى معًا ، في غياب أي نوع من روابط Ar-Ar التساهمية. ومع ذلك ، لا يمكن تجاهل أن مثل هذه الرخام يمكن أن تتفاعل بشكل جيد مع جزيئات apolar أخرى ؛ على سبيل المثال ، CO 2 ، N 2 ، Ne ، CH 4 ، كلها موجودة في تكوين الهواء.

بلورات

تبدأ ذرات الأرجون في التباطؤ حيث تنخفض درجة الحرارة إلى -186 درجة مئوية ؛ ثم يحدث التكثيف. الآن أصبحت القوى بين الجزيئات أكثر فاعلية ، لأن المسافة بين الذرات أصغر ، ويتيح الوقت لحدوث بضع أقطاب أو استقطاعات لحظية.

هذا الأرجون السائل مضطرب ومن غير المعروف بالضبط كيف يمكن ترتيب ذراته.

مع انخفاض درجة الحرارة بدرجة أكبر ، إلى -189 درجة مئوية (بالكاد أقل بثلاث درجات) ، يبدأ الأرجون في التبلور في جليد عديم اللون (الصورة السفلية). ربما يكون الديناميكا الحرارية أكثر استقرارًا من الجليد الأرجوني.

في هذا الجليد أو بلورة الأرجون ، تعتمد ذراتها على بنية مرتبة من النوع المكعب تركز على الوجوه (fcc ، اختصارًا باللغة الإنجليزية). في هذه درجات الحرارة ، يكون تأثير تفاعلاتها الضعيفة. بالإضافة إلى هذا الهيكل ، يمكن أيضًا تشكيل بلورات سداسية ، أكثر إحكاما.

تُفضل البلورات السداسية عندما يتبلور الأرجون في وجود كميات صغيرة من O 2 و N 2 و CO. عندما تكون مشوهة ، فإنها تمر بمرحلة انتقالية إلى المرحلة المكعبة المتمركزة على الوجوه ، وهي البنية الأكثر ثباتًا للأرجون الصلب.

التكوين الإلكتروني

التكوين الإلكتروني للأرجون هو:

[ني] 3s23p6

وهو نفس الشيء بالنسبة لجميع النظائر. لاحظ أن ثُماني تكافؤها مكتمل: إلكترونان في المدار 3s ، و 6 في المدار 3p ، بإجمالي 8 إلكترونات في المجموع.

من الناحية النظرية والتجريبية ، يمكن أن يكون للأرجون ثلاثي الأبعاد لتشكيل روابط تساهمية ؛ لكن الضغوط العالية مطلوبة "لإجبارها".

خصائص

الوصف المادي

إنه غاز عديم اللون يكتسب توهجًا أرجوانيًا عند تعرضه لحقل كهربائي.

الوزن الذري

39.79 جم / مول

الرقم الذري

18

نقطة انصهار

83.81 K (-189.34 درجة مئوية ، -308.81 درجة فهرنهايت)

نقطة الغليان

87.302 كلفن (-185.848 درجة مئوية ، -302.526 فهرنهايت)

Desidad

1784 جم / لتر

كثافة البخار

1.38 (فيما يتعلق بالهواء المتخذ على أنه 1).

ذوبان الغاز في الماء

33.6 سم 3 / كجم. إذا كان الأرجون مثل الغاز المسال شديد البرودة يتلامس مع الماء ، يحدث غليان عنيف.

الذوبان في السوائل العضوية

قابل للذوبان.

حرارة الانصهار

1.18 كيلو جول / مول

حرارة التبخير

8.53 كيلو جول / مول

اوكتانول / معامل تقسيم الماء

سجل P = 0.94

طاقة التأين

المستوى الأول: 1،520.6 كيلو جول / مول

المستوى الثاني: 2،665.8 كج / مول

المستوى الثالث: 3.931 كيلو جول / مول

وهذا هو ، والطاقات اللازمة للحصول على الكاتيونات بين Ar + و Ar3 + في مرحلة الغاز.

التفاعلية

الأرجون هو غاز نبيل ، وبالتالي فإن تفاعله يكون صفرًا تقريبًا. ينتج التحلل الضوئي لفلوريد الهيدروجين في مصفوفة أرجون صلبة عند درجة حرارة 7.5 كلفن (قريبة جداً من الصفر المطلق) فلورو هيدريد الأرجون ، HArF.

يمكن دمجه مع بعض العناصر لتكوين فئة مستقرة مع بيتا هيدروكينون. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تشكل مركبات ذات عناصر كهرومغناطيسية عالية ، مثل O و F و Cl.

تطبيقات

تعتمد معظم تطبيقات الأرجون على حقيقة أنه كونه غازًا خاملًا ، فإنه يمكن استخدامه لتهيئة بيئة لتطوير مجموعة من الأنشطة الصناعية.

صناعي

- يستخدم الأرجون لتهيئة بيئة للحام قوس المعادن ، وتجنب العمل الضار الذي يمكن أن يسبب وجود الأكسجين والنيتروجين. كما أنه يستخدم كعامل تغطية في تكرير المعادن مثل التيتانيوم والزركونيوم.

- عادة ما تمتلئ المصابيح الضوئية المتوهجة بالأرجون ، لتوفير الحماية لخيوطها وإطالة عمرها الإنتاجي. كما أنها تستخدم في أنابيب الفلورسنت مماثلة للنيون. ولكن ، ينبعث منها ضوء أزرق بنفسجي.

- يستخدم في عملية إزالة الكربون من الفولاذ المقاوم للصدأ وكغاز دفع في الهباء الجوي.

- يستخدم في غرف التأين وفي عدادات الجسيمات.

- أيضا في استخدام عناصر مختلفة لتخدير أشباه الموصلات.

- يسمح لخلق جو لنمو بلورات السيليكون والجرمانيوم ، ذات فائدة كبيرة في مجال الالكترونيات.

- الموصلية الحرارية المنخفضة مفيدة لاستخدامها كعزل بين الألواح الزجاجية لبعض النوافذ.

- يستخدم للحفاظ على المواد الغذائية وغيرها من المواد المعرضة للتغليف ، لأنه يحميها من الأكسجين والرطوبة التي يمكن أن يكون لها تأثير ضار على محتويات العبوة.

طبي

- يستخدم الأرجون في الجراحة التجميلية لإزالة الأنسجة السرطانية. في هذه الحالة ، يتصرف الأرجون مثل السائل المبرد.

- يستخدم في أجهزة الليزر الطبية لتصحيح عيوب العين المختلفة ، مثل: نزيف في الأوعية الدموية ، انفصال الشبكية ، الجلوكوما ، وتنكس البقعة.

في معدات المختبرات

- يستخدم الأرجون في الخلائط مع الهيليوم والنيون في عدادات جيجر من النشاط الإشعاعي.

- يستخدم كغاز السحب في كروماتوجرافيا الغاز.

- قم بفصل المواد التي تغطي العينة المعرضة لمسح المجهر الإلكتروني.

اين هو؟

الأرجون هو جزء من الهواء الجوي ، ويشكل حوالي 1 ٪ من الكتلة الجوية. الغلاف الجوي هو المصدر الصناعي الرئيسي لعزل هذا الغاز. يتم عزله بواسطة عملية التقطير التجزيئي المبردة.

من ناحية أخرى ، في الكون تولد النجوم كميات هائلة من الأرجون خلال الانصهار النووي للسيليكون. يمكن أيضًا أن تكون موجودة في أجواء الكواكب الأخرى ، مثل كوكب الزهرة والمريخ.