Смысл, Цель и Суть жизни человека

Арго?н (химический символ – Аг, от лат. Argon) – химический элемент 18-й группы (по устаревшей классификации – восьмой группы главной подгруппы, 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

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-об-разных 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[301 - Финкельштейн Д. Н. Глава II. Открытие инертных газов и периодический закон Менделеева // Инертные газы. – 2-е изд. – М.: Наука, 1979. – С. 30–38. – 200 с. – (Наука и технический прогресс). – 19 000 экз.][302 - Фастовский В. Г., Ровинский А., Петровский Ю. В. Глава первая. Открытие. Происхождение. Распространённость. Применение // Инертные газы. – 2-е изд. – М.: Атомиздат, 1972. -С. 3-13.-352 с.-2400 экз.][303 - Mary Elvira Weeks. XVIII. The inert gases// Discovery of the elements: collected reprints of a series of articles published in the Journal of Chemical Education (англ.). – 3rd ed. rev. – Kila, MT: Kessinger Publishing, 2003. – P. 286–288. – 380 p. – ISBN 0766138720 9780766138728.]. 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[304 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].

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[305 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].[306 - Финкельштейн Д. Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. – 2-е изд. – М.: Наука, 1979. – С. 76–110. – 200 с. – (Наука и технический прогресс). – 19 000 экз.]

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)[307 - Финкельштейн Д. Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. – 2-е изд. – М.: Наука, 1979. – С. 76–110. – 200 с. – (Наука и технический прогресс). – 19 000 экз.].

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[308 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].

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 качестве примеси к азоту. Этим способом Рамзаю в первом же опыте удалось выделить около 100 мл нового газа[309 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].

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[310 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].

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[311 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].

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[312 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].

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)[313 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].[314 - Финкельштейн Д. Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. – 2-е изд. – М.: Наука, 1979. – С. 76–110. – 200 с. – (Наука и технический прогресс). – 19 000 экз.] 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. 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[315 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].

Происхождение названия

По предложению доктора Медана (председателя заседания, на котором был сделан доклад об открытии) Рэлей и Рамзай дали новому газу имя «аргон» (от др. – греч. dpyog-неторопливый, сильный, ленивый, медленный, неактивный). Это название подчёркивало важнейшее свойство элемента – его химическую неактивность[316 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].

Распространённость

Во Вселенной

Содержание аргона в мировой материи мало и оценивается приблизительно в 0,02 % по массе[317 - Argon: geological information (англ.), www.webelements.com. Дата обращения: 9 августа 2009.].

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[318 - Финкельштейн Д. Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. – 2-е изд. – М.: Наука, 1979. – С. 76–110. – 200 с. – (Наука и технический прогресс). – 19 000 экз.].

Распространение в природе

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[319 - Финкельштейн Д. Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. – 2-е изд. – М.: Наука, 1979. – С. 76–110. – 200 с. – (Наука и технический прогресс). – 19 000 экз.],[320 - Павлов Б. Н. Проблема защиты человека в экстремальных условиях гипербарической среды обитания (недоступная ссылка), www.argonavt.com (15 мая 2007). Дата обращения: б августа 2009.] его запасы в атмосфере оцениваются в 410

т[321 - Mary Elvira Weeks. XVIII. The inert gases// Discovery of the elements: collected reprints of a series of articles published in the Journal of Chemical Education (англ.). – 3rd ed. rev. – Kila, MT: Kessinger Publishing, 2003. – P. 286–288. – 380 p. – ISBN 0766138720 9780766138728.].[322 - Финкельштейн Д. Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. – 2-е изд. – М.: Наука, 1979. – С. 76–110. – 200 с. – (Наука и технический прогресс). – 19 000 экз.] Аргон – самый распространённый инертный газ в земной атмосфере, в 1 м

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)[323 - Финкельштейн Д. Н. Глава IV. Инертные газы на Земле и в космосе // Инертные газы. – 2-е изд. – М.: Наука, 1979. – С. 76–110. – 200 с. – (Наука и технический прогресс). – 19 000 экз.].[324 - Павлов Б. Н. Проблема защиты человека в экстремальных условиях гипербарической среды обитания (недоступная ссылка), www.argonavt.com (15 мая 2007). Дата обращения: б августа 2009.]

Содержание аргона в литосфере – 410

% по массе[325 - Mary Elvira Weeks. XVIII. The inert gases// Discovery of the elements: collected reprints of a series of articles published in the Journal of Chemical Education (англ.). – 3rd ed. rev. – Kila, MT: Kessinger Publishing, 2003. – P. 286–288. – 380 p. – ISBN 0766138720 9780766138728.]. В каждом литре морской воды растворено 0,3 мл аргона, в пресной воде его содержится (5,5–9,7)-10

%. Его содержание в Мировом океане оценивается в 7,5-10

т, а в изверженных породах земной оболочки – 16,5 -10

т[326 - Павлов Б. Н. Проблема защиты человека в экстремальных условиях гипербарической среды обитания (недоступная ссылка), www.argonavt.com (15 мая 2007). Дата обращения: б августа 2009.].

Определение

Качественно аргон обнаруживают с помощью эмиссионного спектрального анализа, основные характеристические линии – 434,80 и 811,53 нм. При количественном определении сопутствующие газы (О

, N

, Н

, СО

) связываются специфичными реагентами (Са, Си, 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[327 - Mary Elvira Weeks. XVIII. The inert gases// Discovery of the elements: collected reprints of a series of articles published in the Journal of Chemical Education (англ.). – 3rd ed. rev. – Kila, MT: Kessinger Publishing, 2003. – P. 286–288. – 380 p. – ISBN 0766138720 9780766138728.].

Физические свойства

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 органических растворителях аргон растворяется значительно лучше, чем в воде. Плотность при нормальных условиях составляет 1,7839 кг/м

.

Химические свойства

Пока известно/получено только 1 метастабильное химическое соединение аргона – гидрофторид аргона, которое существуют только при очень низких температурах (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 ArCI.

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 ? 6H

О (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.

Вероятно ещё существование соединений со связями Ar – Si и Ar-C: FArSiF

и FArCCH.

Получение

В промышленности аргон получают как побочный продукт при крупномасштабном разделении воздуха на кислород и азот. При температуре -185,9 °C (87,3 кельвина) аргон конденсируется, при -189,35 °C (83,8 кельвина) – кристаллизуется. Ввиду близости температур кипения аргона и кислорода (90 К) разделение этих фракций ректификационным способом затруднительно. Аргон считается посторонней примесью, допускаемой только в техническом кислороде чистотой 96 %.

Применение

• в аргоновых лазерах;

• в качестве газонаполнителя ламп накаливания и при заполнении внутреннего пространства стеклопакетов;