الأرجون: التاريخ ، الهيكل ، الخصائص ، الاستخدامات - كيمياء - 2025

و الأرجون هو واحد من الغازات النبيلة من الجدول الدوري، ويشكل حوالي 1٪ من الأرض الصورة الغلاف الجوي. يتم تمثيله بالرمز الكيميائي Ar ، وهو عنصر له كتلة ذرية تساوي 40 نظيره الأكثر وفرة على الأرض (⁴⁰ Ar) ؛ النظائر الأخرى هي ³⁶ Ar (الأكثر وفرة في الكون) و ³⁸ Ar والنظائر المشعة ³⁹ Ar.

اسمها مشتق من الكلمة اليونانية `` argos '' ، والتي تعني غير نشط أو بطيء أو خامل ، لأنها تشكل الجزء القابل للقياس من الهواء الذي لم يتفاعل. يتفاعل النيتروجين والأكسجين مع بعضهما البعض مع حرارة الشرارة الكهربائية ، مكونين أكاسيد النيتروجين ؛ ثاني أكسيد الكربون بمحلول أساسي من هيدروكسيد الصوديوم ؛ لكن Ar ، بلا شيء.

خاصية تفريغ الوهج الأرجواني لذرات الأرجون المتأينة. المصدر: ويكيغيان

الأرجون هو غاز عديم اللون وليس له رائحة أو طعم. إنه أحد الغازات القليلة التي لا يظهر عليها تغير في اللون عند التكثيف ، لذلك فهو سائل عديم اللون مثل غازه ؛ يحدث الشيء نفسه مع صلبه البلوري.

ومن خصائصه الرئيسية الأخرى انبعاث الضوء البنفسجي عند تسخينه داخل أنبوب تفريغ كهربائي (الصورة العلوية).

على الرغم من أنه غاز خامل (على الرغم من أنه ليس تحت ظروف خاصة) ، كما أنه يفتقر إلى النشاط البيولوجي ، إلا أنه يمكن أن يحل محل الأكسجين من الهواء مما يسبب الاختناق. تستخدم بعض طفايات الحريق هذا في الواقع لصالحها لإخماد النيران عن طريق حرمانها من الأكسجين.

يفضل خمولها الكيميائي تطبيقه كجو للتفاعلات التي تكون أنواعها عرضة للأكسجين وبخار الماء والنيتروجين. كما يوفر وسيلة لتخزين وتصنيع المعادن أو السبائك أو أشباه الموصلات.

تاريخ اكتشافه

في عام 1785 ، خلص هنري كافنديش ، أثناء فحصه للنيتروجين الموجود في الهواء ، والذي يُسمى "هواء الفلوجيستيزيد" ، إلى أن جزءًا من النيتروجين يمكن أن يكون مكونًا خاملًا.

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

اشتبه الباحثون في وجود غاز آخر في هواء الغلاف الجوي ممزوجًا بالنيتروجين. في وقت لاحق تم التحقق من أن الغاز المتبقي بعد إزالة النيتروجين من الهواء الجوي كان غازًا خاملًا يعرف الآن باسم الأرجون.

كان هذا أول غاز خامل يتم عزله على الأرض ؛ ومن هنا جاء اسمه ، لأن الأرجون يعني كسول ، غير نشط. ومع ذلك ، في وقت مبكر من عام 1868 تم اكتشاف وجود الهيليوم في الشمس من خلال الدراسات الطيفية.

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

هيكل الأرجون

الأرجون هو غاز نبيل ، وبالتالي فإن مدارات مستوى طاقته الأخير ممتلئة تمامًا ؛ أي أن غلاف التكافؤ به ثمانية إلكترونات. ومع ذلك ، فإن الزيادة في عدد الإلكترونات لا تتعارض مع قوة الجذب المتزايدة التي تمارسها النواة ؛ وبالتالي ، فإن ذراتها هي الأصغر في كل فترة.

ومع ذلك ، يمكن تصور ذرات الأرجون على أنها "كرات رخامية" ذات سحب إلكترونية شديدة الضغط. تتحرك الإلكترونات بشكل متجانس عبر جميع المدارات الممتلئة ، مما يجعل الاستقطاب غير محتمل ؛ وهذا يعني أن منطقة بها نقص نسبي في الإلكترون تنشأ.

لهذا السبب ، فإن قوى تشتت لندن صحيحة بشكل خاص للأرجون ، ولن يفيد 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 ، سيتبين أن ذراته أو كراته الرخامية بالكاد يمكن أن تبقى معًا ، في غياب أي نوع من الروابط التساهمية Ar-Ar. ومع ذلك ، لا يمكن تجاهل أن مثل هذه الكرات يمكن أن تتفاعل بشكل جيد مع الجزيئات القطبية الأخرى ؛ 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 حوالي -186 درجة مئوية ؛ ثم يحدث التكثيف. الآن تصبح القوى بين الجزيئات أكثر فعالية ، لأن المسافة بين الذرات أصغر ، وتعطي وقتًا لحدوث ثنائيات أقطاب أو استقطابات لحظية.

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

مع انخفاض درجة الحرارة أكثر من ذلك ، إلى -189 درجة مئوية (أقل بثلاث درجات فقط) ، يبدأ الأرجون في التبلور إلى جليد عديم اللون (الصورة السفلية). ربما يكون الجليد الديناميكي الحراري أكثر استقرارًا من جليد الأرجون.

ذوبان جليد الأرجون. المصدر: لم يتم تقديم مؤلف يمكن قراءته آليًا. يفترض Deglr6328 ~ commonswiki (بناءً على مطالبات حقوق النشر).

في هذا الجليد أو بلورة الأرجون ، تتبنى ذراتها بنية مكعبة مركزية الوجه (fcc). هذا هو تأثير تفاعلاتهم الضعيفة في درجات الحرارة هذه. بالإضافة إلى هذا الهيكل ، يمكن أن تشكل أيضًا بلورات سداسية الشكل وأكثر إحكاما.

يفضل استخدام البلورات السداسية عندما يتبلور الأرجون في وجود كميات صغيرة من O ₂ و N ₂ و CO. عندما تتشوه فإنها تنتقل إلى المرحلة المكعبة المتمركزة على الوجه ، وهي البنية الأكثر استقرارًا للأرجون الصلب.

التكوين الإلكترونية

تكوين الإلكترون للأرجون هو:

3s ² 3p ⁶

وهو نفس الشيء بالنسبة لجميع النظائر. لاحظ أن ثماني بتات التكافؤ الخاص به مكتمل: إلكترونان في مدار 3s ، و 6 في مدار 3p ، مضيفا ما يصل إلى 8 إلكترونات في المجموع.

نظريًا وتجريبيًا ، يمكن للأرجون استخدام مداراته ثلاثية الأبعاد لتشكيل روابط تساهمية ؛ لكن الأمر يتطلب ضغوطًا عالية "لإجبارها"

الخصائص

الوصف المادي

إنه غاز عديم اللون يكتسب توهجًا بنفسجيًا أرجوانيًا عند تعرضه لمجال كهربائي.

الوزن الذري

39.79 جم / مول

العدد الذري

18

نقطة الانصهار

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

نقطة الغليان

87،302 كلفن (-185،848 درجة مئوية ، -302،526 درجة فهرنهايت)

الإله

1،784 جم / لتر

كثافة بخار

1.38 (نسبة إلى الهواء المأخوذ كـ 1).

ذوبان الغاز في الماء

33.6 سم ³ / كغ. إذا لامس الأرجون الماء كغاز مسال شديد البرودة ، يحدث غليان عنيف.

الذوبان في السوائل العضوية

قابل للذوبان.

حرارة الانصهار

1.18 كيلوجول / مول

حرارة التبخير

8.53 كيلوجول / مول

معامل فصل الأوكتانول / الماء

سجل P = 0.94

طاقة التأين

المستوى الأول: 1،520.6 كيلوجول / مول

المستوى الثاني: 2665.8 كيلوجول / مول

المستوى الثالث: 3931 كيلوجول / مول

أي ، الطاقات اللازمة للحصول على الكاتيونات بين Ar ⁺ و Ar ³⁺ في الطور الغازي.

التفاعلية

الأرجون هو غاز نبيل ، وبالتالي فإن تفاعله يكاد يكون صفرًا. التحلل الضوئي لفلوريد الهيدروجين في مصفوفة صلبة من الأرجون عند درجة حرارة 7.5 كلفن (قريبة جدًا من الصفر المطلق) ينتج فلوريد الأرجون ، HArF.

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

التطبيقات

تعتمد معظم تطبيقات الأرجون على حقيقة أنه غاز خامل ، يمكن استخدامه لتهيئة بيئة لتطوير مجموعة من الأنشطة الصناعية.

صناعي

يستخدم الأرجون لخلق بيئة لحام القوس للمعادن ، وتجنب التأثير الضار الذي يمكن أن ينتج عن وجود الأكسجين والنيتروجين. كما أنه يستخدم كعامل تغطية في تنقية المعادن مثل التيتانيوم والزركونيوم.

- عادة ما تمتلئ المصابيح المتوهجة بالأرجون لحماية خيوطها وإطالة عمرها الإنتاجي. كما أنها تستخدم في أنابيب الفلورسنت المشابهة لأنابيب النيون ؛ لكنها تنبعث منها ضوء أزرق أرجواني.

- يستخدم في عملية نزع الكربون من الفولاذ المقاوم للصدأ وكغاز دافع في الهباء الجوي.

- يستخدم في غرف التأين وعداد الجسيمات.

- أيضا في استخدام العناصر المختلفة لتعاطي المنشطات لأشباه الموصلات.

-يتيح خلق جو لنمو بلورات السيليكون والجرمانيوم المستخدمة على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات.

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

- يستخدم لحفظ المواد الغذائية وغيرها من المواد المعرضة للتغليف حيث يحميها من الأكسجين والرطوبة التي يمكن أن يكون لها تأثير ضار على محتوى العبوة.

الأطباء

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

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

في معدات المختبرات

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

- يستخدم كغاز تجريد في كروماتوغرافيا الغاز.

- تشتيت المواد التي تغطي العينة الخاضعة للفحص المجهري الإلكتروني.

أين هو موقعه؟

تم العثور على الأرجون كجزء من هواء الغلاف الجوي ، ويشكل حوالي 1٪ من كتلة الغلاف الجوي. الغلاف الجوي هو المصدر الصناعي الرئيسي لعزل هذا الغاز. يتم عزله عن طريق إجراء التقطير التجزيئي المبرد.

من ناحية أخرى ، تولد النجوم في الكون كميات هائلة من الأرجون أثناء الاندماج النووي للسيليكون. يمكن أن يتواجد أيضًا في أجواء الكواكب الأخرى ، مثل كوكب الزهرة والمريخ.

المراجع

1. Barrett CS، Meyer L. (1965) التراكيب البلورية للأرجون وسبائكه. في: Daunt JG، Edwards DO، Milford FJ، Yaqub M. (eds) Low Temperature Physics LT9. سبرينغر ، بوسطن ، ماساتشوستس.
2. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (21 مارس 2019). 10 حقائق عن الأرجون - Ar أو العدد الذري 18. تم الاسترجاع من: thinkco.com
3. تود هيلمنستين. (31 مايو 2015). حقائق الأرجون. تم الاسترجاع من: sciencenotes.org
4. لي ، إكس وآخرون. (2015). مركبات الليثيوم الأرجون مستقرة تحت ضغط عال. Sci. Rep.5 ، 16675 ؛ دوى: 10.1038 / srep16675.
5. الجمعية الملكية للكيمياء. (2019). الجدول الدوري: الأرجون. تم الاسترجاع من: rsc.org
6. دكتور دوج ستيوارت. (2019). حقائق الأرجون العنصر. كيميكول. تم الاسترجاع من: chemicool.com
7. كوبون كاثرين. (2015 ، 22 يوليو). كيمياء الأرجون (Z = 18). نصوص الكيمياء. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
8. ويكيبيديا. (2019). أرجون. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
9. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2019). أرجون. قاعدة بيانات PubChem. CID = 23968. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov