Аргонът е какъв вид газ. Аргон инертен газ

Газообразна

Течност

Аргон - газ за промишлеността

Аргонът е газ, открит от двама учени Рамзи и Рейли през 1894 г. След няколко експеримента учените успяха да изолират газ аргон от азот. Аргонът получи името си поради своята инертност. Аргонът взаимодейства слабо и реагира с други газове, за което получи името си (в превод от гръцки аргонът е неактивен, бавен). Аргонът е прост, безцветен, без мирис и вкус едноатомен газ, който присъства във въздуха в малки количества.

Химични и физични свойства на газ аргон

Тъй като въздухът е неизчерпаем източник на газове като кислород, азот и аргон, газът аргон се получава от въздуха в промишлеността. В повечето случаи се получава голямо количество аргон по време на реакции за производство на промишлен кислород и азот. Като резултат химична реакциясвързани с нагряване и дестилация отделят кислород, азот и газ аргон като страничен продукт. Има три степени на чистота на аргона за промишлени нужди. При първата степен чистотата на съдържанието на аргон е 99,99%, във втората - 99,98% и в третата - 99,95%. Азотът или кислородът могат да действат като примеси в аргона. Този газ трябва да се съхранява в специални бутилки под налягане. Течният аргон се съхранява в специални двустенни резервоари на Дюар, пълни с вакуум. Препоръчително е да транспортирате аргон в едни и същи контейнери, като се спазват всички правила и предпазни мерки.

Приложение аргоноткрит в много области. Използва се успешно в хранително-вкусовата промишленост като опаковъчен газ, като пожарогасителен агент, в медицината за пречистване на въздуха и анестезия и в аргоновите лазери. Този газ обаче е получил най-голямо и най-добро използване в заваръчни работи. С помощ аргоново заваряваневъзможно е да се работи с такива твърди метали като цирконий, титан, молибден и други. Много често при заваряване се използва специална смес от аргон с кислород или въглероден диоксид.

Таблицата показва топлината физични свойствааргон в газообразно състояние при нормално атмосферно налягане в зависимост от температурата.

Свойствата на аргона в таблицата са посочени при температури от 0 до 600 °C.

Както се вижда от таблицата, с повишаване на температурата стойностите на такива свойства на аргона като плътността и числото на Прандтл намаляват, докато топлопроводимостта, вискозитетът и топлопроводимостта, напротив, се увеличават.

Например, при температура от 273K (0°C) топлопроводимост на аргоне 0,0165 W / (m deg), а при температура от 600 ° C топлопроводимостта на аргона се увеличава до стойност от 0,0394 W / (m deg).

Таблицата показва следните свойства на газа:

• плътност на аргона, kg/m3;
• специфичен (масов) топлинен капацитет, kJ/(kg deg);
• коефициент на топлопроводимост, W/(m deg);
• динамичен вискозитет, ;
• топлопроводимост, m 2 /s;
• кинематичен вискозитет, m 2 /s;
• Числото на Прандтл.

Забележка: Бъдете внимателни! Топлопроводимостта на газа в таблицата е дадена на степен 10 2 . Не забравяйте да разделите на 100!

Плътност на аргона при различни температури и налягания

Таблицата показва стойностите плътност на аргонав газообразно състояние при различни температури и налягания.
Плътността на аргона в таблицата е посочена при температури от -203 до 4727 ° C и налягания от 0,01 до 1013 атмосфери.

Според таблицата, при налягане от 507 атмосфери и температура от -173 ° C, газообразният аргон има максимална плътност 1430 kg/m 3.
Минималната плътност на аргона се достига при разряд от 0,01 атм. и температура 4727 ° C (плътност е 0,00097 kg / m 3).

Топлопроводимост на аргон при различни температури

Таблицата показва топлопроводимостта на аргона в газообразно състояние при нормално атмосферно налягане в зависимост от температурата.
Топлопроводимостта в таблицата е посочена при температури от 90 до 2000 K.

От таблицата следва, че топлопроводимост на аргон в газообразно състояниепри нормално атмосферно налягане (1 bar), то също се увеличава с повишаване на температурата и достига стойност от 0,0667 W/(m deg) при 2000 K.
Забележка: Бъдете внимателни! Топлопроводимостта на аргона е дадена на степен 10 3 . Не забравяйте да разделите на 1000!

Топлопроводимост на аргон в газообразно състояние при високи температури

Таблицата показва топлопроводимостта на аргона в газообразно състояние при нормално атмосферно налягане при високи температури.
Топлопроводимостта в таблицата е дадена при температури от 1500 до 5000 K (от 1227 до 4727 ° C).

От таблицата се вижда, че топлопроводимост на аргон при високи температурисъщо се увеличава с повишаване на температурата и е равна на 0,131 W/(m deg) при 5000 K.

Топлопроводимост на аргон при различни температури и налягания

В таблицата са изброени стойностите на топлопроводимостта на аргона в течно и газообразно състояние при различни температури и налягания.
Топлопроводимостта се посочва при температури от 90 до 1400 К и налягания от 1 до 600 атмосфери.

Според таблицата максимална топлопроводимост на аргонпостигнато при налягане от 600 bar и температура от 100 K (топлопроводимостта е 0,14 W/(m deg)).
Забележка: Бъдете внимателни! Топлопроводимостта е дадена на степен 10 3 . Не забравяйте да разделите на 1000!

Таблицата показва топлопроводимостта на аргона в течно състояние при линията на насищане.
Топлопроводимостта на аргона в таблицата е посочена при температури от 90 до 150 K.

смисъл топлопроводимост на течен аргонна линията на насищане намалява с повишаване на температурата.
Забележка: Бъдете внимателни! Топлопроводимостта в таблицата е дадена на степен 10 3 . Не забравяйте да разделите на 1000!

Таблицата показва топлопроводимостта на аргона в йонизирано състояние при свръхниска температура и налягане (разряд)
Топлопроводимостта в таблицата е дадена в размери kcal/(m час градус)при температури от 2 до 30 К и вакуум до 0,0004 атмосфери.

Според таблицата може да се види, че максималната топлопроводимост на йонизирания аргон е 3,76.

Източници:
1.
2.

аргон- инертен газ с атомна маса 39,9, при нормални условия - безцветен, без мирис и вкус, около 1,38 пъти по-тежък от въздуха. Аргонът се счита за най-достъпният и сравнително евтин сред инертните газове.

Аргонът се нарежда на трето място по съдържание във въздуха (след азот и кислород), той представлява приблизително 1,3% от масата и 0,9% от обема на земната атмосфера.

В индустрията основният метод за получаване на аргон е методът на нискотемпературна ректификация на въздуха с производството на кислород и азот и свързаното извличане на аргон. Аргонът се получава и като страничен продукт при производството на амоняк.

Газообразният аргон се съхранява и транспортира в стоманени цилиндри (съгласно GOST 949-73). Цилиндърът с чист аргон е боядисан в сиво, с надпис "Argon pure" в зелено.

Съгласно GOST 10157-79 газообразният и течен аргон се доставят в два вида: най-висок клас (с обемна част на аргона най-малко 99,993%, обемната част на водната пара е не повече от 0,0009%) и първа степен (с обемна част на аргон най-малко 99,987%, обемно съотношението на водната пара е не повече от 0,001%).

Аргонът не е експлозивен и нетоксичен, но при високи концентрации във въздуха може да бъде животозастрашаващ: когато обемната част на кислорода намалее под 19%, се появява кислороден дефицит, а когато съдържанието на кислород е значително намалено, задушаване, загуба настъпва съзнание и дори смърт.

Мерки за безопасност при работа с аргон:

• дистанционно управление на съдържанието на кислород във въздуха чрез ръчни или автоматични устройства; обемът на кислорода във въздуха трябва да бъде най-малко 19%;
• при работа с течен аргон, който може да причини измръзване на кожата и увреждане на лигавицата на очите, е необходимо да се използват очила и гащеризони;
• при работа в атмосфера на аргон трябва да се използва маска за маркуч или кислородно изолиращо устройство.

Използването на аргон при заваряване

Аргонът се използва като инертен защитен газ за електродъгово заваряване, включително като основа за защитни газова смес(с кислород, въглероден диоксид). Това е основната защитна среда при заваряването на алуминий, титан, редки и активни метали.

Аргонът се използва и за плазмено заваряване като плазмен газ лазерно заваряванекато плазмен супресор и защитен газ.

В зависимост от необходимите обеми на потребление на аргон могат да се използват няколко схеми за доставката му. За обеми на потребление до 10 000 m 3 /g, аргонът обикновено се доставя в бутилки. Когато обемът на потребление е повече от 10 000 m 3 /g, е препоръчително да се транспортира аргон в течна форма в специални контейнери по железопътен или шосеен път. При транспортиране от железопътна линияизползват се специализирани резервоари 8G-513 или 15-558. В автомобилния транспорт най-често се монтират универсални газови контейнери от типа TsTK с обем от 0,5 до 10 m 3. В тези резервоари могат да се транспортират и кислород и азот.

С централизирано снабдяване на схемата за доставка заваръчни стълбовеаргонът може да бъде:

• директно от транспортния резервоар през трансферната помпа и стационарния газификатор към мрежата (виж фигурата по-долу);
• от транспортния резервоар до стационарен резервоар с по-нататъшна газификация и подаване към мрежата;
• пълнене на бутилки от транспортна газификационна инсталация.

картина. Доставка на заваръчни станции с аргон от транспортния резервоар

Историята на откриването на аргон започва през 1785 г., когато английският физик и химик Хенри Кавендиш, изучавайки състава на въздуха, решава да установи дали целият азот във въздуха е окислен.

В продължение на много седмици той подлага сместа въздух-кислород на електрически разряд в U-образни тръби, в резултат на което в тях се образуват все повече и повече порции кафяви азотни оксиди, които изследователят периодично разтваря в алкали. След известно време образуването на оксиди престава, но след свързването на останалия кислород остава газов мехур, чийто обем не намалява при продължително излагане. електрически разрядив присъствието на кислород. Кавендиш оценява обема на оставащия газов балон на 1/120 от първоначалния обем въздух. Неспособен да разреши мистерията на балона, Кавендиш спря изследванията си и дори не публикува резултатите си. Само много години по-късно английският физик Джеймс Максуел събира и публикува непубликувани ръкописи и лабораторни бележки на Кавендиш.

По-нататъшната история на откриването на аргон е свързана с името на Рейли, който посвети няколко години на изучаване на плътността на газовете, особено на азота. Оказа се, че един литър азот, получен от въздуха, тежи повече от литър "химичен" азот (получен от разлагането на всяко азотно съединение, например азотен оксид, азотен оксид, амоняк, урея или селитра) с 1,6 mg ( теглото на първия беше равен на 1,2521, а на втория 1,2505). Тази разлика не беше толкова малка, че да може да се припише на експерименталната грешка. Освен това постоянно се повтаряше, независимо от източника на получаване на химически азот.

Без да стигне до решение, през есента на 1892 г. Рейли публикува писмо до учените в списание Nature, като ги моли да обяснят факта, че в зависимост от метода на извличане на азот той получава различни стойности на плътността. Писмото беше прочетено от много учени, но никой не успя да отговори на поставения в него въпрос.

Вече добре познатият английски химик Уилям Рамзи също нямаше готов отговор, но предложи на Рейли своето съдействие. Интуицията подтикна Рамзи да предположи, че азотът на въздуха съдържа примеси от неизвестен и по-тежък газ, а Дюар привлече вниманието на Рейли към описанието на древните експерименти на Кавендиш (които вече бяха публикувани по това време).

Опитвайки се да изолира скрития компонент от въздуха, всеки от учените пое по своя път. Рейли повтори експеримента на Кавендиш в по-голям мащаб и на по-високо техническо ниво. Трансформатор, захранван от 6000 волта, изпрати сноп електрически искри в 50-литрова камбана, пълна с азот. Специална турбина създава фонтан от пръски алкален разтвор в камбаната, абсорбирайки азотни оксиди и примеси от въглероден диоксид. Рейли изсушава останалия газ и го прекарва през порцеланова тръба с нагрети медни стружки, които задържат останалия кислород. Опитът продължи няколко дни.

Рамзи се възползва от способността, която открива на нагрят метален магнезий да абсорбира азот, образувайки твърд магнезиев нитрид. Той многократно прокарва няколко литра азот през сглобения уред. След 10 дни обемът на газа спря да намалява, следователно целият азот беше свързан. В същото време, чрез комбиниране с мед, се отстранява кислородът, който присъства като примес към азота. По този начин Рамзи в първия експеримент успява да изолира около 100 cm³ нов газ.

И така, нов елемент е открит. Стана известно, че той е почти един и половина пъти по-тежък от азота и е 1/80 от обема на въздуха. Рамзи, използвайки акустични измервания, установи, че молекулата на нов газ се състои от един атом - преди това такива газове в стационарно състояние не са били срещани. От това следваше много важно заключение - тъй като молекулата е едноатомна, то, очевидно, новият газ не е сложно химично съединение, а просто вещество.

Рамзи и Рейли прекараха много време в изучаване на неговата реактивност по отношение на много химически активни вещества. Но, както се очакваше, те стигнаха до заключението: техният газ е напълно неактивен. Беше зашеметяващо – дотогава не беше известно такова инертно вещество.

Спектрален анализ изигра важна роля в изследването на новия газ. Спектърът на газа, освободен от въздуха, с характерните си оранжеви, сини и зелени линии, се различава рязко от спектрите на вече известни газове. Уилям Крукс, един от най-изтъкнатите спектроскописти на онова време, преброи почти 200 линии в своя спектър. Нивото на развитие на спектралния анализ по това време не позволява да се определи дали наблюдаваният спектър принадлежи към един или няколко елемента. Няколко години по-късно се оказа, че Рамзи и Рейли държат в ръцете си не един непознат, а няколко - цяла галактика от инертни газове.

На 7 август 1894 г. в Оксфорд, на среща на Британската асоциация на физиците, химиците и натуралистите, е отправено съобщение за откриването на нов елемент, който е наречен аргон. В своя доклад Rayleigh заявява, че около 15 g открит газ (1,288 wt.%) присъства във всеки кубичен метър въздух. Твърде невероятен беше фактът, че няколко поколения учени не са забелязали съставната част на въздуха и дори в размер на цял процент! За броени дни десетки природни учени от различни странитества експериментите на Рамзи и Рейли. Нямаше съмнение: въздухът съдържа аргон.

Десет години по-късно, през 1904 г., Рейли получава Нобелова награда по физика за изследванията си на плътностите на най-разпространените газове и откриването на аргон, а Рамзи получава Нобелова награда по химия за откриването на различни инертни газове в атмосферата.

Основно приложение

хранително-вкусовата промишленост

В контролирана среда аргонът може да се използва като заместител на азота в много процеси. Високата му разтворимост (два пъти по-висока от разтворимостта на азота) и определени молекулярни характеристики го правят специален за съхранение на зеленчуци. В определени условиятой е в състояние да забави метаболитните реакции и значително да намали газообмена.

Производство на стъкло, цимент и вар

Когато се използва за запълване на парапети с двоен стъклопакет, аргонът осигурява отлична топлоизолация.

Металургия

Аргонът се използва за предотвратяване на контакт и последващо взаимодействие между разтопения метал и заобикалящата атмосфера.

Използването на аргон оптимизира процеси като разтопено смесване, очистване на реакторния съд за предотвратяване на повторно окисление на стоманата и специална обработка на стомана във вакуумни дегазатори, включително вакуумно-кислородно обезвъглеродяване, редокс и процеси на открито изгаряне. Въпреки това, аргонът придоби най-голяма популярност в процесите на аргон-кислородно обезвъглеродяване на нерафинирана високохромна стомана, което позволява да се сведе до минимум окисляването на хрома.

Лабораторни изследвания и анализи

В чиста форма и в комбинация с други газове, аргонът се използва за промишлени и медицински анализи и тестове за контрол на качеството.

По-специално, аргонът функционира като газова плазма в индуктивно свързана плазмена емисионна спектрометрия (ICP), газова възглавница в атомно-абсорбционната спектроскопия на графитна пещ (GFAAS) и газ-носител в газовата хроматография, използвайки различни газови анализатори.

Заедно с метана, аргонът се използва в броячите на Гайгер и детекторите за рентгенова флуоресценция (XRF), където действа като гасителен газ.

Заваряване, рязане и покритие

Аргонът се използва като защитна средав процеси електродъгово заваряване, при издухване на защитен газ и при плазмено рязане.

Аргонът предотвратява окисляването заваркии намалява количеството дим, отделян по време на процеса на заваряване.

електроника

Изключително чистият аргон служи като газ носител за реактивни молекули, както и инертен газ за защита на полупроводниците от чужди примеси (например аргонът осигурява необходимата среда за отглеждане на силициеви и германиеви кристали).

В йонно състояние аргонът се използва в процесите на разпръскване, йонна имплантация, нормализация и ецване в производството на полупроводници и производството на високоефективни материали.

Автомобилна и транспортна индустрия

Пакетиран аргон под налягане се използва за надуване на въздушни възглавници в автомобилите.

Атомно число 18, атомна маса 39,948. Обемната концентрация на аргон във въздуха е 0,9325% vol. или 1,2862% тегл. Аргонът е по-тежък от въздуха, плътност 1,78 kg/m3 при нулева температура и нормално налягане. Точка на кипене -185,85°C. Има нисък йонизационен потенциал от 15,7 V. Аргонът не образува химически съединения с повечето елементи, с изключение на някои хидриди. В металите аргонът, както в течно, така и в твърдо състояние, е неразтворим. При нормални условия това е безцветен, незапалим, нетровен газ, без мирис и вкус. Химическата формула е Ar.

Аргонът се добива като страничен продукт, когато кислородът и азотът се получават от въздуха по метода на нискотемпературна ректификация (вж.)

Открит е аргон Джон Уилям Стрът (Джонстът)И сър Уилям Рамзи(Сър Уилям Рамзи) в изследвания, получени от въздуха с химически средства. Несъответствието между плътността на този газ при различни начини за получаване накара тези учени до идеята за наличието във въздуха на някакъв вид тежък, който е изолиран от тях през 1894 г. и наречен аргон, което се превежда от гръцки като „мързелив”, „бавен”, „неактивен”.

Най-често срещаният аргон Приложи:

• как защитен газв ;
• като плазмообразуващ газ при плазма и ;
• за изместване на кислород и влага от опаковката по време на съхранение хранителни продукти, което увеличава срока им на годност ( хранителна добавка E938);
• като пожарогасителен газ в някои пожарогасителни системи.

IN заваръчно производствогазообразният аргон се използва като защитна среда при заваряване на активни и редки метали (титан, цирконий и ниобий) и сплави на тяхна основа, алуминиеви и магнезиеви сплави, както и хром-никелови устойчиви на корозия топлоустойчиви сплави, легирани стомани от различни оценки.

За заваряване на черни метали аргонът обикновено се използва в смес с други газове - или.

Аргонът, тъй като е по-тежък от въздуха, защитава метала по-добре със своята струя при заваряване в долно положение. Разстилайки се върху повърхността на продукта, който ще се заварява, той защитава за доста дълго време доста широка и разширена зона от разтопен и нагрят метал по време на заваряване.

Използването на аргон дава възможност за повишаване на температурата, което подобрява проникването, повишаване на производителността на заваряването като цяло. В този случай проникването придобива форма на „кама“, което прави възможно извършването на еднопроходно заваряване в жлеб от метал с голяма дебелина. При заваряване в аргонова среда (както и други) изгарянето на активните легиращи елементи е сведено до минимум, което позволява използването на по-евтини заваръчни.

При заваряване аргонът служи като защита не само на заваръчната вана от вредното въздействие на въздуха, но и като инертна защита за края на електрода.

Въпреки че като цяло аргонът се използва много по-често, отколкото обаче при заваряване на листов алуминий с дебелина по-малка от 6 mm, се препоръчва аргонът да се смесва с хелийза осигуряване на желаната топлопроводимост. В някои случаи за запалване на дъгата се използват смеси аргон-хелий, след което се извършва заваряване в присъствието на хелий. Този метод се използва за заваряване на алуминиева плоча волфрамов електродпри постоянен ток.

Аргонът не оказва опасно въздействие върху околната среда, но принадлежи към задушниците (задушлив газ). Тъй като газът аргон е по-тежък от въздуха, той може да се натрупва в лошо вентилирани зони близо до пода. Това намалява съдържанието на кислород във въздуха, което причинява недостиг на кислород и задушаване.

Течният аргон е нискокипяща течност, която може да причини измръзване на кожата и увреждане на лигавиците на очите.

Газообразният и течен аргон се доставя от . Газообразният аргон се съхранява и транспортира в стоманени цилиндри при налягане 15 MPa.

Стоманените цилиндри трябва да отговарят на GOST 949. боядисана в сиво със зелена ивица и зелен надпис "ARGON PURE".

Възможно е също транспортирането на аргон в течна форма в специални резервоари или съдове на Дюар с последващата му газификация.