Аргон в составе атмосферы – содержание 1%.
Аргон – инертный газ (благородный, редкий), третий по распространению (после азота (78%) и кислорода (21%)) в составе атмосферы. Инертными называются газы, состоящие из одного атома (для сравнения, кислород О 2 состоит из двух атомов) и практически не вступающие в реакцию ни с какими другими веществами. К инертным газам также относятся гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радиоактивный радон (Rn). В последнее время к этой группе также причисляют унуноктий (Uuo), синтез которого впервые был осуществлен только в 2002 году. Содержание аргона в составе атмосферы Земли оценивается в 0,934 % по объему и 1,288 % по массе, а в количественном выражении — 4·10 14 т. Из всех инертных газов в составе земной атмосферы аргон наиболее распространен: в 1 м³ воздуха содержится 9,34 л аргона (для сравнения: в том же объеме воздуха содержится 18,2 см³ неона, 5,2 см³ гелия, 1,1 см³ криптона, 0,09 см³ ксенона). Содержание аргона в литосфере Земли — 4·10 −6 % по массе. В каждом литре морской воды растворено 0,3 см³ аргона, в пресной воде его содержится 5,5·10 −5 — 9,7·10 −5 %. Его содержание в Мировом океане оценивается в 7,5·10 11 т, а в изверженных породах земной коры — 16,5·10 11 т
Образование и источники аргона.
- Накопление этих газов в атмосфере необратимо, т.е. они практически не участвуют в биологических круговоротах Земли.
- Инертные газы образуются в результате радиоактивного распада определенных неустойчивых изотопов.
Инертные газы (в том числе и аргон) бывают двух типов:
Первичные – газы, захваченные Землей из космического пространства в период образования планеты. В природе встречаются очень редко. Первичный аргон представлен изотопами 36 Аr и 38 Аr, которые практически не входят в состав атмосферы Земли.
Радиогенные – газы, являющиеся продуктами распада естественных радиоактивных элементов (урана, тория, калия) в недрах планеты. В состав атмосферы входит радиогенный аргон, представленный изотопом 40 Аr. Радиогенный аргон образуется и накапливается в калийсодержащих земных породах в результате распада изотопа 40 К путем электронного захвата: 40 К + е → 40 Аr. Таким образом, объем накопленного аргона в породе зависит от возраста породы и количества калия в составе. (По тому же принципу содержание гелия в породах зависит от возраста породы и количества тория и урана.)
Как аргон попадает в атмосферу?
Аргон и гелий из недр земли попадают в атмосферу следующими способами:
- Во время извержений вулканов,
- Через трещины в земной коре в виде газовых струй,
- При выветривании горных пород.
На современном этапе развития Земли поступление аргона и гелия в атмосферу очень незначительно. Основная часть этих газов накапливается в земной коре. Исходя из этого, ученые сделали вывод, что весь аргон, содержащийся в атмосфере, поступил в нее на ранних этапах развития нашей планеты. В более позднее время в результате вулканической деятельности и в процессе выветривания горных пород состав атмосферы обогатился аргоном весьма незначительно.
Весь аргон, выделенный в атмосферу в течение геологического периода образования Земли, остался в пределах планеты, так как является довольно тяжелым газом (аргон тяжелее азота почти в полтора раза). (Для сравнения: гелий, являясь легким газом, практически весь улетучивался в космическое пространство, поэтому его содержание в составе атмосферы Земли весьма незначительно – около 5*10 -4 %).
Статьи по теме «Атмосфера»:
Серия сообщений «Атмосфера Земли»: Все, что Вы хотели знать об атмосфере Земли: высота, границы, свойства, воздействие на организм человека, образование, состав, части атмосферы, слои и многое-многое другое.
Источник
Газ аргон: технические характеристики и применение
Инертные газы практически не вступают в реакцию с другими веществами, поэтому их нельзя использовать, например, для отопления жилища или производства химических соединений. Несмотря на свой «асоциальный характер» такие элементы получили очень большое распространение в промышленности, благодаря наличию очень интересных физических свойств. Газ аргон относится именно к таким элементам.
Об основных качествах аргона, а также о сферах его применения будет подробно рассказано в этой статье.
Аргон: технические характеристики
Аргон представляет собой бесцветный газ, который не оказывает никакого действия на органы вкуса и обоняния. Этот одноатомный элемент является одним из самых распространённых инертных газообразных веществ на земле.
Аргон был открыт в конце XIX века британским учёным Джоном Стреттом. Исследователь проводил опыты по выделению азота из воздуха. В результате экспериментов было выяснено, что азот полученный таким образом имеет немного большую плотность, чем в случае, когда для получения этого газа использовались органические вещества. Учёный предположил, что азот из атмосферы содержит примесь неизвестного на тот момент газообразного вещества. Впоследствии, эти догадки были подтверждены, и аргон был получен в чистом виде и тщательно исследован.
Учёных, которые пытались произвести различные опыты с аргоном, ошеломил тот факт, что этот газ не вступал в реакцию с другими химическими элементами. Таким образом удалось впервые получить благородный газ с подобными характеристиками.
Несмотря на отсутствие соединений аргон, как и другие вещества, обладает физическими свойствами. К наиболее важным характеристикам газа относятся:
- Плотность: 1,784 кг/м3.
- Температура кипения: -185,8 ˚С.
- Тройная точка: -189,8˚С.
- Содержание в воздухе: 0,9% объёма.
Аргон практически не растворяется в воде, а также абсолютно безопасен в плане пожарной активности. Этот газ не ядовит, поэтому при работе с ним не требуется использовать каких-либо средств защиты.
Где применяется аргон
Аргон получил большое распространение в промышленности. Инертные свойства этого газа особенно востребованы в различных производственных процессах, где необходимо вытеснить один из самых активных элементов – кислород. Использование аргона очень дёшево, в сравнении с другими инертными летучими веществами, поэтому газ незаменим в том случае, когда требуется защитная среда при сваривании металлов, а также вытеснение влаги и кислорода в ёмкостях, где хранятся пищевые продукты.
Наполнение колб ламп накаливания инертным газом, позволяет значительно увеличить ресурс работы осветительного прибора. Кроме повышенного срока использования такие элементы обладают большей яркостью. Используется инертный газ и при производстве люминесцентных ламп. Применение аргона позволяет облегчить запуск разряда электрической дуги, а также значительно увеличить ресурс электродов.
При изготовлении стеклопакетов, инертным газом заполняются полости между стёклами, что позволяет значительно улучшить теплоизоляционные свойства. Учитывая тот факт, что аргон является абсолютно прозрачным, использование его никак не ограниченно даже при изготовлении многослойных конструкций.
Инертный газ аргон используется также в установках плазменной резки металлов. Преимущество использования этого газа заключается в том, что для возникновения дуги не требуется слишком высокого напряжения, поэтому такие установки могут иметь очень простую конструкцию. При генерации плазмы с использованием аргона образуется минимальное количество вредных газообразных веществ во время выполнения резки, поэтому этот метод идеально подходит для ручных приборов.
Благодаря возможности образовывать плазму при относительно невысоком напряжении, этот благородный газ используется в медицине для проведения аргоновой коагуляции. Такой метод успешно используется для удаления новообразований, а также для остановки кровотечений.
Аргон применяется и в химической промышленности. Благодаря отсутствию взаимодействия с другими элементами этот газ используется для получения сверхчистых веществ, а также для их анализа. В металлургической промышленности благородный газ позволяет обрабатывать такие металлы, как: титан, тантал, ниобий, бериллий, цирконий и др. Кроме этого, газ используется для перемешивания расплавленных веществ и снижения окисления хрома при производстве хромированной стали.
Способы получения аргона
Аргон является третьим по распространённости газом в земной атмосфере, поэтому наиболее логичным способом является добывание его из воздуха. Для этой цели используются специальные низкотемпературные ректификационные аппараты.
Процесс отделения инертного вещества осуществляется в такой последовательности:
- Воздух очищается от пыли и подвергается сжатию до жидкого состояния.
- Жидкий воздух, состоящий преимущественно из кислорода, азота и аргона подвергается ректификации.
- После отделения азота, из получившейся при сжатии жидкости, осуществляется доочистка кислородно-аргоновой смеси.
Температура кипения аргона в ректификационной установке составляет минус 185,3˚С. При этом, кислород кипит при температуре на 3 градуса выше, а азот – на 13˚С ниже этого показателя. По причине небольшого отличия в переходе из одного агрегатного состояния в другое, на первом этапе отделения аргона смесь содержит большое количество жидкого кислорода. На заключительной стадии получения аргона производится отделение благородного газа из кислородно-аргоновой смеси. Процесс доочистки, как правило, осуществляется с помощью электролитического водорода. В результате реакции в контактном аппарате с кислородом образуется водяной пар, который затем утилизируется через влагоотделитель.
Аргон может быть получен не только из атмосферного воздуха. При некоторых производственных процессах этот газ может являться сопутствующим продуктом. Например, при производстве аммиака, аргон является примесью азота и является совершенно ненужным элементом, поэтому полученный таким образом газ имеет очень низкую себестоимость, в сравнении с криогенным аргоном.
Правила хранения и транспортировки
Хранение и перевозка газа осуществляется в специальных металлических баллонах. Несмотря на то, что аргон является инертным газом, к ёмкостям всё равно предъявляются определённые технические требования, нарушение которых приведёт к невозможности использовать сосуд в дальнейшем. Кроме этого, утечка благородного газа в закрытом помещении может вызвать тошноту и потерю сознания у людей, ведь этот газ тяжелее воздуха и способен вытеснить необходимый для дыхания кислород.
Баллоны, используемые для хранения и транспортировки аргона, представляют собой цилиндрические ёмкости, которые могут быть разделены на следующие категории:
Стандартное давление в аргоновом баллоне составляет 150 атм, но в ёмкостях объёмом 40 литров разрешается хранить газ давлением до 200 атм. На ёмкости для хранения аргона наносится информация о дате изготовления и аттестации, а также такие параметры, как вес и объём.
Аргоновые баллоны имеют в верхней части горловины вентиль, с помощью которого можно надёжно перекрыть подачу газа, а также колпак, который защищает запорное устройство от механических повреждений.
Все баллоны, вне зависимости от объёма, окрашиваются в серый цвет и маркируются надписью «Аргон» зелёного цвета.
Транспортировка аргона должна осуществляться по правилам. Автомобили должны маркироваться специальным знаком, которые указывает на перевозку нетоксичных и невзрывоопасных веществ. Все документы оформляются в строгом соответствии с правилами ДОПОГ.
Кроме этого, при перевозке аргона необходимо:
- Надёжно закрепить баллоны.
- Размещение ёмкостей осуществляется в горизонтальной плоскости.
- Возможно вертикальное размещение только при наличии специальных приспособлений, повышающих устойчивость баллонов.
- Заправленные аргоном баллоны разрешается перевозить только при отсутствии утечек из ёмкости.
При перевозке аргона в количестве до 18 баллонов (объём 40 л) груз не является опасным, поэтому специальное разрешение не требуется. Тем не менее, даже при перемещении небольших партий следует придерживаться вышеописанных правил транспортировки ёмкостей с этим газом.
Источник