アルゴン：歴史、構造、特性、用途 - 化学

アルゴンは、周期律表の希ガスの一つであり、地球の約1％を構成するの雰囲気。地球上で最も豊富な同位体（⁴⁰ Ar）の原子質量が40に等しい元素の化学記号Arで表されます。他の同位体は³⁶ Ar（宇宙で最も豊富）、³⁸ Arおよび放射性同位体³⁹ Arです。

その名前はギリシャ語の「argos」に由来します。これは反応しない空気の測定可能な部分を構成するため、非アクティブ、低速、またはアイドルを意味します。窒素と酸素は互いに反応して電気火花の熱になり、窒素酸化物を形成します。NaOHの塩基性溶液を含む二酸化炭素; しかし、Arは何もありません。

電離アルゴン原子に特徴的な紫色のグロー放電。出典：Wikigian

アルゴンは無色のガスで、臭いや味はありません。凝縮時に色の変化を示さない数少ないガスの1つであるため、ガスのように無色の液体です。結晶性固体でも同じことが起こります。

もう1つの主な特徴は、放電管内で加熱されたときの紫色の光の放出です（上の画像）。

これは不活性ガスであり（特別な条件下ではありません）、生物活性もありませんが、空気中の酸素を置換して窒息を引き起こす可能性があります。一部の消火器は、実際にこれを使用して、酸素を奪うことによって炎を窒息させるために使用します。

その化学的不活性は、その種が酸素、水蒸気および窒素の影響を受けやすい反応の雰囲気としての適用を支持します。また、金属、合金、半導体を保管および製造する手段も提供します。

その発見の歴史

1785年、ヘンリーキャベンディッシュは、「消火処理された空気」と呼ばれる空気中の窒素を調査しながら、窒素の一部が不活性成分である可能性があると結論付けました。

1世紀以上後の1894年、イギリスの科学者であるレイリー卿とウィリアムラムジー卿は、大気から酸素を除去することによって調製された窒素が、いくつかの化合物から得られた窒素よりも0.5％重いことを発見しました。例えばアンモニア。

研究者らは、窒素と混合された大気中の別のガスの存在を疑った。その後、大気から窒素が除去された後の残りのガスが、現在はアルゴンとして知られている不活性ガスであることが確認されました。

これは地球上で初めて分離された不活性ガスでした。それゆえ、その名前は、アルゴンは怠惰で不活発であることを意味するためです。しかし、1868年には太陽の下でのヘリウムの存在が分光学的研究によって検出されていました。

F.ニューオールとWNハートレーは、1882年に、おそらくアルゴンに対応する輝線を観測しました。これは、他の既知の元素の輝線に対応していませんでした。

アルゴン構造

アルゴンは希ガスであり、その結果、最後のエネルギーレベルの軌道が完全に満たされます。つまり、その価電子殻には8つの電子があります。しかしながら、電子の数の増加は、核によって及ぼされる引力の増加を妨げない。したがって、その原子は各期間の最小です。

とはいえ、アルゴン原子は、高度に圧縮された電子雲を持つ「大理石」として視覚化できます。電子はすべての満たされた軌道を均一に移動し、分極を起こしにくくします。つまり、相対的に電子が不足している領域が発生します。

このため、ロンドンの散乱力は特にアルゴンに対するものであり、偏極は原子半径または原子質量、あるいはその両方が増加した場合にのみ効果があります。そのため、アルゴンは-186℃で凝縮するガスです。

ガスを砲撃することにより、いかなる種類のAr-Ar共有結合が存在しなくても、その原子またはビー玉はほとんど一緒に留まらないことがわかります。ただし、そのようなビー玉が他の無極性分子とうまく相互作用できることは無視できません。たとえば、CO ₂、N ₂、Ne、CH ₄はすべて、空気の組成中に存在します。

結晶

温度が約-186°Cに下がると、アルゴン原子は減速し始めます。その後、結露が発生します。これで、原子間の距離が小さくなり、いくつかの瞬間的な双極子または分極が発生する時間を与えるため、分子間力の効果が大きくなります。

この液体アルゴンは乱雑で、その原子が正確にどのように配置されているかは不明です。

温度がさらに下がり、-189℃（わずか3度低く）まで下がると、アルゴンは無色の氷に結晶化し始めます（下の画像）。おそらく熱力学的に氷はアルゴン氷よりも安定しています。

アルゴン氷融解。出典：機械可読の著者は提供されていません。Deglr6328〜commonswikiを想定（著作権の主張に基づく）。

この氷またはアルゴンの結晶では、その原子は規則正しい面心立方（fcc）構造を採用しています。これらは、これらの温度での弱い相互作用の影響です。この構造に加えて、六角形のよりコンパクトな結晶を形成することもできます。

アルゴンが少量のO ₂、N _2、およびCO の存在下で結晶化する場合、六角形の結晶が好まれます。変形すると、それらは面心立方相（固体アルゴンの最も安定した構造）に遷移します。

電子構成

アルゴンの電子配置は次のとおりです。

3s ² 3p ⁶

どの同位体でも同じです。その価数オクテットは完全であることに注意してください。3s軌道では2電子、3p軌道では6電子であり、合計で最大8電子になります。

理論的および実験的に、アルゴンはその3d軌道を使用して共有結合を形成できます。しかし、それを「強制する」には高い圧力がかかります。

プロパティ

身体的特徴

電場にさらされると薄紫色の輝きを得るのは無色のガスです。

原子量

39.79 g / mol

原子番号

融点

83.81 K（-189.34ºC、-308.81ºF）

沸点

87,302 K（-185,848ºC、-302,526ºF）

神

1,784 g / L

蒸気密度

1.38（空気を1とした場合）。

水へのガス溶解度

33.6 cm ³ / kg。極低温の液化ガスであるアルゴンが水と接触すると激しく沸騰します。

有機液体への溶解度

溶ける。

融合熱

1.18 kJ / mol

気化熱

8.53 kJ / mol

オクタノール/水分配係数

Log P = 0.94

イオン化エネルギー

第1レベル：1,520.6 kJ / mol

第2レベル：2,665.8 kJ / mol

第3レベル：3,931 kJ / mol

つまり、気相でAr ⁺とAr ^3+の間の陽イオンを得るのに必要なエネルギー。

反応性

アルゴンは希ガスであるため、反応性はほぼゼロです。7.5 K（絶対零度に非常に近い）の温度でのアルゴンの固体マトリックス中のフッ化水素の光分解は、フッ化水素アルゴンHArFを生成します。

いくつかの元素と組み合わせて、β-ハイドロキノンで安定したクラスを生成できます。さらに、O、F、Clなどの非常に電磁的な要素と化合物を形成できます。

用途

アルゴンの用途のほとんどは、不活性ガスであるという事実に基づいており、一連の産業活動を発展させる環境を確立するために使用できます。

工業用

-アルゴンは、金属のアーク溶接のための環境を作成するために使用され、酸素と窒素の存在が生成する可能性がある有害な作用を回避します。チタンやジルコニウムなどの金属の精製における被覆剤としても使用されます。

-白熱電球は通常、フィラメントを保護し、耐用年数を延ばすために、アルゴンで満たされています。ネオン管と同様の蛍光管にも使用されています。しかし、それらは青紫の光を放ちます。

-ステンレス鋼の脱炭工程やエアロゾルの推進ガスとして使用されます。

-それは電離箱および粒子カウンターで使用されます。

-半導体のドーピングにさまざまな元素を使用する場合。

-電子工学の分野で広く使用されているシリコンおよびゲルマニウム結晶の成長のための雰囲気を作り出すことができます。

-熱伝導率が低いため、一部の窓のガラス板間の断熱材として使用すると効果的です。

-それはそれらを包装の内容に有害な影響を与える可能性のある酸素および湿気から保護するため、包装に供される食品および他の材料を保存するために使用されます。

医師

-アルゴンは、癌組織の除去のための凍結手術で使用されます。この場合、アルゴンは極低温液体のように機能します。

-血管内出血、網膜剥離、緑内障、黄斑変性症など、さまざまな眼の欠陥を矯正するために医療用レーザー機器で使用されています。

実験装置で

-アルゴンはガイガー放射能カウンターでヘリウムおよびネオンとの混合物で使用されます。

・ガスクロマトグラフィーのストリッピングガスとして使用されています。

-走査型電子顕微鏡にかけられたサンプルを覆う材料を分散させます。

どこにありますか？

アルゴンは大気の一部として発見され、大気の質量の約1％を占めます。大気は、このガスを絶縁するための主要な工業的発生源です。それは、低温分別蒸留手順によって分離されます。

一方、コスモスでは、シリコンの核融合中に星が大量のアルゴンを生成します。金星や火星など、他の惑星の大気中にも存在します。

参考文献

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