Argônio

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Argônio,  18 Ar
Frasco contendo um gás brilhante violeta
Argônio
Pronúncia/ Ɑr do ɡ do ɒ n / ( AR -gon )
Aparênciagás incolor exibindo um brilho lilás / violeta quando colocado em um campo elétrico
Peso atômico padrão A r, std (Ar) [39,79239,963 ] convencional: 39,95 [1] [2]
Argônio na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Ne

Ar

Kr
cloroargôniopotássio
Número atômico ( Z )18
Grupogrupo 18 (gases nobres)
Períodoperíodo 3
Bloquear  bloco p
Configuração de elétron[ Ne ] 3s 2 3p 6
Elétrons por camada2, 8, 8
Propriedades físicas
Fase em  STPgás
Ponto de fusão83,81  K (−189,34 ° C, −308,81 ° F)
Ponto de ebulição87,302 K (−185,848 ° C, −302,526 ° F)
Densidade (em STP)1,784 g / L
quando líquido (em  bp )1,3954 g / cm 3
Ponto Triplo83,8058 K, 68,89 kPa [3]
Ponto crítico150,687 K, 4,863 MPa [3]
Calor de fusão1,18  kJ / mol
Calor da vaporização6,53 kJ / mol
Capacidade de calor molar20,85 [4]  J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 mil 10 k 100 k
em  T  (K)   47 53 61 71 87
Propriedades atômicas
Estados de oxidação0
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: sem dados
Energias de ionização
  • 1o: 1520,6 kJ / mol
  • 2o: 2665,8 kJ / mol
  • 3º: 3931 kJ / mol
  • ( mais )
Raio covalente106 ±  22h
Raio de Van der Waals188 pm
Linhas de cores em uma faixa espectral
Linhas espectrais de argônio
Outras propriedades
Ocorrência naturalprimordial
Estrutura de cristalcúbica de face centrada (FCC)
Estrutura de cristal cúbico de face centrada para argônio
Velocidade do som323 m / s (gás, a 27 ° C)
Condutividade térmica17,72 × 10 - 3   W / (m⋅K)
Ordenação magnéticadiamagnético [5]
Suscetibilidade magnética molar−19,6 × 10 −6  cm 3 / mol [6]
Número CAS7440-37-1
História
Descoberta e primeiro isolamentoLord Rayleigh e William Ramsay (1894)
Principais isótopos de argônio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
36 Ar 0,334% estábulo
37 Ar syn 35 d ε 37 Cl
38 Ar 0,063% estábulo
39 Ar vestígio 269 ​​anos β - 39 K
40 Ar 99,604% estábulo
41 Ar syn 109,34 min β - 41 K
42 Ar syn 32,9 anos β - 42 K
Categoria Categoria: Argônio
| referências

O argônio é um elemento químico com o símbolo  Ar e número atômico  18. Está no grupo 18 da tabela periódica e é um gás nobre . [7] Argônio é o terceiro gás mais abundante na atmosfera da Terra , com 0,934% (9340 ppmv ). É mais de duas vezes mais abundante que o vapor de água (que tem em média cerca de 4000 ppmv, mas varia muito), 23 vezes mais abundante que o dióxido de carbono (400 ppmv) e mais de 500 vezes mais abundante que o neon (18 ppmv). Argônio é o gás nobre mais abundante na crosta terrestre, compreendendo 0,00015% da crosta.

Quase todo o argônio da atmosfera terrestre é argônio-40 radiogênico , derivado da decomposição do potássio-40 na crosta terrestre. No universo, o argônio-36 é de longe o isótopo de argônio mais comum , pois é o mais facilmente produzido pela nucleossíntese estelar em supernovas .

O nome "argônio" é derivado da palavra grega ἀργόν , forma singular neutra de ἀργός que significa "preguiçoso" ou "inativo", como uma referência ao fato de que o elemento quase não sofre reações químicas. O octeto completo (oito elétrons) na camada atômica externa torna o argônio estável e resistente à ligação com outros elementos. Sua temperatura de ponto triplo de 83,8058  K é um ponto fixo definidor na Escala Internacional de Temperatura de 1990 .

O argônio é extraído industrialmente pela destilação fracionada do ar líquido . O argônio é usado principalmente como um gás de proteção inerte em soldagem e outros processos industriais de alta temperatura onde substâncias normalmente não reativas tornam-se reativas; por exemplo, uma atmosfera de argônio é usada em fornos elétricos de grafite para evitar que o grafite queime. O argônio também é usado em lâmpadas incandescentes , fluorescentes e outros tubos de descarga de gás. O argônio produz um laser de gás azul esverdeado distinto . O argônio também é usado em iniciadores de brilho fluorescente.

Características

Um pequeno pedaço de argônio sólido de derretimento rápido

O argônio tem aproximadamente a mesma solubilidade do oxigênio na água e é 2,5 vezes mais solúvel na água do que o nitrogênio . O argônio é incolor, inodoro, não inflamável e não tóxico como um sólido, líquido ou gás. [8] O argônio é quimicamente inerte na maioria das condições e não forma compostos estáveis ​​confirmados em temperatura ambiente.

Embora o argônio seja um gás nobre , ele pode formar alguns compostos sob várias condições extremas. O fluoridreto de argônio (HArF), um composto de argônio com flúor e hidrogênio estável abaixo de 17 K (−256,1 ° C; −429,1 ° F), foi demonstrado. [9] [10] Embora os compostos químicos neutros do estado fundamental do argônio estejam atualmente limitados a HArF, o argônio pode formar clatratos com a água quando os átomos do argônio estão presos em uma rede de moléculas de água. [11] Íons , como ArH+
, e complexos de estado excitado , como ArF, foram demonstrados. O cálculo teórico prevê vários outros compostos de argônio que devem ser estáveis [12], mas ainda não foram sintetizados.

História

A: tubo de ensaio, B: álcali diluído, C: tubo de vidro em forma de U, D: eletrodo de platina

Argônio ( grego ἀργόν , forma neutra singular de ἀργός que significa "preguiçoso" ou "inativo") é nomeado em referência à sua inatividade química. Esta propriedade química deste primeiro gás nobre a ser descoberto impressionou os nomes. [13] [14] Um gás não reativo foi suspeito de ser um componente do ar por Henry Cavendish em 1785. [15]

O argônio foi isolado do ar pela primeira vez em 1894 por Lord Rayleigh e Sir William Ramsay na University College London , removendo oxigênio , dióxido de carbono , água e nitrogênio de uma amostra de ar limpo. [16] [17] [18] Eles primeiro realizaram isso replicando um experimento de Henry Cavendish . Eles prenderam uma mistura de ar atmosférico com oxigênio adicional em um tubo de ensaio (A) de cabeça para baixo sobre uma grande quantidade de solução alcalina diluída (B), que no experimento original de Cavendish era hidróxido de potássio, [15]e conduzia uma corrente por meio de fios isolados por tubos de vidro em forma de U (CC) que vedavam os eletrodos do fio de platina, deixando as pontas dos fios (DD) expostas ao gás e isoladas da solução alcalina. O arco era alimentado por uma bateria de cinco células Grove e uma bobina Ruhmkorff de tamanho médio. O álcali absorveu os óxidos de nitrogênio produzidos pelo arco e também o dióxido de carbono. Eles operaram o arco até que nenhuma redução de volume do gás pudesse ser vista por pelo menos uma ou duas horas e as linhas espectrais de nitrogênio desapareceram quando o gás foi examinado. O oxigênio restante foi reagido com pirogalato alcalino para deixar para trás um gás aparentemente não reativo que eles chamaram de argônio.

Antes de isolar o gás, eles determinaram que o nitrogênio produzido a partir de compostos químicos era 0,5% mais leve do que o nitrogênio da atmosfera. A diferença era pequena, mas importante o suficiente para atrair a atenção deles por muitos meses. Eles concluíram que havia outro gás no ar misturado ao nitrogênio. [19] O argônio também foi encontrado em 1882 por meio de pesquisas independentes de HF Newall e WN Hartley. [20] Cada um deles observou novas linhas no espectro de emissão do ar que não correspondiam a elementos conhecidos.

Até 1957, o símbolo do argônio era "A", mas agora é "Ar". [21]

Ocorrência

O argônio constitui 0,934% em volume e 1,288% em massa da atmosfera terrestre . [22] O ar é a principal fonte industrial de produtos de argônio purificado. O argônio é isolado do ar por fracionamento, mais comumente por destilação fracionada criogênica , um processo que também produz nitrogênio purificado , oxigênio , néon , criptônio e xenônio . [23] A crosta terrestre e a água do mar contêm 1,2 ppm e 0,45 ppm de argônio, respectivamente. [24]

Isótopos

Os principais isótopos de argônio encontrados na Terra são40
Ar
(99,6%),36
Ar
(0,34%), e38
Ar
(0,06%). Ocorrendo naturalmente40
K
, com meia-vida de 1,25 × 10 9 anos, decai para estável40
Ar
(11,2%) por captura de elétrons ou emissão de pósitrons , e também para estável40
Ca
(88,8%) por decaimento beta . Essas propriedades e proporções são usadas para determinar a idade das rochas por datação K-Ar . [24] [25]

Na atmosfera da Terra, 39
Ar
é feito por atividade de raios cósmicos , principalmente por captura de nêutrons de40
Ar
seguido por emissão de dois nêutrons. No ambiente subsuperficial, também é produzido através da captura de nêutrons por39
K
, seguido pela emissão de prótons.37
Ar
é criado a partir da captura de nêutrons por40
Ca
seguido por uma emissão de partícula alfa como resultado de explosões nucleares subterrâneas . Sua meia-vida é de 35 dias. [25]

Entre as localidades do Sistema Solar , a composição isotópica do argônio varia muito. Onde a principal fonte de argônio é a decomposição de40
K
nas rochas,40
Ar
será o isótopo dominante, como é na Terra. O argônio produzido diretamente pela nucleossíntese estelar é dominado pelo nuclídeo do processo alfa36
Ar
. Correspondentemente, o argônio solar contém 84,6%36
Ar
(de acordo com medições do vento solar ), [26] e a razão dos três isótopos 36 Ar:  38 Ar:  40 Ar nas atmosferas dos planetas externos é 8400: 1600: 1. [27] Isso contrasta com a baixa abundância de primordial 36
Ar
na atmosfera da Terra, que é apenas 31,5 ppmv (= 9340 ppmv × 0,337%), comparável ao do néon (18,18 ppmv) na Terra e com gases interplanetários, medidos por sondas .

As atmosferas de Marte , Mercúrio e Titã (a maior lua de Saturno ) contêm argônio, predominantemente como40
Ar
, e seu conteúdo pode chegar a 1,93% (Marte). [28]

A predominância de radiogênicos 40
Ar
é a razão pela qual o peso atômico padrão do argônio terrestre é maior do que o do próximo elemento, o potássio , um fato que foi intrigante quando o argônio foi descoberto. Mendeleev posicionou os elementos em sua tabela periódica em ordem de peso atômico, mas a inércia do argônio sugeriu um posicionamento antes do metal alcalino reativo . Henry Moseley mais tarde resolveu esse problema mostrando que a tabela periódica está na verdade organizada em ordem de número atômico (ver História da tabela periódica ).

Compostos

O octeto completo de elétrons de argônio indica subcamadas sep completas. Esta concha de valência completa torna o argônio muito estável e extremamente resistente à ligação com outros elementos. Antes de 1962, o argônio e os outros gases nobres eram considerados quimicamente inertes e incapazes de formar compostos; no entanto, compostos dos gases nobres mais pesados ​​foram sintetizados desde então. O primeiro composto de árgon com pentacarbonilo de tungsténio, W (CO) 5 Ar, foi isolado em 1975. No entanto, não foi amplamente reconhecido nessa altura. [29] Em agosto de 2000, outro composto de argônio, fluorohidreto de argônio (HArF), foi formado por pesquisadores da Universidade de Helsinque, brilhando luz ultravioleta sobre argônio congelado contendo uma pequena quantidade de fluoreto de hidrogênio com iodeto de césio . Essa descoberta fez com que se reconhecesse que o argônio poderia formar compostos fracamente ligados, embora não fosse a primeira. [10] [30] [31] É estável até 17 kelvins (−256 ° C). O ArCF metaestável 2+
2
dicação, que é valence- isoeletrônica com fluoreto de carbonila e fosgênio , foi observada em 2010. [32] Argônio-36 , na forma de íons hidreto de argônio ( argônio ), foi detectado em meio interestelar associado à supernova Nebulosa do Caranguejo ; esta foi a primeira molécula de gás nobre detectada no espaço sideral . [33] [34]

O hidreto de argônio sólido (Ar (H 2 ) 2 ) tem a mesma estrutura cristalina que a fase de Laves do MgZn 2 . Forma-se a pressões entre 4,3 e 220 GPa, embora as medições Raman sugiram que as moléculas de H 2 em Ar (H 2 ) 2 se dissociam acima de 175 GPa. [35]

Produção

Industrial

O argônio é extraído industrialmente pela destilação fracionada de ar líquido em uma unidade de separação de ar criogênica ; um processo que separa o nitrogênio líquido , que ferve a 77,3 K, do argônio, que ferve a 87,3 K, e do oxigênio líquido , que ferve a 90,2 K. Cerca de 700.000 toneladas de argônio são produzidas no mundo todo a cada ano. [24] [36]

Em decaimentos radioativos

40 Ar , o isótopo mais abundantedo argônio, é produzido pelo decaimento de 40 K com meia-vida de 1,25 × 10 9 anos por captura de elétrons ou emissão de pósitrons . Por causa disso, é usado na datação de potássio-argônio para determinar a idade das rochas.

Formulários

Cilindros contendo gás argônio para uso na extinção de incêndio sem danificar o equipamento do servidor

O argônio tem várias propriedades desejáveis:

  • Argônio é um gás quimicamente inerte .
  • O argônio é a alternativa mais barata quando o nitrogênio não é suficientemente inerte.
  • O argônio tem baixa condutividade térmica .
  • O argônio possui propriedades eletrônicas (ionização e / ou espectro de emissão) desejáveis ​​para algumas aplicações.

Outros gases nobres seriam igualmente adequados para a maioria dessas aplicações, mas o argônio é de longe o mais barato. O argônio é barato, pois ocorre naturalmente no ar e é facilmente obtido como um subproduto da separação criogênica do ar na produção de oxigênio líquido e nitrogênio líquido : os constituintes primários do ar são usados ​​em grande escala industrial. Os outros gases nobres (exceto o hélio ) também são produzidos dessa maneira, mas o argônio é, de longe, o mais abundante. A maior parte das aplicações de argônio surge simplesmente porque é inerte e relativamente barato.

Processo industrial

O argônio é usado em alguns processos industriais de alta temperatura onde substâncias normalmente não reativas se tornam reativas. Por exemplo, uma atmosfera de argônio é usada em fornos elétricos de grafite para evitar que o grafite queime.

Para alguns desses processos, a presença de gases nitrogênio ou oxigênio pode causar defeitos no material. O argônio é usado em alguns tipos de soldagem a arco , como soldagem a arco com gás metálico e soldagem a arco com gás tungstênio , bem como no processamento de titânio e outros elementos reativos. Uma atmosfera de argônio também é usada para o cultivo de cristais de silício e germânio .

O argônio é usado na indústria avícola para asfixiar as aves, seja para abate em massa após surtos de doenças ou como um meio de abate mais humano do que o atordoamento elétrico . O argônio é mais denso que o ar e desloca o oxigênio para perto do solo durante a asfixia com gás inerte . [37] [38] Sua natureza não reativa o torna adequado em um produto alimentar e, uma vez que substitui o oxigênio em aves mortas, o argônio também aumenta a vida útil. [39]

O argônio às vezes é usado para extinguir incêndios onde equipamentos valiosos podem ser danificados por água ou espuma. [40]

Pesquisa científica

O argônio líquido é usado como alvo para experimentos com neutrinos e pesquisas diretas de matéria escura . A interação entre os hipotéticos WIMPs e um núcleo de argônio produz luz de cintilação que é detectada por tubos fotomultiplicadores . Os detectores de duas fases contendo gás argônio são usados ​​para detectar os elétrons ionizados produzidos durante o espalhamento WIMP-núcleo. Como a maioria dos outros gases nobres liquefeitos, o argônio tem um alto rendimento de luz de cintilação (cerca de 51 fótons / keV [41] ), é transparente para sua própria luz de cintilação e é relativamente fácil de purificar. Comparado ao xenon, o argônio é mais barato e tem um perfil de tempo de cintilação distinto, o que permite a separação dos recuos eletrônicos dos nucleares. Por outro lado, seu background intrínseco de raios beta é maior devido a39
Contaminação de Ar , a menos que se use argônio de fontes subterrâneas, que tem muito menos39
Contaminação de Ar . A maior parte do argônio na atmosfera da Terra foi produzida pela captura de elétrons de40
K
(40
K
+ e -40
Ar
+ ν) presente no potássio natural da Terra. o39
A
atividade de Ar na atmosfera é mantida pela produção cosmogênica por meio da reação de nocaute40
Ar
(n, 2n)39
AR
e reações semelhantes. A meia-vida de39
Ar
tem apenas 269 anos. Como resultado, o Ar subterrâneo, protegido por rocha e água, tem muito menos39
Contaminação de Ar . [42] Os detectores de matéria escura operando atualmente com argônio líquido incluem DarkSide , WArP , ArDM , microCLEAN e DEAP . Os experimentos com neutrinos incluem ICARUS e MicroBooNE , ambos os quais usam argônio líquido de alta pureza em uma câmara de projeção de tempo para imagens tridimensionais de granulação fina de interações de neutrinos.

Na Linköping University, Suécia, o gás inerte está sendo utilizado em uma câmara de vácuo na qual o plasma é introduzido para ionizar filmes metálicos. [43] Este processo resulta em um filme utilizável para a fabricação de processadores de computador. O novo processo eliminaria a necessidade de banhos químicos e o uso de materiais caros, perigosos e raros.

Conservante

Uma amostra de césio é embalada sob argônio para evitar reações com o ar

O argônio é usado para deslocar o ar que contém oxigênio e umidade no material de embalagem para estender a vida útil do conteúdo (o argônio tem o código de aditivo alimentar europeu E938). A oxidação aérea, a hidrólise e outras reações químicas que degradam os produtos são retardadas ou totalmente evitadas. Produtos químicos e farmacêuticos de alta pureza às vezes são embalados e selados em argônio. [44]

Na vinificação , o argônio é usado em uma variedade de atividades para fornecer uma barreira contra o oxigênio na superfície do líquido, o que pode estragar o vinho, alimentando o metabolismo microbiano (como com as bactérias do ácido acético ) e a química redox padrão .

Às vezes, o argônio é usado como propelente em latas de aerossol .

O argônio também é usado como conservante para produtos como verniz , poliuretano e tinta, deslocando o ar para preparar um recipiente para armazenamento. [45]

Desde 2002, os Arquivos Nacionais Americanos armazenam documentos nacionais importantes, como a Declaração da Independência e a Constituição, em caixas cheias de argônio para inibir sua degradação. O argônio é preferível ao hélio que foi usado nas cinco décadas anteriores, porque o gás hélio escapa pelos poros intermoleculares na maioria dos recipientes e deve ser substituído regularmente. [46]

Equipamento de laboratório

As caixas de luvas são frequentemente cheias de argônio, que recircula sobre os purificadores para manter uma atmosfera livre de oxigênio , nitrogênio e umidade

O argônio pode ser usado como gás inerte nas linhas e caixas de luvas Schlenk . O argônio é preferido ao nitrogênio menos caro nos casos em que o nitrogênio pode reagir com os reagentes ou o aparelho.

O argônio pode ser usado como gás de transporte em cromatografia gasosa e em espectrometria de massa de ionização por eletropulverização ; é o gás de escolha para o plasma usado na espectroscopia de ICP . O argônio é preferido para o revestimento por pulverização catódica de amostras para microscopia eletrônica de varredura . O gás argônio também é comumente usado para deposição por pulverização catódica de filmes finos, como na microeletrônica, e para limpeza de wafer na microfabricação .

Uso médico

Os procedimentos de criocirurgia , como a crioablação, usam argônio líquido para destruir tecidos como as células cancerosas. É usado em um procedimento denominado "coagulação intensificada com argônio", uma forma de eletrocirurgia com feixe de plasma de argônio . O procedimento apresenta risco de produzir embolia gasosa e resultou na morte de pelo menos um paciente. [47]

Lasers de argônio azul são usados ​​em cirurgia para soldar artérias, destruir tumores e corrigir defeitos oculares. [24]

O argônio também foi usado experimentalmente para substituir o nitrogênio na mistura respiratória ou descompressiva conhecida como Argox , para acelerar a eliminação do nitrogênio dissolvido do sangue. [48]

Iluminação

Lâmpada de descarga de gás de argônio formando o símbolo de argônio "Ar"

Luzes incandescentes são preenchidas com argônio, para preservar os filamentos em alta temperatura da oxidação. É usado pela maneira específica como ioniza e emite luz, como em globos de plasma e calorimetria em física de partículas experimental . Lâmpadas de descarga de gás cheias de argônio puro fornecem luz lilás / violeta; com argônio e um pouco de mercúrio, luz azul. O argônio também é usado para lasers de íon argônio azuis e verdes .

Usos diversos

O argônio é usado para isolamento térmico em janelas com eficiência energética . [49] O argônio também é usado no mergulho técnico para inflar uma roupa seca porque é inerte e tem baixa condutividade térmica. [50]

O argônio é usado como propelente no desenvolvimento do Foguete de magnetoplasma de impulso específico variável (VASIMR). O gás argônio comprimido pode se expandir, para resfriar as cabeças de busca de algumas versões do míssil AIM-9 Sidewinder e outros mísseis que usam cabeças de busca térmica resfriadas. O gás é armazenado em alta pressão . [51]

Argon-39, com meia-vida de 269 anos, tem sido usado para uma série de aplicações, principalmente datação de núcleos de gelo e água subterrânea . Além disso, a datação de potássio-argônio e a datação argônio-argônio relacionada são usadas para datar rochas sedimentares , metamórficas e ígneas . [24]

O argônio tem sido usado por atletas como um agente de doping para simular condições de hipóxia . Em 2014, a Agência Mundial Antidopagem (WADA) adicionou argônio e xenônio à lista de substâncias e métodos proibidos, embora no momento não haja nenhum teste confiável para abuso. [52]

Segurança

Embora o argônio não seja tóxico, ele é 38% mais denso que o ar e, portanto, considerado um asfixiante perigoso em áreas fechadas. É difícil de detectar porque é incolor, inodoro e insípido. Um incidente de 1994, no qual um homem foi asfixiado após entrar em uma seção cheia de argônio de um oleoduto em construção no Alasca , destaca os perigos do vazamento de tanques de argônio em espaços confinados e enfatiza a necessidade de uso, armazenamento e manuseio adequados. [53]

Veja também

Referências

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Leitura adicional

links externos